棱镜摄谱试验报告

1、大学物理实验报告课程名称：普通物理实验（3）实验名称：用小型棱镜摄谱仪测定光波波长学院：专业班级:学生：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，氢一须激光器，氮一凝辉光器，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L1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S1上具有较大的照度，在光源与狭缝之间

2、放置会聚透镜 L,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L2聚焦后并不分布在与光轴垂直的同一平面上，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。图（1）（小），分别是波长a，%为的光所成的狭缝的像，叫做光谱线。各条光谱线在底板上按波长依次排列

3、就形成了被摄光源的光谱图。若光源辐射的波长'卜乙，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16-1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5光源舟一狭缢尸一恒偏向楂镜尸一照相底检上一会聚透镜 工一沿:直管物镜 小一乙一解楣物镜14 22 .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后各单色光分散的程 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

4、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：曲巾2sin A/2dnD - ,一 实际应用时，常使用线色散D1来表示相差单位波长的两谱线在光谱面上分开的距离dl1 dA得：Pi=DCOS£式中，f2是聚光透镜L2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人附近的光谱时，刚刚能分辨出两谱线的波长差。用R表示：该式中入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

5、能力越高。根据瑞利判据，色散棱镜的理论分辨本领为:dnR = hdA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 L2。当透光孔径为D,焦距为f2时，相对孔径为D/ f2 ,即：E « 吟)2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,通过拍摄氢式辉光和氮式激光的比较光谱， 测定氮式

6、激光的波长。比较光谱就是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，利用线性插法，测知激光谱线的波长。3.测量谱线波长假设在图5145中一个较小的波长围，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：式中，入1、A2、入3为已知谱线的波长，介于入1与A2之间的待测谱线波 长为Xx ,它们在底板上的位置分别为 n1、n2和nx。所以，待测谱线的波长 为：氏=乙+ «-%。71可见，只要在底板上测出谱线的位置 n1、n2和nx,就可计算出待测谱 线的波长入x。四、实验容：(1)调节共轴，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