物理實(shí)驗(yàn) 光譜測量與光譜分析

關(guān)于物理實(shí)驗(yàn)光譜測量與光譜分析12一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夤鈻殴庾V儀的工作原理；掌握利用光柵光譜儀進(jìn)行測量的基本技術(shù)。第2頁,共29頁，2024年2月25日，星期天3特征光譜：每一種元素在發(fā)光或吸光時(shí)都有其各自所特有的光譜線—特征譜線。所以，光譜是人們認(rèn)識(shí)了解物質(zhì)成份的重要手段，在已知的元素中有近1/5都是通過光譜分析來發(fā)現(xiàn)的。光譜儀：用于進(jìn)行光譜測量和物質(zhì)光譜分析的裝置。其主要作用：1.分解和分析光譜；2.測定波長與能量的對應(yīng)關(guān)系，繪制光譜圖。光柵作用：光柵具有分光色散作用（同級光譜中不同的波長對應(yīng)不同的衍射角），通過光柵可以把光譜中的不同波長分解開來。所以它是光柵光譜儀的核心組成部分。光譜分析與光譜儀二、實(shí)驗(yàn)原理第3頁,共29頁，2024年2月25日，星期天4如圖所示，處于能級E1的原子吸收能量躍遷到高能態(tài)E2時(shí),將向下躍遷并發(fā)出相應(yīng)能級差的光子：原子發(fā)光所以，測出元素的某一波長，根據(jù)其對應(yīng)的能級差就可以算出普朗克常數(shù)h.透射率光通過任何物質(zhì)時(shí)都會(huì)被不同程度地吸收。定義單色光透過一定厚度的物質(zhì)時(shí)的百分透射率為：其中I0

和I分別是光從該物質(zhì)的入射和出射光強(qiáng)。第4頁,共29頁，2024年2月25日，星期天5光柵光譜儀（單色儀）分光原理由狹縫S1入射的復(fù)色光，經(jīng)M2變成復(fù)色平行光照射到光柵G上，經(jīng)光柵色散后，不同波長的平行光束以不同的衍射角出射。通過旋轉(zhuǎn)光柵G改變角度，就可使某一波長的光經(jīng)M3聚焦在出射狹縫S2或S3上，再由S2后面的電光探測器記錄該波的波長、光強(qiáng)度等信息，并將數(shù)據(jù)輸入電腦處理。通過S3則可直接觀察光譜線。計(jì)算機(jī)光柵物鏡入射光旋轉(zhuǎn)鏡光電倍增管入射光衍射光轉(zhuǎn)臺(tái)光柵通過旋轉(zhuǎn)光柵實(shí)現(xiàn)對波長掃描.出射波長與光柵旋轉(zhuǎn)角度

