汞光谱波长的测量实验 详解.ppt

汞光谱波长的测量实验报告 目录 实验背景与目的 实验内容与步骤 实验数据与处理 实验感想 实验原理 汞光谱波长的测量 实验背景与目的 实验背景 本实验利用光栅把汞原子发出的光线分解成原子衍射光谱。衍射光栅是摄谱仪、单色仪的重要元件之一。光栅衍射原理也是晶体X射线结构分析、近代频谱分析和光学信息处理理论的基础。 实验目的 1.观察光栅的衍射光谱， 理解光栅衍射基本规律； 2.进一步熟悉分光计的调节与使用； 3.测定光栅常量和汞原子光谱部分特征波长。 实验原理 （一）衍射光栅、光栅常数 光栅由大量相互平行、等宽、等距的狭缝（或刻痕）构成。原制光栅是用金刚石刻刀在精制的平行平面的光学玻璃上刻划而成的。刻痕处，光射到它上面向四处散射而透不过去，两刻痕之间相当于透光狭缝。 光栅上若刻痕宽度为 a ，刻痕间距为b，则d=a+b称为光栅常量，它是光栅基本参数之一。 实验原理 （二）光栅方程，光栅光谱 根据夫琅禾费光栅衍射理论，当一束平行单色光垂直入射到光栅平面上时，光波将发生衍射。光衍射角φ满足光栅方程 dsinφ=kλ,k=0,±1,±2,… 时，光会加强。式中，λ为单色光波长；k是明条纹级数。衍射后的光波经透镜会聚后，在焦平面上将形成分隔较远的一系列对称分布的明条纹，如图 光栅常数 d 平行光束 光栅 a+b 衍射角 φ φ 实验原理 （二）光栅方程，光栅光谱 如果入射光波含几种不同波长的复色光，则经光栅衍射后，不同波长光的同一级（k）明条纹将按一定次序排列，形成彩色谱线，称为该入射光源的衍射光谱。图是其中待测量的普通低压汞灯的第一级衍射光谱。它每一级光谱中有四条特征谱线：紫色λ紫=4358.3?，绿色λ绿=5460.7?，黄色两条λ黄1=5769.6?和λ黄2=5790.7?。 实验原理 （三）光栅常量与汞灯特征谱线波长的测量 若光垂直入射到光栅上，而第一级光谱中波长λ已知，则测出它相应的衍射角为φ，就可以算出光栅常数d；反之，若光栅常数已知，则可得出光源发射的各特征谱线的波长λ。φ角的测量可由分光计进行。 实验内容与步骤 1.分光计调整与汞灯衍射光谱观察 1）认真调整好分光计； 2）将光栅放于载物台上。转动载物平台，使光栅平面与平行光管的光轴垂直。转动望远镜，使望远镜与平行光管的光轴在同一直线上，观察中央明条纹（k=0），然后左右转动望远镜，可见分立中央明条纹两侧的待测谱线。若发现两边光谱线亮暗不均，说明光栅平面和平行光管的光轴没有完全垂直。缓慢转动载物平台，观察两侧光谱线直至两侧光谱线亮暗一致。若发现左、右两边光谱线不在同一水平线上时，可通过调节平台下的调平螺丝，使两边谱线处于同一水平线上。 3）调节平行光管狭缝宽度，以能够分辨出两条紧靠的黄色谱线为准； 实验内容与步骤 2.汞光谱波长的测量 1）将望远镜向右（或左）一直移动到第二级衍射谱线的第二根黄光开始测量，依次向左（或右）一直移动直至所有谱线测完为止。将所测数据记录于表 2）根据光栅方程dsinφ=kλ计算出各谱线对应的波长，并求出测量值与公认值的百分误差。 计算测得波长的平均值及其百分误差。 实验内容与步骤 2.汞光谱波长的测量 1）将望远镜向右（或左）一直移动到第二级衍射谱线的第二根黄光开始测量，依次向左（或右）一直移动直至所有谱线测完为止。将所测数据记录于表 2）根据光栅方程dsinφ=kλ计算出各谱线对应的波长，并求出测量值与公认值的百分误差。 计算测得波长的平均值及其百分误差。 实验数据与处理 衍射级数k 光色 光谱线的位置 衍射角φ=θ-θ0 φ= λ/? 左游标θ左 右游标θ右 左游标φ左 右游标φ右 +2 x1 黄2 171°34′30″ 351°34′15″ 20°30′00″ 21°30′15″ 21°00′7.5″ 5973.36 +2 x2 黄1 171°12′15″ 351°11′00″ 20°07′45″ 21°07′00″ 20°37′22.5″ 5870.27 +2 x3 绿 170°00′00″ 350°09′45″ 18°55′30″ 20°05′45″ 19°30′37.5″ 5566.30 +2 x4 紫 166°11′00″ 346°10′45″ 15°06′30″ 16°06′45″ 15°36′37.5″ 4484.91 +1 x5 黄2 161°06′00″ 341°06′45″ 10°01′30″ 11°02′45″ 10°32′7.5″ 6094.78 +1 x6 黄1 161°01′30″ 341°01′45″ 09°57′00″ 10°57′45″ 10°27′22.5″ 6049.49 +1 x7 绿 160°29′45″ 340°31′00″ 09°25′15″ 10°27′00