色散光合成白光实验中的困惑及对策

色散光合成白光实验是三百多年前牛顿一系列光学实验中的著名实验，也是目前中学物理教学中继光的色散实验之后的又一个重要实验，它对学生认识光的组成，以及对白光既可以色散成七色光，七色光又可以重新合成白光的了解起到了直观的教学作用。
　　
　　目前中学教科书中介绍色散光合成白光的实验是先用三棱镜将一束白光色散成七色光，然后再用一块相同的三棱镜将七色光合成白光，实验非常简洁明了。但是许多教师在做该实验时，往往得不到理想的效果，因而使一些学生对实验产生疑问和困惑。其具体表现为，当用三棱镜将七色光合成白光时，得到的是两边带有色彩的白光，而不是理论上和想象中的纯白色。一些思维活跃的学生对该实验的真实也产生怀疑，有一些任课教师对产生这种现象的原因一时说不清道不明。有人认为是实验技术技能所致，还有些人认为这个实验的可行性自身存在着问题。
　　
　　本人长期从事实验教学工作，对色散光合成白光实验做过一些研究。实验研究表明，产生合成白光中带有色彩的根本原因是，实验中使用的一对三棱镜的折射率不相同，或这对三棱镜中的一块或两块的几何尺寸不准确。而且存在着它们之间的误差越大，合成白光中的色彩越明显的现象。
　　
　　对于两三棱镜的折射率及几何尺寸的测量，本人是用目前中学仪器室配备的仪器和万能角度尺进行的。具体方法是在光具盘上用透明胶带固定好一张白纸，然后在适中的地方放上一块三棱镜并用铅笔画出其位置，接着将带有扩束镜的“2531半导体激光光源”吸附在光具盘上，调整入射光线的入射角度，使激光束经过三棱镜后有较大的偏折，之后用铅笔在白纸上描出一段激光束经三棱镜后的折射光线，最后利用高中教材中“测定玻璃砖的折射率”的方法算出该棱镜的折射率。同样，在原三棱镜的位置上换上另一块棱镜可得到另一块棱镜的折射率。实践中，两三棱镜的折射光线重合或夹角小于1.50，它们的折射率和几何尺寸可以视为相同和正确，因而在七色光合成的白光中看不出有色彩的存在。三棱镜几何尺寸存在的问题主要表现在顶角不为600以及三棱镜的两侧面与底面不垂直，这只要用万能角度尺或60b的样板和角尺一测便知。据了解，使用两不同三棱镜进行实验的不成功的原因大多属于两三棱镜的折射率不配对，而使用“2518白光的色散和合成演示器”实验不成功的原因，多数为三棱镜的几何尺寸不准确。
　　
　　为了解决三棱镜折射率不一致的矛盾以及三棱镜几何尺寸不准的缺陷，本人曾用生物载玻片精心制作过一对水三棱镜，并用它进行了多年的演示实验，其它兄弟学校仿照制作后也取得了满意的效果。为使更多的老师了解水三棱镜的制作和演示方法，现将有关内容介绍如下：
　　
　　1器材
　　
　　(1)四周经过磨加工的生物载玻片六片。(医疗器械商店有售，教学技术装备站也有配备。因该玻片四边经过机械磨加工，所以同一批货其规格大小完全一致，且四边的垂直度可靠，因而制作三棱镜时几何尺寸有保证，并且容易粘合。)
　　
　　(2)塑料垫板一块，少量透明胶带。
　　
　　(3)600标准样板一块，或用塑料垫板自己精心制作一块。
　　
　　(4)502胶水或101胶水及其它粘合剂。
　　
　　2制作方法(如图1所示)
　　
　　(1)用两根橡皮筋在三块玻片的两端如图1扣扎起来，初步形成一个等边三棱柱。
　　
　　(2)根据组成的三棱柱的正三角形边长，在塑料垫板上正确画出两个正三角形，然后用美工刀将两三角形划下，作为两水三棱镜的底面。
　　
　　(3)用600标准样板或自制的塑料样板反复仔细调整三棱柱的三个面角的角度，同时使三玻片与底面保持垂直。
　　
　　(4)按上述方法构建另一个三棱柱。
　　
　　(5)在调整好的三棱柱缝里滴渗502胶水，成型后撤去橡皮筋，然后在三棱柱的两端用剪狭的透明胶带围上几圈，以加强使用中的强度。
　　
　　(6)再用502胶水将两塑料三角形分别与两三棱柱一底面粘合，干固后即可使用。
　　
　　3演示方法
　　
　　演示时先将清水倒人两三棱柱中，使之成为三棱镜，然后用带狭缝的幻灯，白屏或用“2518白光的色散和合成演示器”的底座和光源按常规演示即可。演示结束后倒去清水待下次使用。
　　
　　实践证明，这水三棱镜不仅取材方便，制作容易，而且演示效果完全达到教学要求，它为一些不能正常进行该实验的学校解决了一大难题，因而受到许多任课教师的好评。