棱镜色散
【实验题目】分光计的使用与棱镜介质色散关系的研究班级姓名学号教师姓名上课日期 2014年月日教室 7教B段503房间座位号（以上信息请根据网络选课页面填写完整。）任课教师签字：最终成绩：
三棱镜折射率与入射光波长关系的研究
三棱镜折射率与入射光波长关系的研究 一、实验要求 已知棱镜顶角，用什么方法测量它的折射率？作出折射率—波长关系曲线。 二、实验目的 1、用最小偏向角法测定棱镜玻璃的折射率； 2、探究折射率与入射波长的关系。 三、实验仪器 分光计、光源（汞灯）、三棱镜、平面镜 四、实验原理 三棱镜如图02-16所示，AB和AC是透光的光学表面，又称折射面，其夹角称为三棱镜的顶角；BC为毛玻璃面，称为三棱镜的底面。 1、最小偏向角法测三棱镜玻璃的折射率 如图所示，假设有一束单色平行光LD 入射到棱镜上，经过两次折射后沿ER方向 射出，则入射光线LD与出射光线ER间的夹 角称为偏向角. 转动三棱镜，改变入射光对光学面AC 的入射角，出射光线的方向ER也随之改变， 即偏向角发生变化.沿偏向角减小的方 向继续缓慢转动三棱镜，使偏向角逐渐减 小；当转到某个位置时，若再继续沿此方 向转动，偏向角又将逐渐增大，此位置时 偏向角达到最小值，称为最小偏向角.
可以证明棱镜材料的折射率与顶角及最小偏向角 的关系式为： ()2 sin 21 sin min α αδ+= n 利用三棱镜的顶角α=60°及测出最小偏向角min δ，即可由上式算出棱镜材料的折射率n 。 实验中汞灯发出的是由波长为671（橙光）、546（绿）、435（蓝）、404(蓝紫）组成的复色光。测出各波长色光通过三棱镜的最小偏向角，进而可求出 各波长色光通过三棱镜的折射率n 。 五、实验内容与步骤 分光计的调节： 分光计由五部分组成：三脚架座、望远镜、载物平台、平行光管和游标盘.其结构见图02-21和图02-22 图02-21 1.平行光管 2. 载物台 3.刻度盘 4. 望远镜 5. 狭缝宽度调节旋钮 6. 望远镜目镜锁紧螺钉 7. 目镜视度调节手轮 8. 望远镜目镜体前后移动手轮 9. 望远镜水平调节螺钉 10. 载物台锁紧螺钉11. 狭缝体锁紧螺钉 12. 狭缝体系统前后移动手轮13. 游标盘微调螺钉14. 平行光管水平调节螺钉15. 望远镜止动螺钉16. 望远镜光轴高低调节螺钉 17. 小棱镜照明系统18. 刻度盘微调螺钉19. 刻度盘止动螺钉20. 游标盘调平螺钉 21. 游标盘止动螺钉22. 平行光管轴高低调节螺钉 分光计读数系统由主刻度盘（刻度范围0-360度，分度值0.5度）与游标盘（游标读数示值1分）组成 .
试验20棱镜的色散关系
实验26 棱镜的色散关系 折射率是描述透明介质的重要光学常数。折射率与介质的分子结构、密度、温度、浓度等有关，也与光的波长有关，折射率是波长的函数。 测量介质折射率的方法很多，我们已学过用最小偏向角法测棱镜折射率，本实验介绍在任意入射角下测量棱镜折射率的方法。 实验目的 1．学会用自准法调整分光计，测量三棱镜顶角； 2．学会在任意入射角下测定棱镜材料的折射率； 3．了解棱镜的色散关系。 实验仪器 分光计、三棱镜、汞灯 实验原理 1．色散关系 光与物质相互作用的一个表现是，介质中的光速与波长有关，即折射率与波长有关。这种现象叫做色散。牛顿（I.Newton ）发现了光的色散现象。他令一束近乎平行的白光通过玻璃棱镜，在棱镜后的屏上得到一条彩色光带。光的色散表明，不同颜色（波长）光的折射率不同。即折射率n 是波长的函数 )(λf n = 为表征介质折射率随波长变化的程度，我们引进色散率ν，它在数值上等于介质对于波长差为1单位的两光的折射率之差，即 2121n n n νλλλ -?==-? （1） 或 d d ()d d n f λν λλ == （2） 表示折射率n 与波长关系的色散曲线， 首先是从实验上获得的。早期，对常用的 介质进行测量，发现它们的色散曲线十分 相似，如图1所示。波长增加时，折射率 和色散率都减小，这样的色散称为正常色 散。所有不带颜色的透明介质，在可见光 区域内，都表现为正常色散，即紫光折射率比红光大些。可以猜想，色散曲线显示出某种具有普遍意义的规律。[1] 描述正常色散的公式是柯西（A.L.Cauchy ）于1836年提出的： 24B C n A λλ=++ （3） 这是一个经验公式。式中A 、B 和C 是由所研究的介质材料的特性决定的常数，叫做 图1 色散曲线
初中物理光的色散实验
【目的和要求】 通过实验认识光的色散现象： 1．白光是复色光，通过棱镜后分解成各种色光： 2．把各种颜色的色光合在一起可以得到白光； 3．单色光不能再分解成其他的色光。 【仪器和器材】 三棱镜、白色光屏（可用白墙代替）、凸透镜、平面镜、狭缝、红色玻璃和蓝色玻璃，或“白光的色散与合成演示器”。 【实验方法】 1．用平面镜引入一束日光，通过狭缝照到三棱镜上，如图2．10－1所示。调整棱镜的方位，在白色光屏上可以看到白光通过棱镜折射后得到的彩色光带。把白纸放在棱镜前，让学生看到照到棱镜上的光是白光，由此得知白光通过棱镜 折射后分解成各种颜色的色光。 2．在棱镜和光屏中间放一个凸透镜，调整凸透镜的位置，使得由三棱镜射出的各种颜色的色光都会聚在光屏上，得到白色的亮条，表明各种颜色的色光合 在一起成为白光。 3．在狭缝前放置红色玻璃（或蓝色玻璃），用白纸显示出照在三棱镜上的光是红光（或蓝光），通过三棱镜后，光改变了传播方向，但不分解，仍然是红 光（或蓝光）。 【注意事项】
