实验26棱镜的色散关系.doc

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、***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( )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)(?fn?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 2 1 2 1 n n n?? ? ???? ?? ?(1) 或 d d ( ) d d n f ??? ?? ?(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( )于 1836 年提出的: 2 4 B C n A ? ?? ??(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 色散曲线柯西常数,它们可以由实验求出。只需测出三个已知波长的 n 值,代入( 3 )式即可求得。对于任一种介质,只要测出这三个常数,就可以用式( 3 )表示它的折射率与波长的关系。当波长间隔不太大时,取式( 3 )的前两项就够了 2B n A ?? ?(4) 并且 32 dn B d ?? ?? ??(5) 2 、棱镜材料折射率的测定图2 是光线在棱镜主截面内的折射。其中 IE 为入射光, FR 为出射光,n 1和n 2 分别是入射面 AB 和出射面 AC 法线,r 1和r 2 分别是光在 AB 面和 AC 面的折射角。棱镜材料的折射率为 n, 折射顶角为 A, 由简单的几何关系和折射定律,有由此可求得棱镜折射率 2 2 1