Transcript 氘光谱实验（张亚平）

氘光谱实验
————电科091
张亚平
实验背景
光谱线系的规律与原子结构有内在的联
系，因此，原子光谱是研究原子结构的一种
重要方法。1885年巴尔末总结了人们对氢
光谱测量的结果，发现了氢光谱的规律，提
出了著名的巴尔末公式，氢光谱规律的发现
为玻尔理论的建立提供了坚实的实验基础，
对原子物理学和量子力学的发展起过重要作
用。1932年尤里根据里德伯常数随原子核
质量不同而变化的规律，对重氢赖曼系进行
摄谱分析，发现氢的同位素——氘的存在。
通过巴尔末公式求得的里德伯常数是物理学
中少数几个最精确的常数之一，成为检验原
子理论可靠性的标准和测量其他基本物理常
数的依据 。
实验目的
掌握定量测定氘光谱的方法
熟悉多功能光栅光谱仪的光学系统、
电子系统和软件系统
实验原理
在一块透明的光学玻璃平板上刻有大量的相互平
行、等宽等间距的刻痕，构成光栅。光栅可分为
透射光栅、平面反射光栅等。本实验采用的平面
反射光栅。光栅方程为：
(a  b) sink  k
式中  k 称为第k级衍射角， 是反射光部分与漫
反射部分的宽度，称为光栅常数， 表示待测的
波长
光栅光谱仪的光学系统如图1所示。M1
为准直镜，M2为物镜，M3为转镜，G为
平面衍射光栅，S1为入射狭缝，S3为出
射狭缝。光束从S1入射，经过准直镜M1
后，成为平行光，平行光经过平面反射
光栅衍射后入射到物镜M2上，并且会聚
到S2处，在光路遇到转镜M3后成像在S3
处。在S3位置安置CCD接收器件，通过
连接线传输到计算机上。
实验内容
准备工作
开机之前检查光栅光谱仪的单色仪主
机、电控箱、接收单元、计算机连线。
将入射狭缝宽度、出射狭缝宽度都调
至0.1mm左右。
实验测量
按图2连接好线，左边是氘灯和电控箱，
如图3所示；右边是光栅光谱仪，如图4
所示。电控箱包括电源、信号放大、控
制系统和光源系统，确认所有连线正确
连接后，打开电控箱的开关，再运行仪
器操作软件，进行测量氘光谱。
①选定光谱光源，打开放电管电源。
将光源对准光谱仪入射狭缝，通过
螺旋测微器调节狭缝宽度。必要时
可在光源前加聚光镜，移动聚光镜，
均匀照亮入射狭缝。
②选择参数设置区的“参数设置”项，设置
工作方式、范围及状态。工作方式→模式：
所采集的数据格式，有能量、透过率、吸光
度、基线。测光谱时选能量。间隔：两个数
据点之间的最小波长间隔，根据需要在0.1～
1nm之间选择。工作范围：在起始、终止波长
和最大、最小值4个编辑框中输入相应的值。
工作状态→负高压：提供给光电倍增管的负
高压，设1—8共八档。拖动滑块，在1～1000
次之间选择。在参数设置区中，选择“数据”
项，在“寄存器”下拉列表框中选择某一寄
存器，在数值框中显示该寄存器的数据。参
数设置区中，“系统”、“高级”两个选项，
一般不要改动。
③待初始化完毕，用鼠标点击文件→新
建，并点击工具栏中的“单程”扫描，
开始显示图像。建议先测定标光源的谱
线，在“读取数据”项下对曲线进行寻
峰，读出波长，和定标光源的已知谱线
(附后)波长相比较，对波长进行修正。
④如果在扫描过程中发现峰值超出最高标度，
可点击“停止”。然后寻找最高峰对应的波
长，进行定波长扫描(在“工作”菜单内)。
同时调节倍增管前面的狭缝宽度，将峰值调
到合适位置。调节完毕，将波长范围设置成
350～800nm，重新初始化，再单程扫描。扫
描完毕，保存文件。
⑤将光源换成氘灯，测量氘光谱的谱线。进
行单程扫描，获得氘光谱的谱线。
实验器：
WDS多功能光栅光谱仪
注意事项
狭缝可调范围为0~2mm，每旋转一周狭
缝宽度变化0.5mm，平时不能置于0或
2mm，应当调至0.1mm~0.5mm之间。
电控箱包括电源、信号放大、控制系统
和光源系统，确认所有连线正确连接后，
打开电控箱的开关，再运行仪器操作软
件。
实验现象：
钨灯光谱图（-198V）
（-212V）
（-182V）
氘灯光谱图（-308V）
（-312V）
(-295V)
（-282V）
（-242V）
谢谢观看！