光的折射-玻璃棱镜

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介绍

当光从一种介质传播到另一种介质时，其传播方向会立即发生改变。简单来说，光在从一种介质传播到另一种介质的过程中会发生弯曲。对于玻璃棱镜来说，光的折射程度会随着光的波长的不同而变化。最终，在穿过玻璃棱镜时，光会被分解成七种不同的光。当光波从一种光学介质传播到另一种光学介质时，就会发生折射现象。这主要是由于不同介质之间光密度的差异造成的。

什么是光在玻璃棱镜中的折射？

在玻璃棱镜中，当光线垂直入射到棱镜的一侧时，由于光线向法线方向弯曲，光线会立即发生折射。这种现象是由于光线从光学稀疏介质向光学稠密介质传播造成的（Tutormate，2022）。

• 例如，当光线照射到空气中，然后穿过玻璃棱镜时，由于光线从稀疏介质到稠密介质发生弯曲，因此在那里发生了折射现象。

到达棱镜的另一侧后，由于光线向法线方向弯曲，光线会再次发生折射。这种现象发生是因为光线从光学稠密介质传播到光学稀疏介质（Patankar，2021）。

• 例如，当光线穿过棱镜并在棱镜的另一侧射出时，它会直接接触到空气。因此，这里发生在玻璃棱镜和空气之间的折射现象。

图1：光线穿过玻璃棱镜的折射

在棱镜内部，光的传播方向会发生变化，因为它在从一种介质传播到另一种介质时会发生弯曲。这里，折射程度会随着光的波长的不同而变化。此外，光在不同介质中的传播速度也与该介质的光的折射率成反比。在玻璃棱镜中，如果将PQR放在QR的底座上，则光线（AB）入射到棱镜的PQ面上。因此，这里的AB看起来像是一条入射光线，它使棱镜能够将光折射成七种不同的颜色成分。

光线穿过玻璃棱镜的折射过程

玻璃棱镜有三个矩形的侧面和两个三角形的底面，它们向棱镜的角度倾斜。如果仔细观察棱镜，可以发现光线是从顶部通过三角形路径进入棱镜的。

根据斯涅耳折射定律，当光线从稀疏介质（例如空气）传播到稠密介质（例如棱镜）时，光线会快速向法线方向弯曲（Idris & Yusibani，2020）。当光线从稠密介质（例如棱镜）传播到稀疏介质（例如空气）时，也可以观察到同样的现象。

图2：白光通过玻璃棱镜

类似地，当一束白光通过玻璃棱镜时，它会被分解成七种颜色，这些颜色是由白光的光谱形成的。当白光通过玻璃棱镜时，红色光的波长最大，而紫光的波长最小（Tutormate，2022）。

玻璃棱镜折射过程中所需的射线

入射光线

入射光线是第一束入射到棱镜上的光线。这是在玻璃棱镜内引发初始折射阶段的重要组成部分之一。

折射光线

折射光线是进入玻璃棱镜后发生折射的光线。进入玻璃棱镜后，折射光线开始弯曲，最终开始玻璃棱镜内的折射过程。

出射光线

这条光线是玻璃棱镜内光线折射过程的结果。在折射光线散射成七种不同类型后，它最终开始从棱镜射出到稀疏介质中（Haines，2021）。这条光线通常被称为出射光线，它是玻璃棱镜折射过程的重要组成部分之一。

结论

当普通光线通过玻璃棱镜时，入射光线在棱镜内变成折射光线，并作为出射光线从玻璃棱镜射出。当从玻璃棱镜向空气移动时，出射光线会偏离其正常形式并根据折射定律发生偏转。光线折射后，会通过棱镜散射成七种不同的颜色。此时，不同颜色的光波会经历不同程度的偏转，最终使光线在受到光的折射定律影响后分裂成不同的颜色成分。

常见问题

Q1. 什么导致光线在玻璃棱镜内弯曲？

在穿过玻璃棱镜时，不同颜色的光以不同的速度传播。由于光线在同一时间具有不同的速度，因此它们在玻璃棱镜内的弯曲程度也不同。

Q2. 玻璃棱镜有多少个表面用于光的折射？

玻璃棱镜通常有3个矩形表面和2个三角形表面。矩形表面分别表示为ABCF、BCDE和AFDE。

Q3. 光线在玻璃棱镜内折射多少次？

光线在玻璃棱镜内仅传播两次，第一次是进入棱镜时，第二次是离开棱镜时。折射发生两次是因为棱镜的折射面彼此不平行。

Q4. 为什么光线在玻璃棱镜内传播速度会变慢？

每当光线穿过折射物质时，它都会以不同的折射率发生折射。因此，光线会改变其传播方向，最终导致其在玻璃棱镜内的传播速度变慢。

参考文献

期刊

Haines, E. (2021). 反射和折射公式。在《光线追踪宝石 II》（第 105-108 页）。Apress，加州伯克利。检索自：https://link.springer.com

Idris, N., & Yusibani, E. (2020). 空心棱镜玻璃板厚度对食用油折射率测量精度的影响。Optik，217，164834。检索自：https://rp2u.unsyiah.ac.id

Patankar, P. R. (2021). 利用折射率法测定四条河流水的污染情况。多学科最新进展国际期刊，2（7），11-12。检索自：https://journals.resaim.com

网站

Teachoo，(2022)。光线穿过棱镜的折射。检索自：https://www.teachoo.com [检索日期：2022年6月9日]

Tutormate，(2022)。白光通过玻璃棱镜的反射。检索自：https://tutormate.in [检索日期：2022年6月9日]