棱镜摄谱实验报告

1、南昌大学物理实验报告课程名称:普通物理实验(3)实验名称:用小型棱钱摄谱仪測定光波波长学院:专业班级：学生姓名:学号:实验地点：座位号：实验时间：一、实验目的：1. 了解棱镜摄谱仪的构造原理。2. 掌握棱镜摄谱仪的调节方法和摄谱技术。3. 学会用照相法测定某一光谱线的波长。二、实验仪器：玻璃棱镜摄谱仪，汞灯，氮一亂激光器，氮一魚辉光器，读数显微镜，暗室 设备等。三、实验原理：1. 棱镜摄谱仪的构造(1) 准直管准直管由狭缝S1和透镜L1组成。S1位于1_1的物方焦平面上。被分析物 质发出的光射入狭缝，经透镜L1后就成为平行光。实际使用中，为了使光源S 射出光在S 1上具有较大的照度，在光源与狭

2、缝之间放置会聚透镜1_,使光束会 聚在狭缝上。(2) 棱镜部分主要是一个(或几个)棱镜P,利用棱镜的色散作用，将不同波长的平行光分 解成不同方向的平行光。(3) 光谱接收部分光谱接收部分实际上就是一个照相装置。它包括透镜L2和放置在L2像方焦 平面上的照相底板F,透镜L2将棱镜分解开的各种不同波长的单色平行光聚焦 在F的不同位置上，如图(1)所示。由于透镜对不同波长光的焦距不同，当不同 波长的光经1_2聚焦后并不分布在与光轴垂直的同一平而上，所以，必须适当地 调整照相底板F的位置，方可清晰的记录各种波长的谱线。F（入J, F?（入2）, “分别是波长入1，入2，为的光所成的狭缝的像，叫做光谱

3、线。各条光谱线在底板上按波长依次排列就形成了被摄光源的光谱图。若光源辐 射的波长入入2，等为分立值，则摄得的光谱线也是分立的，叫做线光谱；若光 源辐射的波长为连续值，则摄得的是连续光谱。本实验用的小型玻璃棱镜摄谱仪，可用来拍摄可见光区域的光谱。其结构与图 1 61所示的基本相同，但由于采用恒偏棱镜代替三棱镜P,因此，它的照相装 置中光学系统的光轴与准直管的光轴垂直如图（2）所示。2. 摄谱仪的性能（1）色散色散代表仪器的分光能力，是衡量复色光经仪器色散E各单色光分散的程 度。为了得到质量较好的光谱，某一波长的谱线总是以最小偏向角的状态通过棱 镜，由于不同波长的谱线有不同的最小偏向角，所以可用角

4、色散表示棱镜色散的 特征（相差单位波长的两谱线分开的角距离）。棱镜的角色散D为：5 2sin A/2 dnD = = dA Jl_dsin/2 dA实际应用时，常使用线色散D 1来表示相差单位波长的两谱线在光谱而 上分开的距离ellF得：flD、= D1 COS式中，f2是聚光透镜1_2的焦距，e是底片与垂直光轴平面的夹角。显然，仪 器的线色散数值越大，不同波长两谱线中心分开的距离越远。(2) 分辨本领仪器分辨本领是指在用摄谱仪摄取波长为X附近的光谱时，刚刚能分辨出 两谱线的波长差。用R表示：Ar=该式中 K d为能够分辨的两谱线波长差。显然入d值越小，摄谱仪分 辨光谱的能力越高。根据瑞利判据

5、，色散棱镜的理论分辨本领为：dnR = bdA式中，b为棱镜底边的有效宽度。可见，要提高棱镜摄谱仪的光谱分辨本领, 必须选用高色散率的材料制作色散棱镜，且底边b要宽。(3) 相对孔径为了使照相底片上谱线能有较大的照度，缩短摄谱时间，在不计光通过摄谱 仪系统的光能损失时，谱线的照度E主要决定于进光狭缝的亮度B和照相物镜 L2o当透光孔径为D,焦距为f 2时，相对孔径为D/ f2,即：D 2FocS() fl。因此，要增加谱线的照度，可应用聚光照明系统，提高狭缝的亮度，并选用相对 孔径大的照相物镜。本实验将使用小型棱镜摄谱仪，通过拍摄氮亂辉光和氮魚激光的比较光谱， 测定氮亂激光的波长。比较光谱就是

6、将已知波长的谱线组和待测波长的谱线组并 列记录在同一底片上，只要记录时，保持各谱线组不发生横向移动，便可使辉光 放电谱线的已知波长，利用线性内插法，测知激光谱线的波长。3. 测量谱线波长假设在图5 1 45中一个较小的波长范围内，摄谱仪棱镜的色散是均匀 的，可以认为谱线在底板上的位置与波长有线性关系，即：久2-人亠一久1式中，入1、入2、入3为已知谱线的波长，介于入1与入2之间的待测 谱线波长为入x，它们在底板上的位置分别为nK n2和nx。所以，待测谱线的波长为:（久2 一久1）可见，只要在底板上测出谱线的位置n1、n2和n x,就可计算出待测谱线的波长入X。四、实验内容：。（1 ）调节共轴

7、，将光源S置于准直物镜1 L的光轴上。调节器时，先将汞灯点亮预热，竖直放置与入射缝等高，沿摄谱仪的底座导轨 将汞灯移远，从暗盒中央向摄谱仪内观察，调整光源的位置，使光源的像位于照相 物镜2 L的中央。此时，汞灯已位于1 L 的光轴上。（2）在光源与狭缝1 S之间加入聚光照明透镜L ,调节透镜L的位置， 使光源成像在入射缝上。若更换光源，只能调整光源的位置，而透镜L的位置 不应变动，以保证光源始终处在准直物镜1 L的光轴上。（3）取掉狭缝罩盖，在放置照相底板的位置上放一块毛玻璃，这时可看到汞 灯的线光谱。调节照相物镜位置和缝宽，注意观察毛玻璃上是否所有谱线都清晰, 若不清晰还需调节暗匣相对于系统

8、轴线的倾角。注意：在一般情况下尽量避免将缝宽调到零，以免损坏刀口！。（4）慢慢转动转动螺隸，可调整棱镜的位置，使被观察的光谱段位于适中的位 置，记录实验数据。五、实验数据及数据分析处理：nKnl（入2 一入1）其中.久=579.96nm A2 = 435.83nm序 号黄/mm绿 njmm护 2/mmnx _ H-j/mmn2 _ n/mmAJnm11.3574.91335. 3 1 43. 55 63 3.957564. 86721.0034.60335.0583. 60034.055564. 7 2431.2074. 94235. 5563. 73 534 349564. 28841.06

9、84. 57135. 3213.5033 4.253565.22051.1044. 73235. 4643. 62834.360564.74261.0814.64935. 3043.56834.223564. 9 3371. 4185. 02 135. 6 783.60334.2 60564. 80281.2014. 66235.3713. 4 613 4.1705 65. 36191.3824. 78735. 4 663.40534. 084565.56 1101.0284. 70635.3983. 67834. 3 70564. 53 6兀=564.9035 nmAA =(T. = F 人)/=0.1328标准差J/(I)合成不确