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물리학 실험 - 빛의 반사와 굴절 법칙
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♤ 실험 제목 : 빛의 반사와 굴절 법칙
♤ 실험 목적 : 광선을 추적하여 두 매질의 경계면에서 발생하는 반사와 굴절에 관계되는 기본 법칙들의 이해를 돕는다.
♤ 실험 이론 : 빛이 매질 (1)과 (2)를 분리하는 평면표면 AB에 도달하면 일부는 매질 (1)로 되돌아가고(반사), 나머지는 매질 (2)로 들어간다(굴절). 각 광선을 입사광선, 반사광선 및 굴절광선이라고 한다. 굴절은 파의 진행속도 차이 때문에 생기는데, 파동이 속도를 달리하는 매질 속으로 들어가면 진행방향이 변하게 된다. 이는 호이겐스 원리에 의해 파면에서 생성된 구면파가 매질 속에서 속도가 달라져서 구면파들이 만드는 포락선의 방향이 꺾이기 때문이다. 빛의 경우 기준속도 vo는 진공에서의 빛의 속도 c로서 매질의 굴절률은 1보다 큰 값을 가지고 있다.
아래 그림을 보자. 각 광선과 입사점에서 세운 수선과의 사이각을 각각 입사각1, 반사각1 및 굴절각 2라고 하면 반사와 굴절에 관한 법칙은 다음과 같다.
i)
ii) 반사광선과 굴절광선은 입사광선과 입사점에서 세운 수선에 의해서 만들어지는 평면 내에 있다.
iii) 반사의 경우에는
1=1 (반사의 법칙) (1)
iv) 굴절의 경우에는
(굴절의 법칙) (2)
이 성립한다. 여기에서 n21은 매질 (1)에 대한 매질 (2)의 굴절률이다.
광선이 광학적으로 밀한 매질에서 소한 매질로 들어온다고 하자. [그림. 2]에서와 같이 입사각이 증가하면 굴절광선이 표면에 따라서 진행하게 되는 점 e에 도달하게 되고 그 때의 빛의 굴절각은 90이다. 입사각이 이 임계각 c보다 크면 굴절광선은 생기지 않는다. 이 현상을 전반사라고 말한다.
임계각은 굴절 법칙 식 (2)에서 굴절각 2=90°라고 놓음으로써 얻어진다.
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2014.06.19
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