白光源发出多个可见波长，光线依次在等边三棱镜的两个表面折射。用光屏和标尺记录红、紫两端位置，并用屏距和色散强度作对照。
学习目标
- 观察白光由不同色光组成
- 比较红光和紫光在正常色散材料中的偏折
- 区分屏上光谱宽度与色光出射角差
实验器材
- 430–650 nm 白光源
- 顶角 60° 的三棱镜
- 可移动光屏
- 最小分度 1 mm、每 5 cm 标数的标尺
实验准备
- 保持白光源为单束、方向 0°；三棱镜角度 20°，其中心和光源在同一水平线上。
- 初始光屏中心画布位置为 x = 0.880 m、y = 0.595 m；屏角度 90°，长度 0.330 m。
- 暂停即可观察光路；标尺在光屏旁，测量的是红、紫两端光斑的位置差，不需要把标尺零点对准任意一种颜色。
操作步骤
观察白光分解
辨认棱镜前重合的入射光与棱镜后分开的各色光。沿每条光线检查光源、两次折射及光屏落点，判断哪一种色光偏折更大。
记录屏上光谱宽度
在初始光屏位置，放大至相邻 1 mm 小刻度清楚可辨，读取红光和紫光中心对应的竖直标尺位置，记录两者差值。不以发光光斑的边缘代替光线中心。
改变光屏位置
保持光源和棱镜不动，仅把光屏的 x 坐标改为 0.800 m，再改回 0.880 m；y 坐标与屏角度保持不变。分别记录光谱宽度，检查光线的出射方向是否改变。
去除色散作对照
选中三棱镜，将色散强度由 0.06 改为 0。观察各色光在出射后是否重合，以及光束整体是否仍偏折；然后恢复 0.06。
比较较弱色散
将色散强度改为 0.03，保持 n = 1.52 和其他条件不变，再测两端落点差。记录变化方向，不假定光谱宽度严格与色散强度成正比。
观察与记录
- 记录光屏 x 坐标、色散强度、红光标尺位置、紫光标尺位置与两端差值。
- 移动光屏时光谱宽度变化，但棱镜处每一波长的出射方向不变。
- 色散为零时各色重合，光束仍因玻璃与空气折射率不同而偏折。
预期结果
- 此正常色散模型中紫光折射率高于红光，穿过同一棱镜后紫光的偏折角更大。
- 光屏从 x = 0.800 m 移至 0.880 m 时，红、紫光落点分离增大；改变的是传播后的间隔。
- 色散强度 0 时各种波长走同一路径；色散 0.03 的分离小于 0.06，但均保留真实表面折射。
课堂讨论
- 白光进入棱镜前看起来为什么是一束光？
- 把光屏移远后光谱变宽，是否意味着棱镜折射率改变了？
- 把色散强度设为零时，仍有折射吗？
模型与适用范围
- 折射率采用简化的正常色散关系 n(λ) = 1.52 + C(550−λ)/200（λ 用 nm）；这些参数用于教学对照，不代表某种真实玻璃的色散曲线。
- 光线是几何传播方向，未计算衍射、色光能量分布、吸收和人眼颜色响应；可见采样范围为 430–650 nm。
- 标尺真实分度为 1 mm，每 5 cm 标数字；缩小时会省略过密刻度。放大至毫米刻度清晰后，两光斑中心各按半个分度估读，差值不确定度约 1 mm；未放大时须按当前可辨最小刻度估计误差。改变棱镜角度或折射率较大时可能出现全反射，不能直接沿用当前两次透射的结论。