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摄谱和读谱86/82 姓名：刘伟 学号： PB0701323 实验组数：81 目的要求: 了解棱镜摄谱的原理，学习用棱镜摄谱仪摄取光谱线。学会对光谱的定性分析。 仪器用具：棱镜摄谱仪 各种元素的原子被激发时，会发出各种不同波长的光，形成光谱，各种元素的光谱的谱线对应的波长是确定的，是由原子能级间的跃迁来决定的，谱线在光谱中的位置可以事先测定，因此只要对待测物质所发出的光谱线进行测定，就可以知道该物质的化学成分，这就是进行定性光谱分析的基本依据。 本实验是用棱镜摄谱仪摄取光谱线。该仪器是以光的折射原理为基础的，即当一束包含不同波长的平行光投射到棱镜面上时，不同波长的光以不同方向射出。若光源辐射的波长为分立值，则所摄得的谱线也是分立的，称为线光谱。而像太阳、白炽灯等辐射连续波长的光源，在底片上形成的是连续光谱，在可见光区域可以看到从红到紫的一片。 实验原理 1 棱镜摄谱仪 棱镜摄谱仪的构造可以平行光管、棱镜、光谱接收三部分；按所用的波长的不同，摄谱仪可分为紫外、可见、红外三大类，它们所用的棱镜材料也不同；对紫外用水晶或萤石，对可见光用玻璃，对红外线用岩盐等材料. 本次实验所用的是可见光范围内的小型棱镜摄谱仪，S为光源， L为透镜，使S发出的发散光会聚后均匀照亮狭缝，S1为狭缝，以控制入射光的宽度；L1的焦距位于S1，这样可以产生平行光，经棱镜折射后再由L2和L3会聚到照相底板F. 2， 对光谱的定性分析。 铁谱作为已知光谱，氦谱作为未知光谱。并列拍摄铁光谱与未知光谱，对照测量可以算出未知谱线波长。 如图，、为已知两条铁谱谱线，为所夹的未知谱线的波长，、、分别为、、处读数，当与很近时，与近似成线性关系，因此由插入法可得： ，其中，， 即。 由此算出的值。 实验内容： 1． 摄谱 调节共轴，将光源S置于准直物镜L1的光轴上在光源与狭缝S1之间加入聚光照明透镜L，调节透镜L的位置，使光源成像在入射缝上。若更换光源，只能调整光源的位置，而透镜L的位置不应变动，以保证光源始终处在准直物镜L1的光轴上。         调节与观察：毛玻璃放在暗匣的放底板的位置处，移动暗匣，使毛玻璃上现出光谱，取下暗匣，装入底板。用哈特曼光阑控制各光谱。手拿目镜，贴在毛玻璃上进行观察。        摄谱：在暗箱中将底片装入底片盒，再换下毛玻璃，曝光时打开小遮板，曝光后关闭小遮板。 将摄得谱线的底片放入暗室中经显影、定影洗出底片。 摄谱过程中的注意事项及心得体会： 1．铁电弧不要激发过久，否则将会烧红铁棒损坏仪器，影响操作。 2．调节两棒电弧、透镜中心、狭缝等高时，先让透镜靠近狭缝，使之与哈德曼光阑中孔等高，再将透镜移近电极架，调节电弧与透镜中心等高。最后透镜的位置应使其出射的圆光斑直径在2cm左右，使狭缝在光斑的中央。 3．观察光谱时，应在使用哈德曼光阑的不同的孔时，光谱同样均匀明亮而且在同一高度上，否则就说明电弧、透镜、狭缝没有共轴。观察到的谱线要完整。我们组用的是汞光源，得到的谱线特别亮，也很完整。 4．在装底片进底片盒的时候，要注意不要装歪了，否则摄得的底片上的图也是歪的。装的时候尽量不要用手抓底片的中央，否则会留下很明显的指印。影响摄得的底片的效果。装好底片后尽量不要晃动它，换下毛玻璃。实验的过程中不要去摇动桌子或者摄谱仪。 5．曝光的时候应特别注意，因为特别影响实验结果。曝光时间不要过长也不能太短。我们组的汞光源在第一次实验的时候没有考虑到其谱线亮度很大，曝光时间和其他组的氦光源的一样，导致最后洗出的底片上的汞谱线太黑了。 6．洗底片的时候耐心等待，依次浸洗就可以了。 实验结果分析：我们最后的底片上面效果还是很不错的，曝光时间控制的很好，谱线很清晰。但是由于底片盒没有调正，导致底片上的谱线是歪的，而且还有部分出了底片。这一点感觉有些遗憾。 2．读谱 氦的未知谱线的测量及其数据处理 千分尺的精度为0.01，取仪器的最小刻度0.01mm的三分之一为 Δ仪，设其为均匀分布，忽略Δ估，则μB=0.01 / 3 / ＝ 0.00192 mm。 