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1、关于物理实验 光谱测量与光谱分析1第一页，本课件共有29页2一、实验目的1.了解光栅光谱仪的工作原理；了解光栅光谱仪的工作原理；2.掌握利用光栅光谱仪进行测量的基本技术。掌握利用光栅光谱仪进行测量的基本技术。第二页，本课件共有29页3u特征光特征光谱：每一种元素在发光或吸光时都有其各自所特有的每一种元素在发光或吸光时都有其各自所特有的光谱线光谱线特征谱线。所以，光谱是人们认识了解物质成份的重要特征谱线。所以，光谱是人们认识了解物质成份的重要手段，在已知的元素中有近手段，在已知的元素中有近1/51/5都是通过光谱分析来发现的。都是通过光谱分析来发现的。u光光谱仪：用于进行光谱测量和物质光谱分析的
2、装置。其主要作用：用于进行光谱测量和物质光谱分析的装置。其主要作用：1.1.分解和分析光谱；分解和分析光谱；2.2.测定波长与能量的对应关系，绘制测定波长与能量的对应关系，绘制光谱图。光谱图。u光光栅作用：作用：光栅具有分光色散作用（同级光谱中不同的波长对光栅具有分光色散作用（同级光谱中不同的波长对应不同的衍射角），通过光栅可以把光谱中的不同波长分解开应不同的衍射角），通过光栅可以把光谱中的不同波长分解开来。所以它是光栅光谱仪的核心组成部分。来。所以它是光栅光谱仪的核心组成部分。光谱分析与光谱仪光谱分析与光谱仪二、实验原理第三页，本课件共有29页4如图所示，处于能级如图所示，处于能级E1的原子
3、吸收能量跃迁到高能态的原子吸收能量跃迁到高能态E2时时,将将向下跃迁并发出相应能级差的光子：向下跃迁并发出相应能级差的光子：原子发光原子发光所以，测出元素的某一波长，根据其对应的能级差所以，测出元素的某一波长，根据其对应的能级差就可以算出普朗克常数就可以算出普朗克常数h.透射率透射率光通过任何物质时都会被不同程度地吸收。定义单色光透光通过任何物质时都会被不同程度地吸收。定义单色光透过一定厚度的物质时的百分透射率为：过一定厚度的物质时的百分透射率为：其中其中I0 和和I分别是光从该物质的入射和出射光强。分别是光从该物质的入射和出射光强。第四页，本课件共有29页5光栅光谱仪（单色仪）分光原理光栅光
4、谱仪（单色仪）分光原理由狭缝由狭缝S1入射的复色光，经入射的复色光，经M2变成复色平行光照射到光栅变成复色平行光照射到光栅G上，经光栅色散后，上，经光栅色散后，不同波长的平行光束以不同的衍射角出射。通过旋转光栅不同波长的平行光束以不同的衍射角出射。通过旋转光栅G改变角度，就可使某改变角度，就可使某一波长的光经一波长的光经M3聚焦在出射狭缝聚焦在出射狭缝S2或或S3上，再由上，再由S2后面的电光探测器记录该波的后面的电光探测器记录该波的波长、光强度等信息，并将数据输入电脑处理。通过波长、光强度等信息，并将数据输入电脑处理。通过S3则可直接观察光谱线。则可直接观察光谱线。计算机计算机光栅光栅物镜物
5、镜入射光入射光旋转镜旋转镜光电光电倍增管倍增管入射光入射光衍射光衍射光转转台台光光栅栅通过旋转光栅实现对波长扫描通过旋转光栅实现对波长扫描.出射波长与光栅旋转角度出射波长与光栅旋转角度 之间之间的关系为：的关系为：式中，式中，d 和和k 分别是光栅常数和衍射级次。分别是光栅常数和衍射级次。对同一单色仪，对同一单色仪，为确定值。为确定值。第五页，本课件共有29页6三、实验仪器pWGD-3型组合式多功能光栅光谱仪型组合式多功能光栅光谱仪 p计算机计算机 p汞灯、溴钨灯、滤光片汞灯、溴钨灯、滤光片 第六页，本课件共有29页7四、实验内容1.测量汞灯光谱，根据测得波长计算普朗克常测量汞灯光谱，根据测得
