專題試驗光源光譜實驗

光源光譜實驗專題試驗前言光源是光學實驗儀器中主要器件，研究其光譜亦是光學實驗的主要內(nèi)容。本專題主要研究氫光譜、鈉光譜和汞光譜的特性。實驗所用儀器為；分光計、小型棱鏡攝（讀）譜儀、光柵光譜儀，以及光柵、三棱鏡等光學元件。專題包括四部分：一、用光柵衍射法測汞光譜并與棱鏡光譜對比二、用光柵衍射法測氫光譜并計算里德堡常數(shù)三、用小型棱鏡攝（讀）譜儀測氫光譜四、用光柵光譜儀測定汞光譜一、用光柵衍射法測汞光譜并與棱鏡光譜對比實驗要求：1、用衍射光柵測定汞燈光譜線波長；（已知汞綠光波長為λ=546.07nm，以此波長確定光柵常數(shù)）。繪出汞燈的光柵光譜圖。2、觀察汞燈的棱鏡光譜，繪出汞燈的棱鏡光譜圖。3、分析兩種光譜，說明二者的特點。實驗儀器：分光計（參閱分光計實驗）汞燈—在高壓作用下汞蒸汽發(fā)光衍射光柵、三棱鏡光柵衍射原理φθθφλdλ

光柵衍射

平行光垂直入射光柵

平行光管abc望遠鏡

(有關光柵衍射原理的詳細介紹清參閱“衍射”專題)棱鏡光譜（背景為彩色連續(xù)光譜）k=-1k=+1k=0光柵光譜：數(shù)據(jù)處理1、根據(jù)觀察，繪出汞光源的光柵光譜圖、棱鏡光譜圖。進行對比、分析，說明其特點。2、由已知綠光波長計算光柵常數(shù)d值及不確定度。3、根據(jù)d值計算其他各譜線的波長及不確定度。4、根據(jù)雙黃線的衍射角計算光柵的角色散率D值（）。5、實驗誤差分析。★要求對各譜線±1、±2級衍射角各測量6次以上，計算波長。二、用光柵衍射法測氫光譜并計算里德堡常數(shù)實驗要求：實驗儀器：分光計（參閱分光計實驗）氫譜光源鈉燈—在高壓作用下鈉蒸汽發(fā)光衍射光柵1、用鈉光燈測定光柵常數(shù)。已知鈉光波長λ=589.3nm2、測定氫原子光譜的巴爾末線系中α、β、γ、四條譜線的波長，并計算氫原子的里德堡常數(shù)。在充有純凈氫氣的放電管的兩端，加適當?shù)碾妷?，氫原子受到加速電子的碰撞，被激發(fā)，產(chǎn)生輻射，此過程即為輝光放電。輝光放電發(fā)出的光就可以作為氫譜光源。實驗中所用氫放電管中的氫是由下述方法獲得的。在放電管的支管內(nèi)裝有氫氧化鈉，氫氧化鈉所吸收的水隨時可蒸發(fā)，以保持放電管中有一定壓強的水蒸氣。通電后，水蒸氣離解為氧和氫，氧被銅電極吸收，則放電管內(nèi)只留下氫。使用這種放電管時切勿倒置，以防氫氧化鈉將支管堵死。為保護氫放電管電源，放電電流不要超過8mA。

氫譜光源無氧銅電極氫氧化鈉實驗原理可見光區(qū)域氫光譜譜線稱為巴爾末線系，其分布規(guī)律為：（光柵衍射原理見實驗內(nèi)容二）是實驗常數(shù)，稱為里德伯(Rydberg)常數(shù)。

由上式確定的氫譜線為巴爾末線系，當n＝3，4，5，6時，所得的譜線分別標記為、、、。巴爾末系光柵光譜k=0k=-1k=+1k=0數(shù)據(jù)處理1、測量鈉光±1、±2級譜線衍射角6次，由已知鈉光波長計算光柵常數(shù)d值及不確定度。2、測量氫光譜巴爾末系各譜線的±1、±2級譜線衍射角6次，根據(jù)d值計算各譜線波長及不確定度。3、根據(jù)氫光譜巴爾末系各譜線的波長計算里德堡常數(shù)，并與公認值對比。4、實驗誤差分析。三、小型棱鏡讀（攝）譜儀測氫原子光譜實驗要求：1、學習調節(jié)小型棱鏡讀（攝）譜儀；2、用讀譜的方法測定氦氖光源各譜線位置坐標；3、與標準譜線比較，標定各譜線波長；4、用讀譜的方法測定氫光源各譜線位置坐標；5、與氦氖譜線比較，用內(nèi)插法計算巴爾末系譜線波長；6、根據(jù)巴爾末系譜線波長，計算里德堡常數(shù)，與公認值比較，并進行誤差分析。實驗儀器1、小型棱鏡讀（攝）譜儀；2、氫譜光源（見實驗內(nèi)容之二）；3、氦氖譜光源—輝光放電發(fā)光

