棱鏡攝譜試驗(yàn)報(bào)告

1、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：普通物理實(shí)驗(yàn)（3）實(shí)驗(yàn)名稱：用小型棱鏡攝譜儀測定光波波長學(xué)院：專業(yè)班級:學(xué)生：學(xué)號:實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：座位號:實(shí)驗(yàn)時(shí)間:一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? . 了解棱鏡攝譜儀的構(gòu)造原理。2 .掌握棱鏡攝譜儀的調(diào)節(jié)方法和攝譜技術(shù)。3 .學(xué)會用照相法測定某一光譜線的波長。二、實(shí)驗(yàn)儀器：玻璃棱鏡攝譜儀，汞燈，氫一須激光器，氮一凝輝光器，讀數(shù)顯微鏡，暗 室設(shè)備等。三、實(shí)驗(yàn)原理：1 .棱鏡攝譜儀的構(gòu)造(1)準(zhǔn)直管準(zhǔn)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(zhì)發(fā)出的光射入狹縫，經(jīng)透鏡 L1后就成為平行光。實(shí)際使用中，為了使光源 S 射出光在S1上具有較大的照度，在光源與狹縫之間

2、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(gè)(或幾個(gè))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(shí)際上就是一個(gè)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(dāng) 不同波長的光經(jīng)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(dāng)?shù)卣{(diào)整照相底板F的位置，方可清晰的記錄各種波長的譜線。圖（1）（?。謩e是波長a，%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次排列

3、就形成了被攝光源的光譜圖。若光源輻射的波長'卜乙，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(shí)驗(yàn)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(jié)構(gòu)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 P,因此，它的照 相裝置中光學(xué)系統(tǒng)的光軸與準(zhǔn)直管的光軸垂直如圖（2）所示5光源舟一狹縊尸一恒偏向楂鏡尸一照相底檢上一會聚透鏡 工一沿:直管物鏡 小一乙一解楣物鏡14 22 .攝譜儀的性能（1 ）色散色散代表儀器的分光能力，是衡量復(fù)色光經(jīng)儀器色散后各單色光分散的程 度。為了得到質(zhì)量較好的光譜，某一波長的譜線總是以最小偏向角

4、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(相差單位波長的兩譜線分開的角距離)。棱鏡的角色散D為：曲巾2sin A/2dnD - ,一 實(shí)際應(yīng)用時(shí)，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dl1 dA得：Pi=DCOS£式中，f2是聚光透鏡L2的焦距，e是底片與垂直光軸平面的夾角。顯然, 儀器的線色散數(shù)值越大，不同波長兩譜線中心分開的距離越遠(yuǎn)。(2 )分辨本領(lǐng)儀器分辨本領(lǐng)是指在用攝譜儀攝取波長為人附近的光譜時(shí)，剛剛能分辨出兩譜線的波長差。用R表示：該式中入d為能夠分辨的兩譜線波長差。顯然 入d值越小，攝譜儀分辨 光譜的

5、能力越高。根據(jù)瑞利判據(jù)，色散棱鏡的理論分辨本領(lǐng)為:dnR = hdA式中，b為棱鏡底邊的有效寬度?？梢姡岣呃忡R攝譜儀的光譜分辨本領(lǐng)，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(shí)間，在不計(jì)光通過攝譜 儀系統(tǒng)的光能損失時(shí)，譜線的照度 E主要決定于進(jìn)光狹縫的亮度 B和照相物鏡 L2。當(dāng)透光孔徑為D,焦距為f2時(shí)，相對孔徑為D/ f2 ,即：E « 吟)2因此，要增加譜線的照度，可應(yīng)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。本實(shí)驗(yàn)將使用小型棱鏡攝譜儀,通過拍攝氫式輝光和氮式激光的比較光譜， 測定氮式

6、激光的波長。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 列記錄在同一底片上，只要記錄時(shí)，保持各譜線組不發(fā)生橫向移動(dòng)，便可使輝光 放電譜線的已知波長，利用線性插法，測知激光譜線的波長。3.測量譜線波長假設(shè)在圖5145中一個(gè)較小的波長圍，攝譜儀棱鏡的色散是均勻的，可 以認(rèn)為譜線在底板上的位置與波長有線性關(guān)系，即：式中，入1、A2、入3為已知譜線的波長，介于入1與A2之間的待測譜線波 長為Xx ,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：氏=乙+ «-%。71可見，只要在底板上測出譜線的位置 n1、n2和nx,就可計(jì)算出待測譜 線的波長入x。四、實(shí)驗(yàn)容：(1)調(diào)節(jié)共軸，將光源S置于準(zhǔn)直物鏡1 L的光軸上。調(diào)節(jié)器時(shí)，先將汞燈點(diǎn)亮預(yù)熱，豎直放置與入射縫等高，沿?cái)z譜儀的底座導(dǎo)軌將汞燈移遠(yuǎn)，從暗盒中央向攝譜儀觀察，調(diào)整光源的位置，使光源的像位于照相物鏡2 L的中央。此時(shí)，汞燈已位于 1 L的光