01 pfvaj8 lbaot1u/f ufsnt1 파동의중첩과간섭현상을설명할수있다. 개의파동이만났을때합성된파동의변위는그지점에서두파동의변위를합한것과같다. 이것을중첩의원리라한다. 중첩되었던두파동이서로헤어지면중첩되기전각각의파동모양을그대로유지하면서자신이진행하던방향으로계속진행한다

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1 Ⅲ pfvaj8 ufsnt1u/f m/rltw 파동과입자 01 파동의중첩과간섭 0 두점파원에서발생한파동의간섭 03 정상파 04 파동의회절 05 빛의간섭 06 빛의회절 07 편광 08 빛의파동성 알고가기 1 직진과반사는파동에서만일어나는가? 파동은어떤때에굴절하는가? 3 소리의높이나세기는어떤물리량과관계가있는가? 4 파동이장애물뒤쪽까지전달되는현상을무엇이라고하는가? 단원학습목표 두개의파동이만났을때, 합성파를분석하여중첩의원리를이해할수있다. 보강간섭과상쇄간섭을이해하고, 이중슬릿에의한실험결과를분석할수있다. 정상파를이해하고, 이를이용하여현악기를설명할수있다. 물결파의회절을관찰하고, 호이겐스의원리를이해할수있다. 빛의회절과간섭현상을이해하고, 이중슬릿에의한실험결과를분석할수있다. 편광판을이용하여편광현상을관찰하고, 실생활에서활용되는예를찾을수있다. / 알 / 고 / 가 / 기 / 1_ 직진과반사는파동에서만일어나는현상은아니다. 물질입자들도아무런힘이작용하지않을때에는직진과반사를한다. _ 매질에따라파동의속도가달라지면파동은매질의경계면에서반사하거나굴절 ( 투과 ) 한다. 3_ 소리의높낮이는음파의진동수 ( 주파수 ) 에따라달라지고, 소리의세기는음파의진폭에따라달라진다. 진동수가클수록높은소리이고, 진폭이클수록큰소리이다. 파동의세기 (I) 는진동수 (`f`) 와진폭 (A) 의제곱에각각비례한다. I `A f 4_ 파동이장애물이나틈을지날때장애물의뒤쪽으로꺾여들어가는현상을파동의회절이라고한다. 담너머에서나는소리가들리는것이그한예이다. Ⅲ. 파동과입자 1. 파동의간섭과회절

2 01 pfvaj8 lbaot1u/f ufsnt1 파동의중첩과간섭현상을설명할수있다. 개의파동이만났을때합성된파동의변위는그지점에서두파동의변위를합한것과같다. 이것을중첩의원리라한다. 중첩되었던두파동이서로헤어지면중첩되기전각각의파동모양을그대로유지하면서자신이진행하던방향으로계속진행한다. 이러한성질을파동의독립성이라고한다. 앗! 합쳐지네. 휴! 진폭 A 시간 진폭 A 시간 B B A+B A+B 1 'fzub 파동의중첩토의 개의파동이전파되는도중에만났을때나타나는현상에대해알아보자. 그림은한줄의양쪽끝에서동시에발생된펄스가서로마주진행해가고있을때그모양을일정한시간간격으로나타낸것이다. 1. 두펄스가만나서변위가최대로되는것은두펄스의무엇이만날때인지토의해보자.. 두펄스가만나서만드는새로운펄스의변위는각각펄스의변위로어떻게나타낼수있는지토의해보자. Ⅲ`-`48 파동의중첩 3. 두펄스가겹쳐졌던상태를벗어나면겹쳐지기전각각의펄스모양으로되돌아간다고할수있는지토의해보자. 1. 두펄스가만나서합성된변위는각각의변위를더한것과같은가?. 두펄스가만났다가헤어지면만났을때의영향이남아있는가? ( 가 ) 보강간섭 ( 나 ) 상쇄간섭 Ⅲ`-`49 파동의간섭 개이상의파동이서로중첩될때에그림과같이중첩된파동의진폭이커지거나작아지는현상을파동의간섭이라고한다. 위상이같은두파동이중첩되어합성파의진폭이중첩되기전진폭보다커지는것을보강간섭이라하고, 위상이반대인두파동이중첩되어합성파의진폭이중첩되기전진폭보다작아지는것을상쇄간섭이라고한다. 진폭이같은두파동이보강간섭을하면진폭은 배가되고, 상쇄간섭을하면진폭은 0이된다. 파동의간섭은파동의중첩으로나타나는현상으로입자에서는볼수없는파동의고유한특성이다. 중첩의원리합성된파동의변위는각파동의변위를합한것과같다. 파동의독립성파동은중첩이끝나면모양과상태를중첩전과같이유지한다. 보강간섭두파동이같은위상으로만나진폭이커지는현상 상쇄간섭두파동이반대위상으로만나진폭이작아지는현상 1. 그림과같이속력이 0.5cm/s인두펄스가서로반대방향으로진행하고있다. 앞으로 4초동안파동의모양을 1초마다그려보자. 단, 모눈간격은 0.5cm이다.. 파동의충돌이입자의충돌과다른점은무엇인가? 진행방향 진행방향 만화도입 두파동이만나는경우입자로구성된두물체가만나는충돌과는달리만난후에그대로진행하게된다. 이러한파동의성질을파동의독립성이라고하며, 파동의만남을중첩이라고한다. 1_ 파동이 1초동안눈금의한칸을진행한다고하면 4초동안파동의모양은다음그림과같다. 탐구 1 해설 1_ 두펄스의변위가최대인점끼리만날때합성파의변위역시최대가된다. _ 두펄스의변위를각각 y, y 라고할때합성펄스의변위 y= y +y 이다. 이식을중첩의원리라고한다. 3_ 파동의만남은물체의충돌과달리원래의진행방향으로서로독립적으로진행해간다. 이것을파동의독립성이라고한다. 1_ 두펄스의최대변위를각각 y, y 라할때합성파의최대변위 y= y +y 가된다. _ 두펄스는만났을때의영향을받지않고원래대로진행한다. 이를파동의독립성이라고한다. _ 입자는충돌시서로영향을미쳐충돌후에는충돌전과다른운동을하지만파동은충돌후충돌의흔적없이파동이분리되어원래의모양을그대로유지하며, 계속자신이진행하던방향으로진행한다. Ⅲ. 파동과입자. 파동의간섭과회절

3 0 b ltzpfj?tsjcnt ;fwndamfs pfvaj8 ufsnt1 3 'fzub 무아레무늬에의한마디선구하기토의그림과같은동심원에서인접된두흰색원의반지름의차이가한파장이라 파동의간섭현상을설명할수있다. 면검은색부분을골, 흰색부분을마루라고생각할수있다. 이를이용하여마 한음향기기에두개의스피커를설치할때에는일반적으로음향 디선을구해보자. 기기본체양쪽에일정한간격을두고설치한다. 그이유는무엇인 준비 가? 또, 어느위치에서음악을들어야가장좋은소리를들을수있을까? 복사용투명 OHP 필름 1 장 Ⅲ`-`50 소리의간섭 'fzub 두점파원에서발생한수면파의간섭 준비 수면파투영장치, 점파원발생기, 스크린용종이 장, 1m 자 실험 마디선진동하지않는점들만으 로이어진선으로종이스크린에 Ⅲ`-`5 동심원모양의줄무늬가있는 OHP 필름 서는밝기가변하지않는다. 1. 수면파투영장치를설치하고두점파원에서진동수와진폭이같은수면파를같은위상으로발생시키자.. 스크린에나타난수면파의간섭현상을보고스크린위에마디선을그려보자. 마디선은어떤모양을하고있는가? 1. 위동심원그림을투명 OHP 필름에복사하자.. 복사한 OHP 필름을위그림에중심이조금어긋나게겹치자. 