以i角入射。在三棱镜中作一正方形AC’EC,同时形成了一个包含在原三棱镜内的四边形AC’D’E。以A，E为对称轴，得到与AC’D’E对称的四边形ACDE。ABCDE是一五边棱镜。入射光在AE面上发生全发射。这样原经HI’J’出射的光线现经HIJ出射，i0?i'0。当满足三棱镜的最小偏向角条件时，i?i0，所以入射光和折射光偏转角度恒为90°。
图2 恒偏向角棱镜
3. 光谱与物质结构的关系
每一种物质的原子都有自己的能级结构。原子通常处于稳定的基态。如果在外界激励下原子获得能量，可以由基态跃迁到能量较高的激发态。激发态是不稳定的，处于激发态的原子很快向低能级跃迁，同时以辐射光子的形式向外释放能量。所辐射的光子的波长（或频率）由 两能级之间的能量差?E决定：
??hc （1） ?E每一种元素的原子经激发后向低能级跃迁时，可发出不同波长（或频率）的复色光，这些光经色散元件后可得到一对应光谱。此光谱反映了该物质元素的原子结构特征，故称为该元素的特征光谱。通过识别特征光谱，就可对物质的组成和结构进行分析。
4. 里德伯常数
在可见光区中氢的谱线可以用巴耳末的经验公式（1885年）来表示，即
n2???02 （2）
n?4 式中n为整数3，4，5┅┅。常称这些氢谱线为巴耳末线系。为了更清楚地表明谱线
分布的规律，将（2）式改写作
1??4?11??11???2??RH?2?2? （3） ?0?4n??2n?式是RH称为氢的里德伯常数。上式右测的整数2换成1，3，4┅┅，可得氢的其他线系。以这些经验公式为基础，玻尔建立了氢原子的理论（玻尔模型），并从而解释了气体放电时的发光过程。根据玻尔理论，每条谱线对应于原子从一个能级跃迁到另一个能级所发射的光子。按照这个模型得到的巴耳末线系的理论公式为
2?2me4?11????? （4）
m??22n2??(4???0)23?hc?1???M?11式中?0为真空中介电常数，h为谱朗克常数，c为光速，e为电子电荷，m为电子质量，M为氢核的质量。这样，不仅给予巴耳末的经验公式以物理解释，而且把里德伯常数和许多基本物理常数联系起来了，即
m?? RH?R??1?? （5）
?M?其中R?为将核的质量视为?（即假定核固定不动）时的里德伯常数。
?1R??1?4??0?22?2me4 （6） 3hc比较式（3）和（4），可以看出它们在形式上是一样的。因此，（4）式和实验结果的符合程序，成为检验玻尔理论正确性的重要依据之一。实验表明（4）式与实验数据的符合程度是相当高的，当然，就其对理论发展的作用来讲，验证公式（4）在目前的科学研究中已不再是个问题。但是，由于里德伯常数的测定比起一般的基本物理常数来可以达到更高的精度，因而成为调准基本物理常数值的重要依据之一，占有很重要的地位。目前的公认值为
R?=10973731.534±0.013m-1
设M为质子的质量，则m/M =（5446170.13±0.11）310，代入式（5）中可得
-10
RH=10967768.306±0.013m-1
5. 未知波长的测定—线性插入法
利用小型棱镜读谱仪可以分别读出标准谱线和待测光谱的位置，就可以用线性插入法求得待测光波长，这是一种近似方法。一般情况下棱镜的色散是非线性的，但在很小的波长范围内，可以认为线性的，即谱线在底片上的位置和波长成线性关系。假设已知谱线的波长为
?1，?2，待测谱线的波长为?x，如图3所示
图3 线性插入法原理图
则有：
?2??1d2?d1 ?x??1?【内容与步骤】
??x??1dx?d1 （6）
dx?d1??2??1? （7）
d2?d11. 调节仪器并观察氢光谱的几条不同颜色的谱线。
将氢灯放置于载物台上，调节载物台高度，使氢灯的出射口与读谱仪的入射狭缝等高。调节聚光镜的高度，使其与氢灯的出射口、入射狭缝处于同一高度。
打开入射狭缝，并调节其宽度至小于0.1mm。
打开恒偏向角棱镜的盖子，从读谱目镜中观察谱线。通过调节出射物镜上的鼓轮，改变出射物镜的位置，可以分别观察得到红、蓝、紫三条氢光谱，再次调节入射狭缝的宽度，使看到的谱线细而清晰。（如果发现谱线强度较弱或者上下不均匀，可将光源左右、上下移动使谱线上下亮度均匀，左右移动聚光镜使得谱线强度较强。）
2. 测量标准谱——汞的三条谱线（黄、绿、蓝）的相对位置
将读谱目镜上的调节手轮调至标尺的中间位置后，调节出射物镜上的鼓轮，使读谱目镜
视场里的竖线处于红色氢光谱和紫色氢光谱的中间。
换上汞灯作为光源，通过调节读数目镜上的手轮观察汞光谱的不同颜色的谱线。找到其中最亮最清晰的三条谱线（黄、绿、蓝），并把目镜视场中的竖线分别对准谱线中心，通过读谱装置读出其位置读数，记为d黄、d绿、d蓝。
3. 测出氢光谱在可见光区域的几条较亮谱线的相对位置，通过线性插入法求出其波长。 再次换上氢灯，在不改变出射物镜上鼓轮的情况下，同上方法读出三条氢光谱的位置读数，记为d1、d2、d3。
对应每一条氢光谱，分别取与其最近的两条汞光谱作为标准谱代入公式（7），计算出三条氢光谱的波长。
4. 求氢的里德伯常数RH。
分别取n=3、4、5，将氢光谱的波长代入公式（3），计算出氢的里德伯常数RH，并与理论值进行比较计算百分误差。 【注意事项】
1. 调节狭缝宽度时用力要小，均匀缓慢旋转，以免损坏刀口。
2. 对于同一次测量，只允许在测量前调节出射物镜上的鼓轮，测量中间过程不能再改变鼓轮的位置。
3. 恒偏向角棱镜的位置是经过精确调节后固定的，实验时不要去改变其位置，同时也不要用手触摸棱镜的光学面。 【数据记录和数据处理】
汞光谱的谱线波长（单位：nm）
颜色 紫 紫 蓝 蓝绿 绿 黄 黄 红 波长 404.66 407.78 435.84 491.60 546.07 576.96 579.07 623.44 数据记录表格（单位：mm）
次数 1 2 氢光谱 汞光谱 d1 d2 d3 d黄 d绿 d蓝
