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用小型棱镜摄谱仪测定光波波长(完整)

用小型棱镜摄谱仪测定光波波长(完整)
用小型棱镜摄谱仪测定光波波长(完整)

姓名:小田田学号:5502211070 班级:本硕111班

实验日期:2012年10月23日(第八周)

用小型棱镜摄谱仪测定光波波长

我们知道物质的原子和分子都能够辐射和吸收自己的特征光谱。分析物质的辐射或吸收光谱,就可以了解物质的组成和各成分的含量。由于光谱分析具有较高的灵敏度,特别是对低含量元素的分析准确度较高,分析速度快。因此,它在科学实验和研究中有着重要应用。

【实验目的】

1.了解棱镜摄谱仪的构造原理。

2.掌握棱镜摄谱仪的调节方法和摄谱技术。

3.学会用照相法测定某一光谱线的波长。

【实验仪器】

玻璃棱镜摄谱仪,汞灯,氦—氖激光器,氦—氖辉光器,读数显微镜,暗室设备等。

【实验原理】

1,棱镜摄谱仪的构造

(1)准直管

准直管由狭缝S1和透镜L1组成。S1位于L1的物方焦平面上。被分析物质发出的光射入狭缝,经透镜L1后就成为平行光。实际使用中,为了使光源S射出光在S1上具有较大的照度,在光源与狭缝之间放置会聚透镜L,使光束会聚在狭缝上。

(2)棱镜部分

主要是一个(或几个)棱镜P,利用棱镜的色散作用,将不同波长的平行光分解成不同方向的平行光。

(3)光谱接收部分

光谱接收部分实际上就是一个照相装置。它包括透镜L2和放置在L2像方焦平面上的照相底板F,透镜L2将棱镜分解开的各种不同波长的单色平行光聚焦在F的不同位置上,如图5—14—1所示。由于透镜对不同波长光的焦距不同,当不同波长的光经L2聚焦后并不分布在与光轴垂直的同一平面上,所以,必须适当地调整照相底板F的位置,方可清晰的记录各种波长的谱线。

分别是波长为和的光所成的狭缝的像,叫做光谱线。各条光谱线在底板上按波长依次排列就形成了被摄光源的光谱图。若光源辐射的波长等为分立值,则摄得的光谱线也是分立的,叫做线光谱;若光源辐射

的波长为连续值,则摄得的是连续光谱。

姓名:小田田学号:5502211070 班级:本硕111班

实验日期:2012年10月23日(第八周)

本实验用的小型玻璃棱镜摄谱仪,可用来拍摄可见光区域的光谱。其结构与图16—1所示的基本相同,但由于采用恒偏棱镜代替三棱镜P,因此,它的照相装置中光学系统的光轴与准直管的光轴垂直如图5—14—2所示。

2.摄谱仪的性能

(1)色散

色散代表仪器的分光能力,是衡量复色光经仪器色散后各单色光分散的程度。为了得到质量较好的光谱,某一波长的谱线总是以最小偏向角的状态通过棱镜,由于不同波长的谱线有不同的最小偏向角,所以可用角色散表示棱镜色散的特征(相差单位波长的两谱线分开的角距离)。棱镜的角色散D为:

姓名:小田田学号:5502211070 班级:本硕111班

实验日期:2012年10月23日(第八周)

实际应用时,常使用线色散D1来表示相差单位波长的两谱线在光谱面上分开的距离

由(5―14―2)和图5—14-3得:

(5―14―3)式中,f2是聚光透镜L2的焦距,ε是底片与垂直光轴平面的夹角。显然,仪器的线色散数值越大,不同波长两谱线中心分开的距离越远。

(2)分辨本领

仪器分辨本领是指在用摄谱仪摄取波长为λ附近的光谱时,刚刚能分辨出两谱线的波长差。用R表示:

该式中λ d 为能够分辨的两谱线波长差。显然λ d 值越小,摄谱仪分辨光谱的能力越高。

根据瑞利判据,色散棱镜的理论分辨本领为:

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在(5―14―5)式中,b 为棱镜底边的有效宽度。可见,要提高棱镜摄谱仪的光谱分辨本领,必须选用高色散率的材料制作色散棱镜,且底边b要宽。

(3)相对孔径

为了使照相底片上谱线能有较大的照度,缩短摄谱时间,在不计光通过摄谱仪系统的光能损失时,谱线的照度E主要决定于进光狭缝的亮度B和照相物镜L2。当透光孔径为D,焦距为f2时,相对孔径为D/ f2,即:

因此,要增加谱线的照度,可应用聚光照明系统,提高狭缝的亮度,并选用相对孔径大的照相物镜。

本实验将使用小型棱镜摄谱仪,通过拍摄氦氖辉光和氦氖激光的比较光谱,测定氦氖激光的波长。比较光谱就是将已知波长的谱线组和待测波长的谱线组并列记录在同一底片上,只要记录时,保持各谱线组不发生横向移动,便可使辉光放电谱线的已知波长,利用线性内插法,测知激光谱线的波长。

3.拍摄光谱

用如图5—14—4所示的哈曼光阑遮光的方法拍摄比较光谱。它有三个方形小孔,第一孔的下面一条边与第二孔的上面一条边在同一直线上。光阑装在摄谱仪的狭缝前,左右移动光阑,可将其上的三条刻线中任意一条对准狭缝外壳的边缘,这时,与该刻线相对应的孔与狭缝相合。假如我们先用第一孔拍摄已知波长的光谱(如汞灯的光谱),移动光阑再用第二孔拍摄待测光源(如氦氖—激光)的光谱,第三孔拍摄已知波长的光谱(如氦—氖辉光的光谱),那么在冲洗好的照片底板上就得到三列光谱,两列已知光谱的谱线与待测光谱的谱线在竖直方向恰好相衔接而又不相重叠,如图5—14—5所示。

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实验日期:2012年10月23日(第八周)

4.测量谱线波长

假设在图5—14—5中一个较小的波长范围内,摄谱仪棱镜的色散是均匀的,可以认为谱线在底板上的位置与波长有线性关系,即:

(5—14—7)式中,λ1、λ2、λ3为已知谱线的波长,介于λ1与λ2之间的待测谱线波长为λx ,它们在底板上的位置分别为n1、n2和n x。所以,待测谱线的波长为:

可见,只要在底板上测出谱线的位置n1、n2和n x,就可用(5—14—8)式计算出待测谱线的波长λx。

【实验内容】

1.摄谱仪的调节

(1)调节共轴,将光源S置于准直物镜1 L 的光轴上。

调节器时,先将汞灯点亮预热,竖直放置与入射缝等高,沿摄谱仪的底座导轨将汞灯移远,从暗盒中央向摄谱仪内观察,调整光源的位置,使光源的像位于照相物镜2 L的中央。此时,汞灯已位于1 L 的光轴上。

(2)在光源与狭缝 1 S 之间加入聚光照明透镜L ,调节透镜L 的位置,使光源成像在入射缝上。若更换光源,只能调整光源的位置,而透镜L 的位置

不应变动,以保证光源始终处在准直物镜1 L 的光轴上。

(3)取掉狭缝罩盖,在放置照相底板的位置上放一块毛玻璃,这时可看到

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实验日期:2012年10月23日(第八周)

汞灯的线光谱。调节照相物镜位置和缝宽,注意观察毛玻璃上是否所有谱线都清晰,若不清晰还需调节暗匣相对于系统轴线的倾角。

注意:在一般情况下尽量避免将缝宽调到零,以免损坏刀口!