1．仪器要在课前组装调整好，下面的调整顺序可供参考。按图2．10－2所示大致先摆好平面镜、棱镜和光屏的位置。转动平面镜使一束日光照到棱镜上，再稍稍转动棱镜的方位，在光屏上就可以见到彩色的光带。最后再在棱镜前面放上狭缝，调整狭缝的宽度，使得光屏上的几种颜色分辨得更清楚。要注意，狭缝的宽度要适当，例如3～5毫米左右。缝越宽，屏上光带的亮度越强，但是不同色光的光带会重叠，几种颜色不容易完全辨清。 2．日光的强度高，平行度好，而且日光的色温较高，是理想的白光光源，实验容易做好，如果狭缝取宽一些，实验可在一般教室中进行。光源也可以用普通平行光源来代替，由于白炽灯的色温较低，光的颜色偏黄，同时，光的强度也 较弱，实验需在暗室中进行。 3．用凸透镜把各种颜色的色光合成为白光的实验原理，如图2．10－3所示。如果在棱镜的出射面上加一个光阑，从出射面的AB部分射出的光通过光阑后照到凸透镜上。调整凸透镜的位置，使AB成实像于光屏上，实像A′B′是白色的。棱镜的出射面AB上的每一点发出的光包含了从该点射出的各种色光，并且这些不同的色光出射角是不相同的。经过凸透镜的折射，会聚在光屏上相应的像点处，每个像点都是由各种色光会聚的，因此，像A′B′是白色的。 实验时，应选择通光口径φ和焦距f都大一些的凸透镜。三棱镜出射光的侧面与光屏的距离要略大于透镜4倍焦距。调整凸透镜的位置，使棱镜出射光的侧
三棱镜色散曲线的测定实验要求2010年4月
三棱镜色散曲线的测定 实验仪器 分光计、汞灯、三棱镜 。 预习要求及思考题 预习时请提前学习视频资料，熟悉实验仪器的结构，其中ppt，flash文件中分光镜简介、棱镜折射率测量部分必须仔细学习。（flash 文件可以用IE打开） 1．分光计为什么要用两个圆游标？测量时两个圆游标应如何摆置？ 2．三棱镜在载物台上前后移动对测顶角有无影响？为什么？ 3．查资料（百度、光学教程等），了解最小偏向角的物理意义.怎样准确找到最小偏向角的位置？ 实验内容 1．分光计调整的目标：第一，平行光管出射平行光，第二，望远镜系统聚焦于无穷远，第三，平行光管与望远镜的光轴均与刻度盘的旋转轴垂直。 分光计的调整步骤（详细步骤见教材p78~82，或者参见视频资料以及flash）： (1)粗调：先将各个调节螺丝都置于中央以保留调节余地，调节望远镜的俯仰角、 平行光管的俯仰角、载物台的俯仰角，使得三者目测基本在一个平面上，并且 都与刻度盘旋转轴垂直。 (2)用自准法把望远镜聚焦于无穷远：第一，打开电源，调节目镜手轮到最外侧， 慢慢旋进至分划板叉丝刻线和十字光标成像清晰。第二，调整分划板叉丝刻线 的方向。使两根叉丝刻线水平另外一条叉丝刻线竖直；方法：松开目镜套筒锁 定螺丝，旋转目镜套筒。第三，物镜调焦：其目的是将分划板上十字光标调整 到焦平面上，即望远镜对无穷远聚焦。方法：前后移动目镜套筒，使绿十字光 标成像清晰（初始可能是一个绿色亮斑），然后拧紧锁定螺丝。 (3)渐近法调节望远镜的光轴垂直于载物台主轴，可以采用ppt所述半趋发（即书 p81，“各调一半”）。平面镜和三棱镜两种方法都要做。调节的关键是：先弄明 白什么情况下需要怎么调节（ppt和flash上都有说明），调平台时，三个螺丝 中有的是先调好的，再调其他时不要动已经调好了的螺丝。 (4)平行光管轴线与中心转轴垂直： a.取走反射镜，将已调节好的望远镜正对着平行光管，打开钠灯，照亮狭缝。 b.松开狭缝套筒锁定螺丝，调节狭缝套筒前后位置，使望远镜视场中能看到清 晰的狭缝像（白色）。 c.旋转狭缝套筒调节狭缝方向，使狭缝像与望远镜分划板水平叉丝平行。调节 平行光管仰角螺丝，使狭缝像与分划板中间水平叉丝重合。至此以后，不再 碰动平行光管仰角螺丝 (5)读数系统调节：目的：使望远镜对准入射光时，刻度盘左右两边读数分别为90o 和270o。或入射光对应的刻度盘读数为θ左＝90o， θ右＝ 270o。 2．测量棱镜顶角。测量3次。测量时将顶角置于载物台中心 3．测量汞灯各谱线对应的最小偏向角， 4047,4358,4916,5461, 5790,6234,6907(?) 测量时注意，每测量一次最小偏向角，都要拿掉棱镜，单测此时狭缝所对应的角度。
光的色散特性的研究实验报告
光的色散特性的研究 光线在传播过程中，遇到不同介质的分界面（如平面镜、三棱镜等的光学面）时，就要发生反射和折射，光线将改变传播的方向，在入射光与反射光或者折射光之间就有一定的夹角。反射定律、折射定律等正是这些角度之间的关系的定量表述。一些光学量，如折射率、光波波长等也可通过测量有关角度来确定。因而精确测量角度，在光学实验中显得尤为重要。 分光计是用来精确测量入射光和出射光之间偏转角度的一种光学仪器，可用它来测量折射率、光波波长、色散率等。分光计的基本部件和调节原理与其它更复杂的光学仪器（如摄谱仪、单色仪等）有许多相似之处，学习和使用分光计也为今后使用精密光学仪器打下良好基础。分光计装置较精密，结构较复杂，调节要求也较高，这对初学者来说，往往会感到困难些。但只要在实验过程中注意观察现象，了解分光计的基本结构和测量光路，严格按调节要求和步骤耐心进行调节，就一定能够达到较好的要求。 本实验是在实验3－14用衍射光栅测量光的波长实验基础上的一个实验项目，有关分光计的结构、使用方法和调节步骤请认真阅读实验3－14中的相关内容。 【预习提示】 1．复习实验3－14中分光计的调节方法和步骤，明确分光计的调节要求。 2．