實驗24《光的色散研究》實驗提要實驗課題及任務《光的色散研究》實驗課題任務是：當入射光不是單色光而且入射到三棱鏡上時，盡管入射角對各類波長的光都相同，但出射角并不相同，表明折射率也不相同。對于通常的透明材料來說，折射率隨波長的減少而減小。如紫光波長短，折射率大，光線偏折也大；綠光波長長，折射率小，光線偏折小。折射率n隨波長又而變的現象稱為色散。中學生按照自己所學的知識，并在圖書館或互聯網上查找資料，設計出《光的色散研究》的整體方案，內容包括：寫出實驗原理和理論估算公式，研究檢測方式，寫出實驗內容和步驟，之后按照自己設計的方案，進行實驗操作，記錄數據，做好數據處理，得出實驗結果，寫出完整的實驗報告，也可按書寫科學論文的格式書寫實驗報告。設計要求通過查找資料，并到實驗室了解所用儀器的實物以及閱讀儀器使用說明書，了解儀器的使用方式，找出所要檢測的數學量，并推導入估算公式，在此基礎上寫出該實驗的實驗原理。實驗結果用標準方式抒發，即用不確定度來表征檢測結果的可信賴程度。實驗儀器給定分光儀、平面鏡、三棱鏡、高壓汞燈、鈉光燈實驗提示最小偏向角min波長之間的關系曲線稱為色散曲線。本實驗以高壓汞燈為光源，各譜線的波長見附表。
用汞燈的波譜譜線的波長作為已知數據，檢測其通過三棱鏡后所對應的各最小偏向角，算出與min對應的n值光的折射實驗設計與操作，在直角座標系中作出三棱鏡的色散曲線。用同一個三棱鏡測出鈉波譜譜線的最小偏向角，估算相對應的折射率，用圖解配準法即可在三棱鏡的色散曲線上求出鈉波譜譜線的波長。班主任指導(開放實驗室)和開題報告1學時；實驗初驗，在4學時內完成實驗；遞交整體設計方案時間中學生自選題后2~3周內完成實驗整體設計方案并遞交。遞交整體設計方案，要求用紙質版(電子版用電子電郵發送到指導班主任的電子郵箱里)供班主任更改。思索題證明為折射角）時的偏向角為最小偏向角。光的色散研究實驗目的：1.進一步把握分光計的調整技術，學習用分光觀察棱鏡波譜2.握用分光儀檢測棱鏡的內角的方式3.握用最小偏向角法檢測棱鏡的折射率4.會用分光儀觀察波譜，研究光的色散實驗儀器：分光儀、平面鏡、三棱鏡、高壓汞燈實驗原理：1.光的色散和色散曲線光在物質中的傳播速率v隨波長而改變的現象，稱為色散。由于物質的折射率n可以表示為是真空中的光速。由上式可見，色散現象也表現為物質的折射率隨波長的變化，即可以表示為下邊的函數方式上式所表示的關系曲線，也就是折射率隨波長的變化曲線，稱為色散曲線。
物質的折射率隨波長變化的狀況和程度，常用色散率dn/d來表征。2、最小偏向角法檢測三棱鏡玻璃材料的折射率檢測玻璃材料折射率的方式好多，這兒用的是最小偏向角法。如圖1所示，三角形ABC表示三棱鏡的主截面，AB和AC是透光面（又稱為折射面）。設有一束單色光LD入射到棱鏡的AB面上，經過兩次折射后從AC面沿ER方向射出。入射線LD和出射線ER傾角δ稱為偏向角。按照圖1，由幾何關系，偏向角對于給定的棱鏡來說光的折射實驗設計與操作，內角是固定的。由式i4而變化。其中，i4i3、i2、i1依次相關，由折射率決定。為此，i4i1的函數。歸結究竟，偏向角δ變化。由實驗中可以觀察到，當i1變化時，δ有一極小值，稱為最小偏向角δmin。下邊用求極值的方式來推倒δ去極值的條件。均大于π/2，故i2=i3。由式（4）可知，i1=i4。可見，δ取極值的條件為min是一一對應的。由式（8）可知，實驗上只要測得三棱鏡的內角某單色光通過三棱鏡后所對應的最小偏向角min用反射法測三棱鏡內角轉動載物臺，使三棱鏡內角對準平行光管，讓平行光管射出的光束照在三棱鏡兩個折射面上（見圖2）。