(4)慢慢转动转动螺旋,可调整棱镜的位置,使被观察的光谱段位于适中的位置,记录实验数据。

【数据记录及处理】

汞灯的谱线:

谱线从左到右分别为:579.96nm(黄左)、579.07nm(黄右)、546.07nm(绿)、491.60nm(青)、435.83nm(蓝)、407.78nm(紫左)、404.66nm(紫右)。

本实验中绿色光谱为待测光谱。要用已知光谱579.96nm(黄左)和404.66nm (紫右)来计算出绿色光谱长度。根据公式(5—14—8)可求出λx。

波长λx的平均值为:

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实验日期:2012年10月23日(第八周)

任意一次测量的标准差为:

实验装置的游标示值误差为:=0.0002mm

波长不确定度的A类分量为:= =

B类分量为:= =

于是,波长的合成不确定度为:

相对不确定度为:

测量的结果表达为:

【注意事项】

1.选择聚光透镜L的焦距和位置时,应注意保持透镜孔径对入射狭缝的张角θ和摄谱仪准直物镜的入射孔径相匹配。如图5-16—4所示。因为当>θD/f1'时,一部分照明光由于照射在入射孔径之外,将会在仪器内壁上产生背景杂散的漫射干扰;而当时,仪器的入射孔径未被照全,设计的光学性能不能得到充分的发挥,从而降低了仪器的分辨本领。

2.使用棱镜台的转动螺旋可调整棱镜的位置,使被拍摄的光谱段位于适中的位置。

3.使用移动显微镜测量光谱线的位置时,要注意聚焦,使十字叉丝与谱线间无视差;防止回程误差。

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姓名:小田田学号:5502211070 班级:本硕111班 实验日期:2012年10月23日(第八周) 用小型棱镜摄谱仪测定光波波长 我们知道物质的原子和分子都能够辐射和吸收自己的特征光谱。分析物质的辐射或吸收光谱,就可以了解物质的组成和各成分的含量。由于光谱分析具有较高的灵敏度,特别是对低含量元素的分析准确度较高,分析速度快。因此,它在科学实验和研究中有着重要应用。 【实验目的】 1.了解棱镜摄谱仪的构造原理。 2.掌握棱镜摄谱仪的调节方法和摄谱技术。 3.学会用照相法测定某一光谱线的波长。 【实验仪器】 玻璃棱镜摄谱仪,汞灯,氦—氖激光器,氦—氖辉光器,读数显微镜,暗室设备等。 【实验原理】 1,棱镜摄谱仪的构造 (1)准直管 准直管由狭缝S1和透镜L1组成。S1位于L1的物方焦平面上。被分析物质发出的光射入狭缝,经透镜L1后就成为平行光。实际使用中,为了使光源S射出光在S1上具有较大的照度,在光源与狭缝之间放置会聚透镜L,使光束会聚在狭缝上。 (2)棱镜部分 主要是一个(或几个)棱镜P,利用棱镜的色散作用,将不同波长的平行光分解成不同方向的平行光。 (3)光谱接收部分 光谱接收部分实际上就是一个照相装置。它包括透镜L2和放置在L2像方焦平面上的照相底板F,透镜L2将棱镜分解开的各种不同波长的单色平行光聚焦在F的不同位置上,如图5—14—1所示。由于透镜对不同波长光的焦距不同,当不同波长的光经L2聚焦后并不分布在与光轴垂直的同一平面上,所以,必须适当地调整照相底板F的位置,方可清晰的记录各种波长的谱线。 分别是波长为和的光所成的狭缝的像,叫做光谱线。各条光谱线在底板上按波长依次排列就形成了被摄光源的光谱图。若光源辐射的波长等为分立值,则摄得的光谱线也是分立的,叫做线光谱;若光源辐射 的波长为连续值,则摄得的是连续光谱。

实验21 衍射光栅的特性与光波波长的测量

实验4.11 衍射光栅的特性与光波波长的测量 衍射光栅由大量等宽、等间距、平行排列的狭缝构成。实际使用的光栅可以用刻划、复制或全息照相的方法制作。衍射光栅一般可以分为两类:用透射光工作的透射光栅和用反射光工作的反射光栅。本实验使用的是透射光栅。 根据多缝衍射的原理,复色光通过衍射光栅后会形成按波长顺序排列的谱线,称为光栅光谱,所以光栅和棱镜一样是一种重要的分光光学元件。在精确测量波长和对物质进行光谱分析中普遍使用的单色仪、摄谱仪就常用衍射光栅构成色散系统。 本实验要求:理解光栅衍射的原理,研究衍射光栅的特性;掌握用衍射光栅精确测量波长的原理和方法;进一步熟悉分光计的工作原理和分光计的调节、使用方法。 【实验原理】 1.光栅常数和光栅方程 图4.11—1 衍射光栅 衍射光栅由数目极多,平行排列且宽度、间距都相等的狭缝构成,用于可见光区的光栅每毫米缝数可达几百到上千条。设缝宽为a,相邻狭缝间不透光部分的宽度为b,则缝间距d = a + b就称为光栅常数(图4.11—1),这是光栅的重要参数。 根据夫琅和费衍射理论,波长 的平行光束垂直投射到光栅平面上时,光波将在每条狭缝处发生衍射,各缝的衍射光在叠加处又会产生干涉,干涉结果决定于光程差。因为光栅各狭缝间距相等,所以相邻狭缝沿θ方向衍射光束的光程差都是 d sinθ(图4.11—1)。θ是衍射光束与光栅法线的夹角,称为衍射角。 在光栅后面置一会聚透镜,使透镜光轴平行于光栅法线(图4.11—2),透镜将会使图4.11—2所示平面上衍射角为θ的光都会聚在焦平面上的P点,由多光束干涉原理,在θ满足下式时将产生干涉主极大,户点为亮点:

棱镜摄谱仪实验报告

竭诚为您提供优质文档/双击可除 棱镜摄谱仪实验报告 篇一:棱镜摄谱和光谱分析 棱镜的摄谱和光谱分析 第90组姓名:龚俊辉学号:pb05013225实验目的:学会使用棱镜摄谱仪并能用它摄取光谱线,对所摄取的光谱进行光谱分析. 实验器材:棱镜摄谱仪,氦放电管,电弧发生器等.实验 原理: (1)棱镜摄谱仪: 棱镜摄谱仪的构造可以平行光管、棱镜、光谱接收三部分,其原理如图 : 按所用的波长的不同,摄谱仪可分为紫外、可见、红外三大类,它们所用的棱镜材料也不同;对紫外用水晶或萤石,对可见光用玻璃,对红外线用岩盐等材料. 本次实验所用的是可见光范围内的小型棱镜摄谱仪,s 为光源,L为透镜,使s发出的发散光会聚后均匀照亮狭缝,

s1为狭缝,以控制入射光的宽度,缝前有光阑,以调节狭缝透光部分的高度.L1的焦距位于s1,这样可以产生平行光,经棱镜折射后再由L2和L3会聚到照相底板F. 本实验中所用的氦放电管是获得氦原子光谱的元件,管内充有一定气压的氦气,两端有金属电极,两端加高电压时,管中的游离电子受到电场的加速作用飞向阳极的过程中,与管中的原子相撞使之处于激发态,当这些处于高能量的氦原子跃迁回到低能态时,辐射出光子. (2)光谱的定性分析: 本次实验中使用铁谱作为已知谱,中间为氦谱作为 未知谱.因为铁光谱谱线丰富,而且几乎每一条谱线的波长都被准确地测定,故只要并列拍摄铁光谱与未知样品光谱.并对所摄的底片进行测量,通过计算即可求出未知谱线的波长. ?1和?2为已知的两条铁谱谱线,?x为未知谱线的波 长,l1,l2和lx分别为?1,?2和?x处的读数,当?1和?2很靠近 时,?2??1与l2?l1近拟成线性关系,因此我们由插入法可得: ?x??1?2??1 即: ?