用三棱镜调节分光计时，三棱镜应按什么位置放在载物台上？这样放的好处何在？3．如何判断偏向角减小的方向？如何寻找最小偏向角位置？跟踪谱线时能否将载物台（游标盘）与望远镜同时旋转？ 【实验目的】 1．在实验3－14的基础上，进一步熟练掌握分光计的调节和使用方法。 2．掌握用最小偏向角法测定三棱镜对各色光的折射率。 3．观察色散现象，测绘三棱镜的色散曲线，求出色散曲线的经验公式。 【实验原理】 本实验中应该首先搞清楚以下几个概念： ⑴视差：所谓视差是指当两个物体停止不动时，改变观察者的位置，一个物体相对于另一物体有明显移动的现象。在光学仪器的调节中，当人的眼睛从一侧移到另一侧时，像相对于分划板的十字叉丝有明显的移动，即出现视差，说明像与十字叉丝不在同一平面。如果当眼睛移到右边时，像就移到十字叉丝的左边，说明这时的像是在眼睛与十字叉丝之间；如果当眼睛移到右边时，像就移到十字叉丝的右边，说明这时像是在十字叉丝之前。反之，如果眼睛左右移动时，像与十字叉丝之间没有相对移动，像与十字叉丝就在同一平面，说明聚焦已经调好。因此，光学实验中常根据视差现象来判断像与物是否共面。 ⑵平行光：当点光源正好处在凸透镜焦平面上时，由点光源发出的光经过凸透镜后，将形成一束平行光。 ⑶自准法：当光点（物）处在凸透镜的焦平面上时，它发出的光线通过透镜后将形成一束平行光。若用与主光轴垂直的平面镜将此平行光反射回去，反射光再次通过透镜后会聚于透镜的焦平面上，其会聚点将落在光点相对于光轴的对称位置上。 1．用最小偏向角法测量三棱镜的折射率 当光线从一种介质进入另一种介质时，即发生折射，其相对折射率由入射角的正弦和折射角正弦之比确定。由于仪器不能进入棱镜之中观测折射光，故只好让光线经过棱镜的两个界面回到空气中来，再来测量某一单色光经过两次折射后产生的总偏向角。
棱镜和光的色散
棱镜和光的色散 目标定位: 1.了解光的色散现象，知道白光可分解为七种色光。（重点） 2.了解光的三原色和颜料的三原色，以及色光的混合与颜料的混合是不同的。 3.知道红外线、紫外线都是人眼看不见的光。了解红外线、紫外线的应用。（难点） 4. 了解三棱镜对光的作用， 学习过程： 一、自主学习 （一）、结合学习目标，阅读教材P64-P66， （二）、导学练习（再结合文本独立完成下列练习） 1. 温故知新:光的折射定律: ：光从一种介质斜射入另一介质时传播方向会发生光折射时，折射光线入射光线法线在；折射光线和入射光线法、分别位于。入射角增大时，折射角。○1光从空气斜射到水或玻璃表面时，折射角 入射角，折射光线法线。○2光从水中斜射入空气中，折射光线将法线，折射角入射角。光垂直射到水或玻璃的表面时，在水和玻璃中的传播方向。折射光路是的。 2.预习：白光是光，它由，，，，， ，七种颜色的光组成。 二、探究学习（学生先对每一个题目进行独立思考后，才进行小组内的交流讨论）(一）、棱镜和玻璃砖对光线的作用 1.玻璃砖对光线的作用。观察实验完成光路图 2. 棱镜对光线的作用，观察实验完成光路图 3.结论:○1光线经玻璃砖后折射光与入射光，且位置偏 ○2光线经棱镜后，折射光向偏折 (二)光的色散 观看多媒体，进行回答。 1.白光经三棱镜折射后，分解成，，，，，， 七种颜色的光。说明白光是光。这一现象叫光的 2.光的三基色是，，，其他颜色的光都是可由三基色混合而成。 3.颜料的三原色是，，。其他颜料的颜色都可由三原色调配而成。 （三）物体的颜色 1.透明物体的颜色由决定，比如红色的玻璃只能透过红色的光。 2.不透明物体的颜色由决定，比如红色的衣服只能反射红色的光。
光的色散实验设计
八年级物理第三章第一节研究光的色散实验 仪器材料 红外线笔、三棱镜、紫外线验钞笔、真、假钞票、太阳镜、防晒霜及课件。 一：教学目标 （一）、知识与技能 1．初步了解太阳光谱和知道看不见的光的存在。 2．确定红外线、紫外线的存在，了解它们的性质。 （二）、过程与方法 1．初步尝试对不可见的事物通过其可见的效应来对该事物进行研究的方法。 2．通过收集、交流关于红外线、紫外线的资料，获得处理信息的方法。 （三）、情感、态度和价值观 1．通过观看太阳的色散实验，体会美丽的色彩。 2．客观地看到社会进步的同时，人类的生存环境也遭到了破坏，从而形成保护人类生存环境的意识。二：教学重点：太阳光的组成特点以及应用 三：教学难点：同上 四：课前准备:1:编写好讲学稿和相关练习题 2：准备演示实验器材：红外线演示仪、三棱镜、紫外线验钞笔、真、假钞票、太阳镜、防晒霜及课件。 3：做好课件 4;下载极光应用小电影 4：提前一天下发讲学稿，布置预习 五：教学过程 1：引入新课：通过新奇的实验引入新课，提高学生的兴趣。 活动一：演示：打开红外线演示仪开关，让它发出音乐，当教师用手靠近红外线演示仪，阻断了它的红外线（不要接触到仪器），发现音乐嘎然而止。 活动二：演示验钞机的使用 老师小结：刚才我们的两个实验分别用到了红外线和紫外线，它们都是看不见的光。 2：复习旧知：提问检查预习情况：（1）白色光是单色光还是复色光？ （2）白光通过三棱镜后可形成一条彩带，自上而下的颜色是什？。 （3色光的三原色是，颜料的三原色是。 （4）透明物体的颜色由决定，不透明物体的颜色是由决定。 3;光谱： 活动一：演示实验：用三棱镜将白光分解成七种颜色的光投在墙上…… 结果：光谱---把太阳光分解成的七种不同的色光按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序排列起来就是光谱。 活动二：老师解释光谱成因：不同色光折射程度不同，紫光最厉害，红光最不厉害 观看极光的小电影，然后提问学生。 4：课堂小结： 1：把太阳光七种不同的色光按的顺序排列就是光谱。 六：课后练习： 1、冬天，在商店购买的红外线烤火炉，看起来它发出淡红色的光，这是因为（） A、户红外线本身就是一种淡红色的光 B、烤火炉的电热丝的温度超过标准，因此在发出红外线的同时还发出少量红色的光，红外线本身 是看不见的，看见的淡红色的光并不是红外线