第一条谱线： =4957.458Å =4984.088 Å 1 2 3 4 5 6 平均 L1（铁）/mm 17.562 17.565 17.560 17.566 17.562 17.564 17.56233 4.22222E-06 Lx氦/mm 18.298 18.300 18.305 18.302 18.297 18.301 18.30100 8.66667E-06 L2（铁）/mm 18.539 18.542 18.548 18.545 18.550 18.540 18.54300 1.40000E-05 /mm 0.736 0.735 0.745 0.736 0.735 0.737 0.738667 a/mm 0.977 0.977 0.988 0.979 0.988 0.976 0.980667 = 0.739 =0.981 n=6时，查表得t=1.11, u’A(a)= 0.00167 mm 故uA(a)= 0.00167 * 1.11= 0.00184 mm u’A(ax)= 0.00367 mm 故uA(ax)= 0.00367 * 1.11 = 0.00409 mm 的不确定度: 的不确定度: μB=0.01 / 3 / ＝ 0.00192 mm 不确定度的传递： 设k＝ 则k平均＝＝0.7523 U(k)= k平均 * ＝ 1.1 由得到不确定度传递公式推导过程？ U(λx)=(λ2−λ1)U(k)=()*1.1=2.010 Å 不确定度取两位有效数字并展伸得： 第一条： λx＝（4977.51720.000）Å p=0.68 λx＝（4977.51740.000）Å p=0.95 λx＝（4977.51760.000）Å p=0.99 第二条谱线 =4009.717Å =4014.534 Å 1 2 3 4 5 6 平均 （铁）/mm 18.362 18.368 18.370 18.369 18.362 18.365 18.36667 1.15556E-04 氦/mm 18.550 18.548 18.549 18.550 18.547 18.552 18.54900 6.66667E-06 （铁）/mm 18.765 18.766 18.760 18.770 18.765 18.763 18.76367 6.88889E-05 /mm 0.188 0.180 0.179 0.181 0.185 0.177 0.182333 /mm 0.403 0.398 0.390 0.401 0.397 0.398 0.397000 = 0.182333 =0.397 n=3时，查表得t=1.11, μ’A(a)= 0.0035mm 故μA(a)= 0.0035 * 1.11 = 0.00385mm μ’A(ax)= 0.00458 mm 故μA(a)= 0.00458 * 1.11 = 0.00504 mm 的不确定度: μB=0.01 / 3 / ＝ 0.00192 mm 的不确定度: 不确定度的传递： 设k＝ 则k平均＝＝0.4593 U(k) = k平均 * ＝0.65 由得到不确定度传递公式 U(λx)=(λ2−λ1)U(k)=()*0.65=3.1 Å 不确定度取两位有效数字并展伸得： 第二条： λx＝（4011.9293.100）Å p=0.68 λx＝（4011.9296.300）Å p=0.95 λx＝（4011.9299.400）Å p=0.99 思考题 1．为什么在摄谱中要先拍摄氦谱而不能先拍铁谱？ 答：先调节铁棒，让其和棱镜摄谱仪共轴；定好铁棒的位置后才调节氦谱发光管。如果是先测铁谱，那么等拍摄完之后，要移动氦谱的发光管，使之和棱镜摄谱仪共轴，就需要取下底片用目镜看是否共轴，这样就很容易使底片移动不在原来的位置上了，也使拍摄的谱线不清晰。 2． 为什么底片匣子要倾斜一个角？ 答：因为光线进入棱镜摄谱仪，要经过透镜发散成平行光，再经过棱镜的折射分成不同波长的平行光，再经过透镜会聚，因为透镜对于不同波长的光有不同的折射率，使会聚的像离透镜远近不同，通过底片匣子的倾斜角可以让不同波长的光成的像都在底片上。 3.分析你所拍摄的底片，对不理想之处找出原因。 答： 1. 谱线没有拍正。一侧的铁谱斜线出了底片。 2．谱线位置太过于靠上。 3. 胶片中间的谱线比较清晰，但有粗有细。 原因： 谱线位置太靠上是底片匣子没有调节好，曝光时位置太上。 谱线倾斜可能由于底片匣子有倾斜，或者底片没有在匣子里放正。 实验误差分析： 1,该实验由于谱线有一定宽度,使得一条谱线对应两个波长值, 虽然在取值时考虑了这方面因素,但误差仍然存在. 2,计算氦光谱谱线, 当λ1与λ2很靠近时，我们认为λ1-λ2与l1-l2近似成线性关系,此中本就有误差. 3,主观读数时也有误差.