光源光谱专题实验论文
北京交通大学
物理实验专题
光源光谱专题实验论文
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年 10月日 2013 16
光源光谱专题实验论文
摘要:光源光谱专题实验共包括三个实验,光棱镜光谱与光栅光谱实验、小型棱镜摄谱仪测氢原子光谱实验和光栅光谱仪测光谱实验。光棱镜光谱与光栅光谱实验主要是对光栅光谱的核心参数,即最小偏向角、波长以及光栅常数等进行研究;小型棱镜摄谱仪测氢原子光谱实验主要是利用小型棱镜读(摄)谱仪测氢原子光谱中的线性内插法进行测量;光栅光谱仪测光谱实验则是对计算机及设备与光谱测量方法的熟悉。
关键词
物理实验,光谱测量,棱镜光谱,光栅光谱,分光镜,三棱镜,小型棱镜读谱仪,光栅光谱仪
一、 背景
光谱是指复色光经过色散系统(如棱镜、光栅)分光后,按波长的大小依次排列的图案。例如,太阳光经过三棱镜后形成按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫次序连续分布的彩色光谱。红色到紫 色,相应于波长由7,700—3,900埃的区域,是为人眼所能感觉的可见部分。红端之外为波长更长的红外光,紫端之外则为波长更短的紫外光,都不能为肉眼所觉察,但能用仪器记录。
因此,按波长区域不同,光谱可分为红外光谱、可见光谱和紫外光谱;按产生的本质不同,可分为原子光谱、分子光谱;按产生的方式不同,可分为发射光谱、吸收光谱和散射光谱;按光谱表观形态不同,可分为线光谱、带光谱和连续光谱。
本专题通过三个实验来对光谱相关知识进行描述和教学。
二、 实验方法
1. 棱镜光谱与光栅光谱:
光栅光谱的核心就是最小偏向角,波长以及光栅常数之间的等式关系,整个实验围绕着公式的数据采集而进行。在实验过程中,只需要将分光机粗调即
可,不必花费太多时间在分光机的调节上。
实验步骤为:
1) 利用棱镜色散,测量低压汞灯至少 5 条主要谱线的最小偏向角
2) 用钠灯测定光栅的光栅常数 用钠灯测定光栅的光栅常数
3) 测定汞灯各条谱线的波长 测定汞灯各条谱线的波长
4) 自拟表格记录所有测量数据,自拟表格记录所有测量数据
5) 利用棱镜色散中所测最小偏向角计算折射率,并作折射率与波长的
关系曲线图 利用棱镜色散中所测最小偏向角计算折射率,并作折射
率与波长的关系曲线图
6) 根据光栅光谱测量数值 根据光栅光谱测量数值,计算汞灯各谱线波
长,并与标注值比较,以百分误差表示 以百分误差表示
2. 小型棱镜摄谱仪测氢原子光谱:
小型棱镜读(摄)谱仪测氢原子光谱中的核心是线性内插法,根据这个方法才能大致估测待测谱线的波长。
实验步骤为:
1) 读(摄)普仪的调整及使用 普仪的调整及使用
2) 利用摄谱方式测量氢灯各谱线的波长 利用摄谱方式测量氢灯各谱
线的波长
3) 利用读谱方式测量氢灯各谱线的波长 利用读谱方式测量氢灯各谱
线的波长
4) 设计报个记录每条氦氖谱线的波长及相应的位置坐标,并作出氦氖
灯光谱图,设计报个记录每条氦氖谱线的波长及相应的位置坐标,
并作出氦氖灯光谱图
5) 写出线性内插法计算波长的过程,写出线性内插法计算波长的过程
6) 计算氢原子光谱的里德堡常数 计算氢原子光谱的里德堡常数
3. 光栅光谱仪测光谱:
光栅光谱仪测光谱的过程相对简单,其核心就是对计算机实验软件的使用,在摘抄数据的过程中,需要注意数据采集的数量和位置。
实验步骤为:
1) 计算机及仪器的调节和使用
2) 进行波长偏移修正 测量钠灯光谱进行波长偏移修正
3) 测定氢灯两种光源光谱、氢灯两种光源光谱
4) 记录光栅光谱仪的工作参数
5) 用坐标纸画出两种光源的能量,用坐标纸画出两种光源的能量—波
长关系曲线
三、 拓展
光谱仪的资料及应用:
谱仪( Spectroscope)是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器,由棱镜或衍射光栅等构成,利用光谱仪可测量物体表面反射的光线。阳光中的七色光是肉眼能分的部分(可见光) ,但若通过光谱仪将阳光分解,按波长排列,可见光只占光谱中很小的范围,其余都是肉眼无法分辨的光谱,如红外线、微波、紫外线、X 射线等等。通过光谱仪对光信息的抓取、以照相底片显影,或电脑化自动显示数值仪器显示和分析,从而测知物品中含有何种元素。光谱仪在农业、天文、汽车、生物、化学、镀膜、色度计量、环境检测、薄膜工业、食品、印刷、造纸、喇曼光谱、半导体工业、成分检测、颜色混合及匹配、生物医学应用、荧光测量、宝石成分检测、氧浓度传感器、真空室镀膜过程监控、薄膜厚度测量、LED 测量、发射光谱测量、紫外/可见吸收光谱测量、颜色测量等领域应用广泛。
四、 总结:
通过这三个实验我对光谱及光谱实验相关知识有了更加深刻地认识,知道了光谱的特性及相关重要参数之间的联系。同时对光栅、棱镜、分光镜和光谱仪的使用方法都有了一定的熟悉,对以后的光学方面的学习也将有了十分重要的意义。并且在做实验的过程中更加明白了,现在的我们只懂的书本的知识,却缺乏实际动手操作能力,虽然每次实验前都能写好实验预习报告,明白应该如何去完成实验,但是每次真正的操作时,又会感到力不从心,很多地方明明知道应该怎么做,但是就是不能达到预期的结果,所以我们应该经常动手,在实践中检验自
己的知识。与此同时更要感谢老师在实验中对我们的指导语帮助。
参考文献
【1】《大学物理学(下)》 ,吴柳, 北京交通大学出版社
【2】《大学物理实验》,成正维,北京交通大学物理实验中心
【3】《大学物理学》 ,张三慧,清华大学出版社
【4】光源光谱专题试验小论文
---http://wenku.baidu.com/view/354bbcc0bb4cf7ec4afed078.html
【4】光源光谱专题论文
---http://wenku.baidu.com/view/eebe9f4fe518964bcf847c5a.html