用单色仪测定介质的吸收曲线

1、用单色仪测定介质的吸收曲线实验目的1、了解单色仪的构造原理并掌握其使用；2、加深对介质光谱特性的了解，掌握测量介质的吸收曲线或透射曲线的原理和方法;3、初步了解光电池的工作原理及其应用。二、实验原理当一束光入射到有一定厚度的介质平板上时，吸收，剩下的光以介质板透射出来。设有一束波长为？入射光强为？0的单色平行光垂直入射到一块厚度为d的介质平板上，如图1所示。若从界面1射回的反射光的光强为巡从界面1向介质内透射的光的光强为?,入射到界面2的光的光强为2R从界面2出射的透射光的光强为？则定义介质板的光谱外透射率？加介质的光谱透射率？粉别为：?=有一部分被反射，另有一部分光被介质图5.ZJ一束光人射

2、到平板上？这里，巡？?，?2?,?都应该是光在界面1和2上以及介质中多次反、透射的总效果。通常，介质对光的反射、透射和吸收不但与介质有关，而且与入射光的波长有关。这里为简单起见，对以上及以后的各个与波长有关的量都省略波长标记，但都应理解为广谱量。光谱透射率？物波长？的关系曲线称为透射曲线。在介质内部（假定内部无散射），光谱透射率？用介质厚度d有如下关系：?=?高式中，？称为介质的线性吸收系数，一般也称为吸收系数。它不仅与介质有关，而且与入射光的波长有关。吸收系数？芍波长？的关系曲线称为吸收曲线。设光在单一界面上的反射率为R,则透射光的光强为?=?+?+?+?+.=?1-?了?3d+?1-?2?

3、!?3+?1?2?<4?-5"+领1-?2?夕？?7+.=?(1-?？?3d(1+?,？?2a*1+?*?ad+?人)_?(1-?；2?ad=1-?式中，？?，？?分别表示光从界面2第一次透射，第二次透射的光的光强。所以_?_(1-?2?ad.?=?-1-?2?"通常，介质的光谱透射率工和吸收系数？晁通过测量由同一材料（？下目同）加工成的、表面性质相同（R相同）但厚度不同的两块试样的光谱外透射率后计算得出的。设两块试样的厚度分别为d1和d2,d2d1，光谱外透射率分别为？?和？，则?ad2(1-?3?adl)?=?a”1-小？ad2)又一般R和？错酩艮小，故上式可近似

4、为?1? a (d2-d i)所以?=lnTi- lnT2?- ?综合以上?=一?本实验中采用光电池和微电流放大器测量光强。合适条件下，光电池输出的光电流与照射到它表面的光的光强成正比。光电流经由微电流放大器后由数字表直接显示其数值，从而计算光谱透射率和吸收系数，即?=?ln?7-ln?3?=?-?其中，？?和？?分别表示式样厚度为？?和？时微电流放大器上数字表的示值。三、实验装置图2是实验装置示意图。本实验中使用单色仪为WDM1型光栅单色仪。它的光学系统由三部分组成：入射狭缝？?和准直球面反射镜？?1构成入射准直系统，以产生平行光束；反射光栅G为色散元件，以产生各种波长的单色光；聚焦球面反射

5、镜？?2、平面反射镜？马及出射狭缝？?构成出射聚光系统，将光栅分出的单色光汇聚在出射狭缝？?上。图中汞灯P用于单色仪的校准。澳鸨灯F用于测量，澳鸨灯的工作电流有恒流源控制。自制的微电流放大器由高精度运放与数字显示组成。图5.2. 2实段装置示意图W就色仪/一盘电流放大BhL聚光透横川1 一用电池潭一熏灯及电源田，样晶架;F-慎雪灯及电源E单色仪调号手轮及波长读数装置会聚透镜L将光源F发出的白光会聚到入射狭缝？?上，然后投射到？2上。由于？?处在?1的焦平面上，因此？）的反射光成为平行光。此平行光经光栅G衍射后分成一系列衍射方向不同的各种波长的单色平行光。由于光栅装置是与单色仪的传动机构相连的，

6、因此当转动调节手轮K时，可使光栅旋转，让不同波长的单色平行光相继投射到聚焦球面反射镜？2上，并经平面镜？马反射后成像于出射狭缝？上。如果？?宽窄合适，不同波长的单色光就相继从？射出。波长值可从单色仪的波长读数装置上读出。本实验实际操作过程中，样品插放在入射狭缝前，由2块并排摆放的宽为 4mm厚度为0.8mn2.8mm的被玻璃组成。四、实验任务及注意事项（一）单色仪的调节和波长示值的校准1 利用汞灯作为光源校准单色仪的波长示值1） 波长读数装置转到577.0nm-579.1nm之间，汞灯放入射狭缝前，?1、?2?宽度调至2mm；2）迎光观察?2?上汞的黄色谱线，用显微镜对准出射狭缝，关小入射狭缝