탐구 의실험결과와같은수의마디선이나타나게하려면어떻게하여야하는지토의해보자. 3. 각마디선위의임의의점에서두파원까지의거리를재고거리차를파장으로 1. 마디선의수 N을파장, 두파원사이의거리 l로나타내어보자. Ⅲ`-`51 수면파의간섭무늬 나타내어보자. 마디선위의다른점에서두파원까지의거리를파장으로나타내어보자. 4. 보강간섭점에서두파원까지의거리차를구하여파장으로나타내어보자.. 보강간섭이일어나는위치에서두파원까지의거리차를파장으로나타내어보자. 3. 마디선위의임의의점에서두파원까지의거리차를파장으로나타내어보자. 보강간섭이일어나는다른점에서두파원까지의거리차를구하여파장 으로나타내어보자. 보강간섭이일어나는점들은마루와마루가만났다가골과골이만나기 1. 마디선위의점에서두파원까지의거리차는어떤공통점이있는가?. 보강간섭이일어나는점에서두파원까지의거리차는어떤공통점이있는가? 때문에시간이경과함에따라밝기가밝아졌다어두워졌다한다. 따라서합성파가진행하는것처럼보인다. 그러나상쇄간섭이일어나는점들은항상마루와골이만나진동이상쇄되므로밝기의변화가없어서고정되어 있는선모양의마디선이나타난다 탐구 해설 _ 마디선은두점파원으로부터의거리차가일정한점들을연결하여이어진선으로쌍곡선이된다. 3_ 상쇄간섭이일어나는점들을연결하여이어진마디선에서는매질입자가진동을하지않는다. 이때마디선상의임의의점 P로부터두파원 S, S 까지의거리차, 즉경로차 S P~S P= (m+1) 이된다. (m=0, 1,, 3, yy) 4_ 점P로부터두파원사이의경로차 S P~S P=m일때보강간섭이일어난다. 1_ 마디선에서는상쇄간섭이일어나므로두점파원으로부터의거리차 ( 경로차 ) 가파장의 0.5배, 1.5배,.5배, yy가된다. 마디선은두파원으로부터의거리차가일정하기때문에쌍곡선이된다. _ 두점파원으로부터의거리차 ( 경로차 ) 가파장의정수배가된다. 탐구 3 해설 1_ 두파원을연결하는직선이마디선과만나는점과두파원사이의거리를각각 x, y라하면x+y=l이고, 3 5 x-y =,,, yy 두식을만족하는범위내에서마디선의수 N이결정된다. _ 보강간섭이일어나는점 P와두파원사이의거리의차, 즉경로차 S P~S P=m인점들에서보강간섭이일어난다. 3_ 마디선은상쇄간섭이일어나는점들이므로 S P~S P= (m+1) 을만족하는점들이마디선을만든다. 간섭과스피커설치 한음향기기에두개의스피커를설치할때에는일반적으로음향기기본체의양쪽에일정한간격을두고설치한다. 보통두스피커사이의간격을 3m 정도띠우는데, 그이유는저음과고음을내는두스피커에의한스테레오효과를가장잘즐길수있기때문이다. 각각의스피커와듣는사람과의세점이정삼각형에가까울때가장좋은소리를들을수있다. Ⅲ. 파동과입자 3. 파동의간섭과회절

4 그림은두파원 S 1, S 에서진동수가같고파장이 인두파동을동시에발생시켰을때어느순간의간섭현상을나타낸것이다. 두파동의마루가만난점 P에서각파원까지의거리차이는다음과같다.»S 1 P-S P»=»3-4»= 이와같이보강간섭이일어나는임의의점에서각파원까지의거리차이는항상반파장의짝수배가된다.»S 1 P-S P»= (m) (m=0, 1,, ) 한편, 마디선위의점 에서각파원까지의거리차이는다음과같다. 1 3»S 1 -S»=4- = 이와같이상쇄간섭이일어나는마디선위의임의의점에서각파원까지의거리차이는항상반파장의홀수배가된다.»S 1 -S»= (m+1) (m=0, 1,, ) 보강간섭»S 1 P-S P»= m (m=0, 1,, ) 상쇄간섭»S 1 P-S P»= (m +1) (m=0, 1,, ) 그림은수면파투영장치의두점파원 S 과 S 에서진폭과파장이같은수면파를동시에발생시켰을때어느순간각파원에의한마루와골을실선과점선으로나타낸것이다. 1. 점 P 및점에서만난두수면파의위상차는얼마인가?. 스크린상에서밝기가변하지않는점은어느것인가? 3. 점 P,, R에서는각각어떤간섭이일어나는가? P S Ⅲ`-`53 수면파의간섭무늬 l S P S R S l 마디선 마루 골 생활속의과학 ibjfyc- moire = ibh8 아레무늬는고대중국에서수입된비단중무물결무늬가새겨진것을 무아레실크 라고부른데서유래한다. 무아레는 물결무늬 라는뜻을가진프랑스어이다. 오늘날무아레무늬는반복되는무늬가겹쳐져서나타나는무늬를뜻한다. 무아레무늬는우리주변에서흔히볼수있다. 모기장을두장겹칠때, 비치는커튼을겹칠때, 여름모시옷에서보이는일렁이는무늬등이모두무아레무늬이다. 가는줄무늬는 TV 화면에서무아레무늬를만들수있으므로 TV 출연자들은줄무늬옷을잘입지않는다고한다. 만원권지폐의한쪽에동심원을촘촘히그려놓은것은지폐를복사할때만들어지는무아레무늬로위조지폐를식별할수있도록하기위한것이다. 만화가들은배경으로사용하는색지를겹쳐무아레무늬를만들고이것을이용하여새로운배경의효과를얻기도한다. 장의줄무늬를겹쳐무아레무늬를만든후, 어느한장을이동시키면무늬가이동하는것처럼보인다. 이러한원리는짧은거리를측정하는데이용할수있다. 또, 물체에줄무늬의그림자를만들어놓고줄무늬판을통하여보면물체표면의높낮이가등고선과같은모양으로나타난다. 이것을이용하여물체의표면편평도를측정할수도있다. 촘촘한무늬를복사하면무아레무늬가생긴다. 그이유는무엇인가? Ⅲ`-`54 일반사진과무아레무늬사진 Ⅲ`-`55 무아레무늬 _ 점 P에서의위상차 : 경로차 S P~S P=0이다. 위상차가없으므로보강간섭이일어난다. 점 에서의위상차 : 경로차 S ~S =-1.5 =0.5이므로 180 의위상차가생겨상쇄간섭이일어난다. _ 상쇄간섭이일어나는마디선상의점들은항상밝기가일정하다. 따라서, 상쇄간섭이일어나는점 의밝기는일정하다. 3_ S R~S R=1.5~1.5=0이므로점 P, R에서는보강간섭, 점 에서는상쇄간섭이일어난다. 다음그림의무아레무늬에서어둡게보이는선은두장의무아레무늬의밝은곳과어두운곳이겹쳐전부상쇄간섭이일어나어둡게보이는마디선에대응된다. 그림과같이지폐를복사하면무아레무늬가나타나게되어위조지폐임을알수있다. 생활속의과학 촘촘한무늬가겹쳐서다양하고큰무늬가생기는것을무아레간 섭이라하고, 이때생긴무늬를무아레무늬라고한다. 이것은무늬사 이의간격이가까워지다가멀어지는것을반복하기때문에나타나게되 는데, 무늬사이의밝은부분을마루, 무늬의진한부분을골이라고하 무아레 `( /wavelight/moire/moire.html) 면무늬사이의간격은파동의한파장이된다. Ⅲ. 파동과입자 4. 파동의간섭과회절

