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1、光源光谱专题实验总结机电学院 热能与动力工程专业0911 班 王斌学号：09223019摘要通过使用分光计、小型棱镜读谱仪以及光栅光谱仪来了解三棱镜的色 散特性、掌握棱镜读谱仪的调整使用方法并使用计算机进行数据采 集。引言很多光源发出的光是由多种不同颜色的光组成的，通过仪器我们可以将这些不同波长的光分开，形成“光谱”。最早的光谱分光元件是三 棱镜。1666年牛顿用三棱镜得知太阳光白光光谱是由红橙黄绿蓝靛紫 依次排列的光带组成的。光栅是另一种常用色散元件。1859基尔霍夫 用平行光管、三棱镜及望远镜构成了最早的棱镜光谱仪、光栅光谱仪。实验项目一、棱镜光谱与光栅光谱实验目的1、进一步掌握分光计的调
2、整及使用；2、掌握利用光栅衍射角测量光源光谱的方法;3、了解棱镜光谱与光栅光谱的异同。实验原理由大量等宽等间距的狭缝构成的光学原件叫做衍射光栅，光栅方程dsn = m 。光栅衍射的原理：光栅是根据多缝衍射原理制成的一种分光元件，它能产生谱线间距 宽的匀排光谱。所得光谱线的亮度比用棱镜分光时要小些， 但光栅的 分辨本领比棱镜大。光栅不仅适用于可见光，还能用于红外和紫外光 波，常用在光谱仪上。衍射光栅有透射光栅和反射光栅两种，它们都 相当于一组数目很多、排列紧密均匀的平行狭缝，透射光栅是用金刚 石刻刀在一块平面玻璃上刻成的，而反射光栅则把刻缝刻在磨光的硬 质合金上实验内容1、仪器调节：（1）分光计
3、调节（从略）；（2）光栅的调节2、用钠灯测 定光栅的光栅常数（钠黄光波长为 589.30nm .首先测出钠黄光谱线第一级（k= _1 ）的角坐标，具体要求是对于k=+1记下、中,对于k=-1记下、中【；然后依据公式= ?日i-打| + |日刊叮|计算出钠黄光谱线的衍射角；最后用光栅方程算 出光栅的光栅常数。3、测定汞灯各条谱线的波长。按上述方法记录各谱线的角坐标，并计算它们 的衍射角和波长。（要求重复测3次取平均值）二、小型棱镜读谱仪测氢原子光谱实验目的1. 了解小型棱镜摄谱仪的结构原理与使用方法。2. 初步掌握拍摄光谱与测量谱线波长的方法。3测定氢原子光谱的波长，计算氢的里德伯常量实验原理氢
4、原子光谱的规律：氢原子核外只有一个电子，根据玻尔理论， 当电子处在量子数为 n 的轨道上运动时， 原子总能量处于激发态的电 子，能够自发地跃迁到能量较低的状态或基态。 如果由n级向k级跃 迁，将发射单色光。当k =1 , n =2，3, 4,时，氢原子发出的各条 谱线形成莱曼系，它落在远紫外区；当 k =2, n =3 , 4, 5,时，各 条谱线形成巴耳末系，它落在可见光区域并延伸到紫外区域； 当 k =3， 4, 5,时，则形成其它线系。实验内容1、观察小型棱镜读谱仪的构造,学习其调整和使用方法。2、以氦氖灯为光源, 用读谱仪观察氦氖的光谱, 并用读谱仪读数显微镜测量每 条谱线的位置坐标。
5、3、换以氢灯作光源,观察其光谱并测量每条谱线的位置坐标。4、用线性内插法计算出氢谱线的波长。三、光栅光谱仪测光谱实验目的1了解光栅光谱仪的工作原理。 2学习一种光谱分析的方法。实验原理1平面光栅摄谱仪(1) 光路原理： 一般平面光栅摄谱仪的光路。是同一大凹球面反 射镜的下、上两个不同框形部分。光源 A发出的光，经三透镜照明 系统L. L2、L3后均匀照亮狭缝S。通过S的光经小平面反射镜 N反 射转向90后射向因S由N所成的虚像正好处在M1的焦面上， 所以狭缝上一点S发出的光，经反射后成了微微向上射出的平行 光，并正好射到N后上方的平面反射光栅 G上。G把入射光向M2 方向衍射。M2把来自不同刻
6、纹的同一波长的平行衍射光会聚成一点， 正好落在照相胶版B上。G相邻刻纹的衍射光传播到的光程差:=d (sini+sinj，式中d是光栅常数，i、二分别是入射光、衍射光相对于 G的法线的夹角，sin-取+号是因为二、i在法线的同侧。显然，要 是个亮点，必须、=k-，于是得光栅方程d (sini+sin)= k，式中 是光波波长，k= 0, 士 1 , 2,叫衍射级。除0外，对同一 k,因i相同而不同则二将不同，也就是不同波长的像将落在 B的左右不 同位置，成为一个单色。狭缝S是连续的点的集合，所以是一条亮线。 对同一 k, A发出的所有波长所形成的所有单色像构成 A的光谱，用 胶版B就可以把它们
7、拍摄下来。(2) 中心波长和光栅转角的关系：落在 B中心线附近的波长0叫中心波长。显然，这时 二=i,对1级谱光栅方程变为2d sin i= 0 , 所以中心波长0和i有对应关系。光栅安装在一个金属齿盘上，盘底的轴插在机座的轴套上，盘边有一蜗杆和齿啮合，蜗杆用一连杆 和机壳外的手柄联结；转动手柄就可以转动光栅，并在手柄边上可以 读出光栅转角i。仪器色散能力较大，一次摄谱 B只能容下相差约100nm的波长范围，所以拍摄不同波段的光谱时，必须把光栅转到相 应的i角位置。（3）谱级分离： 设B上某点: = 600nm,对尸600nm的光波，k=1,得到了加强；对2=300nm的光波，k= 2,也得到
8、了加强。这样 在B上= 600nm处出现的谱线，就无法确定它是 r还是工，这叫 谱级重叠。但 2是紫外光，它不能透过玻璃，在狭缝前放一无色玻 璃作为滤色片，所有紫外光便都到不了 B,从而简单地实现了 1级可 见光谱和2级紫外光谱的分离，滤色后在-=600nm处出现的谱线一 定是 1o实验内容1、观察光谱仪的构造，了解仪器的调整和使用方法。2、学习光栅光谱仪软件的简单使用方法。3、用光谱仪对两种光源进行单程扫描，分别得到它们的能量一波长关系曲线结语1.本次试验的重点在于：1、分光计的调节。2、衍射、衍射角、光栅 衍射原理、角度的读法、衍射角的计算。3、误差的定量分析。2总结出的一些注意事项：1）分光计调节的总要求：望远镜、平行光管的主光轴在同一直线上， 且垂直仪器的主轴。粗调：目测。细调：自准法等。2）衍射、衍射角、光栅衍射的原理、角度的读法、衍射的计算：衍 射：光绕过障碍物或小孔的现象（障碍物或小孔的与波长相差不多） 衍射角：不同波长的光发生衍射现象时，光的传播方向发生改变，其 与原来光线传播方向的夹角称为衍射角。汞灯光谱一般情况下可以 看到 6 条。紫（弱）、紫（强）、蓝（弱）、绿（强）、双黄（强）、 红 （弱）。3）实验教学用的是复制光栅（透射式） ，由明胶或动物胶在金属反射 光栅印下痕线，再用平面玻璃夹好，以免损坏。参考文献新编大学物理实验教程近代物理大学物理学