將望遠鏡轉至I處觀測反射光，調節望遠鏡微調螺母，使望遠鏡豎直叉絲對準狹縫像中心線。再分別從兩個游標（設左游標為1右游標為2讀出反射光的方位角要求檢測3次以上，求平均值和不確定度，數據表格自擬。每次檢測完后可以稍為變動載物臺位置，再測下一次。（2）用自準法檢測三棱鏡內角A借助望遠鏡自身的平行光及阿貝自準系統來進行檢測的，檢測光路如圖3所示，使望遠鏡光軸垂直于AB面,讀出角度θAC面讀出角度θ由幾何關系可得：三棱鏡內角A=1804．最小偏向角的檢測方式測定棱鏡的內角后，把內角A放在載物平臺的中心，棱鏡的磨沙面向外，使從平行光管下來的汞燈光能經過棱鏡色散后產生波譜。先用耳朵直接觀察平行光經過折射后的出射方向，再將望遠鏡移到該處，使在望遠鏡中能清楚地看見波譜。之后緩緩地轉動平臺，使光譜的偏向角漸漸減少，調節望遠鏡，使當平臺轉動時保證能看見波譜。當載物平臺轉入某一位置時譜線不隨平臺轉動而聯通，但是當繼續轉動平臺譜線會向相反方向聯通，也即偏向角反倒減小。譜線聯通改變的位置就是棱鏡對該譜線的最小偏向角。反復轉動平臺，確切找到該位置，之后固定平臺,轉動望遠，使十字叉絲的豎線與波譜線重合，記錄在該位置的游標讀數移去三棱鏡，再轉動望遠鏡，使十字叉絲豎線對準平行光管的狹縫像，記錄兩游標的讀數調節分光儀先用目測法進行粗調，平行光管鎖緊螺絲，調節平行光管傾斜度調節螺絲與望遠鏡傾斜度調節螺絲，使二者目測呈水平。
再完全握住載物臺傾斜度調節螺絲，使上圓盤貼近著下圓盤，使載物臺呈水平。（1）調節望遠鏡聚焦無窮遠打開小燈泡開關點亮物鏡中的雙十字叉絲，前后聯通物鏡，使雙十字叉絲坐落物鏡的焦平面上，使該十字最清晰。之后，將一平面反射鏡按圖置于載物臺上，使平面鏡的反射面與平臺下的兩個螺栓就行了。平緩地左右轉動平臺，使由透明十字叉棉線經目鏡發出的平行紅光經鏡面反射后，又回到目鏡物鏡中并行成一模糊的小十字像。若看不見像或光斑，說明鏡面對望遠鏡的傾斜度不合適，應調節望遠鏡的螺母或調節平臺下的螺母以找到光斑。找到光斑后，前后聯通目鏡套筒，使十字像最清晰。這時侯望遠鏡就早已聚焦無窮遠。（2）調節望遠鏡光軸與儀器轉軸垂直撤掉平面鏡，把三棱鏡置于平臺上，內角A與平臺圓心重合，一條邊與平臺下邊的兩個螺栓的連線的中垂線重合，但是一個光學面正對望遠鏡，另一光學面對著平行光管。左右轉動平臺，觀察望遠鏡中是否能觀察到十字像，若沒有，就調節望遠鏡傾斜度螺母和平臺調節螺栓，使在望遠鏡中能看見反射回去的十字叉絲。若看見的十字像如右圖，采用各調一半法進行處理，即調節望遠鏡傾斜度螺母，使十字像與上叉絲的距離移近一半，調節緊靠望遠鏡這一端的平臺調節螺栓，使十字像與上叉絲重合。
旋轉平臺180，使十字像與上叉絲最終重合。（3）調整平行光管，使其形成平行光，并使其光軸與儀器轉軸平行用上面早已調整好的望遠鏡調節平行光管。當平行光管射出平行光時，則狹縫成像于望遠鏡目鏡的焦平面上，在望遠鏡中能夠清楚地看見狹縫像，并與準線無視差。調整平行光管形成平行光。取下載物臺上的平面鏡，關閉望遠鏡中的照明小燈，用鎮流器照耀狹縫，從望遠鏡中觀察來自平行光管的狹縫像，同時調節平行光管狹縫與透鏡間的距離，直到能在望遠鏡中見到清晰的狹縫像為止，之后調節縫寬使望遠鏡視場中調節平行光管的光軸與分光計中心軸相垂直。望遠鏡中見到清晰的狹縫像后，轉動狹縫（但不能前后聯通）至水平狀態，調節平行光管傾斜螺母，使狹縫水平像被分劃板的中央十字線上、下平分。這時平行光管的光軸已與分光計中心軸相垂直。再把狹縫轉至鉛直位置，并需保持狹縫像最清晰并且無視差。2.檢測三棱鏡的內角打開汞燈，用反射法檢測三棱鏡的內角A，重復檢測4次，求內角及其平均值和不確定度。3.檢測不同波譜的最小偏向角（1）根據圖4放置三棱鏡，轉動望遠鏡找到出射光的位置，反復轉動平臺，確切