物理實驗 光譜測量與光譜分析

關于物理實驗光譜測量與光譜分析第一頁，共二十九頁，2022年，8月28日1一、實驗目的了解光柵光譜儀的工作原理；掌握利用光柵光譜儀進行測量的基本技術(shù)。第二頁，共二十九頁，2022年，8月28日2特征光譜：每一種元素在發(fā)光或吸光時都有其各自所特有的光譜線—特征譜線。所以，光譜是人們認識了解物質(zhì)成份的重要手段，在已知的元素中有近1/5都是通過光譜分析來發(fā)現(xiàn)的。光譜儀：用于進行光譜測量和物質(zhì)光譜分析的裝置。其主要作用：1.分解和分析光譜；2.測定波長與能量的對應關系，繪制光譜圖。光柵作用：光柵具有分光色散作用（同級光譜中不同的波長對應不同的衍射角），通過光柵可以把光譜中的不同波長分解開來。所以它是光柵光譜儀的核心組成部分。光譜分析與光譜儀二、實驗原理第三頁，共二十九頁，2022年，8月28日3如圖所示，處于能級E1的原子吸收能量躍遷到高能態(tài)E2時,將向下躍遷并發(fā)出相應能級差的光子：原子發(fā)光所以，測出元素的某一波長，根據(jù)其對應的能級差就可以算出普朗克常數(shù)h.透射率光通過任何物質(zhì)時都會被不同程度地吸收。定義單色光透過一定厚度的物質(zhì)時的百分透射率為：其中I0

和I分別是光從該物質(zhì)的入射和出射光強。第四頁，共二十九頁，2022年，8月28日4光柵光譜儀（單色儀）分光原理由狹縫S1入射的復色光，經(jīng)M2變成復色平行光照射到光柵G上，經(jīng)光柵色散后，不同波長的平行光束以不同的衍射角出射。通過旋轉(zhuǎn)光柵G改變角度，就可使某一波長的光經(jīng)M3聚焦在出射狹縫S2或S3上，再由S2后面的電光探測器記錄該波的波長、光強度等信息，并將數(shù)據(jù)輸入電腦處理。通過S3則可直接觀察光譜線。計算機光柵物鏡入射光旋轉(zhuǎn)鏡光電倍增管入射光衍射光轉(zhuǎn)臺光柵通過旋轉(zhuǎn)光柵實現(xiàn)對波長掃描.出射波長與光柵旋轉(zhuǎn)角度之間的關系為：式中，d和k分別是光柵常數(shù)和衍射級次。對同一單色儀，為確定值。第五頁，共二十九頁，2022年，8月28日5三、實驗儀器WGD-3型組合式多功能光柵光譜儀計算機汞燈、溴鎢燈、濾光片第六頁，共二十九頁，2022年，8月28日6四、實驗內(nèi)容測量汞燈光譜，根據(jù)測得波長計算普朗克常數(shù)。以溴鎢燈為光源，掃描綠色濾光片的透射率曲線，并測算透射率曲線能量半峰值對應的光譜寬度。第七頁，共二十九頁，2022年，8月28日7五、實驗操作指導第八頁，共二十九頁，2022年，8月28日8光入射狹縫光電倍增管光譜儀電源注意：請不要動這三顆狹縫螺絲，已調(diào)好。溴鎢燈溴鎢燈電源汞燈汞燈電源光譜儀光柵光譜儀及待測光源第九頁，共二十九頁，2022年，8月28日9濾光片插入口光入射狹縫濾光片插入口第十頁，共二十九頁，2022年，8月28日10電壓調(diào)至500V一、打開光譜儀和汞燈電源，光譜儀負高壓調(diào)至500V；二、開電腦，打開WGD-3光譜儀軟件；汞燈放置于此測量汞燈光譜圖步驟汞燈預熱幾分鐘第十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日11三、參數(shù)設置：模式選“能量”；間隔：0.1nm；起始波長：300nm，終止波長：650nm；寄存器-1；其余默認.點擊“單程”開始掃描測量汞燈光譜圖步驟按箭頭指示設置參數(shù)四、點擊“單程按鈕”開始單程掃描；第十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日12測量汞燈光譜圖汞燈光譜掃描結(jié)果第十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日13測量汞燈光譜圖五、修正波長自動尋峰按鈕點左下工具欄“自動尋峰”按鈕，在彈出的對話框中點“檢峰/谷”開始自動尋峰。第十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日14測量汞燈光譜圖步驟尋峰結(jié)果將間隔最寬兩峰中的左峰波長值與對應參考波長值（435.8nm）比較。算出測量值與參考值的差，以此進行修正。參考峰值波長:第十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日15測量汞燈光譜圖步驟波長修正點“波長修正”輸入修正值注：波長的最大修正量為±50nm.第十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日16測量汞燈光譜圖步驟六、波長修正完成后，重新尋峰，并記錄各條譜線的波長值.參考峰波長值:第十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日17汞譜線標準波長及其對應的能級躍遷:修正后的測量波長將測量的各個波長值和對應的理論能級差代入該公式計算普朗克常數(shù)h，求平均。與標準值比較，計算相對誤差。普朗克常數(shù)標準值七、計算普朗克常數(shù)第十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日18一、點亮溴鎢燈并放置于入射縫前；電壓調(diào)至300V.測量綠色濾光片的光譜透射率溴鎢燈溴鎢燈電源調(diào)至300V溴鎢燈預熱幾分鐘第十九頁，共二十九頁，2022年，8月28日19二、掃描基線：模式選“基線”；間隔：0.1nm；起始波長：200nm，終止波長：800nm；寄存器-2；其余默認.點擊“單程”開始掃描按箭頭指示設置參數(shù)點擊“單程”開始基線單程掃描；測量綠色濾光片的光譜透射率第二十頁，共二十九頁，2022年，8月28日20基線掃描結(jié)果溴鎢燈光譜（基線）測量綠色濾光片的光譜透射率第二十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日21測量綠色濾光片的光譜透射率三、掃描綠色濾光片的光譜透射率：1.從狹縫側(cè)面處插入綠色濾光片；2.模式選“透過率”；寄存器-3；其余參數(shù)不能改變！3.點擊“單程”開始掃描。改變箭頭指示兩個參數(shù)，其余的必須與基線掃描時相同，不能改變。插入濾光片第二十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日22濾光片透過率掃描結(jié)果基線測量綠色濾光片的光譜透射率濾光片透過率第二十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日23四、尋峰，記錄峰值處的波長和能量值。測量綠色濾光片的光譜透射率能量半峰值25.85第二十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日24五、測量能量半峰值處對應的光譜寬度。測量綠色濾光片的光譜透射率點“讀取譜線數(shù)據(jù)”按鈕，然后用鼠標在曲線上尋找能量半峰值的點，記錄其對應波長1。讀取譜線數(shù)據(jù)按鈕左側(cè)能量半峰值點記錄此數(shù)據(jù)能量半峰值25.85第二十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日25五、測量能量半峰值對應的光譜寬度。測量綠色濾光片的光譜透射率繼續(xù)尋找另一側(cè)的能量半峰值的點，記錄其對應波長2。右側(cè)能量半峰值點記錄此數(shù)據(jù)能量半峰值25.85第二十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日26六、計算能量半峰值對應的光譜寬度。測量綠色濾光片的光譜透射率能量半峰值所對應的光譜寬度為第二十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日27實驗做完將光譜儀