分光计在色散研究中的应用

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1、分光计在色散研究中的应用孙飞王春黑龙江科技学院哈尔滨150027摘要釆用汞灯光源，使用分光计通过对汞灯光谱的测量，算出各单色光对应的棱镜折射率和波长，并拟合出色散关系公式。关键词分光计色散关系公式折射率分光计是一种能精确测量角度的基木光学仪器，它通常利用棱镜或光栅把一束复色入射光分解为不同角度的单色山射光，通过对出射光角度的测量来得到它的折射率或波长等信息。分光计的使用很多实验书中都进行了详细的描述,木实验将通过分光计对汞灯光谱中各可见单色光的折射率和波长的测量，拟合出色散关系公式。1实验原理1.1最小偏向角法测量棱镜折射率棱镜的色散是由于不同波长的光在

2、棱镜介质中传播速度不同，从而折射率不同而引起的。分光计在这里主要是对最小偏向角进行测量，然后利用公式（1）计算出折射率。（1）其中为最小偏向角，为棱镜的顶角，为棱镜对不同单色光的折射率。在用分光计进行最小偏向角的测量时，需要特別注意的一点就是分光计的正确调节和使用，在测量最小偏向角的时候也要注意最小偏向角的位置。1.2光栅光谱测量单色光波K:对于己知光栅常数d,用分光计测出第1级（即k=l）光谱中某一条颜色明条纹的衍射角？1,然后代入公式（2）即可算出该颜色明条纹所对应的单色光的波长。其中，为光栅常数，为入射光波长，为明条纹（光谱线）级数，是级明条纹的衍

3、射角。测量衍射角的时候要特别注意衍射角的测量方法，为了避免入射光不能垂直入射，一般采用2倍衍射角测量法。1.3色散关系公式通过棱镜折射率和入射光波长的测量，使用画图法、最小二乘法或数学软件拟合出色散关系公式。1836年科希就提出了色散关系的经验公式（3）。（3）其中，、和为色散常数。在拟合的过程中由于公式（3）中第三项对折射率影响很小，因此可能出现被忽略或拟合不出完整公式，所以只要拟合出公式的主体部分公式（4）即可。（4）2实验结果及分析使用分光计测量出三棱镜的顶角=60°l′±l′，通过测量得到汞灯各单色光

4、折射率和波长对应数据表根据表1利用数学软件拟合出色散公式为（5）（5）通过对公式（5＞和公式（4＞的对比我们可以看出来，本实验能够很好的实现设计0的。使学生进一步掌握分光计的调整技术，进一步学习用最小偏向角法测定玻璃材料的折射率。在熟练掌握分光计的调节和使用技术的同时，进一步学习了光栅衍射角的测量方法，并掌握了衍射角与入射光波长之间的关系公式。成功的实验是建立在熟练掌握实验仪器操作的基础上的，但是成功的实验又不仅仅是学会正确操作实验仪器。本实验使学生通过测量数据，然后分析数据，总结规律（本实验就是总结棱镜的折射率和入射光波长之间的变化规律），通过这样的过

5、程，使学生了解一定的科学研究的方法,体会科学研究的一般过程。同吋要强调在科学研宄的过程中，最后还应该通过理论分析得出自拟的函数，这样可以使一个理论能够自洽。但是由于光的色散的理论性较强，这个过程就不需要学生去做了。如果学生能够认真的按照这些过程去做，实际上这个实验报告类似于一份简单的科学研宄的论文，这对于学生的能力培养将大有益处的。3总结在整个色散关系研宄实验中，分光计作为一种重要的光学测量工具起到了突出的作用。无论是棱镜的折射率还是光波的波长，都是靠分光计通过角度的测量进而求得的。因此对于分光计的熟练使用和调节是做好本实验的基础条件。本实验在训练学生熟

6、练掌握分光计的使用的同吋，还进一步对学生渗透了一些基本的科学研宄方法和手段，譬如根据测量数值总结经验公式的过程。学会一个实验不是目的，掌握科学的研究方法和手段才是真正的成功。[基金项B:黑龙江科技学院教学研究项0重点课题“实验项B分类与设置的理论与实践研究”(JY10-89)]参考文献[1】周殿清，张文炳，冯辉.基础物理实验[M].北京:科学出版社,2009.[2】吕斯骅，段家低.新编基础物理实验[M].北京:高等教育出版社,2006.[3】任隆良，谷晋琪.物理实验[M].天津:天津大学出版社,2003.[4】孙晶华，梁艺军，关春颖等.物理实验教程[M]

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