5 03 ltanfapf 3. 손을더욱빠르게흔들어용수철의중간에마디가 곳, 3곳, 그이상생기도록흔들고, 그때마다마디사이의거리를측정하자. 정상파를이해하고이를이용하여현악기를설명할수있다. 기타줄을감으면왜높은음이날까? 1. 용수철전체의길이와측정한거리사이에는어떠한관계가있는가?. 용수철의양끝이이어져원형으로되어있다면정상파는어떤모양으로만들어지겠는가? 정상파는마디와마디사이가 ;!; 파장이므로양끝이고정된줄에서줄 같은진동수와모양을갖는두파동이서로반대방향으로진행하여중첩되면, 파동이진행하지않고제자리에서진동하는것처럼보인다. 이러한파를정상파라고하며, 정상파에서매질이움직이지않는부분을마디, 최대로움직이는부분을배라고한다. 의길이가 l, 파장이 이면 l= n (n=1,, 3, ) 이된다. 줄에서만들수있는가장작은진동수의정상파는 n=1일때이다. 이정상파를기본진동이라고하며, n=일때를배진동, n=3 일때를3배진동이라고한다. 4 'fzub 현에서의정상파 실험 5 'fzub 수면파의정상파 실험 준비 준비 파동실험용용수철, 줄자, 스탠드 수면파투영장치, 직선파발생기, 직선반사판, 스크린용종이, 30cm 자 1. 스탠드에용수철의한끝을고정하고용수철의다른한끝을흔들어파동이진행하지않고위아래로흔들리는것처럼보이게하자. 이때스탠드에서손까지의거리를측정하자. 1. 수면파투영장치를설치하고직선파를발생시키자. 파장이긴수면파를얻으려면어떻게하여야할까?. 스크린상에나타나는파장을측정하자. 3. 반사판을파면에평행하게놓고반사판을앞뒤로움직이면서정상파가만들어지는위치를찾아보자. 흡수체 반사판 수면파발생기 Ⅲ`-`57 반사에의한정상파발생 Ⅲ`-`56 정상파실험장치 1. 정상파가생겼을때이웃한밝은무늬사이의거리는파장의몇배인가?. 손을좀더빠르게흔들어용수철의중간에움직이지않는부분인마디가생. 정상파를만들기위해반사파를움직인거리는파장과어떤관계가있는가? 기도록하고, 이때스탠드에서마디까지의거리를측정하자 탐구 4 해설 1_ 진동하지않는점을마디라고하며, 마디와마디사이의거리 는이다. 용수철의양끝역시진동하지않는마디가된다. 따라서, 용수철전체의길이 l과마디사이의거리는 l 3l, l,, l, yy이다. _ 오른쪽그림과같은정용수철 상파가생기게된다. 탐구 5 해설 1_ 파장이긴수면파를얻으려면수면파발생기의진동수를작게하여야한다. 1_ 밝은무늬는입사파와반사파의마루끼리만나보강간섭이일어나생기는것이므로마루와마루사이의거리는파장과같다 (1배). n _ 줄에서의정상파조건 l= (n=1,, 3, y) 에서반사판 을움직인거리가가될때마다정상파가만들어진다. 정상파의특징 정상파는에너지를다른곳으로전달하지않는다. 정상파는모든진동수에대해서나타나는것이아니라특정한진동수에대해서만나타나며, 이러한진동수를공명진동수라고한다. 물체를공명진동수로진동시키면에너지를효율적으로전달하여진동체의마찰로잃는에너지와균형을이룰때까지진동진폭이증가한다. 생활속의정상파 악기에서나는소리를정상파로이해할수있다. 또, 원자핵주위를돌고있는전자의에너지가감소하지않는이유를정상파와연관지어설명할수있다. Ⅲ. 파동과입자 5. 파동의간섭과회절

6 기본 진동 `배 진동 정상파는줄에서뿐만아니라다른매질에서도만들어진다. 그림과같이양끝이열린개관에서는양끝에서배가되는정상파가만들어진다. 그러나한쪽끝이막힌폐관에서는열린끝이배, 막힌끝이마디가되는정상파가만들어진다. 폐관에서는줄이나개관과는다르게기본진동의홀수배인진동들만정상파를만든다. 기본 진동 `배 진동 기본 진동 3`배 진동 생활속의과학생활속의과학 nrsnrnfjrlt 최근음악을연주할때에는전자오르간, 전자피아노, 키보드등이많이사용되고있다. 이들전자악기는하나로여러악기의소리를내기때문에특정악기대신으로도사용되고있다. 이들전자악기가음을만들어내는방법에는 가지가있다. 음원모듈에각각의악기에해당하는음을미리저장시켰다가사용하는방법과기본진동음에여러배진동음을적당히중첩시켜사용하는파동의합성방법이있다. 과거에는음을기억시켜음원모듈을만드는방법은비용이많이들기때문에합성방법을많이사용하였으나, 지금은컴퓨터의발전에따른부품산업의발전으로음원모듈을값싸게구할수있게되어특별한경우에만합성방법이사용된다. 현재대부분의전자악기는음원모듈을사용하며, 컴퓨터에내장된소리카드에도음원모듈이들어있다. Ⅲ`-`6 신시사이저 A 기본진동 A B 배진동 A+B 3` 배 진동 3` 배 진동 5` 배 진동 C 3 배진동 A+B+C Ⅲ`-`58 양끝이고정된줄 Ⅲ`-`59 개관 Ⅲ`-`60 폐관 Ⅲ`-`63 여러가지모듈 기타줄을튕긴다음진동하는줄에 악기소리를구별하기위한소리로저음과고음중어느것이유리한가? 손가락을살짝대면바로소리가멈추 는것을알수있다. 그러나줄의한가 운데부분, 배진동의마디가되는부 분에손가락을살짝대보면줄의진동 이완전히멈추지는않는다. Ⅲ`-`61 기타 정상파같은진동수, 같은진폭을갖는두파동이서로반대방향으로진행하면서중첩되어배와마디가 정상파는서로반대방향으로진행하는파동이간섭하여어느쪽으로도진행해가지않고정지해있는파동이기때문에에너지는이동시키지않고정상파속에저장한다. 따라서, 정상파는일단만들어지면오랫동안계 생긴파동이다. 정지해있으면서진행하지않는다. 에너지를저장한다. 정상파의마디와마디 ( 배와배 ) 사이의거리파장의 ;!; 현에서의정상파양끝이고정된줄에서만들어지는정상파는양끝이마디가된다. 속지속된다. 기타줄을튕기면기타줄에는파장이다른여러진동들이생기게된다. 그중에서정상파를이룰수있는파동만기타줄에남아이들이중첩되는결과에의한고유한소리를만들어낸다. 이와같이현악기, 관악기또는 1. 양끝을고정한 40cm 길이의줄에서정상파를만들어진동수를측정하였더니가장낮은진동수가 500Hz였다. 이줄에서파동의속도는얼마인가? 타악기등은처음음이만들어질때는여러다른진동을하는파동들이생 1 1.5m/s 00m/s 3 400m/s 4 65 m/s m/s 기지만곧바로정상파를이룰수있는파동들만남아고유한음색과음높. 현악기에서는짧은줄이높은소리를낸다. 그이유는무엇인가? 이를결정한다 생활속의과학 신시사이저 음의높이는같아도피아노와바이올린의소리가전혀다른느낌을 주는것은발음체의차이나진동방법에따라음이지니는감각적인성 질에차이가생기기때문인데, 이를음색이다르다고한다. 음색은파형의차이로구별할수있으며, 진동수가큰고음일수록파 장이짧아지므로파형의차이를구분하기어려워진다. 따라서, 악기소 리를구별하기위해서는저음이유리하다. 정상파의조건 1 양끝이고정된현에서의정상파 : 줄의양끝은진동하지못하므로마디일수밖에없으며정상파는줄전체길이가반파장의정수배일때만가능하다. 개관에서의정상파 : 관의양끝은마디일수없으므로배이어야한다. 양끝이배인정상파로가능한경우는관전체길이가반파장의정수배일때이다. 3 폐관에서의정상파 : 관의막힌부분에서는마디, 열린쪽은배이어야한다. 그러므로관전체길이가 ;4!; 파장의홀수배일때만가능하다. 정상파와진동수 1 현의진동 : 현의길이를 l, 파동의전파속도를 v라고하면, «= l이므로진동수 f는다음과같다. n v n f«= = v (n=1,, 3yy) «l 개관 : 관의길이를 l이라하면, 파장은 «= l이다. n v n f«= = v (n=1,, 3yy) «l 4 3 폐관 : 폐관의길이를 l이라하면, 파장 «= l이다. (n-1) v (n-1) f«= = v (n=1,, 3yy) «4l n 1_ 3, l= (n=1,, 3, y) 에서기본진동수의파장 (n=1) =l=80cm = 0.8m이므로, 파동의속도 v=f=500_0.8=400(m/s) 이다. _ 줄의길이가짧을수록정상파의파장이짧아져진동수가커지므로높은소리가난다. Ⅲ. 파동과입자 6. 파동의간섭과회절