初中物理 第12单元：棱镜、光的色散、实验
第12单元：棱镜、光的色散、实验 一、黄金知识点： 1、棱镜、全反射棱镜； 2、平行透明板对光路的作用； 3、折射率与波长波速的关系； 4、光的色散； 5、实验：测玻璃砖的折射率； 二、要点大揭密： （一）棱镜、全反射棱镜： 1、三棱镜： （1）横截面为三角形的三棱柱透明体。有正三棱镜、等腰直角三棱镜等。 （2）棱镜对光线的偏折规律：光线向低面偏折，虚象向顶角偏移（注意：顶角、底面是相对于入射光线和折射光线的位置而言的） 2、全反射棱镜： （1）光线垂直于等腰直角三棱镜的一边入射时将在另一侧面上发生全反射， 故此玻璃三棱镜称为全反射棱镜。 （2）全反射棱镜既能使光路发生900偏斜，也能使光线1800全反射折回。 （3）应用：作反射镜改变光的传播方向。其效率和清晰度都优于平面反射镜。 （二）平行透明板对光路的作用： 1、平行透明板对光路的改变作用是侧移，侧移量的大小与入射角有关，与透明板 的厚度有关，与透明板的折射率有关，这些量越大，侧移量越大。 2、平行透明板对光线的方向没有影响，出射光线和原入射光线保持平行关系。 （三）折射率与波速、波长，频率与光的颜色之间的关系。 1、折射率与波长、波速之间的关系： 当光从真空进入介质时，频率不变，波速减小，因而波长也减小(满足v＝λf )，在同一介质中，频率大的光波速小、波长短。 2、光的颜色由光的频率决定，从红光到紫光，光的频率依次增加，在同一介质中，波长依 次变短。 （四）光的色散： 1、一束白光通过三棱镜后入射光变为红橙黄绿蓝靛紫七色光的现象，称为光的色散。 2、光的色散现象一方面说明白光是由上述七种单色光复合而成的复色光；另一方面说明玻璃（包括其他各种透明物质）对不同单色光的折射率不同，即同一种介质对红光折射率
光的色散研究_(完整)
评分： 大学物理实验设计性实验 实 验 报 告 物理系 大学物理实验室 实验日期：200 9 年 12 月 4 日 实验题目： 光的色散研究 班 级： 姓 名： 学号： 指导教师：
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并且入射到三棱镜上时，虽然入射角对各种波长的光都相同，但出射角并不相同，表明折射率也不相同。对于一般的透明材料来说，折射率随波长的减小而增大。如紫光波长短，折射率大，光线偏折也大；红光波长长，折射率小，光线偏折小。折射率n 随波长λ又而变的现象称为色散。 学生根据自己所学的知识，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计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，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 ⑴ 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，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。 ⑵ 选择实验的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。 ⑶ 掌握用分光计测定三棱镜顶角和最小偏向角的原理和方法，并求出物质的折射率。 ⑷ 用分光计观察谱线，并测定玻璃材料的色散曲线λ~n ； ⑸ 应该用什么方法处理数据，说明原因。 ⑹ 实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。 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 δ。与入射光的波长有关，折射率也随不同波长而变化。折射率n 与波长λ之间的关系曲线称为色散曲线。本实验以高压汞灯为光源，各谱线的波长见附录。用汞灯的光谱谱线的波长作为已知数据，测量其通过三棱镜后所对应的各最小偏向角，算出与min δ对应的n 值，在直角坐标系中做出三棱镜的λ~n 色散曲线。用同一个三棱镜测出钠光谱谱线的最小偏向角，计算相对应的折射率，用图解插值法即可在三棱镜的色散曲线上求出钠光谱谱线的波长。 教师指导(开放实验室)和开题报告1学时；实验验收，在4学时内完成实验；
棱镜、光的色散、实验
