棱镜摄谱实验报告.docx

南昌大学物理实验报告
课程名称： 普通物理实验（3）
实验名称： 用小型棱镜摄谱仪测定光波波长
学院： 专业班级:
学生姓名： 学号：
实验地点： 座位号：
实验时间：
一、 实验目的：
1•了解棱镜摄谱仪的构造原理。
.掌握棱镜摄谱仪的调节方法和摄谱技术。
•学会用照相法测定某一光谱线的波长。
二、 实验仪器：
玻璃棱镜摄谱仪，汞灯，氦一氖激光器，氦一氖辉光器，读数显微镜，暗室 设备等。
三、 实验原理：
棱镜摄谱仪的构造
准直管
准直管由狭缝S1和透镜L1组成。S1位于L1的物方焦平面上。被分析物质 发出的光射入狭缝，经透镜L1后就成为平行光。实际使用中，为了使光源 S射 出光在S1上具有较大的照度，在光源与狭缝之间放置会聚透镜 L,使光束会聚
在狭缝上。
棱镜部分
主要是一个(或几个)棱镜P,利用棱镜的色散作用，将不同波长的平行光 分解成不同方向的平行光。
光谱接收部分
光谱接收部分实际上就是一个照相装置。 它包括透镜L2和放置在L2像方焦 平面上的照相底板F,透镜L2将棱镜分解开的各种不同波长的单色平行光聚焦 在F的不同位置上，如图(1)所示。由于透镜对不同波长光的焦距不同，当不 同波长的光经L2聚焦后并不分布在与光轴垂直的同一平面上，所以，必须适当 地调整照相底板F的位置，方可清晰的记录各种波长的谱线。
图(1)
/ ::- ..L「厂I： •分别是波长%：心一为的光所成的狭缝的像，叫做光
谱线。各条光谱线在底板上按波长依次排列就形成了被摄光源的光谱图。 若光源
“等为分立值，则摄得的光谱线也是分立的，叫做线光谱； 若光源辐射的波长为连续值，则摄得的是连续光谱。
本实验用的小型玻璃棱镜摄谱仪，可用来拍摄可见光区域的光谱。其结构与 图16— 1所示的基本相同，但由于采用恒偏棱镜代替三棱镜 P,因此，它的照相
装置中光学系统的光轴与准直管的光轴垂直如图（2）所示。
L —会聚透镜
5-准直管物镜
—照相物镜
2 •摄谱仪的性能
（1）色散
色散代表仪器的分光能力，是衡量复色光经仪器色散后各单色光分散的程 度。为了得到质量较好的光谱，某一波长的谱线总是以最小偏向角的状态通过棱 镜，由于不同波长的谱线有不同的最小偏向角， 所以可用角色散表示棱镜色散的 特征（相差单位波长的两谱线分开的角距离）。棱镜的角色散D为：
2 sin A/2 dn
W -K ■
川‘ v 1 — n2 sin3 A/2 庶
实际应用时，常使用线色散D1来表示相差单位波长的两谱线在光谱面上
分开的距离
dl
得:
CO8£
式中，f2是聚光透镜L2的焦距，&是底片与垂直光轴平面的夹角。显然, 仪器的线色散数值越大，不同波长两谱线中心分开的距离越远。
分辨本领
仪器分辨本领是指在用摄谱仪摄取波长为 入附近的光谱时，刚刚能分辨出
两谱线的波长差。用R表示：
A
R = di
该式中入d为能够分辨的两谱线波长差。显然入d值越小，摄谱仪分辨 光谱的能力越高。
根据瑞利判据，色散棱镜的理论分辨本领为: dn
R — b
式中，b为棱镜底边的有效宽度。可见，要提高棱镜摄谱仪的光谱分辨本领， 必须选用高色散率的材料制作色散棱镜，且底边