[자연과학] 일반물리학 실험 - 반사와 굴절의 법칙

일반물리학 실험 - 반사와 굴절의 법칙

1. 목적

거울반사를 이용하여 입사각과 반사각을 구함으로써 반사의 법칙을 이해하고 빛의 구절실험을 통해 굴절률을 측정해 봄으로써 굴절의 법칙을 확인한다.

2. 이론

진행파 또는 입자 등이 진행 중인 매질과는 다른 매질 또는 불연속적인 변화가 잇는 경계면에 부딪쳐 방향을 바꾸어 원래의 매질 속의 새로운 방향으로 진행하는 현상을 반사라 한다. 특히 파동의 경우 경계면이 파장에 비하여 평탄하면 입사파의 방향과 입사면의 반사파의 방향과 반사면과 일치하게 되고 입사각과 반사각은 동일하게 되는데 이러한 반사를 ‘정반사’라 한다.
이와는 반대로 경계면이 파장에 비하여 평탄하지 않으면, 즉 경계면의 요철이 파장과 같거나 크게 되면 반사파는 여러 방향으로 진행하게 되는데 이러한 반사를 난반사 또는 확산반사라고 한다.
파동의 경우에는 경계면에서 반사되는 반사파뿐만 아니라 종류가 다른 매질 속으로 들어가는 굴절파를 수반하는 것이 보통이고 입자인 경우는 종류가 다른 매질 또는 경계면에 의한 흡수가 일어날 때가 있다. 이러한 현상이 없이 전체가 반사되는 경우를 전반사 또는 완전반사라고 한다. 이러한 전반사는 파동이 굴절률이 높은 매질에서 낮은 매질로 입사될 때 일어나는 반사이다.
진행파 또는 입자 등에 의해 평면경계에서 일어나는 반사에는 다음과 같은 법칙이 성립한다.
입사선과 반사선은 이들이 경계면에서 만나는 점에 있어서의 경계면의 법선과 동일평면 안에 있게 되고 입사각과 반사각은 같다.
이것을 반사의 법칙이라 부른다. 입사각을 , 반사각을 이라 하면 반사의 법칙은 다음과 같이 표현된다.
진행파가 파장에 비하여 평탄한 경계면을 넘어서 원래의 매질과는 다른 매질 속으로 들어갈 때나 동일 매질이라도 온도차 등에 의해서 …

3. 실험 방법

A. 반사의 법칙

(1) 그림과 같이 실험기구를 설치한다.

(2) 빛이 각도 조정 회전판 degree scale에 표시되어 있는 normal이라는 굵은 화살표에 일치되도록 조정한다.

(3) 각도 조정 회전판에 있는 component;로 표시된 선에 거울의 표면을 주의하여 일직선으로 맞춘다.

(4) 각도 조정 회전판을 10‘씩 회전시키면서 빛을 관찰하고 입사각과 반사각 1을 측정하여 기록한 후 반사의 법칙과 일치하는지 확인한다. 반대편으로 회전시키면서 반사각 2를 측정하여 기록한다.

(5) 공기의 굴절률을 1로 하여 입사각과 굴절각을 수회 측정함으로써 실린더형 렌즈의 굴절률을 계산해 본다.

4. 실험 결과