棱镜、光的色散、实验 （一）棱镜、全反射棱镜： 1、三棱镜： （1）横截面为三角形的三棱柱透明体。有正三棱镜、等腰直角三棱镜等。 （2）棱镜对光线的偏折规律：光线向低面偏折，虚象向顶角偏移（注意：顶角、底面 是相对于入射光线和折射光线的位置而言的） 2、全反射棱镜： （1）光线垂直于等腰直角三棱镜的一边入射时将在另一侧面上发生全反射， 故此玻璃三棱镜称为全反射棱镜。 （2）全反射棱镜既能使光路发生900偏斜，也能使光线1800全反射折回。 （3）应用：作反射镜改变光的传播方向。其效率和清晰度都优于平面反射镜。 （二）平行透明板对光路的作用： 1、平行透明板对光路的改变作用是侧移，侧移量的大小与入射角有关，与透明板 的厚度有关，与透明板的折射率有关，这些量越大，侧移量越大。 2、平行透明板对光线的方向没有影响，出射光线和原入射光线保持平行关系。 （三）折射率与波速、波长，频率与光的颜色之间的关系。 1、折射率与波长、波速之间的关系： 当光从真空进入介质时，频率不变，波速减小，因而波长也减小(满足v ＝λf )，在同一介质中，频率大的光波速小、波长短。 2、光的颜色由光的频率决定，从红光到紫光，光的频率依次增加，在同一介质中，波长依 次变短。 （四）光的色散： 1、一束白光通过三棱镜后入射光变为红橙黄绿蓝靛紫七色光的现象，称为光的色散。 2、光的色散现象一方面说明白光是由上述七种单色光复合而成的复色光；另一方面说明 玻璃（包括其他各种透明物质）对不同单色光的折射率不同， 即同一种介质对红光折射率最小，对紫光折射率最大（平常所说的介质折射率是对波长为5893埃的黄光而言）。 （五）测定玻璃的折射率： 1、实验目的：（1）验证光的折射定律； （2）学会测定物体折射率的方法； （3）测定两面平行的玻璃砖的折射率。 a ‘ b ’ 4
牛顿对光学的研究
牛顿对光学的研究 英国物理学家牛顿（I.Newton,1642-1727） 1．色散现象的早期研究 色散也是一个古老的课题，最引人注目的是彩虹现象。早在13世纪，科学家就对彩虹的成因进行了探讨。 德国有一位传教士叫西奥多里克（Theodoric），曾在实验中模仿天上的彩虹。他利用阳光照射装满水的大玻璃球壳，观察到了和空中一样的彩虹，以此说明彩虹是由于空气中水珠反射和折射阳光造成的现象。不过，他进一步解释没有摆脱亚里斯多德的教义，继续认为各种颜色的产生是由于光受到不同阻滞所引起。光的四种颜色：红、黄、绿、蓝，处于白与黑之间，红色接近白色，比较明亮，蓝色接近黑色，比较昏暗。阳光进入媒质（例如水），从表面区域折射回来的是红色或黄色，从深部折射回来的是绿色或蓝色。雨后天空中充满水珠，阳光进入水珠再折射回来，人们就看到色彩缤纷的景象。 笛卡儿对彩虹现象也有兴趣，他用实验检验西奥多里克的认述。 在他的《方法论》（1637）中还有一篇附录，专门讨论彩虹，并且介绍了他自己做过的棱镜实验，如图所示。他用三棱镜将阳光折射后投在屏上，发现彩色的产生并不是由于进入媒质深浅不同所造成。因为不论光照在棱镜的那一部位，折射后屏上的图象都是一样的。遗憾的是，笛卡儿的屏离棱镜太近（大概只有几厘米），他没有看到色散后的整个光谱，只注意到光带的两侧分别呈现蓝色和红色。 1648年，布拉格的马尔西用三棱镜演示色散成功。不过他解释错了。他认为红色是浓缩了的光，蓝色是稀释了的光；之所以会出现五颜六色，是由于光受物质的不同作用，因而呈现各种不同的颜色。 17世纪正当望远镜、显微镜问世，伽利略运用望远镜观察天体星辰，胡克用显微镜观察小物体，激起了广大科学界的兴趣。然而，当放大倍数增大时，这些仪器不可避免地都会出现象差和色差，使人们深感迷惑。 人们不理解，为什么在图象的边缘总会出现颜色？这和彩虹有没有共同之处？这类现象有什么规律性？怎样才能消除？ 这时，牛顿正在英国剑桥大学学习。他的老师中有一位数学教授名叫巴罗（Isaac Barrow,1630-1677），对光学很有研究。牛顿听过他讲光学，还邦他写《光学讲义》。牛顿很喜欢做光学实验，还亲自动手磨制透镜，想按自己的设计装配出差的显微镜和望远镜。这个愿望激励他对光的颜色的本性进行深入的探讨。 2．牛顿对色散现象的思考 牛顿从笛卡儿等人的著作中得到许多启示。例如笛卡儿说过：“运动慢的光线比运动快的光线折射得更厉害，”胡克描述过肥皂泡的颜色变化，认为不同的颜色是光脉冲对视网膜留下的不同印象。红色和蓝色是原色，其它颜色都是由这两种颜色合成和冲淡而成。牛顿注意到这些说法的合理成分，同时也提出许多疑问。 在牛顿留下的手稿中，记录了许多当年的疑问微压测高计思考， 例如，他问道：如果光是脉冲，为什么不像声音那样在传播中偏离直线？ 为什么弱的脉冲比强的脉冲运动快？ 为什么水比水蒸汽更清晰？ 为什么煤是黑的，煤烧成的灰反而是白的？ 牛顿不满意前人（包括他的老师）对光现象的解释，就自己动手做起了一系列的实验。 3．牛顿的色散实验 牛顿从笛卡儿的棱镜实验得到启发，又借鉴于胡克和玻意耳的分光实验。胡克用了一只充满水的烧瓶代替棱镜，屏距折射位置大约60厘米，玻意耳把棱镜散射的光投到1米多高的天花板上，而牛顿则将距离扩展为6-7米，从室外由洞口进入的阳光经过三棱镜后直接投射到对面的墙上。这样，他就获得了展开的光谱，而前面的几位实验者只看到两侧带颜色的光斑。
棱镜的角度和色散测量
实验2三棱镜的角度与色散测量 报告人同组实验者时间 实验目的： 1．了解分光仪的构造原理，学会正确使用分光仪 2．掌握棱镜角度测试的原理和方法 3．了解光的折射与棱镜色散现象 一、实验仪器： 分光仪、汞灯、三棱镜、LED(红、绿、黄) 二、实验原理： 1.分光仪的结构 可用来测量各种光之间的角度。其基本原理是，让光形成一束平行光线，经光学元件反射或折射后，通过目镜观察和测量各光线的偏向角度。 2.分光仪的调整 1）调望远镜对向无穷远，此时反射镜应正直地放在物台上。放反射镜时应使反射面压住一只支撑螺钉，且与另两只支撑螺钉的连线垂直； 2）调望远镜光轴垂直于仪器转轴 3.角度测量原理： 用分光仪测量棱镜顶角可采用两种方法（见下 图）： 用望远镜依次对准夹棱镜顶角的两个面（要转动 望远镜不要转动载物台），使得返回的十字像在分划板 上重合（说明自准直望远镜已经垂直于被测的面），记 录下望远镜的两个角度读书，望远镜转过的角度与顶 角互补。 使待测顶角对向平行光管，望远镜依次观察由两个面反射的狭缝像，记录下望远镜的两个角度读书，望远镜转过的角度为顶角的两倍。 4. 最小偏向角法原理： 如图所示三棱镜的截面，P顶点，两边是透光的光学表面，又称折射面，夹角α称为三棱镜的顶角。假设某一波长的光线AB入射到棱镜中，经过两次折射后沿DE方向射
