光學
薄(小頂角)稜鏡
薄稜鏡(小頂角)只使光線輕微偏折——薄稜鏡近似 δ ≈ (n−1)·A。
薄(小頂角)稜鏡——互動式光學模擬。薄稜鏡(小頂角)只使光線輕微偏折——薄稜鏡近似 δ ≈ (n−1)·A。 免費的瀏覽器物理虛擬實驗室,提供即時 SI 測量與分步引導教學。
薄棱鏡
薄棱鏡(小頂角)只使光線輕微偏折——薄棱鏡近似 δ ≈ (n−1)·A。
當頂角 A 非常小時,偏向角近似為 δ ≈ (n − 1)A —— 這是薄稜鏡近似法,用於眼鏡楔形稜鏡處方與精細調整。較大的偏向角則需要更厚的稜鏡或更高的折射率。
- 色散 δ ≈ (n−1)A
- 小頂角
調查簡介
在打開實驗室之前先規劃好問題
這份簡報反映預先渲染的頁面:探究問題、互相競爭的預測、變數角色、支配定律、設定,以及分析和延伸提示都會以此順序保持可見。
駕駛問題
頂角較小的稜鏡(「薄稜鏡」)只會使光發生輕微偏折。與寬頂角稜鏡那種更劇烈的最小偏折曲線不同,這種偏折在一系列入射角範圍內是否大致保持恆定?
預測權重
- 偏折仍會隨入射角劇烈變化,就像寬頂角稜鏡一樣。
- 是的,對於薄棱鏡,偏差約為 δ ≈ (n−1)A,在接近法線的典型入射角範圍內幾乎保持恆定。
- 薄棱鏡產生的偏差基本上為零。
可變角色
您設定的內容:
- 入射角θ₁ (°)
您測量的內容:
- 總偏差δ (°)
調查如何進行
- 開啟 small-apex-prism 預設並按下 Reset。此薄棱鏡的頂角 A = 30°,折射率 n = 1.5。
- 啟用總偏折角讀數。
- 設定每次試驗的入射角並記錄總偏差。
控制方程
薄棱鏡近似 — δ = θ₁ + θ₄ − A
對於頂角A較小的稜鏡,精確的偏折公式可簡化為δ ≈ (n−1)A,幾乎與入射角無關——這是完整司乃耳定律稜鏡計算在小角度極限下的結果。
可列印的工作表要求學生完成什麼
- 對於其中一次試驗,使用A = 30°、n = 1.5,計算θ₂ = asin(sin θ₁/n)、θ₃ = A − θ₂、θ₄ = asin(n·sin θ₃),再計算δ = θ₁ + θ₄ − A。將結果與表格比較。另外計算薄稜鏡近似δ ≈ (n−1)A = 15°,看看你的精確值與其接近程度。
- 解釋為什麼較小的頂角使得總偏差對精確入射角不太敏感——thin-prism 近似 δ ≈ (n−1)A 完全降低了角度依賴性,當 A 很小時有效。
這在實驗室之外的地方表現出來
- 薄稜鏡(「光學楔」)之所以被用於某些矯正眼鏡和測距儀,正是因為其近乎恆定的偏折使其行為可預測、易於設計。請解釋為什麼寬頂角稜鏡那種強烈依賴角度的偏折,不適合用作簡單的矯正楔鏡。
- 將此處的偏折範圍與white-light-prism實驗中更大的變化幅度進行比較。請解釋為什麼更大的頂角會放大偏折角對入射角的依賴性,而小頂角幾乎能消除這種依賴性。
- AP Physics 2 — Unit 13: Geometric Optics
- General High School Physics — Light & optics
- NGSS High School Physics — Wave properties
- 歡迎學習小頂角棱鏡
- 選擇棱鏡
- 播放
- 小偏折角
- 打開檢查器
- 完成了!
打開互動式模擬以構建場景,點擊運行,並透過即時測量和引導式教學進行探索。