用透射光栅测量光波波长及角色散率(有实验数据)

实验七 用透射光栅测量光波波长及角色散率 一、 目的: 1 加深对光的衍射理论及光栅分光原理的理解; 2 掌握用透射关光栅测定光波波长、光栅常数及角色散率的方法。 3 测量光波波长。 二、 仪器及用具 分光计、透射光栅、汞灯。 三、 原理 1光栅衍射及光波波长的测定 由夫琅和费衍射理论,当波长为λ的单色光垂直入射至光栅上,满足光栅方程 λθk d =s i n ( ,3,2,1,0=k ) (1) 时,θ方向的光加强,其余方向的光几乎完全抵消。式中d 为光栅常数,θ为衍 射角。若已知λ,则可求d ;若已知d ,则可求λ。 2 光栅的角色散率 光栅在θ方向的角色散率为 θ λθsin d k D =??= (2) 测出d 及θ,可求出该方向的角色散率D 。 四、实验内容 1 仪器调节 分光计的调节,见实验三。载物台调水平后,使光栅平面与入射光垂直。 2 测光波波长、光栅常数、角色散率 以汞灯的绿谱线 A 75460?为已知,取1=k ,测该谱线左、右衍射光的角位置1T 、2T ,则衍射角212 1 T T -=θ,由(1)式可求光栅常数。 a) 绿光 ''014818±= θ 由(1)和(2)式可分别求得光栅常数和角色散率分别为

m d 510)002.0645.1(-?±= 1410)02.088.1(-?±=cm D b)紫光 ' _ 4115 =θ, '02=?- -θ, ''024115+= θ 由(1)和(2)式分别求得 A 4454360?±?=λ 1410)02.094.1(-?±=cm D b) 黄光 ''041121±= θ A )8.50.5774 (±=λ 1410)03.068.1(-?±=cm D

双棱镜干涉测钠光波长

北京航空航天大学基础物理实验 ------研究性实验 实验题目双棱镜干涉测钠光波长 一、摘要 法国科学家菲涅耳(Augustin J.Fresnel)在1826年进行的双棱镜实验证明了光的干涉现象的存在,它不借助光的衍射而形成分波面干涉,用毫米级的测量得到纳米级的精度,其物理思想、实验方法与测量技巧至今仍然值得我们学习。 二、实验原理 如果两列频率相同的光波沿着几乎相同的方向传播,并且这两列光波的位相差不随时间而变化,那么在两列光波相交的区域内,光强的分布不是均匀的,而是在某些地方表现为加强,在另一些地方表现为减弱(甚至可能为零),这种现象称为光的干涉。 菲涅尔镜双棱镜可以看作是由两块底面相接、棱角很小的直角棱镜合成。若置单色光源S于双棱镜的正前方,则从S射来的光束通过双棱镜的折射后,变成两束相互重叠的光,这两束光放佛是从光源的两个虚像S1 和S2是两个相干光源,所以若在两

束光想重叠的区域内放置一屏,即可观察到明暗相间的干涉条纹。 菲涅耳利用如图1所示装置,获得了双光束的干涉现象.图中双棱镜B 是一个分割波前的分束器,它的外形结构如图2所示.将一块平玻璃板的上表面加工成两楔形板,端面与棱脊垂直,楔角较小(一般小于1°). 当狭缝S 发出的光波投射到双棱镜B 上时,借助棱镜界面的两次折射,其波前便分割成两部分,形成沿不同方向传播的两束相干柱波.通过双棱镜观察这两束光,就好像它们是由虚光源1S 和2S 发出的一样,故在两束光相互交叠区域内产生干涉.如果狭缝的宽度较小且双棱镜的棱脊和光源狭缝平行,便可在光屏Q 上观察到平行于狭缝的等间距干涉条纹。 双棱镜的干涉条纹图 设d 代表两虚光源1S 和2S 间的距离,D 为虚光源所在的平面(近似地在光源狭缝S 的平面内)至观察屏Q 的距离,且D d <<,任意两条相邻的亮(或暗)条纹间的距离为x ?,则实验所用光波波长λ可由下式表示:(根据形成明、暗条纹的条件,当光 程差为半波长的偶数倍时产生明条纹,当光程差为半波长的奇数倍时产生暗条纹) (1) 上式表明,只要测出d 、D 和x ?,就可算出光波波长。 三、实验仪器 双棱镜、可调狭缝、凸透镜、观察屏、光具座、测微目镜、钠光灯、白屏。 1、测微目镜简介 测微目镜(又名测微头)一般作为光学精密计量仪器的附件,也可以单独使用,主要用于测量微小长度。如图3()a 所示,测微目镜主要由目镜、分划板、读数鼓轮组 x D d ?=λ

实验七、用双棱镜干涉测汞光波长

实验七、用双棱镜干涉测汞光波长 实验目的 1、双棱镜产生的双光束干涉现象,进一步理解产生干涉的条件; 2、用双棱镜测定光波波长. 实验原理 如果两列频率相同的光波沿着几乎相同的方向传播,并且这两列光波的位相差不随时间而变化,那么在两列光波相交的区域内,光强的分布不是均匀的,而是在某些地方表现为加强,在另一些地方表现为减弱(甚至可能为零),这种现象称为光的干涉。 菲涅耳利用图1所示装置,获得了双光束的干涉现象.图中双棱镜B 是一个分割波前的分束器,它的外形结构如图2所示.将一块平玻璃板的上表面加工成两楔形板,端面与棱脊垂直,楔角较小(一般小于1°). 当狭缝S 发出的光波投射到双棱镜B 上时,借助棱镜界面的两次折射,其波前便分割成两部分,形成沿不同方向传播的两束相干柱波.通过双棱镜观察这两束光,就好像它们是由虚光源和发出的一样,故在两束光相互交叠区域内产生干涉.如果狭缝的宽度较小且双棱镜的棱脊和光源狭缝平行,便可在光屏Q 上观察到平行于狭缝的等间距干涉条纹. 1S 2S 设d 代表两虚光源和间的距离,D 为虚光源所在的平面(近似地在光源狭缝S 的平面内)至观察屏Q 的距离,且d 《D ,任意两条相邻的亮(或暗)条纹1S 2S