出，则入射线AB与出射线δ称为偏向角。由图中几何关系，偏向角δ=∠FBD+∠ FDB=I 1-I 2 ’-α,因为顶角α满足α=I 1 ’-I 2 ，对于给定的三棱镜来说，角α是固定的，δ 随I 1和I 2 ’而变化。其中I 2 ’与α,n (棱镜折射率)，I 1 依次相关，当I 1 变化时，偏向角 δ有一极小值，称为最小偏向角。 三、实验步骤及现象 1.调整分光仪： 调望远镜对像无穷远，此时反射镜应正直地放在载物台上。放反射镜时应使反射面压住一只支撑螺钉，且与另两只连线垂直； （1）目测粗调，用眼睛从仪器侧面观察，使望远镜光轴、平行光管光轴与载物台面均大致垂直于仪器主轴； （2）旋转目镜内筒，使目镜看到清晰的分划板； （3）在载物台上放上反射平面镜，开启照明灯，缓慢转动小平台，找到反射像（“+” 字）后，伸缩目镜套筒使之最清晰； （4）调节望远镜光轴垂直于分光计主轴，将小平台旋转180度，仍能看到反射像，若两反射像位于目标位置同一侧，则先调望远镜的高低，把离目标较近的那个“+” 字像先调整好，若两反射像位于目标位置异侧，则采用各半调节法，先调节小平台前后螺丝，是像与目标位置距离缩小一半，在调节望远镜使之与目标位置重合；（需要进行多次调节） （5）将反射镜转过90度后重复步骤（4）； （6）对平行光管进行调焦，打开汞灯，伸缩平行光管套筒使在望远镜中能看到清晰地狭缝像； （7）调整平行光管的光轴垂直于旋转主轴，将望远镜对准狭缝的像，使狭缝转过90度调节平行光管下的倾度调节螺丝，使狭缝像位于分划板中心线上，然后将平行光管狭缝调回垂直状态； （8）视差的调节，从目镜进行观察，左右晃动眼睛，观察“+”字像与分划板是否存在相对移动，若存在则调节高斯目镜。 2. 放置三棱镜： 使棱镜待测角A的一个边与载物台水平调整脚（Z1、Z3）的连线垂直，这样在调Z2时，棱面AB的状态可以保持不变。分光仪的载物台上有刻线标志，可以帮助正确安置棱镜。
棱镜的角度和色散测量
角度与色散测量2实验三棱镜的同组实验者时间报告 人 实验目的： 1．了解分光仪的构造原理，学会正确使用分光仪 2．掌握棱镜角度测试的原理和方法 3．了解光的折射与棱镜色散现象 一、实验仪器： 分光仪、汞灯、三棱镜、(红、绿、黄)LED二、实验原理： 1.分光仪的结构 可用来测量各种光之间的角度。其基本原理是，让光形成一束平行光线，经光学元件反射或折射后，通过目镜观察和测量各光线的偏向角度。 2.分光仪的调整 1）调望远镜对向无穷远，此时反射镜应正直地放在物台上。放反射镜时应使反射面压住一只支撑螺钉，且与另两只支撑螺钉的连线垂直； 2）调望远镜光轴垂直于仪器转轴 3.角度测量原理： 用分光仪测量棱镜顶角可采用两种方法（见下图）： 用望远镜依次对准夹棱镜顶角的两个面（要转动望远镜不要转动载物台），使得返回的十字像在分划板上重合（说明自准直望远镜已经垂直于被测的面），记录下望远镜的两个角度读书，望远镜转过的角度与顶角互补。 使待测顶角对向平行光管，望远镜依次观察由两个面反射的狭缝像，记录下望远镜的两个角度读书，望远镜转过的角度为顶角的两倍。 4. 最小偏向角法原理： 如图所示三棱镜的截面，P顶点，两边是透光的光学表面，又称折射面，夹角α称方向射DE入射到棱镜中，经过两次折射后沿AB为三棱镜的顶角。假设某一波长的光线 出，则入射线AB与出射线δ称为偏向角。由图中几何关系，偏向角δ=∠FBD+∠FDB=I-I'-α,因为顶角α满足α=I'-I，对于给定的三棱镜来说，角α是固定的，δ2112随I和I'而变化。其中I'与α,n (棱镜折射率)，I依次相关，当I变化时，偏向角11212δ有一极小值，称为最小偏向角。
棱镜摄谱实验
实验1 棱镜光谱实验 光谱学研究的是各物质的光谱的产生及其同物质之间的相互作用。光谱是电磁波辐射按照波长的有序排列，通过光谱的研究，人们可以得到原子、分子等的能级结构、电子组态、化学键的性质、反应动力学等多方面物质结构的知识，在化学分析中也提供了重要的定性与定量的分析方法。发射光谱可以分为三种不同类别的光谱：线状光谱、带状光谱、连续光谱。线状光谱主要产生于原子，带状光谱主要产生于分子，连续光谱则主要产生于白炽的固体或气体放电。 随着科技的进步，当今先进的光谱实验室已不再使用照相干版法获得光谱图形，所使用的都是以CCD 器件为核心构成的各种光学测量仪器。PSP05型CCD 微机棱镜摄谱仪测量系统采用线阵CCD 器件接收光谱图形和光强分布，利用计算机的强大数据处理能力对采集到的数据进行分析处理，通过直观的方式得到我们需要的结果。与其他产品相比，PSP05型摄谱仪具有分辨率高（微米级），实时采集、实时处理和实时观测，观察方式多样，物理现象显著，物理内涵丰富，软件功能强大等明显的优点，是传统棱镜摄谱仪的升级换代产品。 【实验目的】 1.了解小型摄谱仪的结构、原理和使用方法。 2.