汞光譜波長的測量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

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1、汞光譜波長的測量實(shí)驗(yàn)報(bào)告目錄實(shí)驗(yàn)背景與目的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理實(shí)驗(yàn)感想實(shí)驗(yàn)原理汞光譜波長的測量實(shí)驗(yàn)背景與目的實(shí)驗(yàn)背景本實(shí)驗(yàn)利用光柵把汞原子發(fā)出的光線分解成原子衍射光譜。衍射光柵是攝譜儀、單色儀的重要元件之一。光柵衍射原理也是晶體X射線結(jié)構(gòu)分析、近代頻譜分析和光學(xué)信息處理理論的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.觀察光柵的衍射光譜，理解光柵衍射基本規(guī)律；2.進(jìn)一步熟悉分光計(jì)的調(diào)節(jié)與使用；3.測定光柵常量和汞原子光譜部分特征波長。實(shí)驗(yàn)原理（一）衍射光柵、光柵常數(shù)光柵由大量相互平行、等寬、等距的狹縫（或刻痕）構(gòu)成。原制光柵是用金剛石刻刀在精制的平行平面的光學(xué)玻璃上刻劃而成的?？毯厶?，光射到它上面向四處散射而透

2、不過去，兩刻痕之間相當(dāng)于透光狹縫。光柵上若刻痕寬度為a，刻痕間距為b，則d=a+b稱為光柵常量，它是光柵基本參數(shù)之一。實(shí)驗(yàn)原理（二）光柵方程，光柵光譜根據(jù)夫瑯禾費(fèi)光柵衍射理論，當(dāng)一束平行單色光垂直入射到光柵平面上時(shí)，光波將發(fā)生衍射。光衍射角φ滿足光柵方程dsinφ=kλ,k=0,±1,±2,…時(shí)，光會(huì)加強(qiáng)。式中，λ為單色光波長；k是明條紋級數(shù)。衍射后的光波經(jīng)透鏡會(huì)聚后，在焦平面上將形成分隔較遠(yuǎn)的一系列對稱分布的明條紋，如圖光柵常數(shù)d平行光束光柵a+b衍射角φφ實(shí)驗(yàn)原理（二）光柵方程，光柵光譜如果入射光波含幾種不同波長的復(fù)色光，則經(jīng)光柵衍射后，不同波長光的同一級（k）明條紋將按一定次序排列，形成

3、彩色譜線，稱為該入射光源的衍射光譜。圖是其中待測量的普通低壓汞燈的第一級衍射光譜。它每一級光譜中有四條特征譜線：紫色λ紫=4358.3?，綠色λ綠=5460.7?，黃色兩條λ黃1=5769.6?和λ黃2=5790.7?。實(shí)驗(yàn)原理（三）光柵常量與汞燈特征譜線波長的測量若光垂直入射到光柵上，而第一級光譜中波長λ已知，則測出它相應(yīng)的衍射角為φ，就可以算出光柵常數(shù)d；反之，若光柵常數(shù)已知，則可得出光源發(fā)射的各特征譜線的波長λ。φ角的測量可由分光計(jì)進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.分光計(jì)調(diào)整與汞燈衍射光譜觀察1）認(rèn)真調(diào)整好分光計(jì)；2）將光柵放于載物臺上。轉(zhuǎn)動(dòng)載物平臺，使光柵平面與平行光管的光軸垂直。轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，使

4、望遠(yuǎn)鏡與平行光管的光軸在同一直線上，觀察中央明條紋（k=0），然后左右轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，可見分立中央明條紋兩側(cè)的待測譜線。若發(fā)現(xiàn)兩邊光譜線亮暗不均，說明光柵平面和平行光管的光軸沒有完全垂直。緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)載物平臺，觀察兩側(cè)光譜線直至兩側(cè)光譜線亮暗一致。若發(fā)現(xiàn)左、右兩邊光譜線不在同一水平線上時(shí)，可通過調(diào)節(jié)平臺下的調(diào)平螺絲，使兩邊譜線處于同一水平線上。3）調(diào)節(jié)平行光管狹縫寬度，以能夠分辨出兩條緊靠的黃色譜線為準(zhǔn)；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟2.汞光譜波長的測量1）將望遠(yuǎn)鏡向右（或左）一直移動(dòng)到第二級衍射譜線的第二根黃光開始測量，依次向左（或右）一直移動(dòng)直至所有譜線測完為止。將所測數(shù)據(jù)記錄于表2）根據(jù)光柵方程dsinφ=kλ

5、計(jì)算出各譜線對應(yīng)的波長，并求出測量值與公認(rèn)值的百分誤差。計(jì)算測得波長的平均值及其百分誤差。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟2.汞光譜波長的測量1）將望遠(yuǎn)鏡向右（或左）一直移動(dòng)到第二級衍射譜線的第二根黃光開始測量，依次向左（或右）一直移動(dòng)直至所有譜線測完為止。將所測數(shù)據(jù)記錄于表2）根據(jù)光柵方程dsinφ=kλ計(jì)算出各譜線對應(yīng)的波長，并求出測量值與公認(rèn)值的百分誤差。計(jì)算測得波長的平均值及其百分誤差。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理衍射級數(shù)k光色光譜線的位置衍射角φ=θ-θ0φ=λ/?左游標(biāo)θ左右游標(biāo)θ右左游標(biāo)φ左右游標(biāo)φ右+2x1黃2171°34′30″351°34′15″20°30′00″21°30′15″21°00′7.5″59

6、73.36+2x2黃1171°12′15″351°11′00″20°07′45″21°07′00″20°37′22.5″5870.27+2x3綠170°00′00″350°09′45″18°55′30″20°05′45″19°30′37.5″5566.30+2x4紫166°11′00″346°10′45″15°06′30″16°06′45″15°36′37.5″4484.91+1x5黃2161°06′00″341°06′45″10°01′30″11°02′45″10°32′7.5″6094.78+1x6黃1161°01′30″341°01′45″09°57′00″10°57′45″10°27′

7、22.5″6049.49+1x7綠160°29′45″340°31′00″09°25′15″10°27′00″09°56′7.5″5751.27+1x8紫158°38′00″338°37′45″07°33′30″08°33′45″08°3′37.5″4673.90中央明條紋θ0左=150°64′30″θ0右=330°04′00″實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理衍射級數(shù)k光色光譜線的位置衍射角φ=θ-θ0φ=λ/?左