스넬 법칙으로 굴절률 구하기
입사각과 굴절각 자료만으로 투명한 물질의 굴절률을 구할 수 있을까?
안전 안내
- 이 활동은 학교 실험실에서 반원형 아크릴 블록과 광원 상자로 잰 형태의 자료를 분석해요.
- 직접 해 볼 때 레이저 포인터는 쓰지 않아요. 레이저 빛이 눈에 들어가면 망막을 다칠 수 있어요.
준비물
- 제공된 각도 자료(아래 표)
- 공학용 계산기나 스프레드시트(sin 계산)
- 모눈종이 또는 그래프 앱
- 각도기
공정한 실험
- 바꾸는 것 (하나만)
- 입사각 i(10°~70°)
- 같게 하는 것
- 같은 아크릴 블록
- 같은 색(파장)의 빛
- 빛이 반원 블록의 중심을 지나게 하기
- 관찰하거나 재는 것
- 굴절각 r
실험 순서
- 자료 상황을 확인해요: 공기 중에서 반원형 아크릴 블록의 평평한 면 가운데로 빛을 비추고, 법선과 이루는 입사각 i와 굴절각 r을 0.5° 눈금으로 쟀어요.
- 각 줄마다 sin i와 sin r을 계산해요.
- 공기의 굴절률을 1.00으로 보고, 줄마다 n = sin i ÷ sin r로 아크릴의 굴절률을 구해요.
- 가로축 sin r, 세로축 sin i로 그래프를 그리고, 원점을 지나는 직선의 기울기로 n을 한 번 더 구해요.
- 두 방법의 값을 비교하고, 입사각 10° 줄이 다른 줄보다 벗어난 까닭을 각도 눈금(0.5°)과 연결해 설명해요.
제공된 자료
| 입사각 i (°) | 굴절각 r (°) |
|---|---|
| 10 | 6.5 |
| 20 | 13.5 |
| 30 | 19.5 |
| 40 | 25.5 |
| 50 | 31.0 |
| 60 | 35.5 |
| 70 | 39.0 |
실험 기록지
채점하지 않아요. 틀린 예상도 좋은 기록이에요. 적은 내용은 이 기기에만 저장돼요.
입사각이 2배가 되면 굴절각도 2배가 될까요? 이 아크릴의 굴절률은 물(약 1.33)보다 클까요, 작을까요?
무엇을 보았나요? 잰 값이 있으면 숫자와 단위를 함께 적어요.
예상과 관찰이 같았나요, 달랐나요? 왜 그런 결과가 나왔을지 내 말로 설명해 보세요.
설명을 보기 전에 예상을 먼저 적어 보세요.
더 해 보기
빛을 반원 블록의 곡면 쪽에서 중심을 향해 보내 평평한 면에서 공기로 나가게 하면, 입사각이 몇 도를 넘을 때 빛이 공기로 나가지 못하고 모두 반사될까요? 구한 n으로 임계각을 계산하고, 물(n ≈ 1.33)의 임계각과 비교해 보세요.
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