7 04 pfv aj8 m/rltw 틈새의폭에따라수면파의진행모습은어떠한가? 개략적으로그려보자. 마디선모양이보이는가? 회절현상을호이겐스의원리로설명할수있다 1,, 3, 100 여기에있나? 못찾겠다. 꾀꼬리 보이지는않는데소리는어떻게들릴까? 1. 3에서마디선모양은어떤조건일때보이는가?. 산속에서는 AM과 FM 중어느방송이잘들리는가? 그이유를말해보자. 빨리숨자. 회절은틈이파장보다작을때잘일어난다. 파동의회절은파장이길고틈의폭이좁을수록잘일어난다. 이러한회절현상은호이 E F 6 'fzub 수면파가진행을하다가장애물을만나면파면이둥글게휘면서장애물의뒤쪽까지파동이도달하는것을볼수있다. 파동의이와같은현상을파동의회절이라고한다. 수면파의회절실험준비수면파투영장치, 평면파발생기, 장애물 개, 스크린용종이, 30cm 자 Ⅲ`-`66 파장이다른경우 겐스의원리로잘설명할수있다. 그림에서파면 AB가틈P C D 에도달하면 P 사이의파면에있는무수한점들이새로운 P 파면 A B 파원이되어구면파를발생하 Ⅲ`-`65 호이겐스원리에의한회절 고, 이들새로운구면파가다 음의파면 CD를만든다. 같은원리로파면 EF가만들어지고, 또계속파 면이만들어지면서파동이장애물뒤에도도달한다. 1. 수면파투영장치를설치하고평면파를발생시키자.. 평면파발생기앞약 10cm되는곳에파면에평행하게장애물 1개를놓고수면파의진행을관찰하자. 파동이장애물뒤로얼마나휘어져돌아가는가? 개략적인모습을그려보자. Ⅲ`-`67 틈의폭이다른경우 장애물뒤에있는사람의소리를들을수있는것과바닷가에서방파제안쪽까지파도가도달하는것은모두파동의회절때문에나타나는현상이다. 공이나구슬과같은입자가좁은틈을지나거나장애물언저리를지날때에는이러한회절현상이나타나지않는다. 회절은파동에서만나타나는현상이다. 흡수체 흡수체 장애물 수면파발생기 장애물 수면파발생기 회절장애물뒤에도파동이도달되는현상파장이길고틈이좁을수록잘일어난다. 1. 다음중수면파가회절할때변하는것은어느것인가? Ⅲ`-`64 수면파의회절실험장치 1 속도 파장 3 진동수 4 진행방향 5 위상 3. 장애물 개를파면에평행하게놓고장애물사이틈새폭을조절하면서수. 회절이많이일어나야좋은경우와회절이적게일어나야좋은경우를우리주변에서찾아보자. 면파의진행을관찰한다 도입만화 담너머사람이보이지는않아도말소리는들을수있는이유는빛과소리의파장의차이때문이다. 빛은파장이매우짧으므로회절을잘하지않고직진만하는것처럼보인다. 소리는빛에비해파장이훨씬길므로회절을잘한다. 탐구 6 해설 AM은 FM 방송에비해파장이길므로회절이잘된다. 또, 전파가전리층을투과하는정도는전파의주파수에따라달라진다. 텔레비전이나 FM에사용되는초단파 ( 파장 1~10m) 는전리층을통과하나 AM에사용되는중파 ( 파장 00~3000m) 는통과하지못하고반사된다. 따라서, AM 의경우FM보다이온층의반사가더잘되어서더멀리전파되므로산속에서는회절과반사가잘일어나는 AM방송이 FM보다잘들린다. 수면파의회절실험의결과 파동은파장이같을때슬릿의간격이좁을수록회절이잘되며, 슬릿의폭이같을때파장이길수록회절이잘된다. 3_ 교과서 p.197 그림 Ⅲ-`67 참조 1_ 틈새의폭이넓을수록회절이잘안되므로마디선이생기지않는다. 폭이좁을수록마디선의수가적고, 폭이넓을수록마디선이많이생기므로보이지않게된다. 1_ 4, 회절이일어나면파동의속도, 파장, 진동수, 위상은변하지않고파동의진행방향만변한다. _ 상을얻고자할때는회절이적게일어나야좋다. Ⅲ. 파동과입자 7. 파동의간섭과회절

8 05 ;rzj8 ufsnt1 빛의간섭현상을설명할수있다. 물에떠있는기름막이나비눗방울을보면무지개색이나타나는것을볼수있다. 이러한현상은어떻게일어날까? 17세기에호이겐스는빛이파동과같은성질을가졌다고하였으나이를뒷받침할충분한증거를제시하지못하였다. 1801년영국의과학자영 (Young, T. ; ) 은빛의간섭현상을발견하여빛의파동성에대한실험적증거를처음으로제시하였다. 영은광원앞에하나의작은구멍이뚫린단일슬릿을놓아점광원을만들고, 그앞에다시 0.1mm 간격으로작은구멍 개가있는이중슬릿을놓아점광원에서나온빛이서로다른경로로스크린에도달하게함으로써간섭무늬를얻었다. 7 'fzub 이중슬릿에의한빛의간섭 준비 레이저광원장치, 이중슬릿 ~3 종, 줄자 (~3m), 흰종이 Ⅲ`-`68 비누거품에나타난무지개색 실험 레이저광은눈의망막을손상시킬수있으므로눈에직접닿지않도록주의하여야한다. 1. 스크린으로부터약 m 떨어진곳에레이저광원을장치하여빛이스크린에수직하게도달하도록하자. 이중슬릿을지난빛은두점파원에서발생한수면파의간섭에서와같이마디선을갖는무늬를만든다. 빛이파동 ( 슬릿간격 : 0.1`mm) 적색광 ( 슬릿간격 : 0.`mm) 이라고가정하고호이겐스의 원리를적용하면이두현상은 같은방법으로해석할수있 적색광 ( 슬릿간격 : 0.1`mm) 다. 즉, 영의실험에서밝은무 Ⅲ`-`69 레이저광원장치 Ⅲ`-`70 간섭무늬 늬가나타나는곳에서는두슬. 광원앞에이중슬릿을놓을때스크린에생기는무늬를관찰하자. 3. 슬릿사이의간격을다르게하면서스크린에생기는무늬의간격을측정하자. 4. 슬릿과스크린사이의거리를변화시키면서스크린에생기는무늬의간격을측정하자. 릿까지의거리차가반파장의짝수배가되고, 어두운무늬가나타나는곳에서는두슬릿까지의거리차가반파장의홀수 백색광 ( 슬릿간격 : 0.`mm) 5. 밝고어두운무늬가생기는이유에대하여토의해보자. 배가된다. 백색광 파장이긴빛일수록간섭하 Ⅲ`-`7 빛의간섭무늬 1. 밝고어두운무늬가생기는이유를설명해보자.. 스크린에생기는무늬의간격을변화시키는것은무엇인가? 여생기는무늬의밝은곳과어두운곳사이의간격은넓어진다. 따라서, 빛의간섭현상을이용하면빛의파장을측정할수있다. 