小型棱镜摄谱仪 指导书
用小型棱镜摄谱仪测定光波波长(完整)
姓名：小田田学号：5502211070 班级：本硕111班实验日期：2012年10月23日（第八周）用小型棱镜摄谱仪测定光波波长我们知道物质的原子和分子都能够辐射和吸收自己的特征光谱。
分析物质的辐射或吸收光谱，就可以了解物质的组成和各成分的含量。
由于光谱分析具有较高的灵敏度，特别是对低含量元素的分析准确度较高，分析速度快。
因此，它在科学实验和研究中有着重要应用。
【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。
【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5—14—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。
分别是波长为和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就形成了被摄光源的光谱图。
若光源辐射的波长等为分立值，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。
姓名：小田田学号：5502211070 班级：本硕111班实验日期：2012年10月23日（第八周）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。
棱镜摄谱和光谱分析
棱镜摄谱和光谱分析PB05204044 张雯实验组别：20 实验台：实验目的：(1)熟悉摄谱仪的主要结构，了解电极架结构及使用方法(2)熟悉使用电弧发生器激发铁电弧(3)学会使用哈德曼光阑，用棱镜摄谱仪摄取光谱线(4)学会对光谱片作定性分析实验仪器：棱镜摄谱仪，电弧，哈德曼光阑，毛玻璃，氦光谱管，底片盒，谱板，读数显微镜实验原理：(1)棱镜摄谱仪本次实验所用的是可见光范围内的小型棱镜摄谱仪，S为光源，L为透镜，使S发出的发散光会聚后均匀照亮狭缝，S1为狭缝，以控制入射光的宽度；L1的焦距位于S1，这样可以产生平行光，经棱镜折射后再由L2和L3会聚到照相底板F.(2)光谱的定性分析本次实验中使用铁谱作为已知谱，中间为氦谱作为未知谱.因为铁光谱谱线丰富，而且几乎每一条谱线的波长都被准确地测定，故只要并列拍摄铁光谱与未知样品光谱，并对所摄的底片进行测量，通过计算即可求出未知谱线的波长.如下图所示：1λ，2λ为已知的两条铁谱谱线。
x λ为1λ，2λ所夹的未知谱线的波长。
1l ，2l ，x l 分别为1λ，2λ，x λ处的读数。
当1λ与2λ很近时，l αλ∆=∆ 成立（α为棱镜的色散率） 因此可以用插入法得121x xa aλλλλ-=- 其中21a l l =-，1x x a l l =-即 121()x x a a λλλλ=+-实验中必须用投影仪将底片上的谱图放大以便识谱和读谱；台式投影仪上有读数装置，可以直接测量各相邻谱线间的距离，而光谱投影仪则需要将底片放到读数显微镜上来测量相邻谱线的距离.实验中最后确定的仪器各项数据：数据处理：实验中，测量的是一条氦谱谱线及其左边的两条铁谱谱线的相应位置x l ，1l ，2l 。
如图：依据实验原理，有112x x a aλλλλ-=- ，则112()x x aa λλλλ=+-，其中21al l =- 1x x a l l =-铁谱的疏密和清晰程度各不相同，有的地方稀疏一些，有的地方稠密一些，每条谱线的粗细不同，相邻两条谱线的间距也有很大差别。
棱镜摄谱实验报告
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：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，氦—氖激光器，氦—氖辉光器，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），…为的光所成的狭缝的像，F1(λ1)，F2(λ2)，…分别是波长λ1，λ2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的光，…等为分立值，则摄得的光谱线也是谱图。
若光源辐射的波长λ1，λ2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。
２．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。
实验17-1光谱的拍摄（观测）与测量
实验17-1 光谱的拍摄（观测）与测量实验目的1、了解小型棱镜摄（读）谱仪的结构和使用。
2、初步掌握用摄（读）谱、测量波长的方法。
