光色散現(xiàn)象實驗研究

1、光色散現(xiàn)象實驗研究胡迪（物理系 00104098）摘要：光的發(fā)射，吸收與色散是緊密聯(lián)系的。光在媒質(zhì)中的傳播速度是隨波長變化的，1836年科希給出的一個正常色散的經(jīng)驗公式表明了光的折射率與波長變化的關(guān)系。本實驗主要通過分光計，用最小偏角法研究了固體棱鏡光色散譜線，并大致計算科希公式中的各項系數(shù)（常數(shù)）。關(guān)鍵詞：正常色散，反常色散，科希公式，最小偏角法，n-曲線實驗原理光在媒質(zhì)中的傳播速度v隨波長而異的現(xiàn)象，稱為色散；1672年，牛頓首先利用三棱鏡的色散效應(yīng)把日光分解彩色光帶。-測量不同波長的光線通過棱鏡的偏轉(zhuǎn)角，就可以算出棱鏡材料的折射率n與波長之間的依賴關(guān)系曲線，即色散曲線。N隨的增加而單調(diào)下

2、降，且下降率在短波一段更大，這種色散稱為正常色散。1836年科希給出一個正常色散的經(jīng)驗公式n=A+B/(2)+C/(4). 反常色散的名稱是歷史上沿用下來的，在可見光區(qū)域內(nèi)色散是正常的，即滿足科希公式，若向紅外區(qū)域延伸，并接近吸收帶時，色散曲線開始與科希公式偏離，在吸收帶內(nèi)因光極弱，很難測到折射率的數(shù)據(jù)，過了吸收帶，色散區(qū)現(xiàn)有恢復(fù)正常，并滿足科希公式，不過是式為新的數(shù)值。由于無知與光相互作用的結(jié)果，一般色散規(guī)律或n之隨之變化曲線呈非線性色散曲線。本實驗時再分光計上用最小偏角方法，測定不同光波波長值對應(yīng)的玻璃折射率，最后得到玻璃材料色散曲線。用最小偏向角法測量單色光對棱鏡的折射率：一束單色光經(jīng)棱

3、鏡兩次反射后，總的角度變化可用入射光線和出射光線延長線的夾角表示。為偏向角。 當(dāng)或時，最小，即為最小偏向角 此時折射率其中A為棱鏡頂角?？葡９降耐茖?dǎo)： 電子的位移將引起介質(zhì)的極化。設(shè)介質(zhì)單位體積內(nèi)由N個原子，每個原子有Z個點子，因每個位移位r的電子產(chǎn)生電偶極矩-er，故介質(zhì)的極化強(qiáng)度為式中考慮每個原子中有多種振子，上式變?yōu)椋簁 1時，上式的實部與虛部分別為：改用和=2c/w表示：為了導(dǎo)出正常色散區(qū)域的科希公式，可忽略式中的，于是可以得到：其中 是與無關(guān)的常數(shù)。而當(dāng)入射波段處于兩條吸收線之間，我們假設(shè)上式可寫成開方后再做近似展開，得其中以上便是科希公式，常數(shù)A隨j的增大而增大。實驗方法及數(shù)據(jù)

4、實驗步驟：調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡聚焦于無窮遠(yuǎn)；是望遠(yuǎn)鏡光軸與一起轉(zhuǎn)軸垂直；調(diào)節(jié)平衡光管產(chǎn)生平行光并使其光軸與一起轉(zhuǎn)軸垂直；調(diào)節(jié)三棱鏡的注解免于一起轉(zhuǎn)軸垂直；觀察水銀燈光經(jīng)過三棱鏡后的譜線，分辨七條譜線的位置；先測弱的譜線，轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤使譜線朝偏向角減小的方向移動，并轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡跟蹤譜線，直到譜線不再向前移動卻往相反方向移動為止；移動望遠(yuǎn)鏡，是準(zhǔn)線與譜線重合，即下左右游標(biāo)數(shù)；轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡，是準(zhǔn)線與白色狹縫重合，記下左右游標(biāo)數(shù)；重復(fù)測量七條譜線；換上鈉燈，半導(dǎo)體和氦氖激光器，分別測量對應(yīng)譜線的最小偏角。計算折射率，畫出n-曲線。實驗數(shù)據(jù)：頂角A=600波長/nm左游標(biāo)讀數(shù)右游標(biāo)讀數(shù)最小偏向角折射率n632.8664

5、21204224640300405401.6773589.3665412020246503001853271.6721579.07655011920245502991853291.6724576.96660711944246052994353371.6737546.07662812020246253061853531.6762491.60650411952245042295154481.6849435.84651112121245093011856101.6976407.78645012215244493021257241.7089404.66643912217244393021657381.7110/2.49732.87952.98223.00403.35354.13795.26446.01386.1069n1.67731.67211.67241.67371.67621.68491.69761.70891.7110實驗結(jié)果處理數(shù)據(jù)可得如下譜線圖：n圖 對上面的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸可得A=1.6371 B=1.1865 r=0.997 則此棱鏡材料的色散公式可表示為（在可見光范圍內(nèi)） 用此公式計算632.8nm譜線的折射率為 n=1.66674實驗分析此實驗中，需要測量每一條譜線的最小偏向角，在判斷每條譜線的最小偏向角時，由于各種