光色散研究_(完整).docVIP

评分： 大学物理实验设计性实验 实 验 报 告 实验题目： 光的色散研究 班 级： 姓 名： 学号： 指导教师： 物理系 大学物理实验室 实验日期：200 9 年 12 月 4 日 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。折射率随波长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； 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。与入射光的波长有关，折射率也随不同波长而变化。折射率与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，算出与对应的值，在直角坐标系中做出三棱镜的色散曲线。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； 提交整体设计方案时间 学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版(电子版用电子邮件发送到指导教师的电子邮箱里)供教师修改。 思考题 证明（为入射角，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.进一步掌握分光计的调整技术，学习用分光观察棱镜光谱 2.握用分光仪测量棱镜的顶角的方法 3.握用最小偏向角法测量棱镜的折射率 4.会用分光仪观察光谱，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.光的色散光在物质中的传播速度v随波长?而改变的现象，称为色散。因为物质的折射率n可以表示为, 式中c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，即可以表示为下面的函数形式 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。 测量玻璃材料折射率的方法很多，这里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间的夹角δ称为偏向角。根据图1，由几何关系，偏向角δ为 （1） 因，(为三棱镜的顶角，故有 （2） 对于给定的棱镜来说，顶角( 是固定的。由式2可知，δ随i1和i4而变化。其中，i4与i3、i2、i1依次相关，由折射率决定。因此，i4是i1的函数。归结到底，偏向角δ也就仅随i1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。下面用求极值的方法来推倒δ去极值的条件。 令，由式（2）得 （3） 再利用及两折射面处的折射条件 （4） 得到 （5） 比较式（3）和式（5），有