棱镜弯曲光线：偏差角
1·预测
进入玻璃棱镜的光在每个面上弯曲（折射），偏离其原始方向。改变第一个面的入射角是否总是会改变同一方向的总偏差？
- 偏差总是随着入射角的增加而增加。
- 不——偏差实际上在某些特定的入射角处具有最小值，而不是简单的增加或减少趋势。
- 偏差总是随着入射角的增加而减小。
2·设置
- 打开「白光棱镜（white-light-prism）」预设并按重置。此冕牌玻璃棱镜的顶角为A = 60°，折射率n = 1.5。
- 启用总偏折角读数。
- 设置每次试验第一个面的入射角并记录总偏差。
3·收集数据
| 入射角θ₁ (°) | 总偏差δ (°) |
|---|---|
| 38.00 | |
| 48.00 | |
| 58.00 |
针对三次试验，绘制偏折δ（y轴）相对入射角θ₁（x轴）的关系图。δ是否会在中间某处降到最小值？
4·分析
- 对于一次试验，计算 θ₂ = asin(sin θ₁/n)（第一个面的 Snell）、θ₃ = A − θ₂（棱镜几何）、θ₄ = asin(n·sin θ₃)（第二个面的 Snell），然后 δ = θ₁ + θ₄ - A. 与表进行比较。
- 解释为什么偏差不是入射角的简单单调函数 - 棱镜的几何形状（在两个面弯曲）在对称通过角处产生真正的最小值，这在 min-deviation 实验中直接进行了探索。
5·扩展
- 白光包含许多波长，每个波长的折射率（色散）略有不同，因此每种颜色的偏差量略有不同，将白光扇入可见光谱。本实验使用单一代表性指标；真正的白光扩散成彩虹。
- 彩虹是阳光在球形雨滴内部折射并内反射所形成的——其几何形状比这个平面棱镜更复杂，但驱动原理与波长相关的折射（色散）完全相同。
这个实验背后的物理原理
棱镜偏差
穿过棱镜的光线在两个面上都会发生折射。总偏差结合了弯曲和棱镜自身的顶角：δ = θ₁ + θ₄ - A，其中 θ₂ 和 θ₄ 来自每个面的斯涅耳定律。