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:用小型棱镜摄谱仪测定光波波长学院:专业班级:学生姓名:学号:实验地点:座位号:实验时间:实验目得:１.了解棱镜摄谱仪得构造原理。２.掌握棱镜摄谱仪得调节方法与摄谱技术。３.学会用照相法测定某一光谱线得波长。实验仪器:玻璃棱镜摄谱仪,汞灯,氦—氖激光器,氦—氖辉光器,读数显微镜,暗室设备等。实验原理:1、棱镜摄谱仪得构造(1)准直管准直管由狭缝S1与透镜L1组成。S1位于L1得物方焦平面上。被分析物质发出得光射入狭缝,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上具有较大得照度,在光源与狭缝之间放置会聚透镜L,使光束会聚在狭缝上。(2)棱镜部分主要就是一个(或几个)棱镜P,利用棱镜得色散作用,将不同波长得平行光分解成不同方向得平行光。(3)光谱接收部分光谱接收部分实际上就就是一个照相装置。它包括透镜L2与放置在L2像方焦平面上得照相底板F,透镜L2将棱镜分解开得各种不同波长得单色平行光聚焦在F得不同位置上,如图(1)所示。由于透镜对不同波长光得焦距不同,当不同波长得光经L2聚焦后并不分布在与光轴垂直得同一平面上,所以,必须适当地调整照相底板F得位置,方可清晰得记录各种波长得谱线。图(1)分别就是波长为得光所成得狭缝得像,叫做光谱线。各条光谱线在底板上按波长依次排列就形成了被摄光源得光谱图。若光源辐射得波长等为分立值,则摄得得光谱线也就是分立得,叫做线光谱;若光源辐射得波长为连续值,则摄得得就是连续光谱。本实验用得小型玻璃棱镜摄谱仪,可用来拍摄可见光区域得光谱。其结构与图16—1所示得基本相同,但由于采用恒偏棱镜代替三棱镜P,因此,它得照相装置中光学系统得光轴与准直管得光轴垂直如图(2)所示。２.摄谱仪得性能(１)色散色散代表仪器得分光能力,就是衡量复色光经仪器色散后各单色光分散得程度。为了得到质量较好得光谱,某一波长得谱线总就是以最小偏向角得状态通过棱镜,由于不同波长得谱线有不同得最小偏向角,所以可用角色散表示棱镜色散得特征(相差单位波长得两谱线分开得角距离)。棱镜得角色散D为:实际应用时,常使用线色散D1来表示相差单位波长得两谱线在光谱面上分开得距离得:式中,f2就是聚光透镜L2得焦距,ε就是底片与垂直光轴平面得夹角。显然,仪器得线色散数值越大,不同波长两谱线中心分开得距离越远。(２)分辨本领仪器分辨本领就是指在用摄谱仪摄取波长为λ附近得光谱时,刚刚能分辨出两谱线得波长差。用R表示:该式中λd为能够分辨得两谱线波长差。显然λd值越小,摄谱仪分辨光谱得能力越高。根据瑞利判据,色散棱镜得理论分辨本领为:式中,b为棱镜底边得有效宽度。可见,要提高棱镜摄谱仪得光谱分辨本领,必须选用高色散率得材料制作色散棱镜,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得照度,缩短摄谱时间,在不计光通过摄谱仪系统得光能损失时,谱线得照度E主要决定于进光狭缝得亮度B与照相物镜L2。当透光孔径为D,焦距为f2时,相对孔径为D/f2,即:因此,要增加谱线得照度,可应用聚光照明系统,提高狭缝得亮度,并选用相对孔径大得照相物镜。本实验将使用小型棱镜摄谱仪,通过拍摄氦氖辉光与氦氖激光得比较光谱,测定氦氖激光得波长。比较光谱就就是将已知波长得谱线组与待测波长得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得已知波长,利用线性内插法,测知激光谱线得波长。3.测量谱线波长假设在图5—14—5中一个较小得波长范围内,摄谱仪棱镜得色散就是均匀得,可以认为谱线在底板上得位置与波长有线性关系,即:式中,λ1、λ2、λ3为已知谱线得波长,介于λ1与λ2之间得待测谱线波长为λx,它们在底板上得位置分别为n1、n2与nx。所以,待测谱线得波长为:可见,只要在底板上测出谱线得位置n1、n2与nx,就可计算出待测谱线得波长λx。实验内容:(１)调节共轴,将光源S置于准直物镜1L得光轴上。调节器时,先将汞灯点亮预热,竖直放置与入射缝等高,沿摄谱仪得底座导轨将汞灯移远,从暗盒中央向摄谱仪内观察,调整光源得位置,使光源得像位于照相物镜2L得中央。此时,汞灯已位于1L得光轴上。(２)在光源与狭缝1S之间加入聚光照明透镜L,调节透镜L得位置,使光源成像在入射缝上。若更换光源,只能调整光源得位置,而透镜L得位置不应变动,以保证光源始终处在准直物镜1L得光轴上。(３)取掉狭缝罩盖,在放置照相底板得位置上放一块毛玻璃,这时可瞧到汞灯得线光谱。调节照相物镜位置与缝宽,注意观察毛玻璃上就是否所有谱线都清晰,若不清晰还需调节暗匣相对于系统轴线得倾角。注