间的距离为ΔX ,则实验所用光波波长λ可由下式表示: d x D λ= Δ (7-1) 上式表明,只要测出d 、D 和ΔX ,就可算出光波波长。 由于干涉条纹宽度ΔX 很小,必须使用测微目镜进行测量.两虚光源间的距离d ,可用一已知焦距为f 的会聚透镜L ,置于双棱镜与测微目镜之间,如图3所示,由透镜两次成像法求得.只要使测微目镜到狭缝的距离大于4f ,前后移动透镜,就可以在透镜的两个不同位置上从测微目镜中看到两虚光源和经透镜所成的实像,其中之一为放大的实像,另一个为缩小的实像.如果分别测得两放大像的间距,和两缩小像的间距,则根据下式 1S 2S 1d 2 d d = (7-2) 即可求得两虚光源之间的距离d . 实验内容 1、调节光路 (1)实验光路按图1所示。用目视粗略地调整光具座上各元件中心等高、共轴,并使双棱镜的底面与系统的光轴垂直,棱脊和狭缝的取向大体平行。 (2)点亮光源,照亮狭缝S ,用手执白屏在双棱镜后面检查,观察叠加区是否进入测微目镜,根据观测到的现象,作出判断,再进行必要的调节(共轴)。 (3)减小狭缝宽度(以提高光源的空间相干性),一般情况下可从测微目镜观察到不太清晰的干涉条纹。绕系统光轴缓慢旋转狭缝架上的向左或右偏转螺旋,或微调棱脊取向,直到显现出清晰的干涉条纹,这时棱镜的棱脊与狭缝的取向严格平行。 (4)为便于测量,在看到清晰的干涉条纹后,应将双棱镜或测微目镜前后移动,使干涉条纹的宽度适当。同时只要不影响条纹的清晰度,可适当增加缝宽,

实验二 用双棱镜干涉测钠光波长(05)

实验二用双棱镜干涉测钠光波长 [实验目的] 1、观察双棱镜产生的双光束干涉现象,进一步理解产生干涉的条件; 2、学会用双棱镜测定光波波长。 [实验仪器] 双棱镜,可调狭缝,会聚透镜(f=20cm,Φ=35mm两片),测微目镜(JX8),光具座(JZ-2),滑块(5块)、滑块支架(5个)、白屏,钠光灯(Gp20Na)。 [实验原理] 如果两列频率相同的光波沿着几乎相同的方向传播,并且这两列光波的位相差不随时间而变化,那么在两列光波相交的区域内,光强的分布不是均匀的,而是在某些地方表现为加强,在另一些地方表现为减弱(甚至可能为零),这种现象称为光的干涉。 菲涅耳利用图(一)所示装置,获得了双光束的干涉现象。图中双棱镜AB是一个分割波前的分束器,它的外形结构如图(二)所示,将一块平玻璃板的上表面加工成两楔形板,端面与棱脊垂直,楔角A 较小(一般小于10)。从单色光源M 发出的光波经透镜L会聚于狭缝S, 使S成为具有较大亮度的线状光源。 当狭缝S发出的光波投射到双棱镜 AB上时,经折射后,其波前便分割 成两部分,形成沿不同方向传播的 两束相干柱波。通过双棱镜观察这 两束光,就好像它们是由虚光源S1 和S2发出的一样,故在两束光相互 交叠区域P1P2内产生干涉。如果狭缝的宽度较小且双棱镜的棱脊和光源狭缝平行,便可在白屏P上观察到平行于狭缝的等间距干涉条纹。

设d '代表两虚光源S 1和S 2间的距离,d 为虚光源所在的平面(近似地在光源狭缝S 的平面内)至观察屏P 的距离,且d '<<d ,干涉条纹宽度为x ?,则实验所用光波波长λ可由下式表示: x d d ?= ' λ…………………………① 上式表明,只要测出d '、d 和x ?,就可算出光波波长λ。这是一种光波波长的绝 对测量方法,通过使用简单的米尺和测微目镜,进行毫米量级的长度测量,便可推算出微米量级的光波波长。 由于干涉条纹宽度x ?很小,必须使用测微目镜进行测量。两虚光源间的距离d ',可用一已知焦距为f '的会聚透镜L , 置于双棱镜与测微目镜之间,如图(三),由透镜 两次成像法求得。只要使测目镜到狭缝的距离d >4f ,,,前后移动透镜,就可以在L , 的两个不同位置上从测微目镜中看到两光源S 1和S 2,其中之一组为放大的实像,另一组为缩小的实像。如果分别测得二放大像的间距d 1和二缩小像的间距d 2,则根据下式: 21'd d d =…………………………② 即可求得两虚光源之间的距离d , 。 [实验内容] 1、 调节共轴 (1) 将单色光源M 、会聚透镜L 、狭缝S 、双棱镜AB 与测微目镜P ,按图 (一)所示次序放置在光具座上,用目视粗略地调整它们中心等高、共轴,并使双棱镜的底面与系统的光轴垂直,棱脊和狭缝的取向大体平行。 (2) 点亮光源M ,通过透镜照亮狭缝S ,用手执白屏在双棱镜后面检查: 经双棱镜折射后的光束,有否叠加区P 1P 2(应更亮些),叠加区能否进入测微目镜,当白屏移动时叠加区是否逐渐向左、右或上下偏移根据观测到的现象,作出判断,再进行必要的调节(共轴)。 2、 调节干涉条纹 (1) 减小狭缝宽度(以提高光源的空间相干性),一般情况下(在近处)可 从测微目镜观察到不太清晰的干涉条纹。若远一点观察不到干涉条纹,

试验11小型棱镜摄谱仪的使用

实验二十八 小型棱镜摄谱仪的使用 实验内容 1.了解摄谱仪的结构、原理和使用方法,学习小型摄谱仪的定标方法。 2.观察物质的发射光谱,测定氢原子光谱线的波长,验证原子光谱的规律性,测定氢原子光谱的里德堡常数。 教学要求 1.进一步认识原子辐射的微观机理,学习借助分析原子光谱的规律性研究微观世界 的方法。 2.学习物理量的比较测量方法。 实验器材 小型摄谱仪、汞灯及镇流器、氢灯及电源、调压变压器。 任何一种原子受到激发后,当由高能级跃迁到低能级时,将辐射出一定能量的光子,光子的波长为λ,由能级间的能量差E ?决定: E hc ?=λ 式中,h 为普朗克常数,c 为光速。E ?不同,λ也不同。同一种原子所辐射的不同波长的光,经色散后按一定程序排列而成的光谱,称发射光谱。 不同元素的原子结构是不相同的,因而受激发后所辐射的光波具有不同的波长,也就是有不同的发射光谱。通过对发射光谱的测量和分析,可确定物质的元素成分,这种分析方法称为光谱分析。通过光谱分析,不仅可以定性地分析物质的组成,还可以定量地确定待测物质所含各种元素的多少。发射光谱分析常用摄谱仪进行。 小型棱镜摄谱仪,是以棱镜作为色散系统,观察或拍摄物质的发射光谱。 实验原理 1.氢原子光谱的规律 1885瑞士物理学家巴尔末发现,氢原子发射的光谱,在可见光区域内,遵循一定的规律,谱线的波长满足巴尔末公式: )4 (22 0-=n n n λλ (28-1) 式中,n=3,4,5 ,组成一个谱线系,称为巴尔末线系。用波数(λν 1~=)表示的巴尔 末公式为:

