光的色散(dispersion of light) 指的是复色光分解为单色光的现象。三棱镜色散是指复合白光通过棱镜分解成单色光的现象。此外，光纤中由光源光谱成分中不同波长的不同群速度所引起的光脉冲展宽的现象，是造成光纤色散的原因。牛顿在1666年最先利用三棱镜观察到光的色散，把白光分解为彩色光带(光谱)。色散现象说明光在介质中的速度v = c/n(或折射率n) 随光的频率f而变。光的色散可以用三棱镜、衍射光栅、干涉仪等来实现，光的色散证明了光具有波动性。本实验利用三棱镜观测光的色散现象。
一、实验目的
(1) 了解光的色散现象。
(2) 熟悉用最小偏向角法测玻璃三棱镜的折射率并了解色散规律。
(3) 掌握分光计的一种使用方法。
二、主要实验仪器
分光计，平面反射镜，汞灯光源，三棱镜，照明小灯等。
三、实验原理
测玻璃三棱镜折射率
最小偏向角法是测定三棱镜折射率的基本方法之一，如图30-1所示，三角形ABC表示一折射三棱镜的横截面，AB和AC是透光的光学表面，又称折射面，其夹角α称为三棱镜的顶角;BC为毛玻璃面，称为三棱镜的底面。假设某一波长的光线LD入射到棱镜的AB面上，经过两次折射后沿ER方向射出，则入射线LD与出射线ER的夹角δ称为偏向角。由图中的几何关系，偏向角:
图30-1 棱镜的折射
因为顶角α满足:
则:
δ=∠FDE+∠FED= i1( －i)2 + i4( －i)3 (30-1)
α=i2+i3 (30-2)
δ= i1( +i)4－α (30-3)
对于给定的三棱镜来说，角α是固定的，δ随i1和i4而变化。其中i4与i3、i2、i1依次相关，因此i4实际上是i1的函数，偏向角δ也就仅随i1而变化。在实验中可观察到，当i1变化时，偏向角δ有一极小值，称为最小偏向角。理论上可以证明，当i1=i4时，δ具有最小值。显然这时入射光和出射光的方向相对于三棱镜是对称的，如图30-2所示。
图30-2 δmin示意图
若用δmin表示最小偏向角，将i1=i4代入式(30-3) 得:
因为i1=i4，所以i2=i3，又因为α=i2+i3=2i2，则:
根据折射定律:sini1=nsini2，得:
将式(30-4)、式(30-5) 代入式(30-6) 得:
由式(30-7) 可知，只要测出某波长入射光线的最小偏向角δmin及三棱镜的顶角α，即可求出该三棱镜对该波长光的折射率n。
四、实验内容
1． 调节好分光计待用
2． 测量最小偏向角δmin
(1) 将三棱镜置于载物台上，并使三棱镜折射面的法线与平行光管轴线夹角约为60°。
(2) 观察偏向角的变化。用光源照亮狭缝，根据折射定律判断折射光的出射方向。先用眼睛(不在望远镜内) 在此方向观察，可看到几条平行的彩色谱线，然后慢慢转动载物台，同时注意谱线的移动情况，观察偏向角的变化。顺着偏向角减小的方向，缓慢转动载物台，使偏向角继续减小，直至看到谱线移至某一位置后再反向移动。这说明偏向角存在一个最小值(逆转点)。谱线移动方向发生逆转时的偏向角就是最小偏向角，如图30－3所示。
图30－3 最小偏向角
(3) 用望远镜观察谱线。在细心转动载物台时，使望远镜一直跟踪谱线，并注意观察某一波长谱线的移动情况(各波长谱线的逆转点不同)。在该谱线逆转移动时，拧紧游标盘制动螺丝27，调节游标盘微调螺丝26，准确找到最小偏向角的位置。
(4) 测量最小偏向角位置。转动望远镜支架15，使谱线位于分划板的中央，旋紧望远镜支架制动螺丝21，调节望远镜微调螺丝18，使望远镜内的分划板十字刻度线的中央竖线对准该谱线中央，从游标1和游标2读出该谱线折射光线的角度θ和θ'。
(5) 测定入射光方向。移去三棱镜，松开望远镜制动螺丝21，移动望远镜支架15，将望远镜对准平行光管，微调望远镜，使狭缝像准确地位于分划板的中央竖直刻度线上，从两游标分别读出入射光线的角度θ0和θ0'。
(7) 重复步骤(1)—(6) ，分别测出汞灯光谱中各谱线的最小偏向角δmin。各谱线的波长如表30-1所示。
表30-1 汞灯光源各谱线的波长
(8) 按式(30－7) 计算出三棱镜对各波长谱线的折射率。
五、数据记录
三棱镜顶角∠BAC =60°00'±02'。
(1) 将实验数据记录在数据表(表30－2) 中，并按实验要求处理实验数据。
表30-2 测量最小偏向角δmin
六、注意事项
(1) 三棱镜是精密贵重仪器，使用中严防跌坏。
(2) 不能用手拿三棱镜两个抛光面，如有不清洁，要用镜头纸擦净。
(3) 各条谱线不会同时出现最小偏向位置，因此，当测完一条谱线后，对另一条谱线进行最小偏向角测量时，均应再转动小平台，严格确定它的最小偏向方位。
七、思考题
(1) 最小偏向状态如何判断?
(2) 用最小二乘法解出本次实验色散函数中的正常数，并与使用图解法获得的结果进行比较。
(3) 折射率的定义是什么?
(4) 是否有最大偏向角?
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