稜鏡對光的折射和色散

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引言

當一束白光斜射穿過兩種不同介質時，我們會觀察到它偏離了原來的路徑。此外，當白光穿過透明物質（例如玻璃稜鏡）時，它會分解成其組成的光譜顏色。基於這兩個物理概念，本教程旨在有效地討論光線透過稜鏡的折射和色散。

什麼是光的色散？

色散現象可以定義為可見光分解成其組成顏色的過程。光被認為是不同顏色（具有不同波長和在單點處具有相似頻率）的混合物。在物理學中，白光的可見性和波被認為是一種重要的電磁波形式。

圖1：可見光譜

當所有光譜組合在一起時，白光才可見。基於這些條件，當白光照射到玻璃稜鏡上時，人眼可以捕捉到所有可見光譜（Lefèvre, 2022）。

由於速度變化，整個光譜變得可見，呈現出多色圖案；這種特定現象被稱為光的色散。

什麼是光的折射？

折射是指光線偏離其原始路徑的現象。折射的主要原因是光線在不同介質中速度的變化。

例如，光在密度較大的介質中傳播速度較慢，而在密度較小的介質中傳播速度較快。此時，有兩個折射定律起作用，

• 第一條定律指出，折射光線和入射光線與法線位於同一平面內（Bhattacharjee, 2021）。

• 第二條定律指出，如果入射光線來自一種介質並射到另一種介質的邊界上，那麼在折射時，入射角與折射角的正弦之比是一個常數。

光線透過玻璃稜鏡的折射

圖2：光線透過玻璃稜鏡的折射

玻璃稜鏡可見地具有3個側面的矩形表面和2個傾斜的三角形底面。在上圖中，D是稜鏡角。根據光的折射定律，當光線從稀疏介質穿過緻密介質時，它會朝法線彎曲；當它的傳播路徑從緻密介質變為稀疏介質時，它會遠離法線彎曲（Kapoor, 2021）。

玻璃比普通空氣密度大，因此JP光線朝GP法線彎曲。

玻璃稜鏡-光的色散

圖3：玻璃稜鏡對光的色散

稜鏡被認為是一個由五個實心側面、兩個三角形底面和向內傾斜的矩形表面組成的多面體。由於稜鏡的第二個矩形表面再次引起折射，因此不同顏色光的角度再次彎曲。光線折射的主要原因是一束白光包含一系列七種顏色。

這七種顏色具有後續的偏轉角。在這些顏色中，紅色的偏轉最小，位於由白光折射形成的色帶的頂部。

在這種情況下，紫色的偏轉最大，因此紫色位於色帶的底部。多色光進入緻密介質透鏡後，由於折射，每種顏色的光都走不同的路徑。

光的色散示例

光的不同色散示例如下：

稜鏡的色散：當白光照射到玻璃稜鏡表面時，會發現從稜鏡中射出七種不同顏色的色帶，這是色散的結果。

彩虹的形成：彩虹通常被稱為多色拱門，當陽光照射到空氣中的水滴併發生光線色散時形成（Geeksforgeeks, 2021）。

鑽石中的色散：與空氣相比，鑽石是一種緻密的介質，它也會引起光的色散，也稱為鑽石火彩。

結論

本教程闡述了光線透過玻璃稜鏡的折射和色散的概念。在這裡，我們觀察到光是由不同顏色的光譜組成的，這些光譜也具有不同的波長。因此，當光線從稀疏物質穿過緻密物質時，光線的折射角會彎曲，並形成多色光譜。本教程包括折射定律和色散示例。

常見問題

Q1. 為什麼稜鏡會發生色散，而玻璃板不會？

在稜鏡中可以看到光的散射，而玻璃板作為一個雙稜鏡，光線可以直接透過。

Q2. 為什麼雨後會看到彩虹？

雨後，空氣中的水滴開始像稜鏡一樣，有助於將陽光散射成各種顏色，形成一個視覺上色彩斑斕的拱門。

Q3. 什麼是稜鏡？

稜鏡被定義為一個實心透明體，由三個矩形的側面和兩個以一定角度傾斜的三角形表面組成。

Q4. 光的折射和反射有什麼區別？

光的折射導致光的方向發生變化，而反射是指光線從介質上反彈。

參考文獻

期刊

Bhattacharjee, P. R. (2021). Discovery of total failure of the traditional laws of reflection and refraction of light to explain the phenomena of reflection and refraction. Optik, 240, 166923. Retrieved from: https://www.sciencedirect.com

Kapoor, S. (2021). Prisms in ophthalmology. Journal of Clinical Ophthalmology and Research, 9(3), 152. Retrieved from: https://www.jcor.in

Lefèvre, H. C. (2022). Comments about dispersion of light waves. Journal of the European Optical Society-Rapid Publications, 18(1), 1. Retrieved from: https://jeos.edpsciences.org

網站

Geeksforgeeks.org, (2021). Dispersion of Light. Retrieved from: https://www.geeksforgeeks.org [檢索於2022年6月10日]

Zigya.com, (2022). Human eye and colourful world. Retrieved from: https://www.zigya.com [檢索於2022年6月10日]