实验仪器小型棱镜摄（读）谱仪、低压汞灯、钠灯、读数显微镜、光谱干版及冲设备 实验原理⒈ 光谱和物质结构的关系每种物质的原子都有自己的能级结构，原子通常处于基态，当受到外部激励后，可由基态迁到能量较高的激发态。
由于激发态的不稳定，处于高能级的原子很快就返回基态，此时发射出一定能量的光子的波长（或频率）由对应两能级之间的能量差i E ∆决定。
00,E E E E E i i i 和-=∆分表示原子处于对应的激发态和基态的能量。
即i i ii i E hc chhv E ∆===∆λλ或式中， i =1，2，3，…，h 为普朗克常数，c 为光速。
每一种元素的原子，经激发后再向低能级跃迁时，可发出包含不同频率（波长）的光，这些光经色散元件即可得到一对应光谱，就可对物质的组成和结构进行分析。
⒉ 光谱的观察与拍摄——小型棱镜摄（读）谱仪的结构和使用棱镜摄（读）谱仪是用棱镜进行分光，用直读法或照相法记录光谱的光学仪器。
它主要由摄（读）谱仪主体和光源（交流电弧发生器及电极）两大 部分组成，下面主要介绍摄（读） 谱仪主体。
（1）基本光路图17-1是摄（读）谱仪的示 意光路图，它分三部分，狭缝D 和准直镜（平行光管）O 1组成准直系统，将待测光变成平行光， 图17-1 摄（读）谱仪的光路图 透经L 是把待测光先行会聚到狭逢上，以增加光强；棱镜P作为色散元件，把投射到第一折射面的不同波长的平行光，经折射后分成沿不同方向的平行光（因为物质的折射率因波长而变）；照相物镜O2和焦平面E处的记录材料组成光谱的接收系统。
由于物镜O2将不同方向的平行光依次会聚在焦平面上，故形成光谱，为使整个光谱都清晰，焦平面E的方位必须细心调节。
（2）小型棱镜摄谱仪的基本结构图17-2是摄谱仪的基本构图（注：只要把图17-2的“6”底片盒换成读谱装置该仪器就能直接测量出各谱线的相对位置，故称“读谱仪”）。
棱镜摄谱仪实验报告doc
棱镜摄谱仪实验报告篇一：《用小型棱镜摄谱仪测量激光的主谱线波长》评分：大学物理实验设计性实验实验报告实验题目：用小型棱镜摄谱仪测量激光的主谱线波长班级：电信06-1姓名：林松学号： 22指导教师：茂名学院技术物理系大学物理实验室实验日期：XX 年11 月29 日实验26 《用小型棱镜摄谱仪测量激光的主谱线波长》实验提要实验课题及任务《用小型棱镜摄谱仪测量激光的主谱线波长》实验课题任务是，用小型棱镜摄谱仪测量激光的波长。
实验提示在实验室现有的条件下，用小型棱镜摄谱仪来测量激光光谱主谱线的波长，有两种方法。
⑴读谱法：参阅以开实验MP-2《光谱的拍摄与测量》，的读谱方法。
⑵摄谱法：参阅以开实验MP-2《光谱的拍摄与测量》，的摄谱方法。
学生根据自己所学知识，设计出《用小型棱镜摄谱仪测量激光的主谱线波长》的整体方案，内容包括：(写出实验原理和理论计算公式；选择测量仪器；研究测量方法；写出实验内容和步骤。
)然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果。
按书写科学论文的要求写出完整的实验报告。
设计要求与提示⑴采用读谱法测量激光波长，方法和《光谱的拍摄与测量》实验的读谱法基本上是相同的，不同的是如何将已知光源和待测光源的光，同时照射到摄谱仪的狭缝上(这是该实验的关键)，再通过读谱仪进行测量，测量方法和《光谱的拍摄与测量》相同。
⑵采用摄谱法测量激光波长，方法和《光谱的拍摄与测量》实验的摄谱法基本相同，但问题的是如何将已知光谱和待测光谱的光强调配好，因为激光的光强比汞灯和钠灯都强得多，拍摄时的曝光时间要掌握准确，否则排出的底片洗出冲洗后效果不好，甚至失败。
这样就需要设计好各次曝光时间、显影时间、定影时间，显影、定影药液的选择与配置，测量谱线距离时要用读数显微镜测量等。
⑶该实验有多种方法，可以根据上面的提示来设计，也可以根据自己的设想和方法来设计。
⑷选择实验仪器，小型棱镜摄谱仪、光源(汞灯、钠灯、激光器)、读数显微镜、聚光镜、光谱干板及冲洗设备。
小型棱镜摄谱仪指导书
小型棱镜摄谱仪的使用一．实验内容1．了解摄谱仪的结构、原理和使用方法，学习小型摄谱仪的定标方法。
2．观察物质的发射光谱，测定氢原子光谱线的波长，验证原子光谱的规律性，测定氢原子光谱的里德堡常数。
二．教学要求1．进一步认识原子辐射的微观机理，学习借助分析原子光谱的规律性研究微观世界的方法。
2．学习物理量的比较测量方法。
三．实验器材小型摄谱仪、汞灯及镇流器、氢灯及电源、调压变压器。
四．实验原理任何一种原子受到激发后，当由高能级跃迁到低能级时，将辐射出一定能量的光子，光子的波长为λ，由能级间的能量差决定E ∆： Ehc ∆=λ 式中，h 为普朗克常数，c 为光速。
E ∆不同，λ也不同。
同一种原子所辐射的不同波长的光，经色散后按一定程序排列而成的光谱，称发射光谱。
不同元素的原子结构是不相同的，因而受激发后所辐射的光波具有不同的波长，也就是有不同的发射光谱。
通过对发射光谱的测量和分析，可确定物质的元素成分，这种分析方法称为光谱分析。
