手绘物理小课堂之三棱镜色散为什么 [复制链接]

“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。

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、黄、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、黄、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。

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。

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。