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光学

光的色散与光谱

折射率随波长变化使白光分解为不同颜色；在普通色散玻璃中，棱镜通常使紫光比红光偏折更大。

折射率随波长变化使白光分解为不同颜色；在普通色散玻璃中，棱镜通常使紫光比红光偏折更大。

n=cv,n=n(λ)n=\frac{c}{v},\qquad n=n(\lambda)

定义: 色散与光谱

折射率 n = c/v 表示介质中的光速 v，在透明介质中通常依赖波长 λ。普通色散时可见光范围短波长的 n 较大，因此紫光比红光折射和偏折更明显。光谱仪将波长映射为空间位置或探测信号，以研究连续谱、发射线和吸收线。

观察红、绿、蓝、紫光经棱镜产生的不同偏折；调节入射角和色散强度以比较光路。

模型与物理量

折射率 n = c/v 表示介质中的光速 v，在透明介质中通常依赖波长 λ。普通色散时可见光范围短波长的 n 较大，因此紫光比红光折射和偏折更明显。光谱仪将波长映射为空间位置或探测信号，以研究连续谱、发射线和吸收线。

例题: 棱镜与色偏折

某一光谱范围内，玻璃的 n紫 = 1.532、n红 = 1.514。光从空气以相同入射角进入玻璃时，哪种颜色的折射角较大？

解答

由斯涅尔定律 sinθ₂ = sinθ₁/n (n_air ≈ 1)。红光的 n 较小，因此 sinθ₂ 和 θ₂ 较大。紫光折射方向更靠近法线，经过棱镜后的总偏折通常更大。

快速检测

棱镜中的折射率随波长略有变化，因此不同颜色的光偏折程度不同；普通玻璃使紫光比红光偏折更大，于是白光展开为连续色带。水滴可先折射阳光、再在内部反射并再次折射，从而形成彩虹。元素的发射或吸收线谱包含特征波长，如同指纹，可帮助天文学家辨认恒星中的气体成分。

在普通色散玻璃中，紫光的折射率通常比红光:

棱镜能将白光展开为颜色光谱，主要是因为:

参考文献

  1. Eugene Hecht (2017). Optics