通过光谱分析，不仅可以定性地分析物质的组成，还可以定量地确定待测物质所含各种元素的多少。
发射光谱分析常用摄谱仪进行。
小型棱镜摄谱仪，是以棱镜作为色散系统，观察或拍摄物质的发射光谱。
1．氢原子光谱的规律1885瑞士物理学家巴尔末发现，氢原子发射的光谱，在可见光区域内，遵循一定的规律，谱线的波长满足巴尔末公式：)4(220-=n n n λλ（1）式中，n=3，4，5 ，组成一个谱线系，称为巴尔末线系。
用波数（λν1~=）表示的巴尔末公式为：)121(1~22n R H nn-==λν n=3，4，5（2）式（2）中，H R 称为氢原子光谱的里德堡常数。
用摄谱仪测出巴尔末线系各谱线的波长后，就可由式（2）算出里德堡常数H R ，若与公认值H R =1.0967761710--⨯m 相比，在一定误差范围内，就能验证巴尔末公式和氢原子光谱的规律。
小型棱镜摄谱仪的使用
小型棱镜摄谱仪的使用任何一种原子受到激发后，当由高能级跃迁到低能级时，将辐射出一定能量的光子，光子的波长为，由能级间的能量差决定：式中，为普朗克常数，c为光速。
不同，也不同。
同一种原子所辐射的不同波长的光，经色散后按一定程序排列而成的光谱，称发射光谱。
不同元素的原子结构是不相同的，因而受激发后所辐射的光波具有不同的波长，也就是有不同的发射光谱。
通过对发射光谱的测量和分析，可确定物质的元素成分，这种分析方法称为光谱分析。
通过光谱分析，不仅可以定性地分析物质的组成，还可以定量地确定待测物质所含各种元素的多少。
发射光谱分析常用摄谱仪进行。
小型棱镜摄谱仪，是以棱镜作为色散系统，观察或拍摄物质的发射光谱。
【实验目的】：1．了解摄谱仪的结构、原理和使用方法，学习小型摄谱仪的定标方法。
2．观察物质的发射光谱，测定氢原子光谱线的波长，验证原子光谱的规律性，测定氢原子光谱的里德堡常数。
3．学习物理量的比较测量方法。
【实验仪器】：小型摄谱仪、汞灯及镇流器、氢灯及电源、调压变压器。
【实验原理】：1．氢原子光谱的规律1885瑞士物理学家巴尔末发现，氢原子发射的光谱，在可见光区域内，遵循一定的规律，谱线的波长满足巴尔末公式：（1）式中，n=3，4，5，组成一个谱线系，称为巴尔末线系。
用波数（）表示的巴尔末公式为：n=3，4，5（2）式（2）中，称为氢原子光谱的里德堡常数。
用摄谱仪测出巴尔末线系各谱线的波长后，就可由式（2）算出里德堡常数，若与公认值=1.096776相比，在一定误差范围内，就能验证巴尔末公式和氢原子光谱的规律。
2．谱线波长的测量先用一组已知波长的光谱线做标准，测出它们移动到读数标记位置处时螺旋刻度尺的读数后，以为横坐标，为纵坐标，作~定标曲线。
对于待测光谱波长的光源只要记下它各条谱线所对应的螺旋尺上读数，对照定标校正曲线就可确定各谱线的波长。
本实验利用汞灯为摄谱仪进行定标校正。
然后测出氢原子光谱巴尔末线系各谱线的波长，再根据式（2）算出。
棱镜摄谱仪实验
d
dx
x
1
2
1
d
dx
式中 ：d 两条钠谱线之间的距离，dx 是被测谱线与 1
谱线之间的距离。 谱线之间的距离通过测微目镜来测量。
测微目镜原理图
叉丝平面
螺旋测微计
目镜 测微目镜
测微目镜
2. 测微目镜的原理
主尺
叉丝 5
游标
10
10
45 40
螺旋测微计
测微目镜原理图
3. 测量：
测量时，使用测微目镜调节支架上的螺旋测微计进行测量，转动支架 上的螺旋测微计可以使测微目镜做平行移动。当叉丝的交叉点或竖线对准 备测谱线一个边缘是，记录下主尺的读数，继续转动螺旋测微计，使得叉 丝对准下一个被测谱线的同一个边缘,再记录下主尺的读数，其差值为两条
2. 测量时特别注意，不要将身体接触到带电处，以免被 电击。
3. 调节光源时，手只能接触光源调节架，调节结聚焦透 镜时，注意不要碰到激光器。
光源
棱镜调节鼓轮
物镜调焦鼓轮
狭缝窗口
及缝宽调节装 置
测微目镜及测微目镜安装支架
五、 实验要求： 1. 测量两条钠谱线左边相邻的三条最亮的谱线的波长。 2. 每条谱线测量三次，计算出波长的平均值。 3. 谱线的排列顺序是，从左到右分别为：
红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。
六、实验注意事项：
1. 注意安全，激光器两端接有1000伏以上的高电压，并 且是明线连接，激光器的两个端头为金属头，均带电。
线 光 谱
氦 光 谱氖 光 谱 光谱1光谱2钠 吸 收 光 谱
二、原子光谱：
原子中的电子绕核运动时，只能处于一些不连续的
稳定态（定态），这些定态分别具有能量 E1,E 2…,但不、 能辐射能量。只有当原子从能量为E1的定态过渡到能量 为E 2的定态时，辐射才会发生，这种过渡叫跃迁。从 低能态跃迁到高能态，原子吸收光子，反之则发射光 子。
棱镜摄谱实验
