물리 · 광학 / 원리와 탐구
빛의 굴절과 전반사 실험 해설
물속의 물체가 꺾여 보이는 현상은 빛이 매질 경계에서 진행 방향을 바꾸기 때문에 생깁니다. 두 매질의 굴절률과 법선 기준 입사각을 바꾸며 굴절각을 비교해 보세요. 전반사가 가능한 진행 방향을 먼저 판단한 뒤 임계각의 앞뒤를 관찰하는 것이 핵심입니다.
어떤 원리인가요?
굴절률이 큰 쪽으로 갈 때 법선 쪽으로 꺾여요. 큰 굴절률에서 작은 굴절률로 나갈 때 임계각을 넘으면 전반사예요.
핵심 관계
n₁sinθ₁ = n₂sinθ₂
이렇게 관찰해 보세요
- 광원을 끌거나 슬라이더를 바꾸어 법선 기준 각도를 재요. 실험 실행으로 광선을 관찰해요.
- 공기 → 유리에서 입사각 0°, 30°, 60°를 기록해요.
- 물 → 공기의 임계각 전후와 같은 굴절률 조건을 기록해요.
결과를 읽는 기준
전반사가 가능한 조건은?
sinθc=n₂/n₁이며 n₁>n₂일 때만 임계각이 있어요.
모형의 범위와 한계
평평한 경계면의 단색 기하광학 모형이에요. 분산·흡수·편광·프레넬 반사율·소멸파는 생략해요. 각도기는 법선 기준이고 광선은 방향만 나타내요. 임계각에서는 굴절각 90°, 그보다 큰 각도에서 전반사로 처리해요.