【引言】
早在2023年，牛頓用一束近乎平行的白光通過玻璃稜鏡時，在稜鏡後面的屏上觀察到一條彩色光帶，這就是光的色散現象。它表明：對於不同顏色（波長）的光，介質的折射率是不同的，即折射率n是波長λ的函式。
所有不帶顏色的透明介質在可見光區域內，都表現為正常色散。描述正常色散的公式是科希（cauchy）於2023年首先得到的：
這是乙個經驗公式，式中a、b和c是由所研究的介質特性決定的常數。本實驗通過對光的色散的研究，求出此經驗公式。
【實驗目的】
1、 進一步練習使用分光計，並用最小偏向角法測量稜鏡的折射率；
2、 研究稜鏡的折射率與入射光波長的關係。
【實驗原理】
1. 稜鏡色散原理
稜鏡的色散是由於不同波長的光在稜鏡介質中傳播速度不同，從而折射率不同而引起的。在介質無吸收的光譜區域內，色散關係的函式形式早在2023年由科希(cauchy)得出，該關係式為
式中a和b是與稜鏡材料有關的常數，也叫色散常數。
2. 利用最小偏向角法測量折射率的原理
如圖1所示為一束單色平行光入射三稜鏡時的主截面圖。光線通過稜鏡時，將連續發生兩次折射。出射光線和入射光線之間的交角δ稱為偏向角。
i為入射角，i′為出射角，α為稜鏡的頂角。當i改變時，i′隨之改變。可以證明，當入射角i等於出射角i′時, 偏向角有最小值，稱為最小偏向角，以δmin表示，此時入射角為
出射角為
由折射定律可得三稜鏡的折射率為
3.測定三稜鏡的色散曲線，求出的經驗公式
要求出經驗公式（1），就必須測量出對應於不同波長下的折射率。實際光源中所發出的光一般為複色光，實驗上需要用色散元件把各色光的傳播方向分開。在光譜分析中常用的色散元件有稜鏡和光柵，它們分別用折射和衍射的原理進行分光的。
這裡用稜鏡作色散元件。如果用複色光照射，由於三稜鏡的色散作用，入射光中不同顏色的光射出時將沿不同方向傳播，各色光分別取得不同的偏向角，如圖2所示。
在本實驗中，將汞燈所發出的光譜譜線的波長值作為已知，測出各譜線通過三稜鏡後所對應的最小偏向角，由式（9）計算出與之對應的折射率，在直角座標系中作出三稜鏡的的函式關係。通過關係圖求出經驗公式中的係數。
【實驗內容】
1.分光計調節
(1) 目測粗調
粗調即是憑眼睛判斷。
①盡量使望遠鏡的光軸與刻度盤平行。
②調節載物台下方的三個小螺釘，盡量使載物台與刻度盤平行(粗調是後面進行細調的前提和細調成功的保證)。
(2)望遠鏡調焦到無窮遠，適合觀察平行光
①接上照明小燈電源，開啟開關，在目鏡視場中觀察，是否能夠看到「準線」和帶有綠色小十字的視窗。通過調節目鏡調焦手輪將分劃板"準線"調到清楚地看到為止。
②將雙面鏡放置在載物台上（如圖8-4）。這樣放置是出於這樣的考慮：若要調節平面鏡的俯仰，只需要調節載物台下的螺絲1或2即可，而螺絲3的調節與平面鏡的俯仰無關。
③沿望遠鏡外側觀察可看到平面鏡內有一亮十字，輕緩地轉動載物台，亮十字也隨之轉動。當望遠鏡對準平面鏡時，通過望遠鏡目鏡觀察，如果看不到此亮十字，這說明從望遠鏡射出的光沒有被平面鏡反射回到望遠鏡中。此時應重新粗調，重複上述過程，直到由透明十字發出的光經過物鏡後（此時從物鏡出來的光還不一定是平行光），再經平面鏡反射，由物鏡再次聚焦，在分劃板上形成亮十字像斑（注意：
調節是否順利，以上步驟是關鍵）。
④放鬆望遠鏡緊固螺釘9，前後拉動望遠鏡套筒，調節分劃板與物鏡之間距離，再旋轉目鏡調焦手輪，調節分劃板與目鏡的距離使從目鏡中既能看清準線，又能看清亮十字的反射像。注意使準線與亮十字的反射像之間無視差，如有視差，則需反覆調節，予以消除。如果沒有視差，說明望遠鏡已聚焦於無窮遠。
(3)利用二分之—調節法，調節望遠鏡的光軸和儀器轉軸垂直。
先調節平面鏡的傾斜度(調節螺絲1或2)。使目鏡中看到的亮十字線（反射）像重合在黑準線像的對稱位置上，如圖5 (a)所示，說明望遠鏡光軸與鏡面垂直。然後使平面鏡跟隨載物台和游標盤繞轉軸轉過180°，重複上面的調節。
一般情況下，這二準線不再重合，如二者處在如圖5(b)所示位置上，這時只要調節螺絲1或2，使二者的水平線間距縮小一半，如圖 5(c)所示，再調節望遠鏡的傾斜螺絲12，使二者水平線重合，如圖5(d)所示，然後再使平面鏡繞軸旋轉180°，觀察亮十字線像與黑準線是否仍然重合。如重合了，說明望遠鏡光軸已垂直於分光計轉軸。若不重合，則重複以上方法進行調節，直到平面鏡旋轉到任意一向，其鏡面都能與望遠鏡光軸垂直。
2. 以汞燈作為光源，測出不同光譜線的最小偏向角。
（1）用汞燈照亮平行光管的狹縫，轉動游標盤（連同載物台），使待測稜鏡處在如圖2示的位置上。轉動望遠鏡至稜鏡出射光的方向，觀察折射後的狹縫像，此時在望遠鏡中就能看到汞光譜線（狹縫單色像）。將望遠鏡對準綠譜線。
（2）慢慢轉動游標盤，改變入射角，使譜線往偏向角減小的方向移動，同時轉動望遠鏡跟蹤綠譜線。當游標盤轉到某一位置，綠譜線不再向前移動而開始向相反方向移動時，也就是偏向角變大，那麼這個位置就是譜線移動方向的轉折點,此即稜鏡對該譜線的最小偏向角的位置。
（3）將望遠鏡的豎直叉絲對準綠譜線，微調游標盤，使稜鏡作微小轉動，準確找到譜線開始反向的位置，然後固定游標盤，同時調節望遠鏡微調螺釘，使豎直叉絲對準綠譜線的中心，記錄望遠鏡在此位置時的左、右游標的讀數、。
（4）轉動載物台，使光線從稜鏡另乙個面入射,游標盤固定不動，轉動望遠鏡（連同刻度盤）重複步驟二，記下相應的左、右游標的讀數、。由此可以確定出最小偏向角，即
](5) 重複測幾次，求的平均值.
【實驗儀器】
分光計、三稜鏡、汞燈等
【資料處理】
由最小二乘法確定稜鏡介質的色散常數a、b
【結論】
n(λ)與λ關係符合
且a=1.6177 b=10180
【參考文獻】
《物理實驗》〔蘇州大學出版社出版〕
《光學》（華東師範大學出版社）
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