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。

⑸设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。

⑹实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。

实验所用公式及物理量符号提示
参阅《大学物理实验补充讲义》，实验MP-2《光谱的拍摄与测量》一文。

评分参考(10分)
⑴正确的写出实验原理和计算公式，2分；⑵设计出仪器可行设置，2分；⑶做好实验前的准备，1分；⑷写出实验内容及步骤，2分；；
⑸制作实验器材和实验室条件的合理应用，1分；
⑹写出完整的实验报告，2分；(其中实验数据处理，1分、实验结果，0.5分，整体结构，0.5分)
学时分配
实验验收， 4学时，在实验室内完成；教师指导(开放实验室)和开题报告1学时；
提交整体设计方案时间
学生自选题后2～3周内完成实验整体设计方案并提交。

提交整体设计方案，要求电子版，用电子邮件发到指导教师
的电子邮箱里。

思考题
⑴如何使用哈特曼光阑？
⑵狭缝调节在什么范围内较合适？⑶装底片应该在什么条件下安装？⑷如何降低激光的光强？
⑸测量光谱底片时要注意什么？
用小型棱镜摄谱仪测量激光的主谱线波长
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：
小型棱镜摄谱仪、光源(汞灯、钠灯、激光器)、读数显微镜
实验原理：
1、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ΔEi决定。

ΔEi = Ei – Eo , Ei 和 Eo 分别表示原子处于对应
的激发态和基态的能量。

即
ΔEi = hvi = hc/λi 或λi = hc/ΔEi 式中，I = 1, 2, 3, …，h为普朗克常数，c为光速。

2、小型棱镜摄谱仪的基本光路：
狭缝S1 和准直镜（平行光管）L1 组成准直系统，将待测光先行会聚到狭缝上，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L2和焦平面F处的记录材料组成光谱的接收系统。

由于物镜L2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F的方位必须细心调节。

测微目镜
S
*
3、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）读谱装置
包括测微目镜，使目镜水平方向左右移动的手轮、丝杠、滑块、导轨和支架，还包括读出目镜位置值用的标尺和100分度及手轮刻度，手轮转一圈平移1mm，每分度0.01mm，要求估读到0.1分度。

测微目镜内的叉丝用以对准被测谱线中心。

4、线性插入法求待测波长
这是一种近似的测量波长的方法。

一般情况下，棱镜是非线形色散元件，但是在一个教小的波长范围内（约几个nm 内），可以认为色散是均匀的，即谱线在底线上的位置和波长有线性关系，如波长为?x的待测谱线位于已知波长?1和?2谱线之间，如图所示，它们在底片上的位置可用读数显微镜测出，如用和分
别表示谱线?1和?2的间距及?1和?x的间距，那么待测谱线波长为：
?x??1?
?2??1
d
x （a）
如波长为
?x
的待测谱线位于已知波长?1和?2谱线之外，如图所示，它们在底片
?x
上的位置可用读数显微镜测出，如用和分别表示谱线?1和?2的间距及?1和间距，那么待测谱线波长为：?x??1?
(?1??2)?x
d?x
的
（b）
篇二：摄谱实验报告
实验报告
系别:姓名: 学号:实验题目:摄谱
实验目的:用棱镜摄谱仪摄取光谱线，对待测物质所产生的光谱线进行测定，
可知道该物质的化学成分。

实验内容:
一、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。

二、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。

填写下面的观察表格：
三、摄谱：用已在暗箱中装好底片的底片盒换下毛玻璃，曝光时打开小遮板，曝光
后关闭小遮板。

然后在暗室中洗出底片。

实验分析：
本实验第一张底片所得谱线边缘有重影，说明最后光线并没有真正聚焦在底片
上。

原因是共轴不好，由于L2在调节时，目光没有垂直读数，导致L2值不够精确，从而导致光线没有很好的聚焦到底片上。

此外两列铁谱线中的一列在底片上靠边缘部分曝光不足，说明底片盒的位置没有调好。

第二次在第一次实验基础上进行了改进，对各个数据提高了精度。

但由于曝光时
间没有控制好,造成曝光不足。

思考题：
1.为什么在摄谱中要先摄氦谱而不能先摄铁谱？
答：在拍摄前,要先调整氦谱管,使氦光谱清晰可见.氦谱管是在铁弧光源调好后
再放入透镜和狭缝中间进行调节的。

