用光谱仪观测原子光谱

用光谱仪观测原子光谱
2017
一、实验目的：
1、观察原子发射光谱。 2、了解光谱仪的构造原理和使用方法。
二、实验原理：
原子只能处在一系列不连续的能量状态。 处在这些状态中，原子不发射电磁波，称定 态，其相应的能量分别为 E1, E2 , E3...(E1 E2 E3 ) 。在常温常压下，绝大多数原子都处于最低 能态（基态）。
当受到热、电、光等各种形式的激发时， Ei E1 (i 2, 3,4...) 原子吸收 能量，由基态跃 Ei 迁到较高能态 （激发态）；当原子从激 发态 跃迁到较低能态 Ei 时便发射单色光， Ej 其频率为： ，其中h为普朗克 常数。 ij ( Ei E j ) / h
不同原子的能态是不同的，受激发后所发 射的光谱也各不相同，不同的光谱表征不同 原子的特征，故称为原子光谱或原子特征光 谱。
• 原子发射的光为复色光，将复色光分解得 到原子光谱要借助于光谱仪（可将复色光 按波长分开的光学仪器）。光谱仪包括三 部分：入射窄缝、色散系统（棱镜、光 栅）、光学成像系统。
1—全反射转向棱镜 2—聚光透镜 3—狭缝 4—准直镜（或成像物镜） 5—等边色散棱镜 6—直角色散棱镜 7—转向棱镜 8—目镜
三、实验方法
比较法：定标曲线（基准线）
波长 λ
汞灯定标曲线
鼓轮读数 d
汞灯：N个谱线波长与N个鼓轮读 数 一一对应（类似刻度尺功能）
钠灯：把不同颜色谱线的鼓轮读数代 入横坐标，反过来就可以从该曲线直 接读出各种颜色的谱线所对应波长
本实验报告需要测量汞灯的其中13根波长如下： （实物图贴在实验室最后面的墙上）
这是因为5890和5676周围还有很多 颜色非常接近的其他波长的谱线， 所以相对于其他11个波长来看就变 得十分难以区分，所以要用区间法来 区分出这两根谱线。
5890：淡淡的黄色线 5676：淡淡的绿色线
本实验要求：单向地转动鼓轮，为什么？ （1）避免鼓轮来回转出现的回程差 （2）方便寻找不转动鼓轮，过了62346073区间，出现的第一根淡淡的黄色线； 从下往上转动鼓轮，过了54615676区间，出现的最后一根淡淡的黄色线 5676：类似的，是落在最亮黄色线和最 亮绿色线之间的一根淡淡的绿色线
d就是鼓轮读数；
λ1和λ2要根据钠的谱线颜色来确定,不同颜色的谱 线，区间选取的λ值不一样，因为这里假设谱线 各个颜色区间的λ~d函数关系近似为线性关系。 以上代入之后即可求出d所对应的钠谱线波长。
曲线的斜率公式
404.7nm
六、注意事项
1、汞灯和钠灯开启之后，非常烫，严禁手直 接去触碰。纳灯有点偏黄色,汞灯是白色的. 2、测钠的特征谱线时，只能用同一台光谱仪， 不能使用他人调好的光谱仪（否则基准就 改变了），鼓轮转动方向与测汞灯时相同。 3、光谱仪里观测到的谱线跟课本里标的谱线 颜色有区别。 4、每次都要找到所有谱线后，才能读数。 5、按照签到序号两人一组做实验， 上交实验报告也要按照签到序号排列。
标志针缺口位置
视野
注意：这里的鼓轮只读“格数”，不读“单位”； 0前面的部分读大鼓轮格数，0后面部分读对齐的刻度。 图中读出来大概是：86.9格 （86是0前面部分，9是0后面部分）
四、实验步骤
7、将汞灯换为钠光灯，调的方法与汞灯类似。 钠光灯谱线特点：“成对出现，三对六条” ---对应 实验报告第二个表格
433.9nm
579.0nm
497.4nm
623.4nm
671.6nm
612.3nm
607.3nm
690.7nm
589.0nm
577.0nm
491.6nm
435.8nm
407.8nm
567.6nm
546.1nm
434.7nm
红
橙
黄
绿
青
蓝
紫

2 1
d 2 d1
(d d1 ) 1
四、实验步骤
入光口
光线入射
光谱仪基本构造
目镜前旋钮
放大，调焦
视窗
可检验入光 口是否对准光源
旋钮
连接平面镜 改变光的强弱大小
鼓轮
连接棱镜
四、实验步骤
1、点亮汞灯，对准光谱仪窗口。（先等待汞灯 逐渐变到最亮状态。）
不亮
最亮
还可通过往仪器底座上适当地增加垫 片，抬高光谱仪的前端位置，使光谱仪 入光口和汞灯出光口对准
根据什么方法区分不同的波长？
------根据不同波长谱线的“颜色”
6234，6123，6073（3根）：橙偏红色线
5790，5770（2根）：最亮黄色线 5461（1根）：最亮绿色线
4974，4916（2根）：青偏绿色线 4358，4347，4339（3根）：蓝偏紫色线
还有两根特殊线要用其他方法区分： 如何区分出特殊谱线：5890？5676？
四、实验步骤
4、鼓轮保持不动，调节目镜前旋钮，使视场中 看到的谱线最清晰。（观察到视野中的谱线 有点“刺眼”，说明视野达到了最亮状态， 只有这样才能观察到13条谱线；否则可能比 较淡的谱线可能始终找不到） 目镜前旋钮
四、实验步骤
注意：一定要先把所有的谱线 都一一观察确认找到之后， 才可以开始测量并记录鼓 轮读数！
5、转动鼓轮，观察到所有的汞灯谱线（13条）。
可以从上往下观察， 也可以 从下往上观察，但一定只能从 第一条谱线（或最后一条谱线） 开始，单向转动鼓轮进行测量。
四、实验步骤
6、从汞的可见光特征谱线的最小（或最大）波长 的谱线起单向地转动鼓轮，使目镜内标志针依 次对准各谱线，记下鼓轮上的对应读数d。
8、单向地转动鼓轮，使目镜内标志针依次对准钠的红色双线、 黄色双线、绿色双线，记下鼓轮上的对应读数。
标志针
钠的红色双线比较暗不容观察，观察 技巧：当转动鼓轮寻找两条红色谱线 的时候，会突然间看到标志针缺口的 位置有个变长变短的过程。 钠黄色和绿色谱线则比较容易观察。
五、数据处理
思考：实验报告上不要求画定标曲线，那要如何给出钠 光灯的不同鼓轮读数所对应的谱线波长的大小？
四、实验步骤
2、粗调：调节全反射棱镜，移动汞灯位置，使从目镜 中看到的视场最亮。（可根据视窗的亮暗程度来辅 助目镜进行判断）。
错
对
四、实验步骤
3、细调：转动鼓轮，使光谱仪视场中出现汞灯 的较明亮谱线。（一般是先找两条最亮的黄 色谱线，因为其他谱线的颜色在视野的黑色 背景下，显得更加暗淡，比较不容易观察到）