小型棱鏡讀（攝）譜儀測微目鏡鼓輪調解狹縫調節(jié)氦氖光源氦氖燈電源位移調節(jié)手輪（攝譜用）小型棱鏡讀（攝）譜儀光路鼓輪測微目鏡

a.攝譜儀光路b.讀譜部分棱鏡讀（攝）譜儀光路圖

L—聚光鏡L1—平行光管透鏡L2—暗箱物鏡S—光源S1—平行光管狹逢S2—暗箱狹縫（讀普用）F—底片（攝譜用）光路元件比較譜與待測譜內(nèi)插法計算待測譜線波長：A’ABD’CDEC’iFGHI’IJJ’恒偏向角棱鏡原理〔小型棱鏡讀（攝）譜儀元件之一〕是實驗常數(shù)，稱為里德伯(Rydberg)常數(shù)。

由上式確定的氫譜線為巴爾末線系，當n＝3，4，5，6時，所得的譜線分別標記為、、、。求里德堡常數(shù)的值，并與的公認值進行比較。試驗操作提示1、攝譜儀狹縫前放好氫譜光源并接通電源，調節(jié)光源位置，調整攝譜儀（狹縫、鼓輪及測微目鏡），使從目鏡中觀察到的譜線最明亮，記住氫譜線的大致位置。2、換上氦氖放電管，調整其位置，使觀察到的譜線最明亮；對照實驗室的光譜圖，辨認出氫譜紅線兩側的7條較亮氦氖譜線對應的波長。7條譜線的選擇應使待測氫線位于中間一條氦氖譜線的長波一冊，且與它相鄰。依次順序測出7條譜線的位置，共測6次，注意測微目鏡每次同向移動，以消除空程誤差。3、再換上氫燈，并調整使譜線最亮（攝譜儀的鼓輪、狹縫等均不得再調節(jié)）。測量氫譜紅線位置，共測6次。測微目鏡移動方向與上項相同。數(shù)據(jù)處理1、計算7條氦氖譜線位置的平均值及標準差，對照標準譜圖，確定氦氖譜線的波長；計算氫紅線位置的平均值及標準差；用內(nèi)插法計算氫紅線的波長。所得波長與公認值比較。（n=3,4,5和6所對應的波長值為656.313nm,486.215nm,434.092nm410.177nm）2、由氫譜線波長確定相應的n值，計算里德堡常數(shù)，并與公認值對比。注意事項1、攝譜儀是貴重精密儀器，使用時必須小心愛護。特別是狹縫，實驗室已調好。2、調節(jié)光源位置時要注意安全，千萬不要觸及其電源的電極。3、轉動鼓輪時動作要輕緩，測量時注意盡量使譜線像與目鏡叉絲消視差，目鏡需單方向平移，以減小空程影響。4、測量中移動測微目鏡的測微鼓輪時不要移動目鏡，以防止測微目鏡位置移動。5、換光源時，除移動光源外，讀譜儀的其它部分不能再調節(jié)。實驗要求：四、光柵光譜儀1、測量鈉燈光譜，進行波長偏移修正。2、測量汞燈光譜。3、測量鎢燈光譜，加入濾色片后再測量吸收后的光譜。4、實驗后繪制汞燈光譜，給出主要譜線波長及相對強度。5、繪制濾色片的吸收率曲線和吸收系數(shù)曲線。

光柵光譜儀配置圖光柵光譜儀電控箱待測光源計算機光源電源試驗鎢燈光譜儀光源光源電源光電倍增管USB控制器光柵光譜儀配置圖光柵光譜儀光路GM1M2M3M4S1S2S3S㎡光柵光譜儀光路說明S—光源；G—閃耀光柵（鋸齒型反射光柵）；S1—狹縫，光線由此入射；M1—平面鏡，改變光線方向，入射到M2上；M2—凹面反射鏡，具有會聚和準值作用，光源發(fā)出的光線經(jīng)M2入射到光柵G上；光柵光譜儀光路說明M3—凹面反射鏡，具有會聚和準值作用，衍射光經(jīng)M3入射到M4上；

M4—平面反射鏡，經(jīng)會聚的衍射光線改變方向，從狹縫S2出射到逢外放置的CCD出；S2—出射光狹縫，外置CCD接受衍射光信號；S3—出射光狹縫，移去平