第八节、棱镜

光学仪器中常用的棱镜是横截面为三角形的三棱镜，通常简称为棱镜，下面我们来研究棱镜对光的作用。

一、通过棱镜的光线 色散

让一束单色光从空气射向玻璃棱镜的一个侧面，可以看到，光线通过棱镜，从另一个侧面射出来时，方向发生了明显的变化；光线向棱镜的底面偏折（图 5–31），这是因为光线在棱镜的两个侧面上发生折射时，两次向底面偏折所造成的。偏折角度 θ 跟棱镜材料的折射率有关[1]，折射率越大，偏折角度越大。

让一束白光射向玻璃棱镜，可以看到，白光通过棱镜后，发生色散，在光屏上形成一条彩色的光带（图 5–32），叫做光谱。红光在最上端，紫光在最下端，中间是橙、黄、绿、蓝等色。这表明各种色光通过棱镜后的偏折角度不同。红光的偏折角度最小，紫光的偏折角度最大。

不同色光通过棱镜后的偏折角度不同，表明棱镜材料对不同色光的折射率不同，红光的偏折角度小，表示棱镜材料对红光的折射率小；紫光的偏折角度大，表示棱镜材料对紫光的折射率大，下表是实验测得的冕牌玻璃对各种色光的折射率。

我们知道，媒质的折射率等于光在真空中的速度跟在这种媒质中的速度之比。各种色光在真空中的速度是一样的，都等于 c，它们在同一媒质（例如玻璃）中的折射率不同，表明它们在同一媒质中的速度不同，红光的折射率比其他色光小，表明红光在媒质中的速度比其他色光大。

二、全反射棱镜

从练习五的第 2 题知道，横截面为等腰直角三角形的玻璃棱镜对光能起全反射作用，这种棱镜叫做全反射棱镜。

通常用的反光镜背面都镀有一层银膜，靠这层银膜来反射光。这种镀膜的反光镜不能使光全部反射，大约有 10% 的光被吸收掉。全反射棱镜能够把入射光全部反射出去，所以在一些精密的光学仪器中都用全反射棱镜代替镀膜的平面镜，例如，潜水艇的潜望镜中就使用全反射棱镜（图 5–33）。

练习六

（1）说明图 5–31 中，光线通过棱镜的 AB 和 AC 两个侧面时，为什么都向底面偏折。如果这个棱镜的里面是空气，周围是水，当光线通过这个空气棱镜时，射出的光线是否还向底面偏折？画出这种情况下的光路图来。

（2）冕牌玻璃对紫光的折射率为 1.532，对红光的折射率为 1.513。紫光和红光在这种玻璃中的速度各是多大？

（3）什么形状的全反射棱镜可以使光线改变 180°？这时光线应从哪边射入？画出光路图来。

（4）光线通过棱镜时，偏折角度 θ 跟棱镜材料的折射率有关。设图 5–31 中光线对棱镜的侧面 AB 的入射角以及棱镜的顶角 A 的大小保持不变。试定性地讨论：棱镜材料的折射率越大，偏折角度也越大。

[1] 偏折角度 θ 还跟入射角的大小有关系，这个问题高中不讨论。

发布时间：2025/5/14 上午10:16:09  阅读次数：650