物理實驗光譜測量與光譜分析

物理實驗光譜測量與光譜分析1第1頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日特征光譜：每一種元素在發(fā)光或吸光時都有其各自所特有的光譜線—特征譜線。所以，光譜是人們認識了解物質成份的重要手段，在已知的元素中有近1/5都是通過光譜分析來發(fā)現(xiàn)的。光譜儀：用于進行光譜測量和物質光譜分析的裝置。其主要作用：1.分解和分析光譜；2.測定波長與能量的對應關系，繪制光譜圖。光柵作用：光柵具有分光色散作用（同級光譜中不同的波長對應不同的衍射角），通過光柵可以把光譜中的不同波長分解開來。所以它是光柵光譜儀的核心組成部分。光譜分析與光譜儀二、實驗原理2第2頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日如圖所示，處于能級E1的原子吸收能量躍遷到高能態(tài)E2時,將向下躍遷并發(fā)出相應能級差的光子：原子發(fā)光所以，測出元素的某一波長，根據(jù)其對應的能級差就可以算出普朗克常數(shù)h.透射率光通過任何物質時都會被不同程度地吸收。定義單色光透過一定厚度的物質時的百分透射率為：其中I0

和I分別是光從該物質的入射和出射光強。3第3頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日光柵光譜儀（單色儀）分光原理由狹縫S1入射的復色光，經M2變成復色平行光照射到光柵G上，經光柵色散后，不同波長的平行光束以不同的衍射角出射。通過旋轉光柵G改變角度，就可使某一波長的光經M3聚焦在出射狹縫S2或S3上，再由S2后面的電光探測器記錄該波的波長、光強度等信息，并將數(shù)據(jù)輸入電腦處理。通過S3則可直接觀察光譜線。計算機光柵物鏡入射光旋轉鏡光電倍增管入射光衍射光轉臺光柵通過旋轉光柵實現(xiàn)對波長掃描.出射波長與光柵旋轉角度之間的關系為：式中，d和k分別是光柵常數(shù)和衍射級次。對同一單色儀，為確定值。4第4頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日三、實驗儀器WGD-3型組合式多功能光柵光譜儀計算機汞燈、溴鎢燈、濾光片5第5頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日四、實驗內容測量汞燈光譜，根據(jù)測得波長計算普朗克常數(shù)。以溴鎢燈為光源，掃描綠色濾光片的透射率曲線，并測算透射率曲線能量半峰值對應的光譜寬度。6第6頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日五、實驗操作指導7第7頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日光入射狹縫光電倍增管光譜儀電源注意：請不要動這三顆狹縫螺絲，已調好。溴鎢燈溴鎢燈電源汞燈汞燈電源光譜儀光柵光譜儀及待測光源8第8頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日濾光片插入口光入射狹縫濾光片插入口9第9頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日電壓調至500V一、打開光譜儀和汞燈電源，光譜儀負高壓調至500V；二、開電腦，打開WGD-3光譜儀軟件；汞燈放置于此測量汞燈光譜圖步驟汞燈預熱幾分鐘10第10頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日三、參數(shù)設置：模式選“能量”；間隔：0.1nm；起始波長：300nm，終止波長：650nm；寄存器-1；其余默認.點擊“單程”開始掃描測量汞燈光譜圖步驟按箭頭指示設置參數(shù)四、點擊“單程按鈕”開始單程掃描；11第11頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日測量汞燈光譜圖汞燈光譜掃描結果12第12頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日測量汞燈光譜圖五、修正波長自動尋峰按鈕點左下工具欄“自動尋峰”按鈕，在彈出的對話框中點“檢峰/谷”開始自動尋峰。13第13頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日測量汞燈光譜圖步驟尋峰結果將間隔最寬兩峰中的左峰波長值與對應參考波長值（435.8nm）比較。算出測量值與參考值的差，以此進行修正。參考峰值波長:14第14頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日測量汞燈光譜圖步驟波長修正點“波長修正”輸入修正值注：波長的最大修正量為±50nm.15第15頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日測量汞燈光譜圖步驟六、波長修正完成后，重新尋峰，并記錄各條譜線的波長值.參考峰波長值:16第16頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日汞譜線標準波長及其對應的能級躍遷:修正后的測量波長將測量的各個波長值和對應的理論能級差代入該公式計算普朗克常數(shù)h，求平均。與標準值比較，計算相對誤差。普朗克常數(shù)標準值七、計算普朗克常數(shù)17第17頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日一、點亮溴鎢燈并放置于入射縫前；電壓調至300V.測量綠色濾光片的光譜透射率溴鎢燈溴鎢燈電源調至300V溴鎢燈預熱幾分鐘18第18頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日二、掃描基線：模式選“基線”；間隔：0.1nm；起始波長：200nm，終止波長：800nm；寄存器-2；其余默認.點擊“單程”開始掃描按箭頭指示設置參數(shù)點擊“單程”開始基線單程掃描；測量綠色濾光片的光譜透射率19第19頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日基線掃描結果溴鎢燈光譜（基線）測量綠色濾光片的光譜透射率20第20頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日測量綠色濾光片的光譜透射率三、掃描綠色濾光片的光譜透射率：1.從狹縫側面處插入綠色濾光片；2.模式選“透過率”；寄存器-3；其余參數(shù)不能改變！3.點擊“單程”開始掃描。改變箭頭指示兩個參數(shù)，其余的必須與基線掃描時相同，不能改變。插入濾光片21第21頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日濾光片透過率掃描結果基線測量綠色濾光片的光譜透射率濾光片透過率22第22頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日四、尋峰，記錄峰值處的波長和能量值。測量綠色濾光片的光譜透射率能量半峰值25.8523第23頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日五、測量能