棱鏡攝譜實驗報告

1、南昌大學物理實驗報告課程名稱:普通物理實驗（3）實驗名稱:用小型棱鏡攝譜儀測定光波波長學院:專業(yè)班級:學生姓名:學號:實驗地點:.座位號:實驗時間:精選文檔實驗目的:1 .了解棱鏡攝譜儀的構造原理。2 .掌握棱鏡攝譜儀的調節(jié)方法和攝譜技術。3 .學會用照相法測定某一光譜線的波長。實驗儀器:玻璃棱鏡攝譜儀，汞燈，氦一氖激光器，氦一氖輝光器，讀數顯微鏡，暗室 設備等。實驗原理:1. 棱鏡攝譜儀的構造(1) 準直管準直管由狹縫S1和透鏡L1組成。S1位于L1的物方焦平面上。被分析物質 發(fā)出的光射入狹縫，經透鏡L1后就成為平行光。實際使用中，為了使光源 S射 出光在S1上具有較大的照度，在光源與狹縫之

2、間放置會聚透鏡L,使光束會聚在狹縫上。(2) 棱鏡部分主要是一個(或幾個)棱鏡P,利用棱鏡的色散作用，將不同波長的平行光 分解成不同方向的平行光。(3) 光譜接收部分光譜接收部分實際上就是一個照相裝置。 它包括透鏡L2和放置在L2像方焦 平面上的照相底板F,透鏡L2將棱鏡分解開的各種不同波長的單色平行光聚焦 在F的不同位置上，如圖(1)所示。由于透鏡對不同波長光的焦距不同，當不 同波長的光經L2聚焦后并不分布在與光軸垂直的同一平面上，所以，必須適當 地調整照相底板F的位置，方可清晰的記錄各種波長的譜線。很入）比。d 分別是波長5 S 為的光所成的狹縫的像，叫做光譜線。各條光譜線在底板上按波長依

3、次排列就形成了被攝光源的光譜圖。若光源輻射的波長心，崩，等為分立值，則攝得的光譜線也是分立的，叫做線光譜;若光源輻射的波長為連續(xù)值，則攝得的是連續(xù)光譜。本實驗用的小型玻璃棱鏡攝譜儀，可用來拍攝可見光區(qū)域的光譜。其結構與 圖16 1所示的基本相同，但由于采用恒偏棱鏡代替三棱鏡 裝置中光學系統(tǒng)的光軸與準直管的光軸垂直如圖（2）所示。P,因此,它的照相2 .攝譜儀的性能（1）色散色散代表儀器的分光能力，是衡量復色光經儀器色散后各單色光分散的程 度。為了得到質量較好的光譜，某一波長的譜線總是以最小偏向角的狀態(tài)通過棱 鏡，由于不同波長的譜線有不同的最小偏向角，所以可用角色散表示棱鏡色散的特征（相差單位波

4、長的兩譜線分開的角距離）。棱鏡的角色散D為：2 sin 4/2 dn曲 Jl n sin： #/2 衆(zhòng)實際應用時，常使用線色散D1來表示相差單位波長的兩譜線在光譜面上 分開的距離dl得：COE 式中，f2是聚光透鏡L2的焦距，&是底片與垂直光軸平面的夾角。顯然, 儀器的線色散數值越大，不同波長兩譜線中心分開的距離越遠。9(2) 分辨本領入附近的光譜時，剛剛能分辨出儀器分辨本領是指在用攝譜儀攝取波長為兩譜線的波長差。用R表示：A尺=忑顯然入d值越小，攝譜儀分辨該式中入d為能夠分辨的兩譜線波長差。光譜的能力越高。根據瑞利判據，色散棱鏡的理論分辨本領為：R = brfA式中，b為棱鏡底邊的有效寬度。

5、可見，要提高棱鏡攝譜儀的光譜分辨本領， 必須選用高色散率的材料制作色散棱鏡，且底邊 b要寬。(3) 相對孔徑為了使照相底片上譜線能有較大的照度，縮短攝譜時間，在不計光通過攝譜 儀系統(tǒng)的光能損失時，譜線的照度 E主要決定于進光狹縫的亮度B和照相物鏡 L2。當透光孔徑為D,焦距為f2時，相對孔徑為D/ f2，即：因此，要增加譜線的照度，可應用聚光照明系統(tǒng)，提高狹縫的亮度，并選用 相對孔徑大的照相物鏡。比較光譜就是將已知波長的譜線組和待測波長的譜線組并 只要記錄時，保持各譜線組不發(fā)生橫向移動，便可使輝光 利用線性內插法，測知激光譜線的波長。本實驗將使用小型棱鏡攝譜儀，通過拍攝氦氖輝光和氦氖激光的比較

6、光譜，測定氦氖激光的波長。列記錄在同一底片上，放電譜線的已知波長，3.測量譜線波長假設在圖5145中一個較小的波長范圍內，攝譜儀棱鏡的色散是均勻的, 可以認為譜線在底板上的位置與波長有線性關系，即 ：幾2 丄 幾芒一人T臨盹V珂式中，入1、入2、入3為已知譜線的波長，介于入1與入2之間的待測譜線 波長為入x，它們在底板上的位置分別為 n1、n2和nx。所以，待測譜線的波 長為：心=九+主二0廠幾0可見，只要在底板上測出譜線的位置 n1、n2和nx，就可計算出待測譜線 的波長入X。四、實驗內容：(1) 調節(jié)共軸，將光源S置于準直物鏡1 L的光軸上。調節(jié)器時，先將汞燈點亮預熱，豎直放置與入射縫等高

7、，沿攝譜儀的底座導 軌將汞燈移遠，從暗盒中央向攝譜儀內觀察，調整光源的位置，使光源的像位于 照相物鏡2 L的中央。此時，汞燈已位于1 L的光軸上。1 L 的光軸上。(2) 在光源與狹縫1 S之間加入聚光照明透鏡L，調節(jié)透鏡L的位置, 使光源成像在入射縫上。若更換光源，只能調整光源的位置，而透鏡 L的位置 不應變動，以保證光源始終處在準直物鏡(3) 取掉狹縫罩蓋，在放置照相底板的位置上放一塊毛玻璃，這時可看到 汞燈的線光譜。調節(jié)照相物鏡位置和縫寬，注意觀察毛玻璃上是否所有譜線都清 晰，若不清晰還需調節(jié)暗匣相對于系統(tǒng)軸線的傾角。注意：在一般情況下盡量避免將縫寬調到零，以免損壞刀口！五、(4) 慢慢

8、轉動轉動螺旋，可調整棱鏡的位置，使被觀察的光譜段位于適中 的位置，記錄實驗數據。實驗數據及數據分析處理：兀=九 4 J:T丸 Jlln 111其中：俎=5了9用fiiim、A2 = 3583nm序號黃 ?？?111綠耳/卩陽n紫衍/mm兔一丁5 碼 Anm11.3574.91335.3143.55633.957564.86721.0034.60335.0583.60034.055564.72431.2074.94235.5563.73534.349564.28841.0684.57135.3213.50334.253565.22051.1044.73235.4643.62834.360564.74261.0814.64935.3043.56834.223564.93371.4185.02135.6783.60334.260564.80281.2014.66235.3713.46134.170565.36191.3824.78735.4663.40534.084565.561101.0284.70635.3983.67834.370564.536兀=564.903 5 nm標準差4A =暫=合成不確定度 % = 畑直+AB* = 0.11