1、.評分： 大學物理實驗設計性實驗實 驗 報 告實驗題目： 用小型棱鏡攝譜儀測量激光的主譜線波長 班 級： 電信06-1 姓 名： 林松 學號： 22 指導教師： 王德明 茂名學院技術物理系大學物理實驗室實驗日期：2007 年11 月29 日實驗26 用小型棱鏡攝譜儀測量激光的主譜線波長實驗提要實驗課題及任務用小型棱鏡攝譜儀測量激光的主譜線波長實驗課題任務是，用小型棱鏡攝譜儀測量激光的波長。實驗提示在實驗室現有的條件下，用小型棱鏡攝譜儀來測量激光光譜主譜線的波長，有兩種方法。 讀譜法：參閱以開實驗MP-2光譜的拍攝與測量，的讀譜方法。 攝譜法：參閱以開實驗MP-2光譜的拍攝與測量，的攝譜方法。學

2、生根據自己所學知識，設計出用小型棱鏡攝譜儀測量激光的主譜線波長的整體方案，內容包括：(寫出實驗原理和理論計算公式；選擇測量儀器；研究測量方法；寫出實驗內容和步驟。)然后根據自己設計的方案，進行實驗操作，記錄數據，做好數據處理，得出實驗結果。按書寫科學論文的要求寫出完整的實驗報告。設計要求與提示 采用讀譜法測量激光波長，方法和光譜的拍攝與測量實驗的讀譜法基本上是相同的，不同的是如何將已知光源和待測光源的光，同時照射到攝譜儀的狹縫上(這是該實驗的關鍵)，再通過讀譜儀進行測量，測量方法和光譜的拍攝與測量相同。 采用攝譜法測量激光波長，方法和光譜的拍攝與測量實驗的攝譜法基本相同，但問題的是如何將已知光

3、譜和待測光譜的光強調配好，因為激光的光強比汞燈和鈉燈都強得多，拍攝時的曝光時間要掌握準確，否則排出的底片洗出沖洗后效果不好，甚至失敗。這樣就需要設計好各次曝光時間、顯影時間、定影時間，顯影、定影藥液的選擇與配置，測量譜線距離時要用讀數顯微鏡測量等。 該實驗有多種方法，可以根據上面的提示來設計，也可以根據自己的設想和方法來設計。 選擇實驗儀器，小型棱鏡攝譜儀、光源(汞燈、鈉燈、激光器)、讀數顯微鏡、聚光鏡、光譜干板及沖洗設備。 設計出實驗方法和實驗步驟，要具有可操作性。 實驗結果用標準形式表達，即用不確定度來表征測量結果的可信賴程度。實驗所用公式及物理量符號提示參閱大學物理實驗補充講義，實驗MP

4、-2光譜的拍攝與測量一文。評分參考(10分) 正確的寫出實驗原理和計算公式，2分； 設計出儀器可行設置，2分； 做好實驗前的準備，1分； 寫出實驗內容及步驟，2分； 制作實驗器材和實驗室條件的合理應用，1分； 寫出完整的實驗報告，2分；(其中實驗數據處理，1分、實驗結果，0.5分，整體結構，0.5分)學時分配實驗驗收， 4學時，在實驗室內完成；教師指導(開放實驗室)和開題報告1學時； 提交整體設計方案時間學生自選題后23周內完成實驗整體設計方案并提交。提交整體設計方案，要求電子版，用電子郵件發到指導教師的電子郵箱里。思考題 如何使用哈特曼光闌？ 狹縫調節在什么范圍內較合適？ 裝底片應該在什么條

5、件下安裝？ 如何降低激光的光強？ 測量光譜底片時要注意什么？ 用小型棱鏡攝譜儀測量激光的主譜線波長實驗目的：了解棱鏡攝譜儀的構造原理。掌握棱鏡攝譜儀的調節方法和攝譜技術。學會用照相法測定某一光譜線的波長。實驗儀器：小型棱鏡攝譜儀、光源(汞燈、鈉燈、激光器)、讀數顯微鏡實驗原理：1、光譜和物質結構的關系：每種物質的原子都有自己的能級結構，原子通常處于基態，當受到外部激勵后，可由基態遷到能量較高的激發態。由于激發態的不穩定，處于高能級的原子很快就返回基態，此時發射出一定能量的光子的波長（或頻率）由對應兩能級之間的能量差Ei決定。Ei = Ei Eo , Ei 和 Eo 分別表示原子處于對應的激發態

