光栅光谱仪的使用实验报告-董芊宇.pdf

实验报告实验报告题目题目:光栅光谱仪的使用光栅光谱仪的使用姓姓名名董芊宇董芊宇学学院院理学院理学院专专业业应用物理学应用物理学班班级级20132141032013214103学学号号20132128352013212835班内序号班内序号222220152015 年年9 9 月月一一实实验目的验目的1.了解光栅光谱仪的工作原理。2.学会使用光栅光谱仪。二二实实验原理验原理1.闪耀光栅在光栅衍射实验中，我们了解了垂直入射时（）光栅衍射的一般特性。当入射角 时，衍射强度公式为I sinu sin Nv A u sinv222(9.1)光栅衍射强度仍然由单缝衍射因子和多缝干涉因子共同决定。只不过此时u sinsin(9.2)dv sinsin(9.3)当衍射光与入射光在光栅平面法线同侧时，衍射角取+号，异侧时取-号，单缝衍射中央主a极大的条件是u 0，即sin sin或。将此条件代入到多缝干涉因子中，恰好满足v 0，即 0 级干涉最大条件。这表明单缝衍射中央极大与多缝衍射0 级最大位置是重合的，光栅衍射强度最大的峰是个波长均不发生散射的 0 级衍射峰，没有实用价值。而含有丰富信息的高级衍射峰的强度却非常低。为了提高信噪比，可以采用锯齿形的反射光栅（又称闪耀光栅）。闪耀光栅的锯齿相当于平面光栅的“缝”，与平面光栅一样，多缝干涉条件只取决于光栅常数，与锯齿角度、形状无关。所以当光栅常数及入射角与平面光栅一样时，两者 0 级极大的角度也一样。闪耀光栅的沟槽斜面相当于单缝，衍射条件与锯齿面法线有关。中央极大的衍射方向与入射线对称于齿面法线N，于是造成衍射极大与 0 级干涉极大方向不一致。适当调整光栅参数，可以使光栅衍射的某一波长最强峰发生在 1 级或其他高级干涉极大的位置。2.非平衡光辐射（发光）处于激发态上的电子处于非平衡态。它向低能级跃迁时就会发光。设电子跃迁射光子的能量为hchv E1E0 E(9.4)E和E10，发电子受光辐射激发到高能态上导致的发光成为光致发光。光致发光时，电子在不同能级间跃迁常见如下情况。(1)电子受光辐射激发，然后以无辐射情况跃迁到低能级。（无发射跃迁释放的能量转化成热能hc的光子。E(2)电子吸收一个光子跃迁到激发态，再辐射一个同能量的光子回到初始态。在初态和激发态之间可能存在着中间能级。激发态的电子先无发射跃迁到中间态，再辐射光子跃迁到初始态。从现象看，物质吸收了一个高能量的光子，辐射一个低能量的光子。或者说，短波长的光辐射激发物质发出较长波长的波。因为原子具有分立的能级，原子光谱是线状的不连续谱。或其他形式）从现象看，物质净吸收了一个对应波长为三三实实验仪器验仪器光栅光谱仪。色散元件为闪耀光栅。四四实实验内容验内容1.启动软件，设置相应的参数，寻找狭缝的零点（钠灯，588-591，间隔 0.01nm（或 0.02nm 此参数由仪器使用的光栅参数决定2400L/mm 或 1200L/mm，测量精度高测量范围就小，200-660nm，测量精度减小则测量范围增大，200-800nm），电源控制箱上的负高压调节至约300V，软件中的负高压和增益参数在本实验中都不必调整）用眼睛光差入射狭缝，调节至约0.2mm 然后调节负高压至 300V，单击“单程”扫描谱线，然后减小出射狭缝0.1mm，再次扫描谱线，直至谱线刚好消失，此时的缝宽为零。调节出射狭缝为0.2mm，同样的方法找到入射狭缝的零点。2.研究出射狭缝宽度对谱线（钠双线）的影响（钠灯，588-591nm，间隔 0.01nm）。固定入射狭缝为 0.20，逐渐减小出射的狭缝（1.00-0.20nm，间隔 0.20mm）。3.研究入射狭缝宽度对谱线的影响（钠灯，588-591nm，间隔 0.01nm）。固定出射狭缝为 0.2mm，改变入射狭缝（1.00-0.20nm，间隔 0.20mm），直至入射狭缝为 0.20mm。4.校正光谱仪（入射 0.40mm，出射 0.20mm，后面的实验中均保持狭缝不变，钠灯，588-591nm，间隔 0.01nm，负高压适当）；扫描结束后，用软件的自动或半自动寻峰功能找到两条谱线，并与理论值比较，如果误差超过1nm，则用软件的修正功能予以修正。5.测量高压汞灯光谱（200-660nm，间隔 0.01nm 负高压适当），寻峰，与理论值比较，作测量值-标准值曲线图，并得出光谱仪的波长修正公式；6.测量氢原子光谱（200-660nm，间隔 0.01nm 负高压适当），寻峰，与理论值比较，计算里德伯常数。7.用溴钨灯光源测量滤色片的透过率曲线。五五实实验数据及处理验数据及处理1 出射入射狭缝宽度不同对光谱谱线的影响（1）入射狭缝为 0.2mm，0.4mm，0.6mm，0.8mm，1.0mm。出射狭缝固定为 0.2mm：（2）出射狭缝为 0.2mm，0.4mm，0.6mm，0.8mm，1.0mm。入射狭缝固定为 0.2mm：10009008007006005004003002001000-100588589出射狭缝固定出射1.0出射0.8出射0.6出射0.4出射0.2590591波长(nm)2用汞灯光谱数据作散点图。0(nm)-1-2200300400500600(nm)六实验总结实验中进行多次测量，了解到了影响光栅光谱仪的各种因素，其中狭缝宽度对光栅光谱仪透过光强的大小影响较大。通过这次实验，基本掌握了光栅光谱仪的基本操作方法，能正确使用仪器能够较为正确的测量基线、吸光度、透过率等物理量。