)121(1~2 2n R H n n -==λν n=3,4,5 (28-2) 式(28-2)中,H R 称为氢原子光谱的里德堡常数。 用摄谱仪测出巴尔末线系各谱线的波长后,就可由式(28-2)算出里德堡常数H R ,若与公认值H R =1.0967761710--?m 相比,在一定误差范围内,就能验证巴尔末公式和氢原子光谱的规律。 2.谱线波长的测量 先用一组已知波长s λ的光谱线做标准,测出它们移动到读数标记位置处时螺旋刻度尺的读数S TT 后,以S TT 为横坐标,s λ为纵坐标,作S TT ~s λ定标曲线。 对于待测光谱波长的光源只要记下它各条谱线所对应的螺旋尺上读数x TT ,对照定标校正曲线就可确定各谱线的波长x λ。 本实验利用汞灯为摄谱仪进行定标校正。然后测出氢原子光谱巴尔末线系各谱线的波长,再根据式(28-2)算出H R 。 操作步骤: 1.对着仪器参考图或仪器使用说明书,在A A '处装上看镜目镜,熟悉摄谱仪各部分的结构及操作方法。 2.将汞灯置于 “S ”处,前后移动聚光镜1,使光源清晰地成像于狭缝处。在目镜中观察出射光谱,转动转角调节轮,使任一条光谱进入视场,轻轻转动出射聚光镜2的调焦手轮,使光谱线像聚焦清晰;再转动角调节轮,逐个观察光源的各条光谱线并与附表中列出的谱线颜色核对无误后,开始测量。依次记下各光源不同波长谱线的s λ所对应的读数S TT 。 3.将氢灯置于“S ”处,(注意:氢灯用的是是高压,调压变压器输出指示数不能超过规定的值),测出氢原子光谱中红、蓝、紫三条谱线所对应的鼓轮读数x TT 。 4.数据处理与分析: (1)列表记录所有数据,表格自拟。 (2)用毫米方格作图纸,作出光谱仪的s λ~S TT 定标曲线。 (3)由定标校正曲线及氢光谱测得的x TT ,求出巴尔末谱线系中三条谱线的波长,并与氢光谱的标准波长比较。 (4)由氢光谱所测得的三个波长,按式(28-2)算出里德堡常数H R ,求出其平均值H R ,并与公认值比较,算出测量的不确定度。

用双棱镜干涉测光波波长 (2)

用双棱镜干涉测光波波长 【实验目的】 1.掌握用双棱镜获得双光束干涉的方法,加深对干涉条件的理解. 2.学会用双棱镜测定钠光的波长. 【仪器和用具】 光具座,单色光源(钠灯),可调狭缝,双棱镜,辅助透镜(两片),测微目镜,白屏. 【实验原理】 如果两列频率相同的光波沿着几乎相同的方向传播,并且它们的位相差不随时间而变化,那么在两列光波相交的区域,光强分布是不均匀的,而是在某些地方表现为加强,在另一些地方表现为减弱(甚至可能为零),这种现象称为光的干涉, 菲涅耳利用图1所示的装置,获得了双光束的干涉现象,图中AB 是双棱镜,它的外形结构如图2所示,将一块平玻璃板的一个表面加工成两楔形板,端面与棱脊垂直,楔角A 较 小(一般小于10 ).从单色光源发出的光经透镜L 会聚于狭缝S ,使成S 为具有较大亮度的线状光源.从狭缝S 发出的光,经双棱镜折射后,其波前被分割成两部分,形成两束光,就好像它们是由虚光源1S 和2S 发出的一样,满足相干光源条件,因此在两束光的交叠区域 21P P 内产生干涉.当观察屏P 离双棱镜足够远时,在屏上可观察到平行于狭缝S 的、明暗 相间的、等间距干涉条纹.

图1双棱镜干涉实验光路 图2 双棱镜结构 设两虚光源1S 和2S 之间的距离为d ,虚光源所在的平面(近似地在光源狭缝S 的平面内)到观察屏P 的距离为D ,且D d <<,干涉条纹间距为x ?,则实验所用光源的波长λ为 x D d ?= λ (1) 因此,只要测出d 、D 和x ?,就可用(1)式计算出光波波长. 【实验内容】 1.调节共轴 (1)按图1所示次序,将单色光源0S ,会聚透镜L ,狭缝S ,双棱镜AB 与测微目镜P 放置在光具座上.用目视法粗略地调节它们中心等高、共轴,棱脊和狭缝S 的取向大体平行. (2)点亮光源0S ,通过透镜L 照亮狭缝S ,用手执白纸屏在双棱镜后面检查:经双棱镜折射后的光束,有否叠加区21P P (应更亮些)?叠加区能否进入测微目镜?当移动白屏时,叠加区是否逐渐向左、右(或上、下)偏移? 根据观测到的现象,作出判断,进行必要的调节使之共轴. 2.调节干涉条纹 (1)减小狭缝S 的宽度,绕系统的光轴缓慢地向左或右旋转双棱镜A B ,当双棱镜的棱脊与狭缝的取向严格平行时,从测微目镜中可观察到清晰的干涉条纹. (2)在看到清晰的干涉条纹后,为便于测量,将双棱镜或测微目镜前后移动,使干涉条纹的宽度适当.同时只要不影响条纹的清晰度,可适当增加狭缝S 的缝宽,以保持干涉条纹有足够的亮度.(注:双棱镜和狭缝的距离不宜过小,因为减小它们的距离,1S 和2S 间距也将减小,这对d 的测量不利.) 3.测量与计算 (1)用测微目镜测量干涉条纹的间距如,为了提高测量精度,可测出n 条(10~20条)干涉条纹的间距x ,除以n ,即得x ?.测量时,先使目镜叉丝对准某亮纹(或暗纹)的中心,然后旋转测微螺旋,使叉丝移过n 个条纹,读出两次读数,重复测量几次,求出x ?. (2)用光具座支架中心间距测量狭缝至观察屏的距离 D.由于狭缝平面与其支架中心不重合,且测微目镜的分划板(叉丝)平面也与其支架中心不重合,所以必须进行修正,以免

用双棱镜干涉测光波波长的实验报告

用双棱镜干涉测光波波长的实验报告 【实验目的】 1.掌握用双棱镜获得双光束干涉的方法,加深对干涉条件的理解. 2.学会用双棱镜测定钠光的波长. 【实验仪器】 光具座,单色光源(钠灯),可调狭缝,双棱镜,辅助透镜(两片),测微目镜,白屏. 【实验原理】 如果两列频率相同的光波沿着几乎相同的方向传播,并且它们的位相差不随时间而变化,那么在两列光波相交的区域,光强分布是不均匀的,而是在某些地方表现为加强,在另一些地方表现为减弱(甚至可能为零),这种现象称为光的干涉. 菲涅耳利用图1所示的装置,获得了双光束的干涉现象.图中AB 是双棱镜,它的外形结构如图2所示,将一块平玻璃板的一个表面加工成两楔形板,端面与棱脊垂直,楔角A 较小(一般小于10).从单色光源发出的光经透镜L 会聚于狭缝S ,使S 成为具有较大亮度的线状光源.从狭缝S 发出的光,经双棱镜折射后,其波前被分割成两部分,形成两束光,就好像它们是由虚光源S1和S2发出的一样,满足相干光源条件,因此在两束光的交叠.区域P1P2内产生干涉.当观察屏P 离双棱镜足够远时,在屏上可观察到平行于狭缝S 的、明暗 相间的、等间距干涉条纹. 图1 图2 设两虚光源S1和S2之间的距离为d ',虚光源所在的平面(近似地在光源狭缝S 的平面内)到观察屏P 的距离为d ,且d d <<',干涉条纹间距为x ?,则实验所用光源的波长λ为 x d d ?'= λ 因此,只要测出d '、d 和x ?,就可用公式计算出光波波长. 【实验内容】 1.调节共轴 (1)按图1所示次序,将单色光源M ,会聚透镜L ,狭缝S ,双棱镜AB 与测微目镜P 放置在光具座上.用目视法粗略地调节它们中心等高、共轴,棱脊和狭缝S 的取向大体平行. (2)点亮光源M ,通过透镜L 照亮狭缝S ,用手执白纸屏在双棱镜后面检查:经双棱镜折射后的光束,有否叠加区P1P2 (应更亮些)?叠加区能否进入测微目镜? 当移动白屏时,叠加

