光的折射-玻璃稜鏡

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介紹

當光從一種介質傳播到另一種介質時，其傳播方向會立即發生改變。簡單來說，光在從一種介質傳播到另一種介質的過程中會發生彎曲。對於玻璃稜鏡來說，光的折射程度會隨著光的波長的不同而變化。最終，在穿過玻璃稜鏡時，光會被分解成七種不同的光。當光波從一種光學介質傳播到另一種光學介質時，就會發生折射現象。這主要是由於不同介質之間光密度的差異造成的。

什麼是光在玻璃稜鏡中的折射？

在玻璃稜鏡中，當光線垂直入射到稜鏡的一側時，由於光線向法線方向彎曲，光線會立即發生折射。這種現象是由於光線從光學稀疏介質向光學稠密介質傳播造成的（Tutormate，2022）。

• 例如，當光線照射到空氣中，然後穿過玻璃稜鏡時，由於光線從稀疏介質到稠密介質發生彎曲，因此在那裡發生了折射現象。

到達稜鏡的另一側後，由於光線向法線方向彎曲，光線會再次發生折射。這種現象發生是因為光線從光學稠密介質傳播到光學稀疏介質（Patankar，2021）。

• 例如，當光線穿過稜鏡並在稜鏡的另一側射出時，它會直接接觸到空氣。因此，這裡發生在玻璃稜鏡和空氣之間的折射現象。

圖1：光線穿過玻璃稜鏡的折射

在稜鏡內部，光的傳播方向會發生變化，因為它在從一種介質傳播到另一種介質時會發生彎曲。這裡，折射程度會隨著光的波長的不同而變化。此外，光在不同介質中的傳播速度也與該介質的光的折射率成反比。在玻璃稜鏡中，如果將PQR放在QR的底座上，則光線（AB）入射到稜鏡的PQ面上。因此，這裡的AB看起來像是一條入射光線，它使稜鏡能夠將光折射成七種不同的顏色成分。

光線穿過玻璃稜鏡的折射過程

玻璃稜鏡有三個矩形的側面和兩個三角形的底面，它們向稜鏡的角度傾斜。如果仔細觀察稜鏡，可以發現光線是從頂部透過三角形路徑進入稜鏡的。

根據斯涅耳折射定律，當光線從稀疏介質（例如空氣）傳播到稠密介質（例如稜鏡）時，光線會快速向法線方向彎曲（Idris & Yusibani，2020）。當光線從稠密介質（例如稜鏡）傳播到稀疏介質（例如空氣）時，也可以觀察到同樣的現象。

圖2：白光透過玻璃稜鏡

類似地，當一束白光透過玻璃稜鏡時，它會被分解成七種顏色，這些顏色是由白光的光譜形成的。當白光透過玻璃稜鏡時，紅色光的波長最大，而紫光的波長最小（Tutormate，2022）。

玻璃稜鏡折射過程中所需的射線

入射光線

入射光線是第一束入射到稜鏡上的光線。這是在玻璃稜鏡內引發初始折射階段的重要組成部分之一。

折射光線

折射光線是進入玻璃稜鏡後發生折射的光線。進入玻璃稜鏡後，折射光線開始彎曲，最終開始玻璃稜鏡內的折射過程。

出射光線

這條光線是玻璃稜鏡內光線折射過程的結果。在折射光線散射成七種不同型別後，它最終開始從稜鏡射出到稀疏介質中（Haines，2021）。這條光線通常被稱為出射光線，它是玻璃稜鏡折射過程的重要組成部分之一。

結論

當普通光線透過玻璃稜鏡時，入射光線在稜鏡內變成折射光線，並作為出射光線從玻璃稜鏡射出。當從玻璃稜鏡向空氣移動時，出射光線會偏離其正常形式並根據折射定律發生偏轉。光線折射後，會透過稜鏡散射成七種不同的顏色。此時，不同顏色的光波會經歷不同程度的偏轉，最終使光線在受到光的折射定律影響後分裂成不同的顏色成分。

常見問題

Q1. 什麼導致光線在玻璃稜鏡內彎曲？

在穿過玻璃稜鏡時，不同顏色的光以不同的速度傳播。由於光線在同一時間具有不同的速度，因此它們在玻璃稜鏡內的彎曲程度也不同。

Q2. 玻璃稜鏡有多少個表面用於光的折射？

玻璃稜鏡通常有3個矩形表面和2個三角形表面。矩形表面分別表示為ABCF、BCDE和AFDE。

Q3. 光線在玻璃稜鏡內折射多少次？

光線在玻璃稜鏡內僅傳播兩次，第一次是進入稜鏡時，第二次是離開稜鏡時。折射發生兩次是因為稜鏡的折射面彼此不平行。

Q4. 為什麼光線在玻璃稜鏡內傳播速度會變慢？

每當光線穿過折射物質時，它都會以不同的折射率發生折射。因此，光線會改變其傳播方向，最終導致其在玻璃稜鏡內的傳播速度變慢。

參考文獻

期刊

Haines, E. (2021). 反射和折射公式。在《光線追蹤寶石 II》（第 105-108 頁）。Apress，加州伯克利。檢索自：https://link.springer.com

Idris, N., & Yusibani, E. (2020). 空心稜鏡玻璃板厚度對食用油折射率測量精度的影響。Optik，217，164834。檢索自：https://rp2u.unsyiah.ac.id

Patankar, P. R. (2021). 利用折射率法測定四條河流水的汙染情況。多學科最新進展國際期刊，2（7），11-12。檢索自：https://journals.resaim.com

網站

Teachoo，(2022)。光線穿過稜鏡的折射。檢索自：https://www.teachoo.com [檢索日期：2022年6月9日]

Tutormate，(2022)。白光透過玻璃稜鏡的反射。檢索自：https://tutormate.in [檢索日期：2022年6月9日]