【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)叢書編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來自學(xué)。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的注解。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學(xué)叢書』其實(shí)還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專業(yè)術(shù)語和計(jì)算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』上傳成文字版。?

第三章光學(xué)器件

【山話||? 本系列專欄中的力單位達(dá)因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳；電荷的單位靜庫（1庫倫=3×10?靜庫）；電勢的單位靜伏等于300伏特。另外這套老教材中力的單位常用公斤、克等，但如今是不允許的，力是不能使用質(zhì)量單位的。】?

§3-5平行透明板，棱鏡

【01】前面討論了光在各種鏡面上反射成象的種種情況，接下來我們再來研究光穿過透明體折射的情況。光從空氣射入一種透明體，或者從透明體里射出來，一般都要發(fā)生折射，隨著透明體表面形狀的不同，光穿過透明體的時(shí)候，光路改變的情況也不同，掌握這方面的知識(shí)和規(guī)律，就能夠利用各種表面形狀不同的透明體（例如：平行透明板、棱鏡和透鏡等）來控制光路。

1、平行透明板

【02】兩個(gè)表面是平行平面的透明體叫做平行透明板，如平面玻璃、玻璃磚等都是。光從平行透明板的一個(gè)側(cè)面斜射進(jìn)來時(shí)，發(fā)生一次折射（見圖3·26），入射角為a?，折射角為 r?，設(shè)透明體的折射率為 n，則有；從透明板射出來的時(shí)候，又發(fā)生一次折射，入射角為 a?，折射角為 r?，并且有? 。因?yàn)檎凵涿?A?B? 和 A?B? 是平行的，所以通過入射點(diǎn) O? 和 O? 的法線 O?N? 和 O?N? 也是互相平行的，所以 ∠r?＝∠a?? 。

【03】又 ∵ ，，∴? ∠r?＝∠a?，即 S?O?//S?O?? 。

【04】這說明光線穿過平行透明板的時(shí)候，方向是保持不變的，只是向側(cè)面平移了一段距離 l，透明板越薄，平移的距離也越小，平時(shí)我們隔著玻璃窗看外面的物體，并不感到物體的位置有顯著的移動(dòng)，就是這個(gè)緣故。如果隔著一塊厚玻璃看書上的字，就會(huì)發(fā)現(xiàn)書上的字不是處在真實(shí)的位置上，和玻璃板外面的字比較，壓在玻璃板下面的那些字有明顯的側(cè)向移動(dòng)。

2、棱鏡

【05】如果透明體的兩個(gè)折射面互不平行，那么，光線通過它時(shí)方向會(huì)不會(huì)改變呢？接下去我們就要討論另一種透明體——玻璃棱鏡了。它是玻璃做成的正三棱柱體。圖3·27就是光線通過棱鏡時(shí)的情形。

【06】光線從棱鏡的一個(gè)側(cè)面射入玻璃，發(fā)生一次折射，再從另一個(gè)側(cè)面射出來，又發(fā)生一次折射。棱鏡發(fā)生折射的兩個(gè)側(cè)面（如圖3·27中 AB? 和 AB?）稱做棱鏡的折射面。兩折射面的夾角（如圖中的 ∠A）稱做頂角，或稱折射棱角。頂角所對的面，叫做棱鏡的底面。棱鏡的三個(gè)側(cè)面，在不同的情況下，可以利用其中任意兩個(gè)側(cè)面作為折射面，所以棱鏡的頂角和底面也不是固定不變的，要看具體使用時(shí)的情況決定。

【07】如圖3·27所示，光線 S?O? 從一個(gè)側(cè)面由空氣射入玻璃時(shí)，由于是從光疏媒質(zhì)（空氣）射入光密媒質(zhì)（玻璃），故折射角比入射角小，折射光線向法線 O?N? 靠攏（也就是偏向底面）；當(dāng)這一光線 O?O? 通過折射面 AB? 時(shí)，從玻璃射出到空氣里來，這時(shí)折射角就比入射角大，折射光線 O?S? 將離開法線 O?N?（從而再一次向底面偏折）；光線通過棱鏡的時(shí)候，由于兩次向底面偏折的結(jié)果，方向便發(fā)生了明顯的改變。從圖中可以看出：光線 O?S? 從棱鏡里射出來的方向，已經(jīng)不是原來入射光線 S?O? 的方向了，它們之間形成了一個(gè)夾角 δ，這個(gè)角稱做偏向角，偏向角越大，說明光線通過棱鏡時(shí)方向改變得越大。

【08】圖3·28所示的是，當(dāng)光線射入平行透明板和不同頂角的棱鏡時(shí)光路改變的情況：光線穿過平行透明板的時(shí)候，方向是保持不變的；光線穿過棱鏡的時(shí)候，總是向底邊偏折，并依入射角和頂角大小的不同，偏向角的大小也不相同。

3、棱鏡成象

【09】光線通過棱鏡的時(shí)候，要發(fā)生折射現(xiàn)象，從物體射出的光線，通過棱鏡也會(huì)成象；圖3·29是隔著棱鏡觀看物體的情況，從物體（蠟燭）的一點(diǎn) A 射出的光線，經(jīng)過樓鏡發(fā)生的兩次折射都偏向底面，這些光線進(jìn)入眼晴里，好象是從它們延長線的交點(diǎn) A' 發(fā)出來的一樣，A' 點(diǎn)就是 A 點(diǎn)虛象所在的位置，用同樣方法可以得出整個(gè)蠟燭的象。從圖中還可以看出，物體通過棱鏡所成的虛象是向著頂角偏移的，這是由于光線通過棱鏡的時(shí)候向底面偏折的結(jié)果。

【10】以上是討論光線從空氣（光疏媒質(zhì)）射入玻璃棱鏡（光密媒質(zhì)）的情況，如果光線是從光密媒質(zhì)射入光疏媒質(zhì)制成的棱鏡里，情況就恰好相反。例如：將一個(gè)空心的薄玻璃制成的棱鏡（里面是空氣）放在水里，這時(shí)候光線從水射入空心棱鏡（空氣），將會(huì)向頂角偏折，隔著空心棱鏡（在水里）看物體，物體的虛象偏向棱鏡的底面（如圖3·30所示）。

【11】平行透明板和棱鏡的應(yīng)用也很普遍，象門窗上用平面玻璃、儀器儀表上的保護(hù)玻璃等都是平行透明板應(yīng)用的例子；棱鏡可用來改變光路，圖3·31所示的是一種全反射棱鏡，光線從棱鏡的一個(gè)折射面正入射（入射角是零度），當(dāng)光線投射到斜表面上的時(shí)候，入射角正好是 45°，大于玻璃的臨界角（約42°），所以就發(fā)生全反射，最后從另一個(gè)折射面垂直地射出去，使光路轉(zhuǎn)過了 90°，這種棱鏡又稱回轉(zhuǎn)棱鏡。利用兩個(gè)這樣的回轉(zhuǎn)棱鏡，可以組成一個(gè)潛望鏡（如圖3·32所示）。有了潛望鏡，潛水艇可以在水下觀察和了望水面上的情況，就用不著把潛水艇升到水面上來。圖3·33是另一種全反射棱鏡，利用這種棱鏡的全反射，可以把物體的象倒轉(zhuǎn)過來，所以這種棱鏡又叫做倒轉(zhuǎn)棱鏡。利用棱鏡還可以組成分光鏡，這在后面要仔細(xì)講到的。