摄谱仪的使用及氦原子光谱

前言 光谱学是研究各种物质的光谱的产生及其同物质之间相互作用。光谱是电磁波辐射按照波长的有序排列;通过光谱的研究,人们可以得到原子、分子等的能级结构、电子组态、化学键的性质、反应动力学等多方面物质结构的知识。在化学分析中也提供了重要的定性与定量的分析方法。发射光谱可以分为三种不同类别的光谱:线状光谱、带状光谱、连续光谱。线状光谱主要产生于原子,带状光谱主要产生于分子,连续光谱则主要产生于白炽的固体或气体放电。 摄谱仪的原理 【实验目的】 1、 了解小型摄谱仪的结构、原理和使用方法; 2、 学习摄谱仪的定标方法及物理量的比较测量方法(线形插值法); 【实验原理】 1. 棱镜摄谱仪的工作原理 复色光经色散系统(棱镜)分光后,按波长的大小依次排列的图案,称为光谱。 棱镜摄谱仪的构造由准直系统、偏转棱镜、成像系统、光谱接收四部分组成;按所用的波长的不同,摄谱仪可分为紫外、可见、红外三大类,它们所用的棱镜材料也不同;对紫外用水晶或萤石,对可见光用玻璃,对红外线用岩盐等材料。 棱镜把平行混合光束分解成不同波长的单色光是根据折射光的色散原理。各向同性的透明物质的折射率与光的波长有关,短波长光的折射率要大些,例如一束平行入射光由1λ、2λ、3λ三色光组成,并且 123λλλ<<,通过棱镜后分解成三束不同方向的光,具有不同的偏向角δ,如图1所示。 45?角全反射棱镜组成,如图2所示。 本实验系统就是利用了棱镜的色散功能进行工作的摄谱仪。在摄谱仪中棱镜的主要作用是用来分光,即利用棱镜对不同波长的光有不同折射率的性质来分析光谱。折射率n 与光的波长λ有关,这一现象叫做色散。当一束白光或其它非单色光入射棱镜时,由于折射率不同,不同波长(颜色)的光具有不同的偏向角σ,从而出射线方向不同。通常棱镜的折射率n 是随波长λ的减小而增加的(正常色散),所以可见光中紫光偏折最大,红光偏折最小。一般的棱镜摄谱仪 都是利用这种分光作用制成的。

菲涅尔双棱镜干涉测波长

实验17 菲涅耳双棱镜干涉测波长 利用菲涅耳双棱镜可以获得两束相干光以实现光的干涉。双棱镜实验和双平面反射镜实验及洛埃镜实验一起,在确立光的波动学说的历史过程中起了重要作用。同时它也是一种用简单仪器测量光波波长的主要元件。 双棱镜是利用分波阵面法获得相干光的光学元件,本实验用双棱镜实验装置测单色光的波长。 实验目的和学习要求 1. 学习用双棱镜干涉测量单色光波长的原理和方法; 2. 进一步掌握光学系统的共轴调整; 3. 学会测微目镜的使用; 4. 练习逐差法处理数据和计算不确定度。 实验原理 如果两列光波其频率相同,振动方向相同,相位相同或位相差恒定,且振幅差别不太悬殊的情况下,它们在空间相遇时叠加的结果,将使空间各点的光振幅有大有小,随地而异,形成光的能量在空间的重新分布。这种在空间一定处光强度的稳定加强或减弱的现象称为光的干涉。获得相干光源,依其原理不同可分为分振幅法和分波阵面法,牛顿环和劈尖干涉是分振幅的干涉,双棱镜是利用分波阵面法而获得相干光源的。 菲涅耳双棱镜可以看作是由两块底面相接、棱角很小(约为1°)的直角棱镜合成的。若置波长为λ的单色狭条光源S0于双棱镜的正前方,则从S0射来的光束通过双棱镜的折射后,变为两束相重叠的光,这两束光仿佛是从光源S0的两个虚像S1和S2射出的一样。由于S1和S2是两个相干光源,所以若在两束光相重叠的区域内再放一屏,即可观察到明暗相间的干涉条纹。(如图17-1)因为干涉场范围比较窄,干涉条纹的间距也很小,所以一般要用测量显微镜或测微目镜来观察。 图17-1 双棱镜干涉光路 现在讨论屏上干涉条纹的分布情况,分别从相干光源S1和S2发出来的光相遇时,若它们之间的光程差δ恰等于半波长(λ/2)的奇数倍,则两光波叠加后为光强极小值;若δ恰等于波长λ的整数倍,两光波叠加后得光强极大值。即 暗纹条件δ = (2-1)λ / 2 = ± 1, ±2 ,……(17-1)明纹条件δ = λ= 0 , ± 1, ±2 , ……(17-2)如图(17-2)所示,设S1和S2是双棱镜所产生的两相干虚光源,其间距为,屏幕到S1S2平面的距离为D,若屏上的P0点到S1和S2的距离相等,则S1和S2发出的光波到P0的光程也相等,因而在P0点相互加强而形成中央明条纹。

棱镜摄谱实验报告

南昌大学物理实验报告课程名称:普通物理实验(3) 实验名称:用小型棱镜摄谱仪测定光波波长 学院:专业班级: 学生姓名:学号: 实验地点:座位号: 实验时间:

一、实验目的: 1.了解棱镜摄谱仪的构造原理。 2.掌握棱镜摄谱仪的调节方法和摄谱技术。 3.学会用照相法测定某一光谱线的波长。 二、实验仪器: 玻璃棱镜摄谱仪,汞灯,氦—氖激光器,氦—氖辉光器,读数显微镜,暗室设备等。 三、实验原理: 1.棱镜摄谱仪的构造 (1)准直管 准直管由狭缝S1和透镜L1组成。S1位于L1的物方焦平面上。被分析物质发出的光射入狭缝,经透镜L1后就成为平行光。实际使用中,为了使光源S射出光在S1上具有较大的照度,在光源与狭缝之间放置会聚透镜L,使光束会聚在狭缝上。 (2)棱镜部分 主要是一个(或几个)棱镜P,利用棱镜的色散作用,将不同波长的平行光分解成不同方向的平行光。 (3)光谱接收部分 光谱接收部分实际上就是一个照相装置。它包括透镜L2和放置在L2像方焦平面上的照相底板F,透镜L2将棱镜分解开的各种不同波长的单色平行光聚焦在F的不同位置上,如图(1)所示。由于透镜对不同波长光的焦距不同,当不同波长的光经L2聚焦后并不分布在与光轴垂直的同一平面上,所以,必须适当地调整照相底板F的位置,方可清晰的记录各种波长的谱线。 图(1)