棱镜摄谱实验一．实验目的1. 了解棱镜摄谱仪的结构和工作原理，掌握摄谱、识谱、谱线测量等光谱分析的基本操作技术。
2. 通过对氢原子光谱可见光谱线波长的观察、测量，了解氢原子光谱巴尔末线系的规律性。
3. 测量氢的里德堡常数。
二．实验原理 1. 原子光谱一般情况下，物质中的原子处在最低能级E ，又叫基态；当原子从外界获得了能量后，它的外层电子（一个或几个）将因获得能量而跃迁到离核较远的电子轨道上，原子将处在一个高于基态的能级nE ，叫激发态；处于激发态nE 的原子很不稳定，一般在8710~10--秒左右就要回落到基态或比n E 低的激发态mE ，并同时发射一个光子，这个光子的频率、波长与两能级能量差的关系为：λchhv E E E m n ==-=∆ （4.9.1）式中λ为所发射光子的波长，v 为频率，h 为普朗克常数，c 为光速。
nE 、mE 为原子处于激发态的能级的能量，它由原子的结构决定，不同元素的原子结构不同，它们辐射的光谱线波长也不同，即不同元素的原子具有不同的特征谱线。
原子光谱除了反映出原子内部的运动规律（如分立能级、轨道角动量量子化……等）外，若我们在某物体所发的光谱中发现了某种元素的光谱线，则该元素一定存在于该物体中，特别是在物体中该元素含量很少时，它的本特征谱线的强弱就直接反映了物体中该元素含量的多少。
2. 怎样拍摄光谱图光谱分析的过程，首先要对分析的试样（物体）进行激发，使其原子在相应能级间有可能的跃迁中产生光辐射，接着把辐射的光引入摄谱仪，经过色散，按波长排列展成光谱，并用感光底片把光谱记录下来，得到光谱图，最后根据所记录的光谱线对试样的组成进行定性或定量的分析。
摄谱的仪器一般分为两类：一类叫棱镜摄谱仪，另一类叫光栅摄谱仪。
图4.9.1是国内物理实验室常用的小型棱镜摄谱仪光路元件位置图。
拍谱片时，从光源发出的光经聚光镜汇聚后照射到狭缝上，射入狭缝的光经过平行光管透镜而成为平行光，然后在恒偏棱镜上折射，由于色散，不同波长的光以不同的角度射出，这些光再经暗箱物镜聚焦在后端暗匣的感光底片上形成谱线，曝光后的底片经显影、定影，冲洗了出来就成为谱片。
35小棱镜
206 实验三十五 小型棱镜摄谱仪的使用棱镜摄谱仪是一种利用棱镜分光，并用照相法记录光谱的光学仪器。
小型棱镜摄谱仪与其它更精密的摄谱仪相比具有结构简单，使用方便等特点，适合于分辨率要求不很高的光谱工作。
实验目的1．了解棱镜摄谱仪的工作原理及使用方法；2．了解铁光谱图的特征；3．学会测量光谱的线色散率。
实验原理1．棱镜的色散作用棱镜是由折射平面组成的光学系统，是由两个或两个以上的不平行折射平面围成的透明介质元件。
主要作用是使通过它的光线的进行方向发生偏折。
如图35-1所示，入射光线SB 经棱镜折射后成为出射光线CS'，两光线之间的夹角δ即为光在棱镜主截面内的偏向角。
由图可知：δ=-+-=+-+()()()''''i i i i i i i i 11221212 因为α=+i i 12'' ① 所以 δα=+-i i 12 ② 对于给定α角的棱镜，δ 随i 1而变。
当入射角i 1固定时，由于棱镜介质的折射率与入射光波长有关，所以不同波长的入射光将有不同的偏向角。
这样，当入射光为混合光时，经过棱镜后被色散为按波长排列的各单色光的图谱，即为光谱。
2．棱镜摄谱仪的原理摄谱仪是能将混合光色散成按不同波长次序排列的光谱，并以照相形式加以记录的仪器，以棱镜作为色散系统的摄谱仪称为棱镜摄谱仪。
棱镜摄谱仪光路图如图35-2所示。
S 为狭缝，L 1为准光物镜，S 在L 1的焦平面上，S 发出的混合光经准光物镜变成平行光，然后射向棱镜P 。
棱镜依据折射率随波长而变的性质，将混合光色散，照相物镜将分布在不同方向上的各种波长的光会聚于焦平面上，从而获得按波长次序排列的狭缝像，这些线状的狭缝像称为谱线。
各谱线构成的面称为谱面。
在谱面处拍照即可得到光谱图。
S S'αA B C i i i'i'1212O δ图35-1 棱镜的折射207 3．棱镜摄谱仪的色散率色散率为表征摄谱仪基本性能的标志之一，表示光谱在空间按波长分离的尺度。
实验十一用小型棱镜摄谱仪测定光波波长
实验十一用小型棱镜摄谱仪测定光波波长
实验目的
１。
学习棱镜摄谱仪的摄谱技术； 2。
掌握底片冲洗技术；
3。
学会用”内插法"处理数据。
仪器用具：小型棱镜摄谱仪，He —Ｎe 激光器,Ｎe 放电管，自耦变压器，镇流器，，扩束透镜,读数显微镜，光谱底片，显影液，定影液等。
实验内容及要求
1.摄谱仪的调节（光路布置见实验室挂图） 注意： 1）摄谱仪狭缝不要调到零,
2)放电管起辉后，为保护放电管要把自耦变压器再调低一些,以刚可维持放电管
发光为宜.
2。
拍摄光谱 摄谱计划(参考）
3。
底片冲洗 显影： ? à 水洗： ５秒 à 定影： 10分钟 à 水洗： １０分钟 注意:１）底片药面朝上（右上角有V 形缺口)：
2)显影时轻微晃动显影液（盘）.