若先摄铁谱，则由于底片已经放上，无法对氦光谱管的位置进行调节，易造成成功的失败。

所以要先调节铁弧光源，然后固定好，再调氦光谱管，然后放上底片，先摄氦光谱再摄铁光谱。

2.为什么底片匣子要倾斜一个?角？
答：不同光线射出角度不同,故对透镜的焦点不相同，因此要通过倾斜底片使不
同光线都能聚焦在底片上，从而得到清晰的谱线。

3．分析底片，对不理想之处找出原因。

答：第一张：所得谱线边缘有重影，两列铁谱线中的一列在底片上靠边缘部分曝
光不足。

说明最后光线并没有真正聚焦在底片上。

原因是共轴不好，由于
L2在调节时，目光没有垂直读数，导致L2值不够精确，从而导致光线没有很
好的聚焦到底片上。

此外两列铁谱线中的一列在底片上靠边缘部分曝光不足，
说明底片盒的位置没有调好。

第二张：较第一张修正了以上问题，但曝光时间略有不足。

篇三：实验31 原子发射光谱观测分析(AB)实验报告原子发射光谱观测分析（A）
实验者：马志洪，合作者：王宇炜
（中山大学理工学院，光信息科学与技术专业 XX 级 3 班，学号 08323067）
XX 年 04月02日
【实验目的】
1. 学会使用光学多通道分析器的方法。

2. 通过对纳原子光谱的研究链接碱金属原子光谱的一般规律。

3. 加深对碱金属原子中外电子与原子核相互作用以及自旋与轨道运动相互作用的了解。

【仪器用具】
光学多通道分析器、光学平台、汞灯、钠灯、计算机。

【原理概述】
钠属碱金属原子类。

碱金属原子和氢原子一样，都只有一个价电子。

但在碱金属原子中除了一个价电子外，还有内封闭壳层的电子，这些内封闭壳层电子与原子核构成原子实。

价电子是在原子核和内部电子共同组成的力场中运动。

原子实作用于价电子的电场与点电荷的电场有显著的不同。

特别是当价电子轨道贯穿原子实时（称贯穿轨道），这种差别就更为突出。

因此，碱金属原子光谱线公式为：
其中为光谱线的波数；R为里德堡常数。

与n分别为始态和终态的主量子数。

分别为始态和终态的有效量子数。

与l分别为该量子数决定之能级的轨道量子数。

（1）分别为始态和终态的量子缺（也称量子改正数，量子亏损）。

根据旧的玻尔理论，在电子轨道愈接近原子中心的地方，μ的数值愈大。

当轨道是贯穿轨道时，μ的数值还要大些。

因为这时作用在电子上的原子核的有效电荷有很大程度的改变。

在非常靠近原子核的地方，全部核电荷作用在电子上。

而距离很远的，原子核被周围电子屏蔽，以致有效核电荷因此s 项的μ值最大，而对p项来说就小一些，对于d来说还更小，由此类推。

因而量子缺μ的大小直接反映原子实作用于价电子的电场与点电荷近似偏离的大小。

对于钠原子光谱分如下四个线系：
主线系： = np →3s （n =3，4，5，?）锐线系： = ns →3p （n = 4，5，6，?）漫线系： = nd →3p （n =3，4，5， ?）（2）基线系： = nf →3d （n = 4，5，6，?）对于某一线系谱线的波数公式可写为：
其中为常数，称为固定项。

