棱镜

大洪

物理学中的解释
棱镜是透明材料（如玻璃、水晶等）做成的多面体。在光学仪器中应用很广。棱镜按其性质和用途可分为若干种。例如，在光谱仪器中把复合光分解为光谱的“色散棱镜”，较常用的是等边三棱镜；在潜望镜、双目望远镜等仪器中改变光的进行方向，从而调整其成像位置的称“全反射棱镜”，一般都采用直角棱镜。
透明材料制成的多面体，是重要的光学元件．光线入射出射的平面叫侧面，与侧面垂直的平面叫主截面．根据主截面的形状可分成三棱镜、直角棱镜、五角棱镜等．三棱镜的主截面是三角形，有两个折射面，它们的夹角叫顶角，顶角所对的平面为底面．根据折射定律光线经过三棱镜，将两次向底面偏折，出射光线与入射光线的夹角q叫做偏折角．其大小由棱镜介质的折射率n和入射角i决定．当i固定时，不同波长的光有不同的偏折角，在可见光中偏折角最大的是紫光，最小的是红光．
  

第5单元：棱镜
教学要求:1、棱镜的概念及其对光线的偏折作用；

         2、全反射棱镜对光路的控制；

         3、了解光的色散及物体的颜色等生活常识。

重点和难点: 1、棱镜的概念及其对光线的偏折作用；

            2、全反射棱镜对光路的控制；

教学用具:三棱镜、光源、光屏等。

教学过程:

一、通过棱镜的光线

1、棱镜

1）、定义：各平面相交的透明体叫做棱镜。通常所作的是横截面为三角形的棱镜叫三棱镜。


2）、作用：A、改变光的传播方向；B、分光。

2、通过棱镜的光线：

1）、棱镜对光线的偏折规律：如图1所示：

A、通过棱镜的光线要向棱镜底面偏折；      

  B、棱镜要改变光的传播方向，但不改变光束的性质。

a、平行光束通过棱镜后仍为平行光束；

b、发散光束通过棱镜后仍为发散光束；

c、会聚光束通过棱镜后仍为会聚光束。

C、出射光线和入射光线之间的夹角称为偏向角。                      图    1

如图，而，故当时，则称为最小偏向角，用表示，。此时，。故该棱镜材料折射率为：

2）、棱镜成像

  隔着棱镜看物体的像是正立的虚像，像的位置向棱镜顶角方向偏移。如图2。

二、棱镜

1、定义：横截面为等腰三角形的棱镜叫全反射棱镜。

2、反射棱镜对光路的控制  如图3所示。

3、全反射棱镜的优点：

全反射棱镜和平面镜在改变光路方面，效果是相同的，相比之下，全反射棱镜成像更清析，光能损失更少。

三、折射与光的色散                       

  在机械波中，波速决定于媒质本身的性质（密度、弹性、

温度），一般与频率无关。但光波（电磁波）不同，光波

在某种媒质中的传播速度，除了跟媒质的性质有关外还与

光波的频率有关。

1、  光的传播速度

1）、在真空中，不同频率的光的传播速度都相同，为C。

2）、同一频率的光在不同媒质中的传播速度不同。

光的传播速度V与媒质的折射率有关：V＝ 。同一频率的光在．折射率小的媒质中的传播速度

大；在折射率大的媒质中传播速度小。

3）、不同频率的光，在同一种媒质中传播速度不同。

  光的传播速度还与光的频率有关：在同一种媒质中，

频率大的光传播速度小，；频率小的光传播速度大。

2、  光的色散

1）、单色光：不能分解为其它颜色的光，称为单色光。

注意：A、单色光的频率是一个范围，不是单一频率的光。

B、不能被棱镜分解为其它颜色的光，不一定都是单色光。

2）、复色光：由若干种单色光合成的光叫做复色光。

3）、光的色散：把复色光分解为章色光的现象叫光的色散。

1666年牛顿最早利用三棱镜观察光的色散。

结论：白光通过棱镜后，被分解为红、橙、黄、绿、蓝、靛和紫七种颜色的光。如图所示。

4）、正确理解光的色散：

A、光的颜色由光的频率决定。组成白光的各种单色光中，红光频率最小，紫光频率最大。在不同媒质中，光的频率不变。

B、不同频率的色光在真空中传播速度相同，为C＝3×108m／s。但在其它媒质中速度各不相同，同一种媒质中，紫光速度最小，红光速度最大。

C、同一媒质对不同色光的折射率不同，通常情况下频率越高，在媒质中的折射率也越大，所以白光进入某种媒质发生折射时，紫光偏折得最厉害，红光偏折最小。

D、由于色光在媒质中传播时光速发生变化，则波长也发生变化。同一色光在不同媒质中，折射率大的光速小，波长短；折射率小的光速大，波长大。不同色光在同一媒质中，频率高的折射率大，光速小，波长短；频率小的折射率小，光速大，波长大。

  

物理量

     红  橙  黄  绿  蓝  靛  紫

原  理

频率

小                                大

波动理论

折射率

小                                大

实验测定

同种媒质中光速

小                                大



同种媒质中波长

大                                小                                       



同种媒质中折射率

大                                小



同种媒质中偏向角

小                                大



  

3、物体的颜色：

  1）、三基色：红（R）、绿（G）、蓝（B）

  2）、相加混色：A、红＋绿 ＝黄；    B、红＋蓝＝紫；

C、绿＋蓝 ＝ 靛；   D、红＋绿＋蓝＝白。

  3）、物体的颜色：A、无色透明体的颜色由透过它的光的颜色决定；

B、白色物体的颜色由照射它的光的颜色决定；

C、有色体的颜色由其本身颜色和光源颜色共同决定。

zy_wawj

关于棱镜技术，在汽车工程领域有着广泛的应用。棱镜作为一种光学器件，可以用于汽车头灯、尾灯以及内部照明等照明系统中，提升照明效果和安全性。此外，棱镜技术还可应用于汽车后视镜、盲点监测等安全系统，提高驾驶安全性。在汽车设计中，棱镜的应用需要结合汽车的整体设计和功能需求，进行精确的计算和测试，以确保其性能和质量。总之，棱镜技术在汽车工程领域的应用前景广阔，对于提升汽车性能和安全性具有重要意义。