光源光谱的研究

1、光源光谱的研究 教学指导书 p235页实验任务：（1） 深入理解实验原理 （2） 确定设计性实验方案（3） 了解、熟悉仪器的使用（4） 观察汞灯一级谱线并求其波长（必做） （5） 观察钠灯光谱，与汞灯有何不同，两者可进行比较分析（6） 观察汞灯二级谱线，求光栅的分辨率等；（7） 实验的结果形式实验报告批改要求：（5分制）一、实验报告格式规范0.5二、实验方案质量 0.5三、操作规范性 0.5四、实验数据处理结果表达的科学性 2五、实验结果讨论误差分析以及结论质量 1.5（下面比较简洁，仅供参考）光栅衍射的原理：光栅的衍射光栅是根据多缝衍射原理制成的一种分光元件，它能产生谱线间距宽的匀排光谱。所

2、得光谱线的亮度比用棱镜分光时要小些，但光栅的分辨本领比棱镜大。光栅不仅适用于可见光，还能用于红外和紫外光波，常用在光谱仪上。衍射光栅有透射光栅和反射光栅两种，它们都相当于一组数目很多、排列紧密均匀的平行狭缝，透射光栅是用金刚石刻刀在一块平面玻璃上刻成的，而反射光栅则把刻缝刻在磨光的硬质合金上。实验教学用的是复制光栅（透射式），由明胶或动物胶在金属反射光栅印下痕线，再用平面玻璃夹好，以免损坏。 图1 光栅衍射 图2 光栅衍射后加会聚透 根据夫琅和费衍射的理论，当平行光垂直地投射到光栅平面上，则光被衍射后，凡衍射角适合条件 k=0，1，2， （1）时光将会加强，其它方向将完全抵消。式中是衍射角，d

3、=（a+b）是缝距，称为光栅常数（如图1），k是光谱的级数。如果用会聚透镜把这些衍射后的平行光会聚起来，则在透镜焦面上将出现亮线，称为谱线。在的方向上可以观察到中央极强，称为零级谱线。其他级数的谱线对称地分布在零级谱线的两侧，如图2。如果光源中包含几种不同的波长，则同一级 谱线对不同波长又将有不同衍射角，从而在不同的地方形成色光线，称为光谱。测出各种波长谱线的衍射角和光 栅常数d，即可由式（1）算出波长。 角度的读法： 0.5分为30等份每一份为1。 角度的计算： =1/4*（-）+（-）； 波长的计算： k=0；1；2 表格设计：汞灯谱线度盘k=1k=1sin(埃)(埃)标准值0 (埃)类别

4、示数黄左1174281334520200.347457904.65790.7右23542531347黄左1174231335020160.34645773.34.65769.6右23542531352绿左117314134571990.3285466.74.65460.7右23531731459蓝左1169131385115120.26224370.04.7右23491631852紫左11684139581440.24314051.74.74058.3右23488320数据处理：注：k=1 同理： ； ； 同理： ； ； 同理： ；;； 结果表达式： 同理： ； ；百分误差： 同理： （参考值

5、选错） 结果讨论：从实验数据看，所测光波波长与参考值相差较小，但紫色光与蓝色光的误差相对大一些，尤其是蓝光，实际操作中观察到的光线较弱、角度较小、会产生大误差。但总体看来实验还是成功测出了汞灯各光谱的波长。误差产生的原因： 定性分析： 1、望远镜、平行光管的主光轴在同一直线上，但与仪器的主轴不垂直。 2、狭缝太宽读数不精确；太窄亮度不够、不易观察。 3、入射光没有严格垂直地照射在光栅表面，平行光管狭缝与光栅刻痕不严格平行，有夹角。 4、光栅工艺不精，光栅常数d有误差。 5、分光计自身的系统误差。 6、人眼的视差产生的误差。 7、不同波长光的衍射光谱有一定的宽度，不易确定它的中心位置。 定量分析

6、：1、光栅光谱的波长随衍射角变化如何变化？成正比关系吗（从理论和实际两方面讨论）。谱线类别黄黄绿（强）蓝紫项目衍射角202020161991512144波长（埃）5790.05773.35466.74370.04051.7 从理论公式： k=0，1，2， 看与sin成正比，只有当角很小时，sin，但从实验数据看出较大，与不成正比关系.但随着角的增大而增大。 从实际数据（如下图）看，与不成正比关系. 也随着角的增大而增大。 理论得到验证。 2、光栅光谱和棱镜光谱的异同 相同：它们都是光的色散元件，将复色光分解为单色光。 在衍射角大时都为非正比光谱排列。不同：如下 三棱镜衍射光栅原理不同光的折射现象光的衍射现象公式不同n=c/f*（n），（较小7.510，与成正比）；否则，。排列