学习摄谱仪的定标方法及物理量的比较测量方法（线形插值法）。 【实验原理】 1．光谱和物质结构的关系 每种物质的原子都有自己的能级结构，原子通常处于基态，当受到外部激励后，可由基态跃迁到能量较高的激发态。由于激发态不稳定，处于高能级的原子很快就返回基态，此时发射出一定能量的光子，光子的波长（或频率）由对应两能级之间的能量差i E ?决定。0i i E E E ?=-，i E 和0E 分别表示原子处于对应的激发态和基态的能量，即： i i i c E h h νλ?== （1-1） 得：i i hc E λ= ?，式中，i = 1，2，3，…，h 为普朗克常数，c 为光速。 每一种元素的原子，经激发后再向低能级跃迁时，可发出包含不同频率（波长）的光，这些光经色散元件即可得到一对应的光谱。此光谱反映了该物质元素的原子结构特征，故称为该元素的特征光谱。通过识别特征光谱，就可对物质的组成和结构进行分析。 2．棱镜摄谱仪的工作原理 复色光经色散系统（棱镜）分光后，按波长的大小依次排列的图案，称为光
棱镜摄谱实验报告
南昌大学物理实验报告课程名称：普通物理实验（3） 实验名称：用小型棱镜摄谱仪测定光波波长 学院：专业班级： 学生姓名：学号： 实验地点：座位号： 实验时间：
一、实验目的： １．了解棱镜摄谱仪的构造原理。 ２．掌握棱镜摄谱仪的调节方法和摄谱技术。 ３．学会用照相法测定某一光谱线的波长。 二、实验仪器： 玻璃棱镜摄谱仪，汞灯，氦—氖激光器，氦—氖辉光器，读数显微镜，暗室设备等。 三、实验原理： 1.棱镜摄谱仪的构造 （1）准直管 准直管由狭缝S1和透镜L1组成。S1位于L1的物方焦平面上。被分析物质发出的光射入狭缝，经透镜L1后就成为平行光。实际使用中，为了使光源S射出光在S1上具有较大的照度，在光源与狭缝之间放置会聚透镜L，使光束会聚在狭缝上。 （2）棱镜部分 主要是一个（或几个）棱镜P，利用棱镜的色散作用，将不同波长的平行光分解成不同方向的平行光。 （3）光谱接收部分 光谱接收部分实际上就是一个照相装置。它包括透镜L2和放置在L2像方焦平面上的照相底板F，透镜L2将棱镜分解开的各种不同波长的单色平行光聚焦在F的不同位置上，如图（1）所示。由于透镜对不同波长光的焦距不同，当不同波长的光经L2聚焦后并不分布在与光轴垂直的同一平面上，所以，必须适当地调整照相底板F的位置，方可清晰的记录各种波长的谱线。 图（1）
F1λ1，F2λ2，…分别是波长λ1，λ2，…为的光所成的狭缝的像，叫做光 谱线。各条光谱线在底板上按波长依次排列就形成了被摄光源的光谱图。若光源辐射的波长λ1，λ2，…等为分立值，则摄得的光谱线也是分立的，叫做线光谱；若光源辐射的波长为连续值，则摄得的是连续光谱。 本实验用的小型玻璃棱镜摄谱仪，可用来拍摄可见光区域的光谱。其结构与图16—1所示的基本相同，但由于采用恒偏棱镜代替三棱镜P，因此，它的照相装置中光学系统的光轴与准直管的光轴垂直如图（2）所示。 ２．摄谱仪的性能 （１）色散 色散代表仪器的分光能力，是衡量复色光经仪器色散后各单色光分散的程度。为了得到质量较好的光谱，某一波长的谱线总是以最小偏向角的状态通过棱镜，由于不同波长的谱线有不同的最小偏向角，所以可用角色散表示棱镜色散的特征（相差单位波长的两谱线分开的角距离）。棱镜的角色散D为： D=dδm dλ ? 2sin A2 22 ? dn dλ 实际应用时，常使用线色散D1来表示相差单位波长的两谱线在光谱面上分开的距离 D1=dl dλ 得： D1=D f2′cosε 式中，f2是聚光透镜L2的焦距，ε是底片与垂直光轴平面的夹角。显然，
棱镜折射率及色散关系的研究
图1 棱镜折射率及色散关系的研究 【引言】 早在1672年，牛顿用一束近乎平行的白光通过玻璃棱镜时，在棱镜后面的屏上观察到一条彩色光带，这就是光的色散现象。它表明：对于不同颜色（波长）的光，介质的折射率是不同的，即折射率n 是波长λ的函数。所有不带颜色的透明介质在可见光区域内，都表现为正常色散。描述正常色散的公式是科希（Cauchy ）于1836年首先得到的： 4 2λλC B A n ++= 这是一个经验公式，式中A 、B 和C 是由所研究的介质特性决定的常数。本实验通过对光的色散的研究，求出此经验公式。 【实验目的】 1、进一步练习使用分光计，并用最小偏向角法测量棱镜的折射率； 2、研究棱镜的折射率与入射光波长的关系。 【实验原理】 1. 棱镜色散原理 棱镜的色散是由于不同波长的光在棱镜介质中传播速度不同，从而折射率不同而引起的。在介质无吸收的光谱区域内，色散关系的函数形式早在1863年由科希(Cauchy)得出，该关系式为 2 λB A n + = 式中A 和B 是与棱镜材料有关的常数，也叫色散常数。 2. 利用最小偏向角法测量折射率的原理 如图1所示为一束单色平行光入射三棱镜时的主截面图。光线通过棱镜时，将连续发生两次折射。出射光线和入射光线之间的交角δ称为偏向角。I 为入射角，i ′为出射角，α为棱镜的顶角。当i 改 变时，i ′随之改变。可以证明，当入射角i 等于出射角i ′时, 偏向角有最小值，称为最小偏向角，以δmin 表示，此时入射角为 出射角为 由折射定律1sin sin i n i =可得三棱镜的折射率为 )(2 1 min αδ+=i α21 1=i ααδ2 1sin )(21 sin sin sin min 1 += =i i n
棱镜1
