汞光谱的色散1

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

3.0×108

m/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。 理论依据： （原理图）

C

B

A

α

I 1

L

D

I 2

I 4

R

I 3

E

F

δ

B

C

L

D

A

E

δ

R

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。I 1和i 4分别为光线在界面AB 的入射角和折射角，i 1和i 2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I 1= i 4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δ

m

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δ

m

就可以根据上式算出三棱镜的折射率n 0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： （。60=θ）

利用公式

1、⎥⎦⎤

⎢⎣

⎡'+'=

右右左左ψψψψδ--21 2、 ∑=

δδn

1

3、2

sin

2

sin

θ

δ

θ+=

n

4、λ

ν=

f 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-n图

0123456781.62

1.63

1.64

1.65

1.66

1.67

n

f

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

f/*1014