7、使两谱线分开至较细即可；3）关小出射狭缝，同时微动手轮，是一条谱线在缝中间，使狭缝与谱线同宽，读单色仪示值；4）转手轮K读下一条谱线；5）检查测量值与标准值（435.8nm、546.1nm、577.0nm、579.1nm）之差，即仪器系统偏差（要求0.2nm）。2调节狭缝宽度1） 按步骤1中1）重新调节狭缝宽度2） 迎光观察?2上汞的两条黄色谱线，用显微镜对准出射狭缝，调节入射狭缝?1?使两谱线刚好分开，此时入射狭缝宽约0.8mm3） 调出射狭缝？，转手轮K,使出缝宽度与谱线宽度相同，此时？?、？?同宽，约0.8mm3调节溴钨灯光球面虢如图3,将光源聚焦成像在狭缝前。聚光镜通过光孔径？?=30

8、mm,焦距？?=60mm,单色仪球面镜（准直镜）的光阑宽度？?=50mm。成像规律遵守高斯公式。?此外为使球面镜孔径D充分照明，应使?=?（二）测量铉玻璃在610.0nm-550.0nm范围内的吸收曲线用澳鸨灯作光源并进行共轴调节，使外光路光轴与单色仪光轴重合，避免光线斜入射造成光能损失。手轮侬到610.0nm,通过？?观察透镜像，移动透镜，使像位于缝中，缩透镜2.左右移动澳鸨灯使像全亮。放样品架B,记录无样品及薄、厚样品在狭缝中间时的位3.装探测器，打开微电流放大器，微动澳鸨灯，使放大器示值最大4.调灯丝电流，使使放大器示值在1700-1900之间5.选定厚铉玻璃片，定性观察铉玻璃对不同波长

9、的吸收情况，确定吸收峰大致波长位置。正式测量时，每隔1nmi一次，吸收峰附近测量点应更密一些，每隔3?进行一次测量。测量范围610.0nm-550.0nm6 .选择薄铉玻璃片，在与厚铉玻璃片波长相对应的位置测量7 .根据两组数据，求被玻璃的吸收系数曲线五、数据处理以及误差分析1 .单色仪的调节和波长示值的校准x=0.35nm真值/nm435.8546.1577.0579.1示值/nm436.1546.5577.3579.5偏差/nm0.30.40.30.42 .测量铉玻璃在610.0nm-550.0nm范围内的吸收曲线实验数据记录如下表：入（修止前）入（修正后）n1n2a610.00610.3

10、51.501.3339.15608.00608.351.491.3532.87606.00606.351.481.3433.24604.00604.351.451.2840.91602.00602.351.421.2250.80600.00600.351.381.1660.29598.00598.351.351.0873.95596.00596.351.280.89121.39594.00594.351.220.75160.95592.00592.351.220.80140.91590.00590.351.190.75154.55589.50589.851.180.71170.28589.00

11、589.351.150.65191.14588.50588.851.120.59216.79588.00588.351.090.53239.10587.50587.851.060.48262.32587.00587.351.040.45283.18586.50586.851.030.42296.79586.00586.351.020.42298.81585.50585.851.030.43290.33585.00585.351.040.46272.08584.50584.851.060.51246.21584.00584.351.080.56216.84583.50583.851.110.63

12、189.42583.00583.351.130.69161.50582.50582.851.140.75140.46582.00582.351.150.79127.86580.00580.351.130.76131.34578.00578.351.050.52235.51576.50576.851.020.54214.80576.00576.351.020.53215.96575.50575.851.000.52221.88575.00575.350.980.49231.05574.50574.850.960.45251.00574.00574.350.940.41278.42573.5057

13、3.850.900.36309.33573.00573.350.880.32338.15572.50572.850.860.30355.95572.00572.350.870.31344.21571.50571.850.890.35307.32571.00571.350.920.43256.95570.50570.850.960.53202.22570.00570.351.010.63157.93569.50569.851.040.73116.56569.00569.351.060.8286.11568.50568.851.080.8867.20568.00568.351.090.9351.0

14、3566.00566.351.091.0126.68564.00564.351.081.0218.38562.00562.351.061.0214.42560.00560.351.041.0112.69558.00558.351.030.9912.59556.00556.351.000.9710.80554.00554.350.980.9510.35552.00552.350.960.9310.57550.00550.350.940.9110.41根据以上数据，绘制铉玻璃的吸收曲线，得到下图。400被玻璃的吸收曲线通过实验数据以及吸收曲线，我们可以比较明显地发现被玻璃的两个吸收峰，分别是入1=

15、572.5nm,a1=298.81/m入2=586.0nm,a2=355.95/m六、思考题1、 校对单色仪的波长示值为什么要用汞灯？而测量吸收曲线为什么要用溴钨灯？答：校对单色仪波长示值时应当采用有确定辐射可见谱线的光源，汞灯在可见光谱内有确定的404.7nm、435.8nm、546.1nm和577.0579.0nm的可见谱线。因此使用汞灯可以帮助实验者确定单色仪的偏差。溴钨灯光效高、寿命长、光色更好，全谱范围内光谱连续且平滑，因此用于测量吸收曲线比较适合。2、 试讨论单色仪的入射狭缝和出射狭缝的宽度对出射光单色性的影响。答：入射狭缝的宽度越小则出射光的单色性越好，出射狭缝的宽度与出射光的单色性无关。3、 实际上，微电流放大器的显示值是钕玻璃片的光谱外投射率、光源的光谱能量分布和光电池的光谱响应诸因素综合作用的