实验24《光的色散研究》实验提要实验课题及任务《光的色散研究》实验课题任务是：当入射光不是单色光而且入射到三棱镜上时，尽管入射角对各类波长的光都相同，但出射角并不相同，表明折射率也不相同。对于通常的透明材料来说，折射率随波长的减少而减小。如紫光波长短，折射率大，光线偏折也大；绿光波长长，折射率小，光线偏折小。折射率n随波长又而变的现象称为色散。中学生按照自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《光的色散研究》的整体方案，内容包括：写出实验原理和理论估算公式，研究检测方式，写出实验内容和步骤，之后按照自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。设计要求通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方式，找出所要检测的数学量，并推导入估算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。实验结果用标准方式抒发，即用不确定度来表征检测结果的可信赖程度。实验仪器给定分光仪、平面镜、三棱镜、高压汞灯、钠光灯实验提示最小偏向角min波长之间的关系曲线称为色散曲线。本实验以高压汞灯为光源，各谱线的波长见附表。
用汞灯的波谱谱线的波长作为已知数据，检测其通过三棱镜后所对应的各最小偏向角，算出与min对应的n值光的折射实验设计与操作，在直角座标系中作出三棱镜的色散曲线。用同一个三棱镜测出钠波谱谱线的最小偏向角，估算相对应的折射率，用图解配准法即可在三棱镜的色散曲线上求出钠波谱谱线的波长。班主任指导(开放实验室)和开题报告1学时；实验初验，在4学时内完成实验；递交整体设计方案时间中学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并递交。递交整体设计方案，要求用纸质版(电子版用电子电邮发送到指导班主任的电子邮箱里)供班主任更改。思索题证明为折射角）时的偏向角为最小偏向角。光的色散研究实验目的：1.进一步把握分光计的调整技术，学习用分光观察棱镜波谱2.握用分光仪检测棱镜的内角的方式3.握用最小偏向角法检测棱镜的折射率4.会用分光仪观察波谱，研究光的色散实验仪器：分光仪、平面镜、三棱镜、高压汞灯实验原理：1.光的色散和色散曲线光在物质中的传播速率v随波长而改变的现象，称为色散。由于物质的折射率n可以表示为是真空中的光速。由上式可见，色散现象也表现为物质的折射率随波长的变化，即可以表示为下边的函数方式上式所表示的关系曲线，也就是折射率随波长的变化曲线，称为色散曲线。
物质的折射率随波长变化的状况和程度，常用色散率dn/d来表征。2、最小偏向角法检测三棱镜玻璃材料的折射率检测玻璃材料折射率的方式好多，这儿用的是最小偏向角法。如图1所示，三角形ABC表示三棱镜的主截面，AB和AC是透光面（又称为折射面）。设有一束单色光LD入射到棱镜的AB面上，经过两次折射后从AC面沿ER方向射出。入射线LD和出射线ER倾角δ称为偏向角。按照图1，由几何关系，偏向角对于给定的棱镜来说光的折射实验设计与操作，内角是固定的。由式i4而变化。其中，i4i3、i2、i1依次相关，由折射率决定。为此，i4i1的函数。归结究竟，偏向角δ变化。由实验中可以观察到，当i1变化时，δ有一极小值，称为最小偏向角δmin。下边用求极值的方式来推倒δ去极值的条件。均大于π/2，故i2=i3。由式（4）可知，i1=i4。可见，δ取极值的条件为min是一一对应的。由式（8）可知，实验上只要测得三棱镜的内角某单色光通过三棱镜后所对应的最小偏向角min用反射法测三棱镜内角转动载物台，使三棱镜内角对准平行光管，让平行光管射出的光束照在三棱镜两个折射面上（见图2）。
