三棱

首页 » 常识 » 预防 » 手绘物理小课堂之三棱镜色散为什么
TUhjnbcbe - 2024/3/1 17:07:00

“两水夹明镜,双桥落彩虹。”——李白

彩虹是由于光线照射到空气中的小水珠,并且发生多次折射后而形成的一种自然现象。这种折射色散是最普遍的色散现象之一。在高中阶段的学习中,我们常常引入三棱镜模型研究折射色散的规律。

三棱镜色散现象

该模型中,让一列白光照射在三棱镜的一侧,那么,我们在其另外一侧就能观察到七色光形成的光带。对于这种现象,在高考试题中主要考查两类问题。

一、光带颜色的排序

通过观察,我们可以发现,光带自上而下按红、橙、*、绿、青、蓝、紫顺序依次排开。之所以有这样的规律,原因就在于七色光的频率各不相同。而不同频率的光,在同一介质中折射率又不同。

例如,在同一冕牌玻璃(K9)中,红光的折射率为1.,绿光的折射率为1.,蓝光的折射率为1.。其特点为:对同一介质,频率越大的单色光,其折射率也越大。

因在可见光中,红、橙、*、绿、青、蓝、紫各单色光波长依次减小,频率依次增大。所以,射入同一三棱镜时,红光的折射率最小,紫光的折射率最大。

进入同一介质,紫光的偏折程度比红光大

在这里,我们对比一下红光和紫光的偏折情况。在分界面AB上,因两单色光的入射角相同,根据折射定律可以推知,红光的折射角大于紫光,其偏折程度较小。再经过AC分界面第二次折射后,偏折程度较大的紫光位于下方,而红光在其之上。同理,再代入其它单色光,就可以解释三棱镜色散光带分布的规律了。

二、转动入射光线时各光消失顺序

根据全反射现象规律,折射率越大的光其临界角越小。则可见光中,紫光的临界角最小。

又由图中几何关系可知,M处的折射角α以及N处的入射角i跟三棱镜顶角成一定关系。因此,各单色光中,紫光在AC分界面上的入射角i最大。

转动入射光时紫光最先消失

若我们将三棱镜左侧入射光顺时针转动,根据角度关系可得,角α不断减小,角i会不断增大。其中,紫光将最先达到临界角并发生全反射。即有紫光最先消失。

虽然在学习过程中,我们可能会遇到许多不同的折射色散问题。但只要牢牢抓住几何关系,按照基本流程进行分析,问题都会迎刃而解。

1
查看完整版本: 手绘物理小课堂之三棱镜色散为什么