거울의 결상 실험

프로그램

1. 화면에서 색으로 표시한 부분은 마우스로 누르거나 끌어서 상황을 변경할 수 있다. (각각 버튼들, 슬라이드바( ), 체크박스, 광원 등 )

2. 오른편 아래에 있는 버튼 'run'을 누르면 시간의 진행에 따라 광선이나 파면이 이동하는 모습을 볼 수 있다. 한편 진행상태에서는 'run'은 'pause'로 바뀌는데 이때 이를 누르면 일시 정지한 모습을 볼 수 있다.

3. 'reset' 버튼을 누르면 그려진 화면을 정리하고 처음 시간의 상태로 된다. (한편 'reset' 버튼 왼편의 로고 버튼을 누르면 파원이 축상으로 이동한다)

4. '파면보기'나 '광선보기' 으로서 진행파의 파면이나 광선의 진행모습을 볼 수 있다.

5. 입사파의 위치는 왼편 맨 밑의 로 좌우로 이동시킬 수 있다. 한편 화면에 광원의 위치를 나타낼 수 있을 때에는 으로 표시하였고, 이를 마우스로 끌어서 좌우나 상하로 이동 시킬 수 있다. 한편 구면이나 렌즈의 오른쪽에 광원이 위치하여 허물체가 될 때에는 그 곳으로 향하는 파를 화면의 왼쪽에 표시하였다. 또 광원이 화면을 벗어나면 마우스로 이동은 시키지 못하나 로 좌우로 이동시켜서 나타내게 할 수 있다. 광원이 좌우로 멀어지면 평면파(평행광선)으로 바뀐다.

6. 구면의 반경 R은 '곡률반경'의 값이 표시된 바로 및의 로 조절할 수 있다. 좌우로 옮겨서 그 변화가 화면에 반영되는 것을 보자. +값일 때는 볼록면이고, -일 때는 오목면이다. 한편 중앙점에서는 곡률이 무한대인 평면인 보통의 거울이다..

7. 광선의 추적작업이 끝나게 되면 결상의 상황을 그림으로 보여주고, 'run' 버튼위에 물체나 상의 상황을 그 값으로 보여주게 된다.

8. 이 프로그램은 거울의 결상공식을 사용하지 않고 전적으로 광선의 행동을 파면이나 광선 하나하나가 매질의 경계를 만났을 때의 행동양식을 추적하여(광성추적법) 그 상황을 보게 한다. (보통 쓰는 렌즈, 거울 공식는 근사공식으로 얇은 렌즈나 거울의 경우 중심축에 가까운 광선이 만족하게 되고 아래의 상황에서는 이조건을 벗어난 파동도 같이 보여주게 되어 있어 '수차'때문에 한 지점에서 정확하게 상이 맺혀지지 않는 경우가 많다. 한편 아래그림에서 상이 맺혀지는 위치를 계산할 때에는 중심을 항햐는 세 개의 광선으로부터 계산하였고, 이 결과 신뢰할 수 없는 값일 때에는 '?'으로 표시하였다.)

실험방법

[1] 오목거울의 결상 실험

1. 곡률반경을 -200.0(mm), 광원의 위치를 광축상 왼편으로 400.0 ~ 200.0(mm)로 10(mm) 간격으로 옮겨서 실상의 위치를 측정한다. 그리고 물체의 위치와 실상의 위치(광축에서의 거리)를 그래프로 그리고, 이들 그래프가 거울의 결상법칙과 일치하는지 여부를 확인한다.

2. 물체를 광축에서 수직방향으로 10.0 ~ 100.0(mm) 벗어나게 한 조건에서 앞의 실험을 반복한다.

3. 어떤 상황에서 결상법칙과 잘 맞지 않는 경우가 생기는가?

4. 곡률반경을 달리하여 앞의 실험을 거듭 해 보고, 종합적으로 거울의 결상법칙의 정당성을 확인하자.

[2] 오목거울의 결상 실험

1. 곡률반경을 200.0(mm), 광원의 위치를 광축상 왼편으로 400.0 ~ 200.0(mm)로 10(mm) 간격으로 옮겨서 허상의 위치를 측정한다. 그리고 물체와 허상에 대해 광축에서의 거리에 대해 그래프로 그리고, 이들 그래프가 거울의 결상법칙과 일치하는지 여부를 확인한다.

2. 곡률반경을 달리하여 앞의 실험을 거듭 해 보고, 종합적으로 거울의 결상법칙의 정당성을 확인하자.