秦超-光谱法测量透明介质的吸收曲线-闫向宏.pdf.doc

中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩： 班级：应用物理1203 姓名: 秦超 学号:12093316 同组者：王继东 教师 闫向宏光谱法测量透明介质的吸收曲线【实验目的】1、了解光栅光谱仪的构造原理及其使用方法。2、加深对介质光谱特性的了解。3、掌握测量介质的吸收曲线或透射曲线的原理和方法。【实验原理】 当一束光穿过有一定厚度的透明介质平板时，有一部分光被反射，另有一部分光被介质吸收，剩下的光从介质平板透射出来。 设有一束波长为 、入射光强为 I0 的单色平行光垂直入射到一块厚度为 d 的透明介质平板上，如图3-2-1 所示。如果从界面 1 反射的光强为 IR，从界面 1向介质透射光的光强为 I1，在界面 2 处的入射光强为I2 ，从界面 2 射出的透射光的光强为 IT ，则定义介质板的光谱外透射率 T 和介质的光谱透射率 Ti分别为以上提到的 I1、I2、IR 和 IT 是指光在界面 1 和 2上，以及在介质中多次反射和透射的总效果。一般来说，介质对光的反射透射和吸收不但与介质的材料有关，而且与入射光的波长有关。我们将光谱透射率 Ti与波长 的关系曲线称为透射曲线。依据朗伯-比耳定律，在均匀介质内部光谱透射率 Ti与介质厚度 d 有如下关系式中 称为介质的线性吸收系数，一般也称为吸收系数。吸收系数不仅与介质的材料有关，而且与入射光的波长有关。吸收系数 与波长 的关系曲线称为吸收曲线。 实验中的 WGD8A 型光栅光谱仪采用光电倍增管（附录 3-2-1）测量光谱的光强。在合适的条件下，光电倍增管输出的光电流与入射光的光强成正比，因而利用光电流的输出值，就可由下式计算光谱透射率和吸收系数 (3-2-4) (3-2-5) 【实验装置】 WGD8A 型组合式光栅光谱仪；汞灯及汞灯电源；溴钨灯及溴钨灯电源；镨钕玻璃 3 片（厚度分别为 1mm 和 2mm） 【实验内容】 1、光谱仪的调节和波长示值的修正 2、观察和测量镨钕玻璃的典型吸收峰（300nm660nm） 3、测量镨钕玻璃在 500660nm 之间的吸收曲线 4、测量吸光度与介质厚度之间的关系曲线 【注意事项】 1、光谱仪属于贵重仪器，必须按照说明书进行操作。 2、狭缝的调节必须小心，狭缝的宽度不得超过 3mm，也不得完全闭合，以免损坏口。 实验完毕后，应将缝宽调节到 0.2mm 左右。 3、在测量吸收曲线或吸光度介质厚度关系曲线时，要保证仪器各参数（如狭缝宽度、 光电倍增管工作电压等）不变。 4、光栅对环境条件要求较高，应保持室内清洁和较低的湿度。【数据记录及处理】 1.汞灯光源对光栅光谱仪的校正： 图一.汞灯校正图分析：经校正后得汞灯的特征谱线为：435.61nm、546.11nm、576.81nm、579.21nm，与理论值435.8nm、546.1nm、577.0nm、579.1nm符合的比较好。 2、观察和测量镨钕玻璃的典型吸收峰（300nm660nm） 图二.镨钕玻璃的典型吸收峰记录四个吸收峰的波长和能量分别为：表一：波长与能量记录表波长492.90519.95559.20619.15能量317.5247.1957.3414.2（）5000.112283485200.1713638485400.1228074295600.0819443815810.9179986746000.4616022956200.0539736666400.040468956600.0285211295300.3886786345550.0682796055980.5228370446130.197408056250.065221348631.20.061584983、测量镨钕玻璃在 500660nm 之间的吸收曲线图三.镨钕玻璃在500660nm之间的吸收曲线4、测量吸光度与介质厚度之间的关系曲线 I0=847.9 由公式： 表三：吸光度与介质厚度关系数据记录表d(mm)12345I626.1586.1476.7429.8386.8A0.3030.3690.5760.6790.785图四：吸光度A与介质厚度d的关系曲线由图有斜率为：k=0.1274,所以 =0.055【思考题】 1、光谱仪波长示值的修正为什么要用汞灯？测量吸收曲线为什么要用溴钨灯？ 答：因为汞灯发出的光为线光谱，谱线数量少且明显，易于校对光谱仪波长示值的准确 度，并作修正使能量显示适中。而溴钨灯发出的是连续光谱，光谱复杂，不易校正。测量吸收曲线 需要测量透明介质对不同波长光的吸收情况，需要用溴钨灯发出的连续光谱才能得到丰富的数据。 2、试讨论狭缝的宽度对测量的影响。 答：光电倍增管是将平行的光放大，光源发出的光经过合适的狭缝就是平行的光。所以，狭缝宽了，光电倍增管接受到的就不是平行光，放大效果受到影响。狭缝窄了，透过狭缝的光就很弱，就需要光电倍增管很高的电压，不易实现。所以，狭缝的宽度要调节适中，并且调节好后就不要轻易动了，以免毁坏刀口。 【实验总结】 通过本实验了解了WGD8A 型组合式光栅光谱仪的结构及测量光谱的原理，并学会了测量透明介质吸收曲线的方法。本实验原理不是很复杂，操作也很简单。但实验中还是出现了一些问题，在调节狭缝宽度调