将望远镜转至I处观测反射光，调节望远镜微调螺母，使望远镜竖直叉丝对准狭缝像中心线。再分别从两个游标（设左游标为1右游标为2读出反射光的方位角要求检测3次以上，求平均值和不确定度，数据表格自拟。每次检测完后可以稍为变动载物台位置，再测下一次。（2）用自准法检测三棱镜内角A借助望远镜自身的平行光及阿贝自准系统来进行检测的，检测光路如图3所示，使望远镜光轴垂直于AB面,读出角度θAC面读出角度θ由几何关系可得：三棱镜内角A=1804．最小偏向角的检测方式测定棱镜的内角后，把内角A放在载物平台的中心，棱镜的磨沙面向外，使从平行光管下来的汞灯光能经过棱镜色散后产生波谱。先用耳朵直接观察平行光经过折射后的出射方向，再将望远镜移到该处，使在望远镜中能清楚地看见波谱。之后缓缓地转动平台，使光谱的偏向角渐渐减少，调节望远镜，使当平台转动时保证能看见波谱。当载物平台转入某一位置时谱线不随平台转动而联通，但是当继续转动平台谱线会向相反方向联通，也即偏向角反倒减小。谱线联通改变的位置就是棱镜对该谱线的最小偏向角。反复转动平台，确切找到该位置，之后固定平台,转动望远，使十字叉丝的竖线与波谱线重合，记录在该位置的游标读数移去三棱镜，再转动望远镜，使十字叉丝竖线对准平行光管的狭缝像，记录两游标的读数调节分光仪先用目测法进行粗调，平行光管锁紧螺丝，调节平行光管倾斜度调节螺丝与望远镜倾斜度调节螺丝，使二者目测呈水平。
再完全握住载物台倾斜度调节螺丝，使上圆盘贴近着下圆盘，使载物台呈水平。（1）调节望远镜聚焦无穷远打开小灯泡开关点亮物镜中的双十字叉丝，前后联通物镜，使双十字叉丝坐落物镜的焦平面上，使该十字最清晰。之后，将一平面反射镜按图置于载物台上，使平面镜的反射面与平台下的两个螺栓就行了。平缓地左右转动平台，使由透明十字叉棉线经目镜发出的平行红光经镜面反射后，又回到目镜物镜中并行成一模糊的小十字像。若看不见像或光斑，说明镜面对望远镜的倾斜度不合适，应调节望远镜的螺母或调节平台下的螺母以找到光斑。找到光斑后，前后联通目镜套筒，使十字像最清晰。这时侯望远镜就早已聚焦无穷远。（2）调节望远镜光轴与仪器转轴垂直撤掉平面镜，把三棱镜置于平台上，内角A与平台圆心重合，一条边与平台下边的两个螺栓的连线的中垂线重合，但是一个光学面正对望远镜，另一光学面对着平行光管。左右转动平台，观察望远镜中是否能观察到十字像，若没有，就调节望远镜倾斜度螺母和平台调节螺栓，使在望远镜中能看见反射回去的十字叉丝。若看见的十字像如右图，采用各调一半法进行处理，即调节望远镜倾斜度螺母，使十字像与上叉丝的距离移近一半，调节紧靠望远镜这一端的平台调节螺栓，使十字像与上叉丝重合。
旋转平台180，使十字像与上叉丝最终重合。（3）调整平行光管，使其形成平行光，并使其光轴与仪器转轴平行用上面早已调整好的望远镜调节平行光管。当平行光管射出平行光时，则狭缝成像于望远镜目镜的焦平面上，在望远镜中能够清楚地看见狭缝像，并与准线无视差。调整平行光管形成平行光。取下载物台上的平面镜，关闭望远镜中的照明小灯，用镇流器照耀狭缝，从望远镜中观察来自平行光管的狭缝像，同时调节平行光管狭缝与透镜间的距离，直到能在望远镜中见到清晰的狭缝像为止，之后调节缝宽使望远镜视场中调节平行光管的光轴与分光计中心轴相垂直。望远镜中见到清晰的狭缝像后，转动狭缝（但不能前后联通）至水平状态，调节平行光管倾斜螺母，使狭缝水平像被分划板的中央十字线上、下平分。这时平行光管的光轴已与分光计中心轴相垂直。再把狭缝转至铅直位置，并需保持狭缝像最清晰并且无视差。2.检测三棱镜的内角打开汞灯，用反射法检测三棱镜的内角A，重复检测4次，求内角及其平均值和不确定度。3.检测不同波谱的最小偏向角（1）根据图4放置三棱镜，转动望远镜找到出射光的位置，反复转动平台，确切
