黑线的“光谱”.doc

黑线的“光谱”90实验者杨青青班级数学（）班学号020503135 指导老师鲁晓东老师小引：暗背景下的亮线存在光谱，亮背景下的黑线也存在光谱，运用适当的仪器，我们能观察到它黑线光谱。关键字：光谱；黑线；分光计；应用实验原理 在通常的光谱中,是用光源照亮位于准直透镜(或凹面镜)前焦面上的狭缝，使所形成的平行光照到分光元件上，所分出的不同波长的平行光束经成像透镜(或面镜)在其像方焦面的不同地方，形成狭缝的一系列不同颜色的像，这便是光谱。可见光只有由被照亮的狭缝(或暗背景中的亮线)才能得到光谱，而明亮背景中的黑线，本身不可能形成什么光谱。但是透过三棱镜观察画在白纸上的一条黑线(使棱脊与黑线方向平行)，的确会在黑线附近看到彩色带，其彩色的顺序与观察黑纸上的白线所看到的正常彩色顺序不同。白光通过三棱镜发生色散，是由于不同的颜色(波长)的光所对应的折射率不同。当狭缝很窄时，普通白光的光谱按红橙黄绿青蓝紫的顺序排列。对很宽的缝，可以将其视为是由一系列很窄的狭缝微元排列而成的，而每个微元都形成一套发散的光谱(即狭缝微元的一系列不同颜色的像)，但由于各个狭缝微元彼此太近,各种不同颜色的像又复合成白色，所以只有在两边缘才能看到色散，其中一个边缘出现红、橙、黄三色，另一边缘出现绿、青、蓝、紫色。对相距较远的两个很宽的缝，中间不透光的部分的两边缘经色散后，一边缘呈现出绿、青、蓝、紫色，另一边缘呈现红、橙、黄色，当不透光部分变的越来越窄，窄到只有一条黑线之隔时，两边缘形成的彩带一边的绿、青、蓝、紫与另一边的红、橙、黄相互靠近甚至交叠，形成了一连续彩带，因而看来黑线的“光谱”顺序为绿、青、蓝、紫、红、橙、黄，所谓黑线的“光谱”就是这样形成的。 实验装置（）分光机；（）用黑纸制成宽约毫米、毫米的狭缝，宽约毫米、四毫米、毫米的黑纸条，分别装入幻灯片框，成为特制幻灯片。装框时注意使各狭缝和窄纸条保持在中间位置，而20毫米宽的黑纸条装在幻灯片框的一端；（）三棱镜；（）手电一个。演示与效果（） 将光源（由手电充当）放置于分光计前。（） 将分光计加以改装，把其物镜圆筒拆掉（）打开光源，并将三棱镜放置于载物台上，调整其与分光计，使观察者通过目镜能清晰看到色散所形成的彩带。（）在分光计套筒前固定毫米的狭缝，稍加调节，可观察到色散，此时还可看出紫光的偏向角最大，红光偏向角最小。（）用毫米宽的狭缝幻灯片代替毫米的狭缝，仍使光束通过三棱镜，则会看到此时色散形成的彩带两边缘的红色和紫色仍很清晰，而中间的黄绿色不鲜明，甚至有些发白。（）将半边黑半边透明的幻灯片固定在套筒前，则可以看到很宽的亮带中间部分是白的，仅有两边缘分别可见红、橙、黄及绿、青、蓝、紫色。（）换10毫米宽的黑纸条幻灯片，则通过三棱镜后黑条两侧的亮带分别出现黄、橙、红及紫、蓝、青、绿的色散；换上毫米宽的黑纸条幻灯哦，则黑纸条两侧的红、紫色将很靠近；换上毫米宽的黑纸条幻灯片后，所观察到的彩带红紫部分将重叠，出现黄、橙、红、紫、蓝、青、绿顺序的彩带，即所谓的黑线的“光谱”。图光源三棱镜思考演示黑线光谱的其他方法法（一）：演示中的分光计可用小幻灯机代替，实验仪器中得添加屏幕，光路图如图（）所示：图（）其中屏幕三棱镜幻灯机法（二）：在法（二）的基础上将其中的三棱镜用闪耀光栅代替，例如用1200线毫米的光栅，当然屏幕也要改到幻灯机后面，但因反射光栅的角色散率一般很大，因此对很宽的狭缝衍射后中间部分也往往不是白的，而带有彩色。这种方法比较适合于大场面。光路图如图（）所示：图（）其中幻灯机平面闪耀光栅屏幕“黑线”光谱的应用（一） 基尔霍夫与本生通过太阳光谱的研究发现太阳中的元素。过程：基尔霍夫运用自行设计的仪器（就是以后的“分光计”）观察，他看到了清晰的太阳光谱，也看到了那一条条黑色的方和斐线。通过对黑线的研究，他们发现了每种元素都会产生几条特有的谱线，这些谱线都有固定的位置，从而创立了新的化学分析方法光谱分析法。同时，他们也发现方和斐线与亮线一样，也能表示太阳大气中有什么元素，由于太阳中的温度极高，发出来的光本来是连续光谱，但是太阳外围的气体温度较低，在这外围气体中有什么元素，就会把连续光谱中相应的谱线吸收掉。本生和基尔霍夫又用铁作了实验，发现铁光谱中有多条亮线，而在太阳光谱中，这多条亮线的位置正好有多条方和斐线，说明太阳上有铁。在对黑线研究过程中，他们发现了太阳中有氢、钠、钙、镍等元素。（二） 田景华的专利研究即用调制色散光谱代表多个数字信号的方法及应用。内容：将白光色散成光谱带，用个bit同时调制位于这光谱带上的光学开关群中的个开关，利用因此形成的有条亮线和黑线的光谱带“同时”代表个bit,将这光谱带汇聚在彩色胶片的一个点上爆光，得到比容量高成百上千倍的光盘。实验心得学校所组织的设计性实验对我的启迪比较大，它不仅培养了我对物理实验的兴趣，而且提高了我的动手能力。原本我对物理一直都不是很感兴趣，对其的认识仅限于应试，但自从接触