棱鏡攝譜實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： 普通物理實(shí)驗(yàn)（3）實(shí)驗(yàn)名稱： 用小型棱鏡攝譜儀測(cè)定光波波長(zhǎng)學(xué)院：專業(yè)班級(jí):學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：座位號(hào)：實(shí)驗(yàn)時(shí)間：一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?了解棱鏡攝譜儀的構(gòu)造原理。2 .掌握棱鏡攝譜儀的調(diào)節(jié)方法和攝譜技術(shù)。3 學(xué)會(huì)用照相法測(cè)定某一光譜線的波長(zhǎng)。二、實(shí)驗(yàn)儀器：玻璃棱鏡攝譜儀，汞燈，氦氖激光器，氦氖輝光器，讀數(shù)顯微鏡，暗室 設(shè)備等。三、實(shí)驗(yàn)原理：1.棱鏡攝譜儀的構(gòu)造（1）準(zhǔn)直管準(zhǔn)直管由狹縫 S1 和透鏡 L1 組成。 S1 位于 L1 的物方焦平面上。被分析物 質(zhì)發(fā)出的光射入狹縫，經(jīng)透鏡 L1 后就成為平行光。實(shí)際使用中，為了使光源 S 射出光在S1上具有較大的照度，

2、在光源與狹縫之間放置會(huì)聚透鏡 L,使光束會(huì) 聚在狹縫上。（2）棱鏡部分主要是一個(gè)（或幾個(gè)）棱鏡P，利用棱鏡的色散作用，將不同波長(zhǎng)的平行光 分解成不同方向的平行光。（ 3）光譜接收部分光譜接收部分實(shí)際上就是一個(gè)照相裝置。它包括透鏡 L2 和放置在 L2 像方 焦平面上的照相底板F，透鏡L2將棱鏡分解開的各種不同波長(zhǎng)的單色平行光聚 焦在 F 的不同位置上，如圖（ 1）所示。由于透鏡對(duì)不同波長(zhǎng)光的焦距不同，當(dāng) 不同波長(zhǎng)的光經(jīng) L2 聚焦后并不分布在與光軸垂直的同一平面上，所以，必須適 當(dāng)?shù)卣{(diào)整照相底板 F 的位置，方可清晰的記錄各種波長(zhǎng)的譜線。, 分別是波長(zhǎng)， 為的光所成的狹縫的像，叫做光譜線。各條

3、光譜線在底板上按波長(zhǎng)依次排列就形成了被攝光源的光譜圖。若光源輻射的波長(zhǎng)， 等為分立值，則攝得的光譜線也是分立的，叫做線光譜； 若光源輻射的波長(zhǎng)為連續(xù)值，則攝得的是連續(xù)光譜。本實(shí)驗(yàn)用的小型玻璃棱鏡攝譜儀，可用來拍攝可見光區(qū)域的光譜。其結(jié)構(gòu)與 圖16 1所示的基本相同，但由于采用恒偏棱鏡代替三棱鏡 P，因此，它的照相 裝置中光學(xué)系統(tǒng)的光軸與準(zhǔn)直管的光軸垂直如圖（2）所示。徑二牽1F» 狹縫尸一恒僞向棱鏡F照.相底fiS£一會(huì)聚透鏡 厶一準(zhǔn)直管物鏡照相物鏡1422 攝譜儀的性能(1) 色散色散代表儀器的分光能力，是衡量復(fù)色光經(jīng)儀器色散后各單色光分散的程度。 為了得到質(zhì)量較好的光譜

4、，某一波長(zhǎng)的譜線總是以最小偏向角的狀態(tài)通過棱鏡， 由于不同波長(zhǎng)的譜線有不同的最小偏向角， 所以可用角色散表示棱鏡色散的特征(相差單位波長(zhǎng)的兩譜線分開的角距離)。棱鏡的角色散D為：實(shí)際應(yīng)用時(shí)，常使用線色散D1來表示相差單位波長(zhǎng)的兩譜線在光譜面上 分開的距離得：式中，f2是聚光透鏡L2的焦距，&是底片與垂直光軸平面的夾角。顯然, 儀器的線色散數(shù)值越大，不同波長(zhǎng)兩譜線中心分開的距離越遠(yuǎn)。儀器分辨本領(lǐng)是指在用攝譜儀攝取波長(zhǎng)為入附近的光譜時(shí)，剛剛能分辨出兩譜線的波長(zhǎng)差。用R表示：該式中入d為能夠分辨的兩譜線波長(zhǎng)差。顯然入d值越小，攝譜儀分辨光譜的能力越高。根據(jù)瑞利判據(jù)，色散棱鏡的理論分辨本領(lǐng)為：