４。
测量数据的处理(用内插法） 重点辅导内容
1。
摄谱光路的安排和调节； 2。
底片冲洗技术。
)
(11
21
21x x x x x
---+
=-λλλλ。
小型棱镜摄谱仪实验指导书
小型棱镜摄谱仪观测测原子光谱一、实验目的：1．学习摄谱、识谱和谱线测量等光谱研究的基本技术；2．通过测量氢光谱可见谱线的波长，验证巴耳末公式的准确性，准确测定氢的里德伯常数。
3．观察钠光谱二、实验仪器：小型棱镜摄谱仪、电火花发生器、钠光灯 二、实验原理：氢原子光谱光谱线波长是由产生这种光谱的原子能级结构所决定的。
每一种元素都有自己特定的光谱，所以称它为原子的标识光谱。
光谱实验是研究探索原子内部电子的分布及运动情况的一个重要手段。
巴尔末,1825-1898)发现，在可见光区氢原子谱线可以由下面公式确定：）（221211nR H -=λ（4-1） 其中n 是大于2的整数，H R 是实验常数，称为里德伯(Rydberg)常数。
由上式确定的氢谱线为巴尔末线系，当n ＝3，4，5，6时，所得的谱线分别标记为αH 、βH 、γH 、σH 。
以这些经验公式为基础， (玻尔,1885-1962) 建立了氢原子的理论(玻尔模型)，并从而解释了气体放电时的发光过程。
根据玻尔理论：当原子从高能量的能级跃迁到低能量的能级时，以光子的形式释放能量。
氢原子n 能级上的能量为22048hn me E n ε=（n 是正整数），所以光子的波数())11()11(81122022022040nn R n n c h me E E hc H n -=-=-=ελ (4-2) 其中0n =1，2，3……， n = 0n +1，0n +2，0n +3……。
根据玻尔模型得到里德伯常数的理论值为ch me R H 32048ε= （4-3）代入各常数值计算，R H ＝ 373 153 4×107m －1。
该值与实验值十分接近。
实验装置及操作要点：本实验选用小型棱镜摄谱仪，通过照相法测定光谱线的波长。
如果不用照相机拍片，而是在输出端用测微目镜读数，则此装置称为“读谱仪”。
小型棱镜摄谱仪的光路见图4-2。
摄谱仪的内部各光学元件的调整步骤大致如下：将摄谱仪及附件按图4-2a 布置，S 为待测光源。
《用小型棱镜摄谱仪测量激光的主谱线波长》
评分：大学物理实验设计性实验实验报告实验题目：用小型棱镜摄谱仪测量激光的主谱线波长班级：电信06-1姓名：林松学号：22指导教师：王德明茂名学院技术物理系大学物理实验室实验日期：2007 年11 月29 日实验26 《用小型棱镜摄谱仪测量激光的主谱线波长》实验提要实验课题及任务《用小型棱镜摄谱仪测量激光的主谱线波长》实验课题任务是，用小型棱镜摄谱仪测量激光的波长。
实验提示在实验室现有的条件下，用小型棱镜摄谱仪来测量激光光谱主谱线的波长，有两种方法。
⑴读谱法：参阅以开实验MP-2《光谱的拍摄与测量》，的读谱方法。
⑵摄谱法：参阅以开实验MP-2《光谱的拍摄与测量》，的摄谱方法。
学生根据自己所学知识，设计出《用小型棱镜摄谱仪测量激光的主谱线波长》的整体方案，内容包括：(写出实验原理和理论计算公式；选择测量仪器；研究测量方法；写出实验内容和步骤。
)然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果。
按书写科学论文的要求写出完整的实验报告。
设计要求与提示⑴采用读谱法测量激光波长，方法和《光谱的拍摄与测量》实验的读谱法基本上是相同的，不同的是如何将已知光源和待测光源的光，同时照射到摄谱仪的狭缝上(这是该实验的关键)，再通过读谱仪进行测量，测量方法和《光谱的拍摄与测量》相同。
⑵采用摄谱法测量激光波长，方法和《光谱的拍摄与测量》实验的摄谱法基本相同，但问题的是如何将已知光谱和待测光谱的光强调配好，因为激光的光强比汞灯和钠灯都强得多，拍摄时的曝光时间要掌握准确，否则排出的底片洗出冲洗后效果不好，甚至失败。
这样就需要设计好各次曝光时间、显影时间、定影时间，显影、定影药液的选择与配置，测量谱线距离时要用读数显微镜测量等。
⑶该实验有多种方法，可以根据上面的提示来设计，也可以根据自己的设想和方法来设计。
⑷选择实验仪器，小型棱镜摄谱仪、光源(汞灯、钠灯、激光器)、读数显微镜、聚光镜、光谱干板及冲洗设备。
棱镜摄谱
λx=λ1+(λ2-λ1)ax/a
其中a=l2-l1；ax=lx-l1
①右起第六条：
/mm 1
2
3
4
5
6
平均值 标准差
a 0.476 0.504 0.458 0.505 0.463 0.462 0.478 0.021
ax 0.076 0.073 0.079 0.072 0.075 0.070 0.075 0.0029
摄谱前的准备：调节共轴，将光源S置于准直物镜L1的光轴上在光源与狭缝S1之间加入 聚光照明透镜L，调节透镜L的位置，使光源成像在入射缝上。若更换光源，只能调整光源的 位置，而透镜L的位置不应变动，以保证光源始终处在准直物镜L1的光轴上。