F1(λ1),F2(λ2),…分别是波长λ1,λ2,…为的光所成的狭缝的像,叫做光 谱线。各条光谱线在底板上按波长依次排列就形成了被摄光源的光谱图。若光源辐射的波长λ1,λ2,…等为分立值,则摄得的光谱线也是分立的,叫做线光谱;若光源辐射的波长为连续值,则摄得的是连续光谱。 本实验用的小型玻璃棱镜摄谱仪,可用来拍摄可见光区域的光谱。其结构与图16—1所示的基本相同,但由于采用恒偏棱镜代替三棱镜P,因此,它的照相装置中光学系统的光轴与准直管的光轴垂直如图(2)所示。 2.摄谱仪的性能 (1)色散 色散代表仪器的分光能力,是衡量复色光经仪器色散后各单色光分散的程度。为了得到质量较好的光谱,某一波长的谱线总是以最小偏向角的状态通过棱镜,由于不同波长的谱线有不同的最小偏向角,所以可用角色散表示棱镜色散的特征(相差单位波长的两谱线分开的角距离)。棱镜的角色散D为: D=dδm dλ ? ? √122? ? dn dλ 实际应用时,常使用线色散D1来表示相差单位波长的两谱线在光谱面上分开的距离 D1=dl dλ 得: D1=D f2′cosε 式中,f2是聚光透镜L2的焦距,ε是底片与垂直光轴平面的夹角。显然,

菲涅耳双棱镜干涉实验

研究性实验报告 光的干涉实验(分波面法)激光的双棱镜干涉

菲涅耳双棱镜干涉 摘要:两束光波产生干涉的必要条件是:1)频率相同;2)振动方向相同;3)相位差恒定。产生相干光的方式有两种:分波阵面法和分振幅法。本次菲涅耳双棱镜干涉就属于分波阵面法。菲涅耳双棱镜干涉实验是一个经典而重要的实验,该实验和杨氏双缝干涉实验共同奠定了光的波动学的实验基础。 一、实验重点 1)熟练掌握采用不同光源进行光路等高共轴调节的方法和技术; 2)用实验研究菲涅耳双棱镜干涉并测定单色光波长; 3)学习用激光和其他光源进行实验时不同的调节方法。 二、实验原理 菲涅耳双棱镜可以看成是有两块底面相接、棱角很小的直角棱镜合成。若置单色光源S0于双棱镜的正前方,则从S0射来的光束通过双棱镜的折射后,变为两束相重叠的光,这两束光仿佛是从光源S0的两个虚像S1和S2射出的一样。由于S1和S2是两个相干光源,所以若在两束光相重叠的区域内放置一个屏,即可观察到明暗相间的干涉条纹。

如图所示,设虚光源S 1和S 2的距离是a ,D 是虚光源到屏的距离。令P 为屏上任意一点,r 1和r 2分别为从S 1和S 2到P 点的距离,则从S 1和S 2发出的光线到达P 点得光程差是: △L= r 2-r 1 令N 1和N 2分别为S 1和S 2在屏上的投影,O 为N 1N 2的中点,并设OP=x ,则从△S 1N 1P 及△S 2N 2P 得: r 12=D 2+(x-2 a )2 r 22=D 2+(x+2a )2 两式相减,得: r 22- r 12=2ax 另外又有r 22- r 12=(r 2-r 1)(r 2+r 1)=△L(r 2+r 1)。通常D 较a 大的很多,所以r 2+r 1近似等于2D ,因此光程差为: △L=D ax 如果λ为光源发出的光波的波长,干涉极大和干涉极小处的光程差是: = k λ (k=0,±1, ±2,…) 明纹 =212 k λ (k=0,±1, ±2,…) 暗纹 由上式可知,两干涉条纹之间的距离是:

用小型棱镜摄谱仪测定光波波长

实验十四用小型棱镜摄谱仪测定光波波长 我们知道物质的原子和分子都能够辐射和吸收自己的特征光谱。分析物质的辐射 或吸收光谱,就可以了解物质的组成和各成分的含量。由于光谱分析具有较高的灵敏度,特别是对低含量元素的分析准确度较高,分析速度快。因此,它在科学实验和研究中有着重要应用。 实验目的 1.了解棱镜摄谱仪的构造原理。 2.掌握棱镜摄谱仪的调节方法和摄谱技术。 3.学会用照相法测定某一光谱线的波长。 实验仪器 玻璃棱镜摄谱仪,汞灯,氦—氖激光器,氦—氖辉光器,读数显微镜,暗室设备 等。 实验原理 1.棱镜摄谱仪的构造 (1)准直管 准直管由狭缝S1和透镜L1组成。S1位于L1的物方焦平面上。被分析物质发出的光射 入狭缝,经透镜L1后就成为平行光。实际使用中,为了使光源S射出光在S1上具有较大的照度,在光源与狭缝之间放置会聚透镜L,使光束会聚在狭缝上。 (2)棱镜部分 主要是一个(或几个)棱镜P,利用棱镜的色散作用,将不同波长的平行光分解成 不同方向的平行光。 (3)光谱接收部分 光谱接收部分实际上就是一个照相装置。它包括透镜L2和放置在L2像方焦平面上的 照相底板F,透镜L2将棱镜分解开的各种不同波长的单色平行光聚焦在F的不同位置上,如图5—14—1所示。由于透镜对不同波长光的焦距不同,当不同波长的光经L2聚焦后并不分布在与光轴垂直的同一平面上,所以,必须适当地调整照相底板F的位置,图5 —14-1 L S P 1 L 2 L F ( ) 1 1 F λ 1 S ( ) 2 2 F λ 方可清晰的记录各种波长的谱线。 ( ) 1 1 F λ、( )L 2 2 λF 分别是波长为1 λ和L 2 λ的光所成的狭缝的像,叫做光谱线。 各条光谱线在底板上按波长依次排列就形成了被摄光源的光谱图。若光源辐射的波长

摄谱仪

小论文题目:设计用棱镜小型摄谱仪拍摄氢原子光谱的方法,并根据拍摄的铁及氢光谱计算出氢可见光谱(巴耳末线系)波长 棱镜小型摄谱仪拍摄氢原子光谱 (化学与化工学院06化学基地班,翁瑞,20061101115) 原子光谱分析这门学科通常包括原子发射光谱(Atomic Emission Spectroscopy, AES)、原子吸收光谱(Atomic Absorption Spectroscopy, AAS)以及原子荧光光谱(Atomic Fluorescence Spectroscopy, AFS)三种分析技术。它们都是根据自由原子在取得外部能量后,产生光的自发辐射、光的吸收或是荧光辐射的光谱现象以进行元素检测的。它们的分析原理,所采用的实验设备包括光源、原子化器、分光和检测系统等都有所不同,有着各自的发展道路;但也有很多共同点,可以互相借鉴、利用。 对于原子发射光谱分析,物质原子化和激发过程通常是在同一光源中进行的。例如一些热激发光源(电弧,火花,ICP光源等),在高温作用下物质解离形成的原子在其各能级间有不同的布居,此时可由于自发跃迁而产生光辐射,是为原子发射光谱。 通常原子发射出大量的原子及离子光谱,包括自远紫外至可见、近红外很广的光谱域,都有元素灵敏线可选作分析线。原子发射光谱分析法可同时作多元素测定,它几乎可以测定元素周期表中全部元素,并且是一种灵敏,快速的分析方法。它应用范围十分广泛,不论是固态,液态或者气态样品都可以直接分析。虽然它的应用已久,但目前仍是元素检测的一种重要手段。 原子吸收光谱分析,是利用物质的基态原子可以吸收特定波长单色辐射的光量子,其吸收量的大小是与物质原子浓度成比例的关系为基础的。采用的光源多是稳定的元素空心阴极灯或者无极放电灯。它们的光谱简单,一般可采用低色散率的光谱仪器。原子吸收光谱分析装置简单,操作方便,有好的测定精度和低检出限,因而得到广泛应用。 原子荧光光谱分析,是基于自由原子吸收特定波长光量子后激发至高能态,然后再跃迁返回至基态或低能态而发出的光辐射,这样的辐射被称为荧光辐射,荧光辐射的强度除比例于自由原子的浓度外,还随着激发光的强度的增大而增强。这种