之間的關(guān)系為：式中，d和k分別是光柵常數(shù)和衍射級次。對同一單色儀，

為確定值。第5頁,共29頁，2024年2月25日，星期天6三、實(shí)驗(yàn)儀器WGD-3型組合式多功能光柵光譜儀計(jì)算機(jī)汞燈、溴鎢燈、濾光片第6頁,共29頁，2024年2月25日，星期天7四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測量汞燈光譜，根據(jù)測得波長計(jì)算普朗克常數(shù)。以溴鎢燈為光源，掃描綠色濾光片的透射率曲線，并測算透射率曲線能量半峰值對應(yīng)的光譜寬度。第7頁,共29頁，2024年2月25日，星期天8五、實(shí)驗(yàn)操作指導(dǎo)第8頁,共29頁，2024年2月25日，星期天9光入射狹縫光電倍增管光譜儀電源注意：請不要?jiǎng)舆@三顆狹縫螺絲，已調(diào)好。溴鎢燈溴鎢燈電源汞燈汞燈電源光譜儀光柵光譜儀及待測光源第9頁,共29頁，2024年2月25日，星期天10濾光片插入口光入射狹縫濾光片插入口第10頁,共29頁，2024年2月25日，星期天11電壓調(diào)至500V一、打開光譜儀和汞燈電源，光譜儀負(fù)高壓調(diào)至500V；二、開電腦，打開WGD-3光譜儀軟件；汞燈放置于此測量汞燈光譜圖步驟汞燈預(yù)熱幾分鐘第11頁,共29頁，2024年2月25日，星期天12三、參數(shù)設(shè)置：模式選“能量”；間隔：0.1nm；起始波長：300nm，終止波長：650nm；寄存器-1；其余默認(rèn).點(diǎn)擊“單程”開始掃描測量汞燈光譜圖步驟按箭頭指示設(shè)置參數(shù)四、點(diǎn)擊“單程按鈕”開始單程掃描；第12頁,共29頁，2024年2月25日，星期天13測量汞燈光譜圖汞燈光譜掃描結(jié)果第13頁,共29頁，2024年2月25日，星期天14測量汞燈光譜圖五、修正波長自動(dòng)尋峰按鈕點(diǎn)左下工具欄“自動(dòng)尋峰”按鈕，在彈出的對話框中點(diǎn)“檢峰/谷”開始自動(dòng)尋峰。第14頁,共29頁，2024年2月25日，星期天15測量汞燈光譜圖步驟尋峰結(jié)果將間隔最寬兩峰中的左峰波長值與對應(yīng)參考波長值（435.8nm）比較。算出測量值與參考值的差，以此進(jìn)行修正。參考峰值波長:第15頁,共29頁，2024年2月25日，星期天16測量汞燈光譜圖步驟波長修正點(diǎn)“波長修正”輸入修正值注：波長的最大修正量為±50nm.第16頁,共29頁，2024年2月25日，星期天17測量汞燈光譜圖步驟六、波長修正完成后，重新尋峰，并記錄各條譜線的波長值.參考峰波長值:第17頁,共29頁，2024年2月25日，星期天18汞譜線標(biāo)準(zhǔn)波長及其對應(yīng)的能級躍遷:修正后的測量波長將測量的各個(gè)波長值和對應(yīng)的理論能級差代入該公式計(jì)算普朗克常數(shù)h，求平均。與標(biāo)準(zhǔn)值比較，計(jì)算相對誤差。普朗克常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值七、計(jì)算普朗克常數(shù)第18頁,共29頁，2024年2月25日，星期天19一、點(diǎn)亮溴鎢燈并放置于入射縫前；電壓調(diào)至300V.測量綠色濾光片的光譜透射率溴鎢燈溴鎢燈電源調(diào)至300V溴鎢燈預(yù)熱幾分鐘第19頁,共29頁，2024年2月25日，星期天20二、掃描基線：模式選“基線”；間隔：0.1nm；起始波長：200nm，終止波長：800nm；寄存器-2；其余默認(rèn).點(diǎn)擊“單程”開始掃描按箭頭指示設(shè)置參數(shù)點(diǎn)擊“單程”開始基線單程掃描；測量綠色濾光片的光譜透射率第20頁,共29頁，2024年2月25日，星期天21基線掃描結(jié)果溴鎢燈光譜（基線）測量綠色濾光片的光譜透射率第21頁,共29頁，2024年2月25日，星期天22測量綠色濾光片的光譜透射率三、掃描綠色濾光片的光譜透射率：1.從狹縫側(cè)面處插入綠色濾光片；2.模式選“透過率”；寄存器-3；其余參數(shù)不能改變！3.點(diǎn)擊“單程”開始掃描。改變箭頭指示兩個(gè)參數(shù)，其余的必須與基線掃描時(shí)相同，不能改變。插入濾光片第22頁,共29頁，2024年2月25日，星期天23濾光片透過率掃描結(jié)果基線測量綠色濾光片的光譜透射率濾光片透過率第23頁,共29頁，2024年2月25日，星期天24四、尋峰，記錄峰值處的波長和能量值。測量綠色濾光片的光譜透射率能量半峰值25.85第24頁,共29頁，2024年2月25日，星期天25五、測量能量半峰值處對應(yīng)的光譜寬度。測量綠色濾光片的光譜透射率點(diǎn)“讀取譜線數(shù)據(jù)”按鈕，然后用鼠標(biāo)在曲線上尋找能量半峰值的點(diǎn)，記錄其對應(yīng)波長

1。讀取譜線數(shù)據(jù)按鈕左側(cè)能量半峰值點(diǎn)記錄此數(shù)據(jù)能量半峰值25.85第25頁,共29頁，2024年2月25日，星期天26五、測量能量半峰值對應(yīng)的光譜寬度。測量綠色濾光片的光譜透射率繼續(xù)尋找另一側(cè)的能量半峰值的點(diǎn)，記錄其對應(yīng)波長

2。右側(cè)能量半峰值點(diǎn)記錄此數(shù)據(jù)能量半峰值25.85第26頁,共29頁，2024年2月25日，星期天27六、計(jì)算能量半峰值對應(yīng)的光譜寬度。測量綠色濾光片的光譜透射率能量半峰值所對應(yīng)的光譜寬度為第27頁,共29頁，2024年2月25日，星期天28實(shí)驗(yàn)做完將光譜儀電源負(fù)高壓調(diào)零，再關(guān)閉電源