6、波长计算普朗克常数。数。2.以溴钨灯为光源，扫描绿色滤光片的透射率曲线，以溴钨灯为光源，扫描绿色滤光片的透射率曲线，并测算透射率曲线能量半峰值对应的光谱宽度。并测算透射率曲线能量半峰值对应的光谱宽度。第七页，本课件共有29页8五、实验操作指导第八页，本课件共有29页9光入射狭缝光电倍增管光谱仪电源注意：注意：请不要动这三颗狭缝螺丝，已调好。请不要动这三颗狭缝螺丝，已调好。溴钨灯溴钨灯电源汞灯汞灯电源光谱仪光栅光谱仪及待测光源光栅光谱仪及待测光源第九页，本课件共有29页10滤光片插入口光入射狭缝滤光片插入口第十页，本课件共有29页11电压调至500V一、一、打开光谱仪和汞灯电源，光谱仪负高压调至
7、打开光谱仪和汞灯电源，光谱仪负高压调至500V；二、二、开电脑，打开开电脑，打开WGD-3光谱仪软件；光谱仪软件；汞灯放置于此测量汞灯光谱图步骤测量汞灯光谱图步骤汞灯预热几分钟第十一页，本课件共有29页12三、参数设置：三、参数设置：模式选模式选“能量能量”；间隔：；间隔：0.10.1nm；起始波长：起始波长：300300nm，终止波长：，终止波长：650650nm；寄存器；寄存器-1-1；其余默认；其余默认.点击“单程”开始扫描测量汞灯光谱图步骤测量汞灯光谱图步骤u按箭头指按箭头指示设置参数示设置参数四、四、点击点击“单程按钮单程按钮”开始单程扫描；开始单程扫描；第十二页，本课件共有29页1
8、3测量汞灯光谱图测量汞灯光谱图汞灯光谱扫描结果汞灯光谱扫描结果第十三页，本课件共有29页14测量汞灯光谱图测量汞灯光谱图五、五、修正波长修正波长自动寻峰按钮点左下工具栏点左下工具栏“自动寻峰自动寻峰”按钮，按钮，在弹出的对话框在弹出的对话框中点中点“检峰检峰/谷谷”开始自动寻峰。开始自动寻峰。第十四页，本课件共有29页15测量汞灯光谱图步骤测量汞灯光谱图步骤寻峰结果寻峰结果u将间隔最宽两峰中的左峰将间隔最宽两峰中的左峰波长值与对应参考波长值波长值与对应参考波长值（435.8nm）比较。比较。u算出测量值与参考值的差，算出测量值与参考值的差，以此进行修正。以此进行修正。参考峰值波长参考峰值波长:
9、第十五页，本课件共有29页16测量汞灯光谱图步骤测量汞灯光谱图步骤波长修正波长修正点“波长修正”输入修正值注：注：波长的波长的最大修正量最大修正量为为50nm.50nm.第十六页，本课件共有29页17测量汞灯光谱图步骤测量汞灯光谱图步骤六、六、波长修正完成后，重新寻峰，并记录各条谱线的波长值波长修正完成后，重新寻峰，并记录各条谱线的波长值.参考峰波长值参考峰波长值:第十七页，本课件共有29页18汞谱线标准波长及其汞谱线标准波长及其对应的能级跃迁对应的能级跃迁:修正后的测量波长修正后的测量波长u将测量的各个波长值和对应的理论能级差代入该公式计算将测量的各个波长值和对应的理论能级差代入该公式计算普