비눗방울이나얇은기름막에서도빛의간섭현상이일어난다 광 원 Sº 빛의간섭을모의실험할수있는사이트를찾아직접실험해보자. Ⅲ`-`71 영의이중슬릿실험장치 S O S q q 경로차 탐구 7 해설 1_ 양쪽슬릿 (S, S ) 으로부터의거리차, 즉경로차가빛의파장의정수배인곳에서는보강간섭이일어나밝아진다. S P~S P=n 경로차가빛의반파장의홀수배일때는상쇄간섭이일어나어두워진다. S P~S P={n+;!} _ 슬릿사이의간격, 빛의파장, 슬릿과스크린사이의거리에따라무늬사이의간격이달라진다. 비누거품에나타난무지개색 물위에떠있는기름막이나비눗방울을보면무지개색이나타나는것을볼수있다. 이러한현상은얇은막에의한간섭현상때문이다. 즉, 얇은막의안쪽표면과바깥쪽표면에서반사하여눈에입사하는두빛의경로차에의해간섭현상이일어난다. 영의간섭실험 1801년영국의과학자영 (Young. T.) 은이중슬릿에의한빛의간섭실험을통하여빛이파동이라는실험적증거를제시하게되었다. 이중슬릿에서스크린까지의거리 (L) 가멀수록, 빛의파장 () 이길수록, 슬릿의간격 (d) 이좁을수록스크린에나타나는간섭무늬의간격 (Dx) 이넓어진다. 슬릿에햇빛과같은다색광을입사시키면파장이긴빨간빛쪽의무늬사이의간격이커지고, 파장이짧은파란빛쪽은간격이좁으므로스크린상에무지개색의무늬가나타난다. 단일슬릿 S를이중슬릿앞에놓는것은빛을회절시켜이중슬릿에같은위상의빛이들어가도록하기위해서이다. 레이저광은단색광이므로이중슬릿앞에단일슬릿 S를놓지않아도간섭무늬를볼수있다. Ⅲ. 파동과입자 8. 파동의간섭과회절

9 물위에얇게퍼진기름막에입사한빛 (A) 의일부는기름막표면에 A 눈 서반사되고 (a), 일부는투과하여 a 물과기름막의경계면에서반사된후 b 다시공기중으로나오게된다 (b). 공기 기름 이때공기와기름막의경계에서반 물 사된빛과기름막과물의경계에서 반사된두빛a, b가눈의망막에서 Ⅲ`-`73 얇은막에서간섭무늬가생기는이유 만나간섭이일어날때두빛의경로차와반사때의위상변화의결과망막 에명암이생기게된다. 이때명암의위치는파장에따라다르기때문에 백색광에서는무지개색깔의무늬가나타나게된다. 빛의간섭현상빛의파동성을나타내어주는증거, 영의실험, 얇은막에서의간섭 이중슬릿에의한빛의간섭파장이길수록슬릿과슬릿사이의거리가가까울수록간섭무늬의폭이넓다. ngngyv ndaufxmd;vur 얇은막에서의간섭 공기중에떠있는얇은막의표면에서반사된빛과, 막내부에서반사된빛은위상이각각어떻게되겠는가? 파동의고정단반사와자유단반사로생각해보자. 1. 그림과같이현미경슬라이드유리 장을가만히겹쳐잡은후, 양쪽유리를살짝눌러보면아름다운색의무늬를볼수있다. 이무 광선 A B C D 늬는어떤빛들이간섭하여만들어진것인가? 유리판 1 A, B A, C 3 B, C 유리판 4 B, D 5 C, D. 이중슬릿에의한빛의간섭에서간섭무늬의간격을크게만들기위한방법을 3가지이상말해보자. 생활속의과학 ufsnt1 ifaj?tsuea 들을좀더밝게, 명확하게보기위해서는망별원경의구경이커야한다. 그러나망원경의구경을크게하는데에는한계가있다. 대형망원경의주반사경에서반사된빛을검출기로받는것은주반사경의작은조각들에서얻은빛을하나의검출기로받는것과같으므로대구경망원경의효과를얻기위하여여러개의작은망원경으로빛을모으고간섭시킨결과가하나의큰망원경과같은역할을하도록하는방법이연구되었다. 간섭망원경은사용되는간섭계의형식에따라크게피조간섭계형과마이켈슨간섭계형으로구분한다. 피조형망원경 (Fizeau interferometer) 은여러개의망원경으로빛을모아빛합성기에서하나의검출기가상을맺도록하는방법이기때문에, 직접상을볼수있다. 마이켈슨형망원경 (Michelson interferometer) 은각망원경에서모은빛이검출기에도착할때까지의경로를광로지연장치를이용하여같게하고, 이빛들을간섭시켜상을얻는방식이다. 이경우직접상을볼수는없고푸리에변환및역변환이라는복잡한수학적을거쳐상을얻는다. 하와이제도의마우나케아산에설치된간섭망원경 (interferometer) 은 85m 떨어진 10m 구경의두망원경으로구성된마이켈슨형간섭계이다. NASA는향후두망원경주위에 1.8m급의망원경 검출기 감지기 검출기 감지기 4 개를더설치하여 6 개의간섭망원경계를구성하여더욱향상된상을얻으려고계획하고있다. Ⅲ`-`74 간섭망원경 Ⅲ`-`75 간섭계용망원경 거울 Ⅲ`-`76 마이켈슨형망원경 망원경 전파망원경을이용한간섭망원경은광학망원경을이용한경우보다많다. 그이유는무엇이라고생각하는가? 거울 거울 거울 거울 거울 스스로생각해보기해설 막의표면에서반사된빛 : 빛이광학적으로소한매질 ( 공기 ) 에서밀한매질 ( 기름 ) 로들어가다반사할때에는위상이 180 변한다.( 굴절률이더큰매질로입사하다가반사하는경우`- 고정단에서의반사와같다. 막내부에서반사된빛 : 빛이광학적으로밀한매질 ( 기름 ) 에서소한매질 ( 공기 ) 로들어가다반사할때에는위상이변하지않는다.( 굴절률이더작은매질로입사하다가반사하는경우 `-`자유단에서의반사와같다.) 1_ 3, 슬라이드유리사이에얇은공기막이생기고공기막의위쪽과아래쪽에서반사한빛 B, C에의해간섭무늬가생긴다. 생활속의과학 광학망원경의구경을크게하는데에는한계가있다. 전파는빛보 다파장이길기때문에지향성과분해능이나쁘다. 이를보완하는방법 으로 개이상의안테나를사용하여서로수신한전파를간섭시켜천체 의정확한위치나내부구조를광학현미경보다정밀하게분석할수있 다. ( 코팅과간섭 유리창이나안경에코팅을하여거울처럼보이는유리를만들면내부가잘보이지않는다. 그이유는막의두께를조절하여건물의유리창이나선글라스등에서보강간섭이일어나도록만들었기때문이다. 반대로카메라나망원경등의앞면에는상쇄간섭이일어나도록막의두께를조절하여코팅이되어있다. 상쇄간섭이일어나게하여무반사렌즈를만들면빛의투과량이많아져더선명한상을얻을수있다. _ 빛의파장이길수록, 슬릿사이의간격이좁을수록, 슬릿과스크린사이의거리를길게할수록무늬사이의간격이넓어진다. Ⅲ. 파동과입자 9. 파동의간섭과회절

