PASG。物理组合实验系列 光谱组合实验 傅冠久编译 上海交通大学物理实验中心
PASCO 物理组合实验系列 光谱组合实验 傅冠久 编译 上海交通大学物理实验中心
目录 引言 实 验 1 发 射 光1 谱 验 2 吸 收 光3 谱 5 8 10
目 录 引言 实 验 1 发 射 光 谱·········································································································· ········ 1 实 验 2 吸 收 光 谱·········································································································· ········ 3 5 8 10
实验1发射光谱 引言 般物质在受热到一定程度时，会发光变亮，此时光线的光谱是一些特定的波长，这就 是我们通常所讲的物质的发射光谱（明线），如果能测出特定波长的光谱，反过来也可证明 某些物质中所含有哪些元素，这样光谱分析就可用来检测元素的存在。 Diffraction Grating Optics Bench Collimating Lens Grating Mount 实验仪器（如图11所示） Light Sensor Arm 光源： Focusing Lens 水银灯，用低压电源来控 Aperture Disk 制。 ight Source 光谱测量仪： Coltimating Slit Degree Plate Pinion 光具座，用于固定测量用 Rotary Motion Sensor High Sensitivity Light Sensor 的仪器。 狭缝，将光源变成一狭长 图1.1 的光线。 透镜，作扩束光用。 光栅，将入射的平行光分解成各单一的谱线。 聚焦透镜，光孔盘，调节光感光器接入光线量的大小，可转动的光感应接收臂及圆盘。 转动传感器用来测量转动角度。 光感应传感器测量光强，两者均与计算机连接。 500接收器及电脑。 实验目的 本实验是为了确定水银灯发光时产生的各谱线的波长。学会使用计算机系统分析其结 果。 实验原理（如图1.2所示） 光栅是一种刻划得非常细小而 均匀且互相平行能让光通过的狭缝， d grating line 8=angle of diffraction spacing 相邻狭缝的中心距离称为光栅常数 Ray A d,从狭缝过来的光线产生相互干涉， light rays 因而可以看到光栅的干涉条纹，由于 Ray B 各光谱的波长不同，因此产生的位置 Grating 0也不一样，这就是光栅能将谱线分 开的原因。 图1.2 当x、d、0满足如下条件时， 会产生明条纹（发射光谱）
1 实验 1 发射光谱 引言 一般物质在受热到一定程度时，会发光变亮，此时光线的光谱是一些特定的波长，这就 是我们通常所讲的物质的发射光谱（明线），如果能测出特定波长的光谱，反过来也可证明 某些物质中所含有哪些元素，这样光谱分析就可用来检测元素的存在。 实验仪器（如图 1.1 所示） 光源： 水银灯，用低压电源来控 制。 光谱测量仪： 光具座，用于固定测量用 的仪器。 狭缝，将光源变成一狭长 的光线。 透镜，作扩束光用。 光栅，将入射的平行光分解成各单一的谱线。 聚焦透镜，光孔盘，调节光感光器接入光线量的大小，可转动的光感应接收臂及圆盘。 转动传感器用来测量转动角度。 光感应传感器测量光强，两者均与计算机连接。 500 接收器及电脑。 实验目的 本实验是为了确定水银灯发光时产生的各谱线的波长。学会使用计算机系统分析其结 果。 实验原理（如图 1.2 所示） 光栅是一种刻划得非常细小而 均匀且互相平行能让光通过的狭缝， 相邻狭缝的中心距离称为光栅常数 d，从狭缝过来的光线产生相互干涉， 因而可以看到光栅的干涉条纹，由于 各光谱的波长不同，因此产生的位置 θ也不一样，这就是光栅能将谱线分 开的原因。 当λ、d、θ满足如下条件时， 会产生明条纹（发射光谱） 图 1.1 图 1.2
