光源光谱专题实验论文_2.doc

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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2013年10月16日

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

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。

实验方法

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：

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

用钠灯测定光栅的光栅常数用钠灯测定光栅的光栅常数

测定汞灯各条谱线的波长测定汞灯各条谱线的波长

自拟表格记录所有测量数据，自拟表格记录所有测量数据

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

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

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：

读（摄）普仪的调整及使用普仪的调整及使用

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

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

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

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

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

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：

计算机及仪器的调节和使用

进行波长偏移修正测量钠灯光谱进行波长偏移修正

测定氢灯两种光源光谱、氢灯两种光源光谱

记录光栅光谱仪的工作参数

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

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