10 06 ;rzj8 m/rltw 빛의회절무늬와간섭무늬를구별하고설명할수있다. 8 'fzub 레이저광은에너지밀도가높아망막에손상을줄수있으므로눈에직접닿지않도록한다. 뭐하니? 빛의회절 준비 레이저광원장치, 단일슬릿 3 종, 줄자 ( 5m), 흰종이 신기한것이보여서. 그렇게보면뭐가보여? 너도한번해봐. 뭔가망사같은무늬가보이는걸. 1. 스크린으로부터약 m 떨어진곳에레이저광원을장치하여빛이스크린에수직으로도달하도록하자.. 광원앞에단일슬릿을놓고빛이슬릿을수직으로통과하도록하자. 3. 스크린에밝고어두운무늬가생기는것을관찰하고무늬가생기는이유에대하여토의해보자. 4. 틈의크기가다른단일슬릿으로실험하여무늬의간격을측정해보자. 실험 단일슬릿을통과한빛은양쪽으로퍼져서밝고어두운부분이교차하는무늬를만든다. 수면파의회절실험에서는파원과슬릿을잇는중앙선을중심으로파동이세어지는곳이생기고, 양쪽으로약해지는곳과세어지는곳이교대로나타난다. 빛에서얻은무늬가수면파의회절실험에서나타나는무늬와유사하다는것은빛이수면파와마찬가지로회절한다는것을보여주는것이다. 즉, 빛의회절은빛의파동성을보여주는증거가된다. 단일슬릿에서빛의회절무늬가밝거나어두운곳의위치는수면파의회절무늬와유사하게슬릿의열린틈양끝으로부터의거리차와빛의파장에관계된다. 빛의회절도수면파의회절과마찬가지로슬릿의틈새가작을수록, 파장이길수록잘일어난다. 빛이물체의가장자리를지날때에도회절현상이일어나기때문에그림자의경계가명확하게나타나지않는다. 아래그림들은빛의여러가지회절현상을나타낸것이다. Ⅲ`- 79 면도날의그림자 Ⅲ`- 80 원형틈을지난빛 Ⅲ`- 81 사각틈을지난빛 Ⅲ`- 8 원판의그림자 Ⅲ`-`77 레이저광원 ` Ⅲ`-`78 회절무늬 1. 단일슬릿에의해밝고어두운무늬가생기는이유는무엇인가?. 슬릿의틈에따라무늬의간격은어떻게변하는가? ngngyv md;vur 달그림자이지러진달의사진을보면태양빛을직접받는밝은부분과지구의그림자에의한어두운부분사이의경계가명확하지않고흐릿한것을볼수있다. 이현상은회절에의한것이아니다. 그이유를조사해보자 탐구 8 해설 1_ 단일슬릿을통과하는빛들이회절하여한점에도달할때경로차가생겨간섭무늬를만들게된다. _ 슬릿의폭이좁을수록간섭무늬사이의간격은넓어진다. 하늘은왜파란색일까? 하늘이파란색을띠는이유는빛의회절에의한산란때문이다. 태양에서오는여러가지색의빛중에서회절에의해진행방향이바뀌는것이가장덜한파란색계열의빛이공기중의작은입자들과만나, 사방으로퍼지면서하늘전체를파랗게만드는것이다. 동틀무렵의하늘과석양이질때하늘이붉고노란색을띠는것은, 태양이지평선가까이있을땐진행방향이덜휘는파란빛보다회절에의해진행방향이크게바뀌는붉은색과노란색의빛이우리눈에들어오기쉽기때문이다. 회절 이라는것은말그대로직진하는빛이진행방향과다른방향으로휘는것을말하며 산란 이라는것은여러방향으로퍼져나가는것을말한다. 그런데, 파장이긴빛일수록회절이심하게일어난다. 따라서, 지구로들어오는태양빛중대기의입자들에의해회절이일어 나면진행방향이심하게바뀌는파장이긴빛은확률적으로우리눈에들어오기어렵게된다. 따라서, 파장이짧은파랑색계열의빛이하늘을푸르게보이도록하는것이다. 회절격자 회절격자는평면유리나투명한플라스틱판에 1cm당 5000~7000개정도의가는줄을일정한간격으로평행하게그은것을말하며평행하게그은줄들사이의간격 d를격자상수라한다. 회절격자에수직하게파장 의평행광선이입사되었을때, 격자면의법선과 h의각을이루는방향으로진행되는광선의격자상수 d와 사이의관계가 dsinh= (m) (m=0, 1,, 3, yy) 을만족시킬때이웃슬릿의대응점에서나온빛은위상차가없다. 서로보강된이러한회절격자는빛의파장을측정하거나빛의스펙트럼분석에이용된다. 스스로해보기해설달의밝은부분과어두운부분의경계가명확하지않은이유는태양은점광원이아니기때문이다. 또지구에의해반사된태양광선중일부는달의어두운표면에서반사하여다시지구로되돌아오기때문이다. Ⅲ. 파동과입자 10. 파동의간섭과회절

11 생활속의과학생활속의과학 mvwyvugydpr 홀로그래피는 1948년헝가리태생의데니스가보 (Dennis Gabor) 박사에의하여처음제작되었으나, 당시에는레이저가발명되기전이었기때문에물체의상을또렷하게기록할수없었다. 1960년대에레이저가개발되면서미국의라이스 (Leith) 교수에의하여깨끗한 3차원물체의투과형홀로그래피는소개되었고, 거의같은시기에소련의과학자 거울 렌즈 광원 거울 인데니슈크 (Denisyu) 는반사형홀로그래피를제작 렌즈 하는기술을개발하여레이저가아닌백색광원으로도홀 필름 로그래피를재생할수있게되었다. 당시에는밝은홀로 그래피를얻기가어렵고제작이까다로워서실험실에서 Ⅲ`- 83 레이저광을둘로나누어, 한빛은조명광으로물체 주로제작되어거의상품화되지못하였다. 오늘날널리사용되는무지개홀로그래피는 1970년 에반사시켜필름면에, 다른한빛은참조광으로직접필름면에보내원판사진을얻는다. 이홀로그래피에참조광을쪼 이면입체상이나타난다. 대에미국의벤톤 (Benton) 에의해서개발되었다. 이 방법은좁은간격의슬릿을물체의상과함께기록함으로써재생시에홀로그래피앞에슬릿의영상이함께재 생된다. 이슬릿을통해서물체의상을관찰하게되므로상의밝기가뛰어나서천연색으로재현될뿐만아니라 밝은실내에서도홀로그래피를볼수있다. 생활속의과학 udirjcuc mcwicqjgw N8jblf 조형법은물체의세세한부분까지그대로살려서수지로축광소모형을만드는기술을말한다. 이기술을마이크로세계에적용하기위해스위스의로잔이공대학과학자들은정밀도가매우높은광학렌즈를개발하여극소광조형법을탄생시켰다. 과학자들은이기술을이용하여피한방울로바이러스등의혈액검사를할수있는마이크로칩, 우리몸의혈관을타고다니며치료하는극소형로봇개발등을꿈꾸고있다. 이와같은과학자들의끝없는상상력으로언젠가는개미에게전기헬멧을씌워개미의행동도연구하려할것이다. 이렇게하기위해서는헬멧의제작기술외에도개미의뇌에전극을이식할미소수술칼의제작등주변관련기술의개발도필요할것이다. 00lm Ⅲ`- 84 극소광조형법으로만든찻잔 빛의회절빛의파동성을나타내는증거, 빛도수면파와같이회절한다. 회절현상슬릿의틈이좁을수록빛의파장이길수록회절무늬가넓다. Ⅲ`- 85 머리카락보다섬세한케이블망 500lm 1. 백색광을단일슬릿에통과시켜무지개색깔의회절무늬를얻었다. 회절무늬의중앙에서차례로나타나는색깔을순서대로써라.. 원판의그림자를보면경우에따라서는그림자한가운데가밝게보이는경우가있다. 이현상을빛의회절로설명하라. 1. 개미에게헬멧을씌일수있다면인간에게는어떤이득이있을까?. 광조형법기술이사용되는산업분야는어떤분야인가? _ 중앙에서멀어지면서보라, 노랑, 빨강순서로회절무늬가생긴다. 파장이긴빨간빛쪽이회절을잘하기때문이다. _ 원판의가장자리로부터회절하여그림자의한가운데에도달하는빛들의경로차는 0이므로보강간섭이일어나밝게보인다. 생활속의과학 1_ 나노테크놀로지는정보기술 (IT) 이나재료과학만이아니라바 이오테크놀로지나환경문제, 에너지문제등매우다양한분야와관 련이있는기술분야로이분야를발전시키기위한기본이되고열쇠 가되는기술이다. 이러한기술의발달로인간이얻을수있는이득은 무수히많다. _ RP(Rapid Prototyping) 는 CAD 등에의해제작된 3차원 모델로가능한한번거롭지않게시각이나촉각으로느낄수있는실 제모델로만드는작업이다. 