（3）各线系的共同特点是：
1．同一线系内，愈向短波方向，相邻谱线的波数差愈小，最后趋于一个极限——连续谱与分立谱的边界。

这是由于能量愈高，能级愈密，最后趋于连续。

2．在同一线系内，愈向短波方向，谱线强度愈小，原因是能级愈高，将原子从基态激发到那一状态也愈不容易。

各线系的区别是：
1．各线系所在的光谱区域不同。

主线系只有=3p→3s的二条谱线（钠双黄线）
是在可见区，其余在紫外区。

又由于主线系的下能级是基态（3S1/2 能级），因此当具有连续谱的光谱通过钠原子蒸气经过分光后，在连续光谱的背景上将出现钠原子主线系的吸收光谱。

在光谱学中，称主线系的第一组线（双线）为共振线，钠原子的共振线就是有名的黄双线（589.0nm 和589.6nm）。

锐线系和漫线系由于相应的能量差比主线系小，它们的谱线除第一条线（=4s→3p；=3d→3p）在红外区外，其余都在可见区。

其基线系的能量差更小，在红外区。

2.s能级是单重的，p、d、f 能级由于电子自旋与轨道运动作用引起谱项分裂，它们是双重的。

这些双重分裂随能级增高而变小。

根据选择定则，主线系和锐线系是双线的。

漫线系和基线系是复双重线的。

主线系的双线是由于3s 能级与3p、4p?各能级间的跃迁产生的，双线的距离决定于p 能级的分裂大小，因此愈向短波方向，双线间的波数差愈小。

而锐线系则不同，它是内3p 能级与各s能级之间的跃迁产生的，因此锐线系各双线波数差都相等。

3．从谱线的外表上看，主线系强度较大，锐线系轮廓清晰，漫线系显得弥漫，一般复双重线连
成一片。

【实验仪器简介】
1．光栅摄谱仪
用来拍摄原子发射光谱的仪器称为摄谱仪。

由于两光谱线很靠近，所以摄谱仪的色散率要大，以便分辨开两光谱。

常用的摄谱仪有棱镜摄谱仪（如QS-20 型）和光栅摄谱仪（如WPG-100 型，其一级光谱色散率约为0.8nm/mm）。

前者以棱镜作为色散元件进行分光，后者采用反射式平面闪烁光栅作色散元件进行分光。

为了测量原子发射光谱线的波长，需要在光谱底片上同时并列拍摄标准光谱。

对照标准光谱图，利用线形内插值法，从靠近某一条谱线的两条已知标准谱线的波长，即可求出这谱线的波长。

2．光学多通道分析器
现在，我们用光学多通道分析器来拍摄原子发射光谱。

光学多通道分析器（OMA）由光栅单色仪、CCD 接收单元、扫描系统、电子放大器、A/D 采集单元、计算机组成。

该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。

光学系统采用C-T 型，如图1 所示。

入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围0-2mm 连续可调，顺时针旋转为狭缝宽度加
大，反之减小，每旋转一周狭缝宽度变化0.5mm。

狭缝的宽度由螺旋移动刀片来改变，这些刀刃经过精磨，十分锐利，因而也极易损坏，调节时要特别小心。

为延长使用寿命，调节时注意最大不超过2mm，平日不使用时，狭缝最好开到0.1-0.5mm 左右。

狭缝的质量直接决定了谱线的质量。

光源发出的光束进入入射狭缝S1，S1 位于反射式准光镜M2 的焦面上，通过S1 射入的光束经M2 反射平行光束投向平面光栅G 上，衍射后的平行光束经物镜M3 成像在S2上。

M2、M3 焦距302.5mm；光栅G 每毫米刻线600 条，闪耀波长550nm。

其中，M1－反射镜、M2－准光镜、M3－物镜、M4－转镜、G－平面衍射光栅、S1－入射狭缝、S2－CCD 接受位置、S3－观察窗（或出射狭缝）。

为去除光栅光谱仪中高级次光谱，在使用过程中，可根据需要把备用的滤光片装在入射狭缝S1 的窗玻璃前联接螺口上。

滤光片共两片，工作区间：白片350-600nm，红片600-900nm。

【实验内容】
1．检查多通道分析器的转换开关的位置，确认是否处在工作位置，若用CCD 接收，将扳手放在“CCD”档；若在毛玻璃上观察谱线，将旋钮指示停在“观察”档。

2．点燃汞灯，用光学多通道分析器对汞灯发射光谱进
行拍摄，并对所摄谱线定标。

3．点燃钠灯，用光学多通道分析器对钠灯发射光谱进行拍摄。

4．对照已定标的谱线，测出钠谱线双黄线的波长。

【数据处理与分析】
以下分别为中心波长是440、460、480、500、520、540 nm的定标图线及钠灯谱线。

3000
2500
XX
Ir1500
1000
578.97nm
500
420440460480500520540560580600620
图1（1）：440nm 定标图线 4500
4000
3500
3000588.21nm589.00nm
Ir2500
XX
1500
1000
500
420440460480500520540560580600620 图1（2）：440 nm 钠灯谱线。