6、和基態的能量。即 Ei = hvi = hc/i 或 i = hc/Ei式中，I = 1, 2, 3, ，h為普朗克常數，c為光速。2、小型棱鏡攝譜儀的基本光路：狹縫S1和準直鏡（平行光管）L1 組成準直系統，將待測光先行會聚到狹縫上，以增加光強；棱鏡P作為色散元件，把投射到第一折射面的不同波長的平行光，經折射后分成沿不同方向的平行光（因為物質的折射率因波長而變）；照相物鏡L2和焦平面F處的記錄材料組成光譜的接收系統。由于物鏡L2將不同方向的平行光依次會聚在焦平面上。故形成光譜，為使整個光譜都清晰，焦平面F的方位必須細心調節。鼓輪測微目鏡 3、棱鏡攝譜儀的構造（）準直管準直管由狹縫S1和透鏡L

7、1組成。S1位于L1的物方焦平面上。被分析物質發出的光射入狹縫，經透鏡L1后就成為平行光。實際使用中，為了使光源S射出光在S1上具有較大的照度，在光源與狹縫之間放置會聚透鏡L，使光束會聚在狹縫上。（）棱鏡部分主要是一個（或幾個）棱鏡P，利用棱鏡的色散作用，將不同波長的平行光分解成不同方向的平行光。（）讀譜裝置包括測微目鏡，使目鏡水平方向左右移動的手輪、絲杠、滑塊、導軌和支架，還包括讀出目鏡位置值用的標尺和100分度及手輪刻度，手輪轉一圈平移1mm，每分度0.01mm，要求估讀到0.1分度。測微目鏡內的叉絲用以對準被測譜線中心。4、線性插入法求待測波長這是一種近似的測量波長的方法。一般情況下，棱

8、鏡是非線形色散元件，但是在一個教小的波長范圍內（約幾個nm內），可以認為色散是均勻的，即譜線在底線上的位置和波長有線性關系，如波長為的待測譜線位于已知波長和譜線之間，如下圖，它們在底片上的位置可用讀數顯微鏡測出，如用和分別表示譜線和的間距及和的間距，那么待測譜線波長為： （a）如波長為的待測譜線位于已知波長和譜線之外，如下圖，它們在底片上的位置可用讀數顯微鏡測出，如用和分別表示譜線和的間距及和的間距，那么待測譜線波長為： （b）實驗內容及步驟：1. 將汞燈光源和聚光鏡L置于儀器準直系統的光軸上，使光源發出的光束聚集到入射狹縫出，使光譜接收處能看到明亮的譜線；2. 將看譜管裝置裝好，將鼓輪調節到

9、（中心波長435.8nm）43.58上3. 調節入射狹縫寬度（0.1mm左右）使譜線最清晰，通過看譜線管觀察汞燈的435.8nm（藍）譜線，是否和看譜管視場內中心指針對齊。如果435.8nm(藍)譜線與看譜線視場中心指針不對齊，就要調整。一般實驗前已經調好不用再調節，如果誤差太大。再進行調節； 4. 把激光器放置于低壓汞燈后面，保證激光器、低壓汞燈、平行光管在同一條直線上；5. 調節激光、汞燈光源，使光源發出的光束聚集到入射狹縫上；6. 用看譜管瀏覽激光光譜，找出已知譜線和待測譜線，在光譜中所在的位置；7. 將鼓輪調至43.58刻度上，換上讀譜裝置準備測量；8. 調節測微目鏡左右移動的手輪，找

10、出已知譜線和待測譜線，在光譜中所處的位置；9. 用測微目鏡位置主標尺和100分度手輪刻度副標尺，測量出已知譜線和待測譜線之間的距離d、x，并記錄。實驗數據表格：待測未知譜線原始數據記錄及表格測量次數譜線對應位置（mm）(nm) d(mm) x (mm)(nm) 1 2 3 4 5 6平均= (nm)低壓汞燈光譜和低壓鈉燈光譜標準波長表汞光譜紫紫藍藍綠綠黃黃紅404.66407.78435.84491.60546.07576.96579.07623.44鈉光譜藍藍藍綠藍綠黃綠黃黃橙471.5472.6517.5567.5588.99589.59612.0 實 驗 報 告實驗儀器：小型棱鏡攝譜儀、

11、光源(汞燈、鈉燈、激光器)、讀數顯微鏡實驗數據表格：待測未知譜線原始數據記錄及表格測量次數譜線對應位置（mm）(nm) d(mm) x (mm) 118.02518.73419.343-11.441.3180.709 218.03518.73619.325-11.441.2900.701 318.05218.74819.348-11.441.2960.696 418.03118.74719.328-11.441.2970.716 518.04018.74319.348-11.441.3080.703 618.03618.73919.344-11.441.3080.703平均 (nm)數據處理：用外推法計算待測激光波長：不確定度的計算：儀器誤差： 由 得： 相對不確定度：實驗結果：待測激光的波長：， ，