과거에는 NC 기계를이용하여절삭가 공을하였으나숙련된기술이필요하고작업이번거로워이를간단 하고빠르게할수있는방법으로광조형법을사용하고있다. 극소 광조형법은아주작은물체나모델을광조형법을이용하여제작하는 방법이다. 카본나노튜브 현재재료분야에서가장주목을받고있는것이 카본나노튜브 이다. 카본나노튜브는지름 1~30nm의원통형탄소소재로서, 육각형의코가나있는쇠그물을둥글게한형태로탄소원자가배치된것과같은분자구조를이루고있다. 그가늘기는머리카락의 1만분의 1에불과하여, 자연계에서가장가느다란튜브라할수있다. 열전도성, 도전성, 강도등에뛰어난특징을지니고있으며, 가볍고, 유연성도뛰어나다. 전자소자 ( 전자미세부품 ) 이나박형디스플레이, 연료전지등그응용의폭이넓어전세계의연구자들을열광시키고있다. 이꿈의소재를발견한것은일본인이다. 1991년니혼전기라는회사의이지마수석연구원 ( 현재는메이조대학교수도겸임 ) 이 풀러렌 의연구를하고있을때발견하였다. 카본나노튜브는자유자재로변하는전기적성질이있기때문에, 아주작은전자소자로응용할수있을것으로기대된다. 카본나노튜브의육각형그물코의방향을바꾸거나함으로써전자의전달방식이변한다. 이것을 양자효과 라하며, 아주좁은튜브속을통과하기때문에일어나는현상이다. 카본나노튜브를텔레비전이나퍼스널컴퓨터의디스플레이에응용하는것은이미시험제작단계에들어가있다. Ⅲ. 파동과입자 11. 파동의간섭과회절

12 07 pes u/fa 편광현상을설명할수있다. 그림은아크릴모형앞뒤에편광판을놓고백색광을비추면서아크릴모형에힘을가하여얻은사진으로, 가하는힘에따라무늬가변한다. 이러한이유로건축물의구조연구에이용하기도한다. 이현상은빛의어떤성질때문일까? 3. 편광판을회전키면서수면에서반사된빛의밝기를관찰하고회전각에따라밝기가어떻게변하는지그래프로그려보자. 밝을때와가장어두울때편광판의회전각은몇도인가? 4. 편광판을회전시키면서물을투과한빛의밝기를관찰하고, 회전각에따라밝기가어떻게변하는지그래프로그려보자. 물의표면에서반사한빛과물을투과한빛의밝기변화를비교해보자. 밝기 밝기 밝기 9 'fzub 1. 편광판테두리에각도눈금이붙어있는편광판을준비하면실험이편리하다.. 손전등을페트리접시에비출때에는중심을향하여비추어야하며, 편광판으로관찰할때에는손전등의상이정면으로보이는위치에서관찰하여야한다. Ⅲ`- 86 광탄성현상빛의편광실험준비유리접시, 밝은손전등, 스탠드 조, 편광축이표시된편광판 1. 페트리접시에물을담아스탠드에올려놓고, 손전등을물에비스듬히비추자.. 편광판을회전시키면서수면에서반사된빛이가장어둡게보일때편광판은그대로두고빛의입사각을다르게하면, 밝기가어떻게변하는지관찰하고입사각에따른밝기의변화를그래프로그려보자. 밝기의변화가왜생기는지토의해보자. 0 입사각 0 회전각 0 회전각 Ⅲ`- 88 입사각및회전각과밝기의그래프 1. 입사각이같을때편광판을회전시켜가면서관찰한반사된빛과투과된빛은밝기변화의폭이다르다. 그이유가무엇이라고생각하는가?. 반사광과투과광이가장어두울때각편광판의회전각사이에는어떤관계가있는가? 밧줄을상하로진동시켜만든횡파는진동면과평행한틈새는통과하지만, 수직방향의틈새는통과하지못한다. 틈새가서로수직이되도록두판앞에서횡파를보내면, 앞판에서는틈새와같은방향으로진동하는파동이므로통과하지만, 다음판에서는틈새가진동방향과수직이되므로통과하지못하여결국파동은진행하지못한다. Ⅲ`- 89 편광현상 Ⅲ`- 90 밧줄의진동과파동에비유한파동의편광현상 개의편광판을겹쳐서빛을투과시켜보면, 두편광판의분자배열이서로일치하는정도에따라빛의투과량이다르다. 특히편광축이서로수직일경우에는통과하는빛이가장어두워진다. 이러한사실로미루어빛 Ⅲ`- 87 빛의편광을알아보는실험장치은모든방향으로진동하는횡파임을알수있다 사진도입 사진에나타난광탄성현상은구조물에가해지는힘에의해구조물에변형이생겨서나타나는현상인데, 투명구조물의양쪽에편광판을놓으면볼수있다. 구조물에서힘을세게받는부분일수록무늬사이의간격이좁아지므로구조연구에쓰일수있다. 탐구 9 해설 _ 입사각이커질수록투사광보다는반사광의세기가더커진다. 따라서, 입사각이클수록반사광의세기가더커진다. 3_ 밝을때와가장어두울때편광판의회전각은 90 가된다. 4_ 물의표면에서반사한빛의밝기변화가투과한빛보다더크다. 밝기 회전각 밝기 회전각 밝기 회전각 1_ 같은입사각에서반사된빛의세기가투과된빛의세기보다클때, 반사광의밝기변화의폭이투과광보다클것이다. 빛의세기가클수록편광판의회전에의한밝기변화의폭이커지기때문이다. _ 반사광과투과광은부분적으로편광이되며, 편광축이서로수직이다. 따라서, 반사광과투과광이가장어두워지는편광판의회전각은서로수직하다.(90 가된다.) 편광 편광이란한쪽방향으로만진동하는빛을뜻하며, 편광판을통과하거나방해석등에의해복굴절한빛, 물체의매끄러운표면에서반사한빛등은편광이된다. 빛의회절과간섭은빛을파동으로생각해야만설명할수있는현상이다. 반면에편광현상역시빛을파동으로생각해야만설명되는현상이지만그중에서도빛이횡파이기때문에생기는현상이다. 따라서, 편광현상은빛이횡파라는좋은증거가된다. 빛도전파와함께전자기파의일종이므로전파에서도편광과같은현상이생긴다. Ⅲ. 파동과입자 1. 파동의간섭과회절

13 그러나빛은매질의진동에의한역학적인횡파와는다르다. 도체인금속선으로만든철사격자에빛과같은전파를투과시키면편광이되는데격자방향의편광이되지않고금속선방향에수직인편광이된다. 이것은빛이금속선과전기적으로상호작용함을의미하며, 빛이전자기파임을말해주는것이다. y 생활속의과학 jdxlta p3nr lfaor 광판을통하여액정표시기로된시계문자판을보면편광판의회전각에따라문자판이전혀보편이지않을수도있다. 이것은액정표시기에서나오는빛이편광되어있기때문이다. z x 편광되지않은전파 E 입사광 ( 비편광 ) 반사광 ( 편광됨 ) i 90$ 굴절광 ( 약간편광 ) Ⅲ`- 9 반사에의한편광반사광과굴절광이이루는각이 90 일때반사광이최대로편광된다. 철사격자편광기 Ⅲ`- 91 빛의편광현상일반적으로편광되지않은빛이두매질의경계면에서반사될때반사광선은일부편광이된다. 특히반사각과굴절각이수직을이룰때반사광은최대로편광이된다. 이때의입사각을편광각이라고한다. 대기권밖에서태양빛은편광되어있지않다. 그러나하늘을편광판으로관측하면방향에따라부분편광이되어있는것을볼수있다. 이것은대기의공기분자에의해빛이산란되면서빛이편광되기때문이다. Ⅲ`- 93 편광선글라스주변에서흔히볼수있는시계문자판액정표시기, 컴퓨터보조기억장치에사용되는광자기디스크, 편광선글라스, 편광보안경, 편광현미경등우리주변에는편광을이용한것들이많이있다. Ⅲ`- 94 편광보안경 Ⅲ`- 95 편광판으로본액정표시기액정표시기는그림과같이액정을사이에두고두편광판이서로수직으로놓여있어서, 편광되지않은자연광이나조명광이액정표면의편광판을통과하여편광상태가된다. 