nA=dSin0 (n为干涉级数) 只考虑第1级 m=1 因此可以通过测量0、入的大小来求出光橱常数d,反之亦然。 实验内容 1.将各仪器照图1.3放置好，并将 Light Source Collimating Lens Diffraction Grating 水银灯的灯光均匀照到狭缝上。 2. 调节狭缝，扩散透镜，以及聚焦 米 透镜，光栅位置，以使中央条纹 Collimating Sli 以及第一级的干涉条纹清晰地 Focusing Lens 呈现在光谱接收器前的光屏上， spectral line 转动光屏上的接缝使合适的缝 图1.3 (一般用最小的缝)正好与中央 的光条纹平行。 3.将计算机与光谱测量仪相 科学工作望 档买线实张星示说明 1.4的图案。 无标题5 LX 4.在图1.4的界面中按下 -ANALOG CHANNELS- 1●2家 笛的 模拟插头并移到通道 DIGITAL CHANNELS A、B或C任一个中（如 按下并抱这个数码式基头移到 按下并把这个模拉式插珍刻！ A),并点击A选择感应 朵通总上用作称动，触， 一条道上作为电压、热 格营，◆ 连项 器为光传感如图1.5，此 目画 时选择的就是测量光强 23☑圆圆圍世 数位仪表示波器FT表格图表 的接收系统。同样按下 拔下并把个示图异移蒸 感应器上以显示据 数码式插头并移到通道 1、2上，并点击1、2， 选择感应器为旋转移动 图1.4 传感器如图1.6，此时选 择的就是测量转动角度的接 的 选择感应器。 收系数。 电压传感器 5.在图1.4中的介面上找出图表 处并移到光传感器上，得到如 瓷电源放大器 图1.7的坐标显示，点击横轴 工力传感器 钟表处，使上可以选择数码式 元加速率传感器 输入1，跳出小界面，然后选 光传感器 择角位置如图1.8，纵轴上点 取消☐ 确定 击一下，选择模拟式输入A, 选中强度，如图1.9， 图1.5 2
2 n = dSin （n 为干涉级数） 只考虑第 1 级 n=1 因此可以通过测量θ、λ的大小来求出光栅常数 d，反之亦然。 实验内容 1. 将各仪器照图 1.3 放置好，并将 水银灯的灯光均匀照到狭缝上。 2. 调节狭缝，扩散透镜，以及聚焦 透镜，光栅位置，以使中央条纹 以及第一级的干涉条纹清晰地 呈现在光谱接收器前的光屏上， 转动光屏上的接缝使合适的缝 （一般用最小的缝）正好与中央 的光条纹平行。 3. 将计算机与光谱测量仪相连，启动光谱测量程序（即连击两下科学室图标）看到如图 1.4 的图案。 4. 在图 1.4 的界面中按下 模拟插头并移 到通道 A、B 或 C 任一个中(如 A)，并点击 A 选择感应 器为光传感如图 1.5，此 时选择的就是测量光强 的接收系统。同样按下 数码式插头并移到通道 1、2 上，并点击 1、2， 选择感应器为旋转移动 传感器如图 1.6，此时选 择的就是测量转动角度的接 收系数。 5. 在图 1.4 中的介面上找出图表 处并移到光传感器上，得到如 图 1.7 的坐标显示，点击横轴 钟表处，使上可以选择数码式 输入 1，跳出小界面，然后选 择角位置如图 1.8，纵轴上点 击一下，选择模拟式输入 A， 选中强度，如图 1.9， 图 1.3 图 1.4 图 1.5