棱镜摄谱实验

实验1 棱镜光谱实验 光谱学研究的是各物质的光谱的产生及其同物质之间的相互作用。光谱是电磁波辐射按照波长的有序排列,通过光谱的研究,人们可以得到原子、分子等的能级结构、电子组态、化学键的性质、反应动力学等多方面物质结构的知识,在化学分析中也提供了重要的定性与定量的分析方法。发射光谱可以分为三种不同类别的光谱:线状光谱、带状光谱、连续光谱。线状光谱主要产生于原子,带状光谱主要产生于分子,连续光谱则主要产生于白炽的固体或气体放电。 随着科技的进步,当今先进的光谱实验室已不再使用照相干版法获得光谱图形,所使用的都是以CCD 器件为核心构成的各种光学测量仪器。PSP05型CCD 微机棱镜摄谱仪测量系统采用线阵CCD 器件接收光谱图形和光强分布,利用计算机的强大数据处理能力对采集到的数据进行分析处理,通过直观的方式得到我们需要的结果。与其他产品相比,PSP05型摄谱仪具有分辨率高(微米级),实时采集、实时处理和实时观测,观察方式多样,物理现象显著,物理内涵丰富,软件功能强大等明显的优点,是传统棱镜摄谱仪的升级换代产品。 【实验目的】 1.了解小型摄谱仪的结构、原理和使用方法。 2.学习摄谱仪的定标方法及物理量的比较测量方法(线形插值法)。 【实验原理】 1.光谱和物质结构的关系 每种物质的原子都有自己的能级结构,原子通常处于基态,当受到外部激励后,可由基态跃迁到能量较高的激发态。由于激发态不稳定,处于高能级的原子很快就返回基态,此时发射出一定能量的光子,光子的波长(或频率)由对应两能级之间的能量差i E ?决定。0i i E E E ?=-,i E 和0E 分别表示原子处于对应的激发态和基态的能量,即: i i i c E h h νλ?== (1-1) 得:i i hc E λ= ?,式中,i = 1,2,3,…,h 为普朗克常数,c 为光速。 每一种元素的原子,经激发后再向低能级跃迁时,可发出包含不同频率(波长)的光,这些光经色散元件即可得到一对应的光谱。此光谱反映了该物质元素的原子结构特征,故称为该元素的特征光谱。通过识别特征光谱,就可对物质的组成和结构进行分析。 2.棱镜摄谱仪的工作原理 复色光经色散系统(棱镜)分光后,按波长的大小依次排列的图案,称为光

双棱镜干涉测光波波长

/d U u d x D d ?=?=,λ,UD x u d x D d ?=?=/λ222/22)()()()()(/v u u u d u x u D u u v u d x D +++?+=?λλ双棱镜干涉测光波波长 [预习思考题] 1、公式 中各量的物理意义是什么?实验中需测哪些物理量? 答:二式中各量的物理意义:λ是待测光波长;d 是狭缝的两个虚像之间的距离;D 为狭缝到观察屏的距离;ΔX 为干涉条纹间距;U 为物距(狭缝到透镜的距离);υ为像距(透镜到测微目镜的距离。目镜视场中有d 的像); d /为虚光源间距d 的像。 实验中需要测量的量有:D 、ΔX 、U 、υ、d 。 2、导出λ的不确定度传播式。 解:对上式取对数,求偏导,作方均根处理后即可得到: 3、导轨上的光学器件都等高共轴后,仍看不到干涉条纹,可能的原因主要有哪两个? 答:① 狭缝过宽;② 双棱镜棱脊未与狭缝平行。 4、使用测微目镜时应注意什么? 答:① 消除目的物与叉丝之间的视差(二者处于同一平面); ② 消除空回误差(鼓轮应沿一个方向转动,中途不能反转); ③ 叉丝的移动范围必须控制在毫米标度线所示的区域内(视场中的

,d D λ,x D d ?=λ0~8mm 以内),以防损坏读数机构。 [实验后思考题] 1、为什么双棱镜的折射角α必须很小? 答:双棱镜的折射角α如过大,形成的虚光源的像就大而散,导致干涉 条纹不清晰;另外,干涉条纹间距ΔX= 若折射角α增大,虚光源间距d 就随之增大, ΔX 就会变小,ΔX 太小则无法分辨,故双棱镜折射角α一般为0.5°~1°。 2、根据实际情况,说明狭缝宽度与干涉效果的关系。 答:狭缝过宽,则干涉条纹不清晰;狭缝过窄,又会因光通量太少使视场过暗,干涉条纹亮处不亮。 3、移动双棱镜,增大或缩小双棱镜与狭缝的间距、干涉条纹的疏密将如何变化?为什么? 答:当狭缝和测微目镜都固定后,若增大双棱镜与狭缝的距离,干涉条 纹将变密,反之变稀。根据式 λ和D 不变,当双棱镜移向测微目镜时,d 将变大,所以ΔX 变小。

实验04 小型棱镜读(摄)谱仪测氢原子光谱

小型棱镜读(摄)谱仪测氢原子光谱 实验原理: 1. 氢原子光谱 光谱线波长是由产生这种光谱的原子能级结构所决定的。每一种元素都有自己特定的光谱,所以称它为原子的标识光谱。光谱实验是研究探索原子内部电子的分布及运动情况的一个重要手段。J.J.Balmer(巴尔末,1825-1898)发现,在可见光区氢原子谱线可以由下面公式确定: ) ( 2 21 211 n R H -=λ (4-1) 其中n 是大于2的整数,H R 是实验常数,称为里德伯(Rydberg)常数。由上式确定的氢谱线为巴尔末线系,当n =3,4,5,6时,所得的谱线分别标记为αH 、βH 、 γH 、σH 。 以这些经验公式为基础,N.Bohr (玻尔,1885-1962) 建立了氢原子的理论(玻尔模型),并从而解释了气体放电时的发光过程。根据玻尔理论:当原子从高能量的能级跃迁到低能量的能级时,以光子的形式释放能量。氢原子n 能级上的能量为 2 204 8hn me E n ε= (n 是正整数),所以光子的波数 ())11()11(811 2202202204 0n n R n n c h me E E hc H n -=-=-=ελ (4-2) 其中0n =1,2,3……, n = 0n +1,0n +2,0n +3……。根据玻尔模型得到里德伯常数的理论值为 c h me R H 3 204 8ε= (4-3) 代入各常数值计算,R H =1.097 373 153 4×107m - 1。该值与实验值十分接近。 2. 恒偏向角棱镜 三棱镜的光谱实验一般在最小偏向角附近进行。由于不同波长的光和不同材料棱镜折射的最小偏向角不同,测量时要先寻找各种波长的光的最小偏向角,十分不方便。 为此本实验所用的摄谱仪中采用的是恒偏向角棱镜,其结构如图4-1所示。A ’BD ’是三棱镜,光线以i 角入射。在三棱镜中作一正方形AC ’EC,同时形成了一个包 图4-1 恒偏向角棱镜 A ’

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