物理实验光谱测量与光谱分析

物理实验光谱测量与光谱分析1第一页，共二十四页，编辑于2023年，星期日特征光谱：每一种元素在发光或吸光时都有其各自所特有的光谱线—特征谱线。所以，光谱是人们认识了解物质成份的重要手段，在已知的元素中有近1/5都是通过光谱分析来发现的。光谱仪：用于进行光谱测量和物质光谱分析的装置。其主要作用：1.分解和分析光谱；2.测定波长与能量的对应关系，绘制光谱图。光栅作用：光栅具有分光色散作用（同级光谱中不同的波长对应不同的衍射角），通过光栅可以把光谱中的不同波长分解开来。所以它是光栅光谱仪的核心组成部分。光谱分析与光谱仪二、实验原理2第二页，共二十四页，编辑于2023年，星期日如图所示，处于能级E1的原子吸收能量跃迁到高能态E2时,将向下跃迁并发出相应能级差的光子：原子发光所以，测出元素的某一波长，根据其对应的能级差就可以算出普朗克常数h.透射率光通过任何物质时都会被不同程度地吸收。定义单色光透过一定厚度的物质时的百分透射率为：其中I0

和I分别是光从该物质的入射和出射光强。3第三页，共二十四页，编辑于2023年，星期日光栅光谱仪（单色仪）分光原理由狭缝S1入射的复色光，经M2变成复色平行光照射到光栅G上，经光栅色散后，不同波长的平行光束以不同的衍射角出射。通过旋转光栅G改变角度，就可使某一波长的光经M3聚焦在出射狭缝S2或S3上，再由S2后面的电光探测器记录该波的波长、光强度等信息，并将数据输入电脑处理。通过S3则可直接观察光谱线。计算机光栅物镜入射光旋转镜光电倍增管入射光衍射光转台光栅通过旋转光栅实现对波长扫描.出射波长与光栅旋转角度之间的关系为：式中，d和k分别是光栅常数和衍射级次。对同一单色仪，为确定值。4第四页，共二十四页，编辑于2023年，星期日三、实验仪器WGD-3型组合式多功能光栅光谱仪计算机汞灯、溴钨灯、滤光片5第五页，共二十四页，编辑于2023年，星期日四、实验内容测量汞灯光谱，根据测得波长计算普朗克常数。以溴钨灯为光源，扫描绿色滤光片的透射率曲线，并测算透射率曲线能量半峰值对应的光谱宽度。6第六页，共二十四页，编辑于2023年，星期日五、实验操作指导7第七页，共二十四页，编辑于2023年，星期日光入射狭缝光电倍增管光谱仪电源注意：请不要动这三颗狭缝螺丝，已调好。溴钨灯溴钨灯电源汞灯汞灯电源光谱仪光栅光谱仪及待测光源8第八页，共二十四页，编辑于2023年，星期日滤光片插入口光入射狭缝滤光片插入口9第九页，共二十四页，编辑于2023年，星期日电压调至500V一、打开光谱仪和汞灯电源，光谱仪负高压调至500V；二、开电脑，打开WGD-3光谱仪软件；汞灯放置于此测量汞灯光谱图步骤汞灯预热几分钟10第十页，共二十四页，编辑于2023年，星期日三、参数设置：模式选“能量”；间隔：0.1nm；起始波长：300nm，终止波长：650nm；寄存器-1；其余默认.点击“单程”开始扫描测量汞灯光谱图步骤按箭头指示设置参数四、点击“单程按钮”开始单程扫描；11第十一页，共二十四页，编辑于2023年，星期日测量汞灯光谱图汞灯光谱扫描结果12第十二页，共二十四页，编辑于2023年，星期日测量汞灯光谱图五、修正波长自动寻峰按钮点左下工具栏“自动寻峰”按钮，在弹出的对话框中点“检峰/谷”开始自动寻峰。13第十三页，共二十四页，编辑于2023年，星期日测量汞灯光谱图步骤寻峰结果将间隔最宽两峰中的左峰波长值与对应参考波长值（435.8nm）比较。算出测量值与参考值的差，以此进行修正。参考峰值波长:14第十四页，共二十四页，编辑于2023年，星期日测量汞灯光谱图步骤波长修正点“波长修正”输入修正值注：波长的最大修正量为±50nm.15第十五页，共二十四页，编辑于2023年，星期日测量汞灯光谱图步骤六、波长修正完成后，重新寻峰，并记录各条谱线的波长值.参考峰波长值:16第十六页，共二十四页，编辑于2023年，星期日汞谱线标准波长及其对应的能级跃迁:修正后的测量波长将测量的各个波长值和对应的理论能级差代入该公式计算普朗克常数h，求平均。与标准值比较，计算相对误差。普朗克常数标准值七、计算普朗克常数17第十七页，共二十四页，编辑于2023年，星期日一、点亮溴钨灯并放置于入射缝前；电压调至300V.测量绿色滤光片的光谱透射率溴钨灯溴钨灯电源调至300V溴钨灯预热几分钟18第十八页，共二十四页，编辑于2023年，星期日二、扫描基线：模式选“基线”；间隔：0.1nm；起始波长：200nm，终止波长：800nm；寄存器-2；其余默认.点击“单程”开始扫描按箭头指示设置参数点击“单程”开始基线单程扫描；测量绿色滤光片的光谱透射率19第十九页，共二十四页，编辑于2023年，星期日基线扫描结果溴钨灯光谱（基线）测量绿色滤光片的光谱透射率20第二十页，共二十四页，编辑于2023年，星期日测量绿色滤光片的光谱透射率三、扫描绿色滤光片的光谱透射率：1.从狭缝侧面处插入绿色滤光片；2.模式选“透过率”；寄存器-3；其余参数不能改变！3.点击“单程”开始扫描。改变箭头指示两个参数，其余的必须与基线扫描时相同，不能改变。插入滤光片21第二十一页，共二十四页，编辑于2023年，星期日滤光片透过率扫描结果基线测量绿色滤光片的光谱透射率滤光片透过率22第二十二页，共二十四页，编辑于2023年，星期日四、寻峰，记录峰值处的波长和能量值。测量绿色滤光片的光谱透射率能量半峰值25.8523第二十三页，共二十四页，编辑于2023年，星期日五、测量能量半