편광된빛은전압이걸 려있지않은액정을통과하면편광상태가 90 회전한상태로바뀌기때문에거울앞의편광판을통과하여거울에서반사되어되돌아올수있다. 그러나전압이걸려있으면거울앞의편광판을통과하지못하여반사되는빛을볼수없다. 전압이걸리지않아 광활성을가짐 빛의편광현상빛이횡파인증거, 반사, 투과된빛또는산란된빛은편광이된다. 전압이걸려 광활성이없음 Ⅲ`- 96 액정표시장치의원리 1. 다음중빛이횡파라는사실을알려주는현상은어느것인가? 1 회절 간섭 3 편광 4 중첩 5 산란. 우리주변에서편광을이용하는예를들어보자. 시계, 컴퓨터, 모니터, TV 등에쓰이는액정표시장치는 LCD 판을사이에두고여러형태의전극을만들어숫자나글씨, 그림등을표현할수있다. 또한여러색의필터를배치하여색채도표현할수 있다. 발광표시기로사용되는것에는 LCD 판이외에어떤것이있는가? _ 3, 편광현상은빛이횡파라는증거이다. _ 편광선글라스, 입체영화, 광탄성을이용한구조물의연구, 거리측정, 액정등 생활속의과학 액정표시장치 기존의브라운관모니터, 네온사인, LED 등이있다. 편광선글라스 복굴절한두빛은서로직각으로편광이되며, 이는편광판을돌려보면서굴절광선들을관찰하면쉽게확인할수있다. 편광판이나방해석을통과하는빛은편광이되지만, 아스팔트와같은면에서반사하는빛도부분적으로편광이된다. 따라서, 편광선글라스를끼면아스팔트나수면의반짝거림을차단하여눈의피로를덜수있다. LCD 와 PDP 의비교 액정디스플레이 (LCD ; Liquid Crystal Display) 액정물질이들어있는두장의유리판에전압을가해반사되 는빛의양을변화시켜화면에표시하는방식이다. 워드프로세서전용기, 전자계산기, 휴대용컴퓨터, 디지털시계, 휴대폰등의표시장치로사용된다. 전력소비량이적다. 장점가볍고크기가작아휴대가용이하다. 비발광체이며화면의떨림이없어눈의피로가적다. 화편표시속도가느리다. 해상도가낮다. 단점보는각도에따라선명도가달라진다. 가격이비싸다. 플라스마디스플레이 (PDP ; Plasma Display Panel) 두장의유리판사이에플라스마라는혼합가스의충돌로일어나는빛을이용하여화면에표시하는방식이다. 얇고가벼워휴대가용이하다. 해상도가높다. 장점화편표시속도가빠르다. 화편의떨림이없다. 전력소비량이많다. 단점발열량이높아열을식히기위한부가장치가필요하다. 가격이비싸다. Ⅲ. 파동과입자 13. 파동의간섭과회절

14 08 ;rzj8 pfv anta 빛이가진파동의성질을말할수있다. 뉴턴은프리즘에의한분광실험을통하여빛은다양한형태의광선이혼합된것이며, 이러한광선은서로다른스펙트럼의색을만든다고주장하고, 빛을입자로이해하려고하였다. 그러나호이겐스등은빛을파동이라주장하였지만매질이없는진공상태의우주를지나오는빛을설명할수없었고, 뉴턴의명성때문에인정받지못하였다. 빛의파동성을어떻게알수있을까? 1. 수면파와빛의회절사진을비교하기위해서수면파의실험그림에가상스크린을설정하자.. 스크린상에수면파의진폭을그리자. 수면파와빛에대한사진을같은이론으로설명할수있는가? 틈새와파장이무늬간격에어떠한영향을주는지토의해보자. 수면파에서는진동하는곳과진동하지않는곳으로나타나지만빛에서는밝은부분과어두운부분으로무늬가나타나는이유는무엇인가? 1. 빛이파동이라면빨간색과파란색중에서파장이긴것은어느것인가?. 빛이입자라면회절과간섭현상이일어날수있는가? 10 'fzub 빛의파동성 Ⅲ`- 97 여러가지색깔의사인등 자료해석 수면파와빛을이용한유사한실험결과를서로비교하여빛의파동성에대하여알아보자. Ⅲ`-`101 전자기파의종류 주파수 (Hz) 파 장 (m) 주요 용도 빛의본성에대한논란은영의간섭실험에의해파동이유력하게되었으며, 영과프레넬에의해빛의파동설이이론적으로정립되었다. 또한과학자들은빛이진공중에서도전파될수있는전자기파의일종이라는것을밝혀냈다. 3^10 3^10fl 3^10 3^10 3^10 3^10 3^10 fl 3^10 3^10 3^ fl `다중통신 `국제통신 분자구조연구 항공기통신 국내라디오방송 레이더 텔레비전 광학의응용전반 원자핵반응연구 의료 원자 구조연구 X선천문학 명 칭 저주파 장파 중파 단파 초단파 마이크로파 VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF 적외선 자외선 X 선 c 선 가시광선 빨강 0.64 주황 0.59 노랑 초록 0.49 파랑 0.40 보라 빛의파동성회절, 간섭, 편광 빛의성질전자기파의일종으로파동의성질을갖는다. Ⅲ`- 98 파장의길이가다른경우의회절 Ⅲ`- 99 슬릿의간격이다른경우의회절 1. 다음중파장이가장짧은빛은어느것인가? 1 빨간색빛 노란색빛 3 파란색빛 4 보라색빛 5 자외선빛. 빛의파동성을뒷받침할수있는현상에는어떠한것들이있는가? Ⅲ`- 100 빛의파장의길이가다른경우의회절 Ⅲ`- 101 슬릿의간격이다른경우의회절 사진도입 빛의파동성을어떻게알수있을까? 빛은진공중에서도퍼져나갈수있는파동으로파동의특성인회절과간섭을하므로파동이라고할수있다. 편광현상역시빛이파동이라는증거가된다. 또, 맥스웰에의해빛은진공중에서도퍼져나갈수있는전자기파의일종이라는것이밝혀졌다. 탐구`10 해설 _ 틈새가넓을수록무늬간격이좁아지고, 파장이길수록무늬간격이넓어진다. 빛의진동수는매우크기때문에빛이진동하는모습을관찰할수없다. 따라서, 상쇄간섭이일어나는점들은계속어둡게보이고, 보강간섭이일어나는곳은계속밝게보인다. 그러나, 수면파에서는보강간섭이일어나는점이라도, 변위가커졌다작아졌다하는것을볼수있다. 1_ 빨간빛의간섭무늬사이의간격이크므로빨간빛의파장이파란빛보다길다. _ 회절과간섭은파동의특성으로빛을입자라고생각하면설명할수없는현상이다. 전자기파 전자기파는매질의진동에의해퍼져나가는파동이아니라한곳에서발생한전기장의변화가자기장을유도하고, 자기장의변화가전기장을유도하면서퍼져나간다. 이때전자기파의진행방향은전기장과자기장의진동방향에대해수직하므로횡파라고할수있다. 빛은유리와같은고체또는액체, 기체를통과하면서흡수되어약해진다. 빛을포함한전자기파는횡파이지만유리와같은고체, 물과같은액체, 대부분의기체를통과할수있다. 이는전자기파가매질을필요로하지않는비탄성파이기때문이다. 전파역시전자기파에속하며전하의진동에의해퍼져나간다. 1_ 5 _ 빛의회절및간섭무늬로빛의파동성을증명한영의실험, 얇은막에서나타나는무지개빛무늬, 뉴턴링, 편광현상등이다. Ⅲ. 파동과입자 14. 파동의간섭과회절