汞光谱的色散1.doc

汞光谱的色散
辽宁科技大学 化学工程学院 煤化09-2班 2010年6月

摘要： 复色光分解为单色光而形成光谱的现象叫做光的色散。色散可以利用棱镜或分光计等作为“色散系统”的仪器来实现。复色光进入三棱镜后，由于它对各种频率的光具有不同折射率，各种色光的传播方向有不同程度的偏折，因而在离开棱镜时就各自分散，形成光谱。本实验是用分光计和将汞光分散成光谱，来测汞光通过三棱镜的折射率，来研究汞光的光谱。了解分光计的结构，学习调节分光计，用最小偏向法测玻璃折射率，研究汞光谱的色散现象及折射率与频率的关系。
关键词： 汞光、三棱镜、色散、偏折、光谱
原理：让汞光射在玻璃棱镜上，光经过棱镜折射以后就在另一侧面的白纸屏上形成一条彩色光带其颜色排列是靠近棱镜顶角端是黄光1，靠近底边的一端是紫光，中间依次是黄光2、绿光、蓝紫光，这样的光带叫光谱。光谱中每一种色光不能再分解出其他色光，称它为单色光。有单色光混合而成的光叫复色光。自然界中的太阳光、白炽电灯和日光灯发出的光都是复色光．在光照到物体上时，一部分光被物体反射，一部分光被物体吸收。如果物体是透明的，还有一部分透过物体。不同物体，对不同颜色的反射、吸收和透过的情况不同，因此呈现不同的色彩。光波都有一定的频率，光的颜色是由光波的频率决定的，在可见光区域，红光频率最小，紫光的频率最大，各种频率的光在真空中传播的速度都相同，等于3.0×108m/s．但是不同频率的单色光，在介质中传播时由于受到介质的作用，传播速度都比在真空中的速度小，并且速度的大小互不相同．红光速度大，紫光的传播速度小，因此介质对红光的折射率小，对紫光的折率大．当不同色光以相同的入射角射到三棱镜上，红光发生的偏折最少，它在光谱中处在靠近顶角的一端．紫光的频率大，在介质中的折射率大，在光谱中也就排列在最靠近棱镜底边的一端。
B
C
L
D
A
E
δ
R
理论依据： （原理图）
C
B
A
α
I1
L
D
I2
I4
R
I3
E
F
δ

AB与AC分别是三棱镜的两个光学面，BC 为粗磨面（三棱镜的底面），两光学面的夹角叫三棱镜的顶角。入射光线LD经三棱镜两个光学面的两次折射后，沿ER方向射出。I1和i4分别为光线在界面AB的入射角和折射角，i1和i2分别为光线在界面AC的入射角和折射角。入射光线LD和出射光线ER所成的角δ称为偏向角。可以证明，入射光线和出射光线处在三棱镜对称位置，即I1= i4时，偏向角δ达到最小值。这时的偏向角δ称为最小偏向角，用δm表示。可以证明：样品折射率与最小偏向角有如下关系。
若测出三棱镜顶角α和最小偏向角δm就可以根据上式算出三棱镜的折射率n0顶角 的理论值为60°。但因工艺水平的限制顶角α的实际值会有偏高，一般不以理论值代入。
实验仪器：
分光计 杭州光学仪器厂 （精度：1'）
三棱镜 南京光学仪器厂
汞灯 长春第五光学仪器厂 （参数：579.0 577.0 546.1 435.8 404.7）
实验数据：（表格）
颜色
λ/nm
读数
次数
1
2
白光

φ左
69°7’
69°9’
φ右
248°23’
248°22’
黄光1
579.0
φ左’
20°18’
20°22’
φ右’
200°17’
200°15’
δ
48°27’
48°31’
黄光2
577.0
φ左’
20°13’
20°11’
φ右’
200°12’
200°09’
δ
48°33’
48°36’
绿光
546.1
φ左’
18°41’
18°39’
φ右’
198°25’
198°23’
δ
50°12’
50°14’
蓝紫光
435.8
φ左’
16°27’
16°25’
φ右’
195°36’
195°35’
δ
52°43’
52°47’
数据处理： （）
利用公式
1、
2、
3、
4、
解得结果如下：

黄光1
黄光2
绿光
蓝紫光
n
1.6229
1.6239
1.6454
1.6654
f/*1014
5.1778
5.1957
5.4897
6.8791

f/*1014

结论：经实验测出汞光谱各光线的在三棱镜中的折射率和传播速度，并算出在三棱镜中的频率，并求出各光线的折射率n与频率f的关系，光线的折射率越大频率越大，由于外界条件的影响，仪器的优劣以及感觉器官的限制，三棱镜的顶角 的误差，实验测得的数据只能达到一定程度的准确度，对于完成每一个实验，如能预先了解测量所能达到的准确度，并在实验后科学的分析和处理数据的误差，对提高实验水平有一定的指导作用，本实验精度已达到很高，数据精确，达到优秀水平。
参考文献：
【1】吴强 光学【M】科学出版社，2006. 70-78
【2】石顺祥，张海兴，刘劲松 物理光学与应用光学【M】，西安电子科技大学出版社，2006.8.295-322
【3】李学慧 大学物理实验【M】高等教育出版社，2006.1.88-95
【4】宋玉海，梁宝社 大学物理实验【M】 北京理工大学出版社 2006.8.110-119
【5】申德振 稀有金属的光谱研究【J】 中国光学与应用光学文摘，2008.22（2）.17

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