玻璃折射率与波长的关系
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1月30日版本:
色散是复色光分解为单色光而形成光谱的现象。色散可以利用棱镜或光栅等作用为色散系统的仪器来实现。如复色光进入棱镜后,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程度的偏折,因而在离开棱镜时就各自分散,产生色散现象形成光谱。
当光从真空中照射到透明介质(比如玻璃)上,这种介质分子内部的带电粒子就会产生振动,由于振动主要是原子外层的电子,同时电子的振动是阻尼振动。法国数学家柯西(Cauchy)考虑这两项主要因素,进行折射率与光波长之间的关系推导,形成了在正常色散区域中的色散公式表达式: n=a+b/(λ^2)+c/(λ^4) 柯西在推导过程中抓住了两项主要因素,并把电子的运动行为看作是类似于一个受阻尼的弹簧振子,再经过严格的数学推导形成了色散公式的表达形式,它揭示了产生色散的物理机理。这是一个完美的“假设+数学”的科学研究方法,这个方程为非线性光学材料的特性研究奠定了理论基础。
2、分层次实验教学内容
a)基础内容
分光计的调整,最小偏向角法测棱镜的折射率。
b)提升内容
以高压汞灯(或低压汞灯)作为光源,用最小偏向角法测量不同波长下的最小偏向角,计算对应的折射率,绘出折射率与波长的关系曲线。
c)进阶内容
- 用最小二乘法求出n= a + b/λ2中的参数a、b值;
- 给出n与波长的关系式。
d)高阶内容
- 用Excel中的多项式拟合获得a、b、c数值;
- 用已知的a、b、c值代入方程 n= a + b/λ2+ c/λ4,利用计算机软件绘制n=f(λ)的函数关系曲线。
3、能力培养
进一步掌握分光计的调节方法和调节顺序,了解柯西色散公式,掌握曲线改直,进而用直线拟合法求出相关参数。
4、知识点
最小偏向角的测量、曲线改直、最小二乘法的运用、函数曲线的绘制。
5、学科关联
光学、计算机科学、数学。
6、延伸实验
观测氢原子光谱,测量普朗克常数和里德伯常数。