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光学

光的色散与光谱

用棱镜分解白光并验证正常色散——n(λ)n(\lambda) 随 λ 增大而减小:紫光偏折最大、红光最小。调节入射角与色散强度以比较各色光线的路径。

高中

器材

  • 将白光分解为红、绿、蓝、紫的虚拟棱镜
  • 入射角滑块
  • 色散强度滑块
  • “重置参数”按钮与 n(紫)>n(红) 读数

实验步骤

  1. 观察光束分色

    保持色散在中等程度:进入棱镜的白光在出射面展开成彩色扇——因玻璃 nviolet>nredn_{violet}>n_{red},紫光向棱镜底部偏折最多。读取读数中的“正常色散”。

  2. 改变入射角

    将入射角滑块从小拖至接近极限:在棱镜最小偏向角附近所有光线的偏折增大、彩色扇展开更宽。记录出射光线几乎掠过第二面的入射角。

  3. 改变色散并比较

    把色散滑块拉到 0%:所有颜色重合为一条路径——“无色散”材料的 n 不随 λ 变。增至 100%:红–紫间距最大。按“重置参数”,再观察前先预测颜色次序。

模拟

实验历史

1666年剑桥因瘟疫停课期间,艾萨克·牛顿让日光穿过棱镜,证明白光本身“含有”各种颜色而非被玻璃染色——他的判决性实验把分出的颜色重新合成为白光,结果1672年发表于《哲学汇刊》。 折射率随波长的关系由柯西于1836年写成公式(n≈A+B/λ2+…n\approx A+B/\lambda^2+\dots),塞尔迈耶尔1871年加以推广。本生–基尔霍夫棱镜分光仪(1859年)把色散变成元素分析工具——先在太阳上发现了氦,其后才在地球上找到。

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