调节与观察：毛玻璃放在暗匣的放底板的位置处，移动暗匣，使毛玻璃上现出光谱， 取下暗匣，在暗室中装入底板。用哈特曼光阑控制各光谱。
本实验测量仪器类似千分尺，查表得：
△仪
△估
C
△B Ub=△B/C
P
ax(mm) a(mm)
0.004
0.002 3（正态分 0.0045 0.0015
布）
0.68
3
4
(3)合成不确定度
①右起第六条：
ax(mm)
a(mm)
Ua
0.0013
0.0095
Ub
0.0015
0.0015
U
0.0020
0.0096
本次实验中使用铁谱作为已知谱，中间为氦谱作为未知谱.因为铁光谱谱线丰富，而且 几乎每一条谱线的波长都被准确地测定，故只要并列拍摄铁光谱与未知样品光谱，并对所摄 的底片进行测量，通过计算即可求出未知谱线的波长.我们利用插值法，将λ1与l1-l2近似看 成线性关系，则
CCD微机棱镜摄谱仪
引言
光谱学是研究各种物质的光谱的产生及其同物质之间相互作用。光谱是电磁波辐射按照波长的有序排列；通过光谱的研究，人们可以得到原子、分子等的能级结构、电子组态、化学键的性质、反应动力学等多方面物质结构的知识.在化学分析中也提供了重要的定性与定量的分析方法.发射光谱可以分为三种不同类别的光谱：线状光谱、带状光谱、连续光谱。线状光谱主要产生于原子，带状光谱主要产生于分子，连续光谱则主要产生于白炽的固体或气体放电。
实验相对误差： =(706.6-704.195)/706.6 %=0.340%
（2）测量值为：673.117红色
实验相对误差： =(673.117-667.8)/667.8 %=0.796%
（3）测量值为：589.72黄色
实验相对误差： =(589.72-587.6)/587.6 %=0.361%
（4）测量值为：526.843蓝绿色
实验相对误差： =(526.843-501.6)/501.6 %=5.032%
（5）测量值为：490.2 蓝绿色
实验相对误差： =(492.2-490.2)/492.2 %=0.408%
（6）测量值为：467.685 蓝绿色
实验相对误差： =(471.3-467.685)/471.3 %=0.767%
姓 名 陈昌海
指 导 教 师陈晓莉
论 文 成 绩 ________88___________
答 辩 成 绩 _____________________
2011年 11 月 26 日
CCD微机棱镜摄谱仪
陈昌海
西南大学物理科学与技术学院，重庆 400715
摘要：本文探讨了光谱与物质结构的关系和棱镜的分光原理，并利用CCD微机棱镜摄谱仪来测定氢光谱和氦光谱，通过氢光谱可见谱线的波长来验证巴耳末公式，并测定里德伯常数。
棱镜耦合仪使用手册
棱镜耦合仪使用手册棱镜耦合测试仪硬件部分：系统总图如下：1、仪器的控制线按照插头的编号分别与控制器和加热控制器上对应编号的接口连接，控制器通过RS232（黑色线）与电脑的COM1连接好，如图一、二所示。
图一图二2、仪器的每个激光器都有对应的电源，并分别被标识了不同的波长代表不同的激光器，根据需要来选择不同的激光器，也可以通过外部和内部的钥匙开关来控制。
3、转动且取下固定梢，把棱镜旋转45度且从镜架上取下，用擦净纸将棱镜的三个侧面擦拭干净，再插入固定梢装回。
镜架两侧有不同的数值，它们分别代表了在某个数值下所能测量的范围。
镜架上下均有凹槽，可将其安放在底座上，两面有不同的数值可用，如图三。
图三4、将压缩气体（通常多用氮气）通过管道连接到仪器正面进气孔，调节气体压力，使仪器上的压力显示在30到40范围内，压力表右侧为气压调节阀，将其拔出可调节气压大小，调好后按回（图四）。
用手拿着标准片贴有标签的部位（标准片两面要用擦净纸擦干净），放在图三所示的棱镜与由气压控制的金属杆中间。
打开仪器背部的气压扳手，金属杆会将标准片挤压的棱镜上。
使眼睛在仪器后部上方前后移动，会发现标准片被挤压处有一个白点。
如果白点过大，要将气压调低；反之白点过小，则将气压调大。
可调节控制器左边的旋钮，使棱镜支架旋转不同角度，来便于观测到棱镜上的白点。
图四5、接通HeNe激光器电源，可以在仪器内部看到红色激光光束，光束通过反射镜组反射后会到达棱镜上，调节仪器左边机壳上的调节螺杆，使红色光点和之前看到的白点重合，此时光路就调节好了。
图五中上面两个为调节光路的螺杆，旁边的数字表示出厂的初始数值。
下面的三个旋钮上分别标注不同的波长，旋转其中一个就可以控制所代表波长的激光光束能否到达棱镜，以便于调节光点重合。
图五仪器内部门光路结构见下图软件部分：1、在电脑上安装仪器附带软件MetriconMCU，COPY执行文件和配置文件到安装的目录，并安装好打印机所需要的驱动。
棱镜摄谱实验报告