完成后变成图1.10。取样选择选 1要 选择感应器。 为500Hz 6.点击记录图标EC,此时计算 中产碰撞(2光门) 机准备工作，缓缓转动测量臂， #旋转移动传感器 注意使光栅不动及大盘与转动 图智能滑轮（旋转） 传感器接触良好，不让小转动轮 品删旋转动力学装置 打滑。并保证从一边开始，包含 盖霞剖· 有0位置的光条及两边全部第 一级干涉条纹。点一下Stop图 职消 确定 标，此时应得到图1.11（只需做 一边的第一级) 图1.6 7.科学工作室的软件提供了许多处理数据的方法，例如图1.12就是利用统计最大值的方 科学工作室 南3 aa▣ AWLO好当Eg 数露 口时的 唐州显示 ▣☒ 旧面 罗 s 图1.7 科学工作室 网X ®a画 数君 12 幽留的 题的显呆 密转动次数，counts,.counte次数刻 位安nRs,ina米 速家2，i议麻证米/制1 速率，1林4ead旗米世~2 052025303605006 ”式箭人1 像数码式输》入2 倒摸式输入4· 图1.8
3 完成后变成图 1.10。取样选择选 为 500Hz. 6. 点击记录图标 REC，此时计算 机准备工作，缓缓转动测量臂， 注意使光栅不动及大盘与转动 传感器接触良好，不让小转动轮 打滑。并保证从一边开始，包含 有 0 位置的光条及两边全部第 一级干涉条纹。点一下 Stop 图 标，此时应得到图 1.11（只需做 一边的第一级） 7. 科学工作室的软件提供了许多处理数据的方法，例如图 1.12 就是利用统计最大值的方 图 1.6 图 1.7 图 1.8
法分析0条纹的位置坐标，因此可以非常方便地利用软件本身提供的手段来分析记录的 光谱数据。 爹科学工作型至 ate chor ANALOG CHAIELS 口倒的前 幽力竹 目面 影臼形星示 。数码式接入1 :粤数码式输入2 够快潮)门强度候大州 ☑养输入 2530354046505690 运库可密 角色angP防度 图1.9 参科举工作室 X 档来格实示说明 影因形显宗 aB画 圆 ""0620230405粉2 匹* 角收宣，angPos(0准) 图1.10 密科学工作室 档装璃实验是示说明 影窗韩显示 5202530364046 样逃 平网区 医 角枚置，angPos( 图1.11 4
4 法分析 0 条纹的位置坐标，因此可以非常方便地利用软件本身提供的手段来分析记录的 光谱数据。 图 1.9 图 1.10 图 1.11
象科学工作空 行☒ Ae se ANALOG CHANNELS 2。扇的阁 ×1.0347,y=4.1505 ②平网区 0.51.01620M 一医习 图112 8 数据记录及处理表格自拟，（参考表1） Color 01 02 40 0=△0/2 λ=dSin0 注意事项 本实验仪器均比较小而薄，不宜用力过大过重，特别是狭缝板，一定要小心绕轴心旋转 不能横向撬动。 5
5 8. 数据记录及处理表格自拟，（参考表 1） Color θ1 θ2 Δθ θ=Δθ/2 λ=dSinθ 注意事项 本实验仪器均比较小而薄，不宜用力过大过重，特别是狭缝板，一定要小心绕轴心旋转 不能横向撬动。 图 1.12
实验2吸收光谱 引言 由于物质是由分子，原子构成的，原子中的电子处于不同的能级中，因此，连续的光谱 通过这些物质时，低能级的电子会吸收某一谱线的光子发生跃迁，这样就会产生吸收光谱（即 暗纹)这种光谱分析的方法常用来检测某些元素的存在。 实验仪器 白炽灯，滤光片，其余仪器与实验1相同。 实验目的 本实验为了观察滤光片吸收光谱。 实验内容 1.观察连续光谱 2.观察滤光片吸收光谱。 实验步骤自行设计。 注意事项 同实验1。 6
6 实验 2 吸收光谱 引言 由于物质是由分子，原子构成的，原子中的电子处于不同的能级中，因此，连续的光谱 通过这些物质时，低能级的电子会吸收某一谱线的光子发生跃迁，这样就会产生吸收光谱（即 暗纹）这种光谱分析的方法常用来检测某些元素的存在。 实验仪器 白炽灯，滤光片，其余仪器与实验 1 相同。 实验目的 本实验为了观察滤光片吸收光谱。 实验内容 1．观察连续光谱 2．观察滤光片吸收光谱。 实验步骤自行设计。 注意事项 同实验 1