第四章 光学的发展.ppt

4.5.2 光谱分析的诞生 1849年傅科把苏打涂在弧光灯碳棒前端，首先在D线位置处得到暗线，如果让太阳光通过这个部分，则太阳光谱中的D线明显变暗。由此傅科得出结论：同一电弧在产生D 线的同时，还吸收别处来的D线。 4.5.2 光谱分析的诞生 这一切使英国物理学家斯托克斯（George Gabriel Stokes,1819-1903)产生了钠蒸气具有光学共振的思想，并认为太阳周围的大气肯定存在有钠的蒸气。这样一来，作为光谱分析基础的材料已经齐备，为德国物理学家基尔霍夫（Gustav Bobert Kirchhoff, 1824-1887)创建光谱分析理论开辟了道路。 4.5.2 光谱分析的诞生 基尔霍夫和本生（Bobert Wilhelm Bunsen, 1811-1899）进行了合作，他们把各种各样的物质放入酒精灯的无色火焰中，研究了这些物质所发生的光谱，正确解释了夫琅和费线:“太阳光谱的暗线，不是地球的大气产生的，而是来自太阳的辉光大气中的某些元素；这些元素也会在火焰光谱的同一位置产生明线的。” 通过实验，他们认定： “太阳大气中有钠、钾等成分。” 4.5.2 光谱分析的诞生 基尔霍夫和本生还提出了光谱分析的原理，在他们合写的论文《借助光谱观察进行化学分析》中指出：“无论含有金属的化合物的位置是何等不同。也无论在这些单独火焰的温度的差别是何等巨大，都不会对相应的个别金属的谱线位置发生任何影响。”这个结论不仅为化学分析提供了强大的武器，为物理学开辟了光谱分析这个新领域，同时也宣告了天体物理学的诞生. 4.5.3 光谱规律的发现 在光谱规律的研究上首先取得重大突破的不是物理学家，而是瑞士的一位中学老师巴耳末。他的工作基于当时许多物理学家对氢光谱进行的仔细观测。 4.5.3.1 物理学家对光谱的研究 1868年，瑞典阿普沙拉大学物理教授埃格斯特朗(Anders Jonas ?ngstr?m, 1814-1874)发表“标准太阳光谱”图表，记有上千条夫琅和费线的波长，以10-8厘米为单位，精确到六位数字，为光谱工作者提供了极其有用的资料。 4.5.3 光谱规律的发现 埃格斯特朗的光谱数据用作国际标准达十几年，后来发现阿普沙拉市的标准米尺与巴黎的米原器相比，不是999.81毫米，而是999.94毫米，致使埃格斯特朗的光谱数据有系统误差，1887-1893年后，被罗兰的数据所代替。 为纪念他的功绩， 10-8厘米后来就命名为埃格斯特朗单位(简写作?) 4.5.3 光谱规律的发现 罗兰(Henry Augustus Rowland ,1848-1901)是美国约翰霍普金斯大学教授。他以周密的设计、精巧的工艺制成了高分辨率的平面光栅和凹面光栅，获得的太阳光谱极为精细，拍摄的光谱底片展开可达50英尺，波长从2152.91?到77147.68?，用符合法求，精确度小于0.01?。 4.5.3 光谱规律的发现 　埃格斯特朗首先从气体放电的光谱中找到了氢光谱的红线（即Hα线) ，证明它就是夫琅和费谱线中的C线，后来又发现另外三根在可见光区域内的氢光谱线，并精确地测量了它们的波长。 1880年，胡金斯(William Huggins,　1824-1910）和沃格尔（Hermann Carl Vogel, 1841-1907)成功地拍摄了恒星的光谱，发现有几根氢光谱线还可扩展到紫外区，组成一个光谱线系。这个光谱系具有鲜明的阶梯形，一根接一根，非常有规律，但无法解释。 4.5.3 光谱规律的发现 基尔霍夫和本生奠定了光谱分析的基础后，至19世纪80年代初，在化学上新元素的发现和天文学中恒星光谱的研究方面都取得了长足发展，积累了大量的数据资料。摆在物理学家眼前的任务是整理这些浩繁杂乱的资料，找出其中的规律，并对光谱的成因作出理论上的解释。 4.5.3光谱规律的发现4.5.3.2 巴耳末发现氢光谱规律 许多物理学家都试图寻求光谱的规律。他们将光谱线与声学谐音类比，用力学振动系统说明光的发射，企图从中找出光谱线之间的关系。虽然有人猜测基音波长，但说法说法过于牵强。 巴耳末受到巴塞尔大学一位对光谱很有研究的物理教授哈根拜希(E.Hagenbach)的鼓励，试图寻找氢光谱的规律。 4.5.3.2 巴耳末发现氢光谱规律 巴耳末擅长投影几何，写过这方面的教科书，对建筑结构、透视图形素描有浓厚的兴趣。他在这方面的特长使他有可能取得物理学家没有想到的结果。 1884年，巴耳末向瑞士的全国科学协会报告了自己发现的氢光谱公式： 式中的B＝3645.6埃。由这式计算所得的波长数值在实验误差范围内同测得的数值是一致的．它所表达的一组谱线称作巴耳末系．当n　∞时，波长趋近B，达到了这线系的极限，这时二邻近波长的差别趋近零。 现在的巴耳末公式： 1885年，巴耳末发表了《论