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三棱镜

三棱镜是光学棱镜中的一种形式,其横截面为三角形,由透明材料制成。它属于色散棱镜的一种,能够使复色光在通过棱镜时发生色散,最常用于光线的色散,即将光线分解成为不同的光谱成分。三棱镜在科学研究、光学仪器制造、艺术设计等领域都有广泛的应用。此外,三棱镜也被用来对棱镜物质进行高精密度的折射系数测量。

原理

光从棱镜的一个侧面射入,从另一个侧面射出,出射光线将向底面(第三个侧面)偏折,偏折角的大小与棱镜的折射率,棱镜的顶角和入射角有关。白光是由各种单色光组成的复色光。同一种介质对不同色光的折射率n不同,于是不同色光在同一介质中传播的速度v(v=c/n)也会不同。因此,通过三棱镜时,各单色光的偏折角不同,形成色散。棱镜的顶角能够影响到棱镜色散时的特性,而适当选择光线射入的角度和射出的角度,尤其是接近布儒斯特角时,可以最小化折射时的损耗。

发现与历史

1666年,英国物理学家牛顿通过实验发现太阳光经三棱镜的折射后可呈现彩色光,称为光的色散现象。牛顿推论太阳的白光是由七色光混合而成,这些颜色包括红、橙、黄、绿、蓝、、紫。白光通过三棱镜的分解叫做色散,彩虹就是许多小水滴为太阳白光的色散,各色波长如下(nm):

红:660

橙:610

黄:570

绿:550

蓝:460

靛:440

紫:410

1801年,英国学者汤玛士‧杨格首先研究人眼对颜色的感觉,并提出了三原色理论,后由德国学者赫尔曼·冯·亥姆霍兹进一步确立。这三种基本色光的选择并没有特定的组合,但传统上选择红、绿、蓝三种色光作为光的三原色。

制作方法

方法1

制作材料:长10厘米宽4厘米透明玻璃片3块,边长为4厘米的等边三角形玻璃片2块。玻璃胶、清水。

制作步骤:把3块长方玻璃片和1块等边三角形玻璃片用玻璃胶粘成一个三棱柱容器,注意要粘牢且要密封,待干透后,再在此容器中注满清水,另1块等边三角形玻璃片用玻璃胶密封盖上待干。即可得到一个简易三棱镜。

方法2

制作材料:易拉罐1只,水、玻璃胶水。

制作步骤:把易拉罐剪开折成一个三棱柱容器,并用玻璃胶做容器的密封处理,在容器中加入清水,再用透明胶带在开口处稍作密封处理。把容器竖直放入冰箱中,结冰后取出。放在热水中稍浸一会儿,打开封口,取出冰块。你将得到一个“冰块三棱镜”。易拉罐容器可以反复使用制作冰块。

参考资料