5、式中，b為棱鏡底邊的有效寬度?？梢?，要提高棱鏡攝譜儀的光譜分辨本領(lǐng)， 必須選用高色散率的材料制作色散棱鏡，且底邊b要寬。(3) 相對(duì)孔徑為了使照相底片上譜線能有較大的照度，縮短攝譜時(shí)間，在不計(jì)光通過攝譜 儀系統(tǒng)的光能損失時(shí)，譜線的照度 E主要決定于進(jìn)光狹縫的亮度B和照相物鏡 L2。當(dāng)透光孔徑為D，焦距為f2時(shí)，相對(duì)孔徑為D/ f2，即：因此，要增加譜線的照度，可應(yīng)用聚光照明系統(tǒng)，提高狹縫的亮度，并選用 相對(duì)孔徑大的照相物鏡。本實(shí)驗(yàn)將使用小型棱鏡攝譜儀，通過拍攝氦氖輝光和氦氖激光的比較光譜，測(cè)定氦氖激光的波長(zhǎng)。比較光譜就是將已知波長(zhǎng)的譜線組和待測(cè)波長(zhǎng)的譜線組并 列記錄在同一底片上，只要記錄時(shí)，保

6、持各譜線組不發(fā)生橫向移動(dòng)，便可使輝光 放電譜線的已知波長(zhǎng)，利用線性內(nèi)插法，測(cè)知激光譜線的波長(zhǎng)。3 測(cè)量譜線波長(zhǎng)假設(shè)在圖5145中一個(gè)較小的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，攝譜儀棱鏡的色散是均勻的， 可以認(rèn)為譜線在底板上的位置與波長(zhǎng)有線性關(guān)系，即 ：式中，入1、疋、心為已知譜線的波長(zhǎng)，介于入1與疋之間的待測(cè)譜線波長(zhǎng)為/x，它們?cè)诘装迳系奈恢梅謩e為n1、 n2和nx。所以，待測(cè)譜線的波長(zhǎng)為可見，只要在底板上測(cè)出譜線的位置 n1、n2和nx，就可計(jì)算出待測(cè)譜線 的波長(zhǎng)入x。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：(1) 調(diào)節(jié)共軸，將光源S置于準(zhǔn)直物鏡1 L的光軸上。調(diào)節(jié)器時(shí)，先將汞燈點(diǎn)亮預(yù)熱，豎直放置與入射縫等高，沿?cái)z譜儀的底座導(dǎo) 軌將汞燈移遠(yuǎn)

7、，從暗盒中央向攝譜儀內(nèi)觀察，調(diào)整光源的位置，使光源的像位于 照相物鏡2 L的中央。此時(shí)，汞燈已位于 1 L的光軸上。(2) 在光源與狹縫1 S之間加入聚光照明透鏡 L，調(diào)節(jié)透鏡L的位置，使光源成像在入射縫上。若更換光源，只能調(diào)整光源的位置，而透鏡L的位置不應(yīng)變動(dòng)，以保證光源始終處在準(zhǔn)直物鏡 1 L的光軸上。(3) 取掉狹縫罩蓋，在放置照相底板的位置上放一塊毛玻璃，這時(shí)可看到汞燈的線光譜。調(diào)節(jié)照相物鏡位置和縫寬，注意觀察毛玻璃上是否所有譜線都清 晰，若不清晰還需調(diào)節(jié)暗匣相對(duì)于系統(tǒng)軸線的傾角。注意：在一般情況下盡量避免將縫寬調(diào)到零，以免損壞刀口！(4) 慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋，可調(diào)整棱鏡的位置，使被觀察

8、的光譜段位于適中 的位置，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析處理：其中:序號(hào)黃綠紫11.3574.91335.3143.55633.957564.86721.0034.60335.0583.60034.055564.72431.2074.94235.5563.73534.349564.28841.0684.57135.3213.50334.253565.22051.1044.73235.4643.62834.360564.74261.0814.64935.3043.56834.223564.93371.4185.02135.6783.60334.260564.80281.2014.66235.3713.46134.170565.36191.3824.78735.4663.40534.084565.561101.0284.70635.3983.67834.370564.