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：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，氦—氖激光器，氦—氖辉光器，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），，分别是波长，，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就形成了被摄光源的光谱图。
若光源辐射的波长，，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。
２．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。
小型棱镜摄谱仪指导书
小型棱镜摄谱仪指导书
一、产品简介
小型棱镜摄谱仪是一种用于光谱分析和实验的仪器设备。
它采用高精度的棱镜结构和先进的光学技术，能够准确测量和分析各种光源的光谱特性。
本指导书将介绍小型棱镜摄谱仪的基本知识、使用方法和注意事项，以帮助用户正确操作和获取可靠的测量结果。
二、设备组成
1.主机：包含光学系统、数据处理系统和控制面板；
2.电源适配器：为主机提供电源；
3.连接线：用于连接主机和计算机或其他外部设备。
三、使用方法
1.准备工作：
a.将主机放置在平稳的工作台上，确保通风良好；
b.将电源适配器插入主机的电源插孔，并将另一端插入电源插座；
c.将连接线插入主机的数据接口，并将另一端连接到计算机或其他外部设备。
2.打开主机：
a.按下主机背面的电源开关，待主机启动完成后，屏幕将显示主菜单；
b.根据需要选择不同的功能模块，如光谱采集、数据分析等。
3.光谱采集：
a.选择光谱采集模块，确保待测物体和光源之间的距离适当，补充充足的背景光；
b.点击“开始采集”，系统将自动进行光谱采集，并实时显示结果；
c.点击“保存”按钮，可以将采集的光谱数据保存到计算机或其他存储介质中。
4.数据分析：
a.选择数据分析模块，导入需要分析的光谱数据；。
小型棱镜摄谱仪测氢原子光谱解读
小型棱镇摄谱仪测氢原子光谱软学H的c分辛揮■熟£• r«£个层次hR学习iatrt.讥说和说线测甲等比trt研克的尿本技术，2v週过测皿氮允谕可兒ilHft的波Q 胶证巴耳木公式的MWIfb准脩测定筑的叽Ififfl 靠数.教学内客（注明孑•敢点»雄点？餐点、一、实脸所用仪28,小都機績读＜»＞帯仪、氟灯、亲灯二. 实验原理部分.U氧原子先谱比常线波K足市产伟达种比诰的斥r•俊级給构所决逹的•吋种元忒矗仔佝己持定的尤所以称它为愉/的林取光谱.允谱实验韭研究抹玄从J‘内部电丫•的分仙及运功俏况的个V F«. JJ Bfllmer（巴尔末.E825J898）发仏件可见丸区氯版沪帯纽町以由Fife公式确论中n是AJ 2的补络心於实於帘数・称为屮憾你Rydbcqn滋tt由I光确応的礼泊线为巴尔来线系・半”=3・4. 5. 6时•所紂的说线分别标记为!l fl. H^、1＜ .叽.以这些給怕公式为站邮.N.Bdr（玻尔，刚2962）建立了氢酥子的理论似尔快讪，井从［气体放电时的发JtilF化根朋圾尔理论：为廉r从岛隐m的能级MUI到低曉就的匕F的形式释放能BL MMi i n I们陡浪为匕=竺=〃足圧楼数〉.8r；An ・所以光f的波孜卜£（H 釜&弓-嗨弓o,iC^JIa-l. 2. 3……• M- #l0 + l. %*2・如.3—•叙据•越尔欖療得卅鬼繼们常散的理论值为代入&議散值计m Rp・1373731534 NO。
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小型棱镜摄谱仪的使用
一．实验内容
1．了解摄谱仪的结构、原理和使用方法，学习小型摄谱仪的定标方法。
2．观察物质的发射光谱，测定氢原子光谱线的波长，验证原子光谱的规律性，测定氢原子光谱的里德堡常数。
二．教学要求
1．进一步认识原子辐射的微观机理，学习借助分析原子光谱的规律性研究微观世界的
方法。
2．学习物理量的比较测量方法。
三．实验器材
小型摄谱仪、汞灯及镇流器、氢灯及电源、调压变压器。
四．实验原理
任何一种原子受到激发后，当由高能级跃迁到低能级时，将辐射出一定能量的光子，光子的波长为λ，由能级间的能量差E ∆决定： E
hc ∆=
λ 式中，h 为普朗克常数，c 为光速。
E ∆不同，λ也不同。
同一种原子所辐射的不同波长的光，经色散后按一定程序排列而成的光谱，称发射光谱。
不同元素的原子结构是不相同的，因而受激发后所辐射的光波具有不同的波长，也就是有不同的发射光谱。
通过对发射光谱的测量和分析，可确定物质的元素成分，这种分析方法称为光谱分析。
通过光谱分析，不仅可以定性地分析物质的组成，还可以定量地确定待测物质所含各种元素的多少。
发射光谱分析常用摄谱仪进行。
小型棱镜摄谱仪，是以棱镜作为色散系统，观察或拍摄物质的发射光谱。
1．氢原子光谱的规律
1885瑞士物理学家巴尔末发现，氢原子发射的光谱，在可见光区域内，遵循一定的规律，谱线的波长满足巴尔末公式：