课题：棱镜 工作遴选课 (高级中学课本第二册第七章第七节) ［教学目的］： 1、明确棱镜是利用光的反射及折射规律来改变和控制光路的光学仪器。 1）棱镜可以改变光的传播方向，出射光线向底面偏折。 2）全反射棱镜可以控制光路。 3）物体通过棱镜能成正立的虚像，且虚像偏向顶角。 2、了解光的色散现象及同一媒质对不同色光折射率不同。 [教学重点]：利用光的反射及折射规律讨论棱镜的特点及光的色散现象。 [教学难点]：光的色散现象及同一媒质对不同色光折射率不同。 [教学方法]：实验法、讲授法、练习法与讨论法。 [教学手段]：多媒体教学、实验教学 [教学仪器]：激光演示仪一套、三棱镜、光源 ［教学过程］ 一、复习提问 1、什么叫光的折射？折射率的意义是什么？ 答：折射率是反映光线偏折程度的物理量。N=c/v=sini/sinr 2、产生全反射的条件是什么？什么是临界角？ 答：产生全反射的条件是从光密媒质进入光疏媒质且入射角大于临界角；由媒质的折射率确定（利用多媒体模拟实验），c=arcsin 1/n。 ３、什么是复色光，什么是单色光？ 二、引入新课 这节课我们共同讨论一种利用光的反射及折射规律来控制和改变光路的光学仪器——棱镜。棱镜的形状各不相同，横截面有的是长方形，有的是圆形，有的是三角形，光学上常用的棱镜是横截面为三角形的三棱镜，简称为棱镜 三、讲授新课 （一）、通过棱镜的光线 １、明显地向着棱镜的底边偏折——来改变光的传播方向。 （演示实验）让一束单色光从空气射向玻璃棱镜的一个侧面，可以看到，光线通
过棱镜，从另一个侧面射出来时，方向发生了明显的变化：光线向棱镜的底面偏折。为什么会这样呢？我们利用光的折射定律就可以得到结论。 结论：光线在棱镜的两个侧面上发生折射时，两次向底边偏面的缘故。注意顶角和底面的相对关系。 光线将向顶角偏折，关于棱镜对光线的偏折作用我们不能死记注结论，而应从光的折射定律出发来分析。 如果隔着棱镜看一个物体，就可以看到物体的像。例如：将一个物点S 放在棱镜前，从物点发出的两条光线经棱镜折射后射出，我们 根据光沿直线传播的经验，认为光线是从它们的反向 延长线的交点S 射出的， S '就是S 在棱镜中所成的像。这个虚像的位置比物体的实际位置向顶角方向偏移， 物像同侧。确定像的位置，关键还是折射定律。 （二）、全反射棱镜 下面我们介绍一种横截面是等腰三角形的棱镜。设该玻璃的临界角为420。当光线垂直一条直角边或垂直斜边进入棱镜时，将会得到什么现象？（学生课堂练习，做图3和图4 两题。 （多媒体模拟）两个直角边AB 和BC 代表了棱镜上两个互相垂直的镜面，当光垂直AB 面进入棱镜到达AC 面时发生全反射，（因为此时入射角为45０，而光从玻璃到空气的临界角为42０），光线沿垂直于BC 方向射出，光线的方向改变了900。如果光线垂于AC 面进入棱镜，光线将在AB 面上发生全反射，射到BC 上，再在BC 面上发B '
三棱镜色散曲线的研究
开放创新实验：三棱镜色散曲线的研究 实验目的： 1.进一步掌握分光计仪器的调整和使用； 2.掌握用最小偏向角方法测物质的折射率； 3.测定玻璃材料色散曲线。 实验原理： 折射率可以衡量物质的折光性能，是光学玻璃的重要特性参数。折射率与入射光的波长有关。早在1962年，牛顿用一束近乎平行的白光通过玻璃棱镜时，在棱镜后面的屏上观察到一条彩色的光带，这就是光的色散现象。它表明不同颜色的光对不同介质的折射率是不同的。也就是说，同一玻璃对不同波长的光存在折射率的差异。材料的折射率随入射光波长的增大而减少的性质称为色散。由于复色光中的各色光折射率不同，当它们通过色散系统时，传播方向有不同程度的偏折，因此通过色散系统后便各自分开。观察色散现象可通过三棱镜作为色散系统。在我们前面已做过的实验“分光计的调整和使用”的基础上，利用分光计仪器和最小偏向角法测棱镜折射率的原理，可来实现该实验的 研究。 利用最小偏向角法测量折射率的原理： 如图中所示为一束单色平行光入射三棱镜时的主截 面图。图1表示单色光束沿ＳＤ方向射在三棱镜的Ａ Ｂ面上，经过两次折射从ＥＳ′方向射出。△ＡＢＣ 是三棱镜的主截面（垂直于各棱脊的横截面），图中
所示光线和角度都在此平面内，入射光线与出射光线之间的夹角叫做偏向角，以δ表示。由图可见：δ＝∠ＦＤＥ＋∠ＦＥＤ＝（ｉ１－ｉ２）＋（ｉ４－ｉ３） 因顶角α＝ｉ２＋ｉ３所以δ＝（ｉ１＋ｉ４）－α 同一棱镜的顶角α和折射率ｎ皆为定值，故δ只随入射角ｉ１而变。由实验得知，在δ随ｉ１的变化中，对某一ｉ１值，δ有一极小值，这就是最小偏向角δｍｉｎ 。图２表示出这种变化关系。按求极值的方法可以获得满足最小偏向角的条件。对ｉ１求导数得 δｍｉｎ的必要条件是，于是 (1) 按折射定律，光在ＡＢ面和ＡＣ面折射时有ｓｉｎ ｉ１＝ｎｓｉｎ ｉ２ ｓｉｎ ｉ４＝ｎｓｉｎ ｉ３ 可得 (2) 比较式（1）与式（２）式有ｔｇ ｉ２＝ｔｇ ｉ３，而ｉ２和ｉ３必小于π／２，故 ｉ２＝ｉ３ 因此ｉ１＝ｉ４ 可见，δ达到极小值的条件δｍｉｎ ＝２ｉ１－α或 ｉ１＝１／２（δｍｉｎ ＋α）而α＝ｉ２＋ｉ３＝２ｉ２，ｉ２＝α／２。 根据折射定律 也就是说，光线通过棱镜时，将连续发生两次折射。出射光线和入射光线之间的交角δ称为偏向角。i 为入射角，i ’为出射角，α为棱镜的顶角。当i 改变时，i ’随之改变。可以证明，当入射角i 等于出射角i ’时,偏向角有最小值，称为最小偏向角，以δmin 表示，当 偏 向角为最小值δmin 时，折射率2 sin 2sin m in A A n +=δ 将测得的三棱镜顶角A 和最小