일반물리실험 - 빛의 반사와 굴절법칙

일반물리실험 - 빛의 반사와 굴절법칙

⊙ 실험목적
광선을 추적하여 두 매질의 경계면에서 발생하는 반사와 굴절과 관계되는 기본법칙들의 이해를 돕는다.

⊙ 이론
1)빛의 반사와 굴절 (1),(2)
　 [그림. 1]에서 보는 바와 같이 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 하고, 각 광선과 입사점에서 세운 수선과의 사이각을 각각 입사각1, 반사각′1 및 굴절각 2라고 하면 반사와 굴절에 관한 법칙은 다음과 같다.
　
i) 반사광선과 굴절광선은 입사광선과 입사점에서 세운 수선에 의해서 만들어지는 평면 내에 있다.
ii) 반사의 경우에는 ′1=1 (반사의 법칙) (1)
iii) 굴절의 경우에는 n2sin2 = n1sin1 (굴절의 법칙) (2)

이 성립한다. 여기에서 n21은 매질 (1)에 대한 매질 (2)의 굴절률이다.

Snell의 법칙이라고 불리는 굴절의 법칙은 Huygens의 원리와 굴절률의 정의를 통해서 구할 수 있다.
Huygens의 원리
:파동면의 모든 점은 2차구면파의 점샘이 된다. 시간 t 후의 파동면은 2차파동들의 접면이 된다.

굴절률
: 각 매질에 대한 굴절률 n을 빛의 진공에서의 속력과 매질 내에서의 속력의 비인
n = c/v
로 정의할 수 있다.

[그림 2]
Huygens의 원리를 이용해 [그림 2]와 같이 빛의 경로를 그리면,
sin1/sin2 = d1/d2 = v1/v2 (시간이 같으므로)
여기서 굴절률의 정의를 이용하면
sin1/sin2 = (c/n1)/(c/n2) = n2/n1
이 되어 Snell의 법칙이 증명된다.

2) 내부전반사 (3)
....

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