)4
(22
0-=n n n λλ
（1）
式中，n=3，4，5K ，组成一个谱线系，称为巴尔末线系。
用波数（λ
ν
1
~=）表示的巴尔
末公式为：
)
1
21(
1
~22n R H n
n
-==λν n=3，4，5
（2）
式（2）中，H R 称为氢原子光谱的里德堡常数。
用摄谱仪测出巴尔末线系各谱线的波长后，就可由式（2）算出里德堡常数H R ，若与公认值H R =1.0967761
7
10--⨯m 相比，在一定误差范围内，就能验证巴尔末公式和氢原子光谱的规律。
2．谱线波长的测量
先用一组已知波长s λ的光谱线做标准，测出它们移动到读数标记位置处时螺旋刻度尺的读数S TT 后，以S TT 为横坐标，s λ为纵坐标，作S TT ~s λ定标曲线。
对于待测光谱波长的光源只要记下它各条谱线所对应的螺旋尺上读数x TT ，对照定标校正曲线就可确定各谱线的波长x λ。
本实验利用汞灯为摄谱仪进行定标校正。
然后测出氢原子光谱巴尔末线系各谱线的波长，再根据式（2）算出H R 。
五．操作步骤
1．对着仪器参考图或仪器使用说明书，在A A '处装上看镜目镜，熟悉摄谱仪各部分的结构及操作方法。
2．将汞灯置于 “S ”处，前后移动聚光镜1，使光源清晰地成像于狭缝处。
在目镜中观察出射光谱，转动转角调节轮，使任一条光谱进入视场，轻轻转动出射聚光镜2的调焦手轮，使光谱线像聚焦清晰；再转动角调节轮，逐个观察光源的各条光谱线并与附表中列出的谱线颜色核对无误后，开始测量。
依次记下各光源不同波长谱线的s λ所对应的读数S TT 。
3．将氢灯置于“S ”处，（注意：氢灯用的是是高压，调压变压器输出指示数不能超过规定的值），测出氢原子光谱中红、蓝、紫三条谱线所对应的鼓轮读数x TT 。
4．数据处理与分析：
（1）列表记录所有数据，表格自拟。
（2）用毫米方格作图纸，作出光谱仪的s λ~S TT 定标曲线。
（3）由定标校正曲线及氢光谱测得的x TT ，求出巴尔末谱线系中三条谱线的波长，并与氢光谱的标准波长比较。
（4）由氢光谱所测得的三个波长，按式（2）算出里德堡常数H R ，求出其平均值H R ，并与公认值比较，算出测量的不确定度。
六．注意事项
1．光谱仪中的狭缝是比较精密的机械装置，实验中不要任意调节。
旋转转角调节轮时，动作一定要缓慢。
禁止用手触摸透镜等光学元件。
2．氢光源使用的是高压电源，应特别小心。
开灯前，先将调压变压器置于低电压处，然后通电源，慢慢地调节变压器升压到氢光源稳定发光。
关灯时，先把变压器降到最低电压，
再断开电源。
七．问题讨论
1．要能在看谱目镜中看到不同波长的谱线，应如何调节？各谱线出射时的相对位置应在何处读出？
2．测物质光谱波长时，如何定标？
3．氢原子光谱的巴尔末线系三条谱线的量子数n各为多少？
附录
一、摄谱仪基本结构
摄谱仪的光学系统如图28-2所示，自光源S发出的光，经聚光镜会聚于可调狭缝上，调节狭缝以获得一束宽度、光强适当的光，此光经准直透镜后成平行光射到棱镜上，再经棱镜折射色散，由另一聚光镜成像于接收系统。
以上元部件均安装在导轨上。
下面分别介绍摄谱仪的几个主要元部件。
（1）狭缝头
狭缝头由狭缝片、狭缝盖、哈特曼光栏、刻度手轮、曝光开关等组成。
狭缝头是光谱仪中最精密、最重要的机械部分，它用来限制入射光束，构成光谱的实际光源，直接决定谱线的质量。
狭缝片由一对能对称分合的刀口组成，其分合动作由刻度手轮d控制。
刻度手轮是保持狭缝精密的重要部分，因此转动手轮时一定要用力均匀、轻柔，狭缝盖内装有能左右拉动的哈特曼栏板c，盖外装有可左右拉动控制狭缝开、闭的曝光的开关e，如图28-3所示。
哈特曼光栏是用来改变谱线在照相胶片上的位置，以便对三种谱线进行比较。
当板上三条刻线与狭缝盖边缘相切时，表示光栏板上的三个椭圆孔相应地移到狭缝的正前方，从而选择光谱在胶片上的位置。
曝光开关还兼有防尘作用，在不使用时应把它关闭。
（2）色散系统
色散系统是一个恒偏向棱镜，它使光线在色散的同时又偏转90o。
棱镜本身也可绕铅直轴转动。
（3）接收系统
小型棱镜摄谱仪的接收系统有三种。
①照相机；②看谱目镜；③出射狭缝，可分别装于A'处。
图28-2中的A
A'处装上照相机，则光谱可成像在毛玻璃屏上，调焦清晰后，取下毛玻璃屏换上若A
感光胶片，即可曝光拍摄光谱线。
A'处装上出射狭缝，则构成一个单色仪，转动棱镜转角调节轮，可使聚焦于出射若A
狭缝的不同光谱线射出，以获得所需的单色光。
A'处装上看谱目镜系统，则可直接用眼睛观察光谱线。
本实验利用看谱系统进行若A
各种发射光谱线波长的测量。
在看谱目镜视场中有一小的黑三角，作为测量谱线波长的基准。
当转动棱镜转角调节轮时，棱镜位置旋转，出射的光谱线位置也跟着移动，当在所需读出的谱线移到黑三角位置处时，可由与转角调节轮相连的螺旋刻度尺上读出此时棱镜的相对位置。
欲知此时谱线波长的数值，则需先对螺旋刻度尺进行定标校正。
二、汞、氢光谱的标准波长表。