10、朗克常数普朗克常数h，求平均。与标准值比较，计算相对误差。，求平均。与标准值比较，计算相对误差。普朗克常数标准值普朗克常数标准值七、七、计算普朗克常数计算普朗克常数第十八页，本课件共有29页19一、一、点亮溴钨灯并放置于入射缝前；电压调至点亮溴钨灯并放置于入射缝前；电压调至300V.测量绿色滤光片的光谱透射率测量绿色滤光片的光谱透射率溴钨灯溴钨灯电源调至300V溴钨灯预热几分钟第十九页，本课件共有29页20二、扫描基线：二、扫描基线：模式选模式选“基线基线”；间隔：；间隔：0.10.1nm；起始波长：起始波长：200200nm，终止波长：，终止波长：800800nm；寄存器；寄存器-2-2；其
11、余默认；其余默认.点击“单程”开始扫描u按箭头指示按箭头指示设置参数设置参数点击点击“单程单程”开始基线单程扫描；开始基线单程扫描；测量绿色滤光片的光谱透射率测量绿色滤光片的光谱透射率第二十页，本课件共有29页21基线扫描结果基线扫描结果溴钨灯光谱（基线）测量绿色滤光片的光谱透射率测量绿色滤光片的光谱透射率第二十一页，本课件共有29页22测量绿色滤光片的光谱透射率测量绿色滤光片的光谱透射率三、扫描三、扫描绿色滤光片的光谱透射率绿色滤光片的光谱透射率：1.1.从狭缝侧面处插入绿色滤光片；从狭缝侧面处插入绿色滤光片；2.2.模式选模式选“透过率透过率”；寄存器；寄存器-3-3；其余参数不能改变！其
12、余参数不能改变！3.3.点击点击“单程单程”开始扫描。开始扫描。u改变箭头指示两改变箭头指示两个参数，其余的必个参数，其余的必须与基线扫描时相须与基线扫描时相同，不能改变。同，不能改变。插入滤光片第二十二页，本课件共有29页23滤光片透过率扫描结果滤光片透过率扫描结果基线测量绿色滤光片的光谱透射率测量绿色滤光片的光谱透射率滤光片透过率第二十三页，本课件共有29页24四、四、寻峰，记录峰值处的波长和能量值。寻峰，记录峰值处的波长和能量值。测量绿色滤光片的光谱透射率测量绿色滤光片的光谱透射率能量半峰值能量半峰值25.8525.85第二十四页，本课件共有29页25五、五、测量能量半峰值处对应的光谱宽
13、度。测量能量半峰值处对应的光谱宽度。测量绿色滤光片的光谱透射率测量绿色滤光片的光谱透射率点点“读取谱线数据读取谱线数据”按钮，然后用鼠标在曲线按钮，然后用鼠标在曲线上寻找能量半峰值的点，记录其对应波长上寻找能量半峰值的点，记录其对应波长 1。读取谱线数据按钮左侧能量半峰值点记录此数据能量半峰值能量半峰值25.8525.85第二十五页，本课件共有29页26五、五、测量能量半峰值对应的光谱宽度。测量能量半峰值对应的光谱宽度。测量绿色滤光片的光谱透射率测量绿色滤光片的光谱透射率继续寻找另一侧的能量半峰值的继续寻找另一侧的能量半峰值的点，记录其对应波长点，记录其对应波长 2。右侧能量半峰值点记录此数据
14、能量半峰值能量半峰值25.8525.85第二十六页，本课件共有29页27六、六、计算能量半峰值对应的光谱宽度。计算能量半峰值对应的光谱宽度。测量绿色滤光片的光谱透射率测量绿色滤光片的光谱透射率能量半峰值所对应的光谱宽度为能量半峰值所对应的光谱宽度为第二十七页，本课件共有29页28p实验做完将光谱仪电源实验做完将光谱仪电源负高压调零负高压调零，再关闭电源，再关闭电源;p关闭实验灯电源，放回原处；关闭实验灯电源，放回原处；p关闭电脑；关闭电脑；p滤光片取下放在光谱仪电源箱上面。滤光片取下放在光谱仪电源箱上面。特别提醒特别提醒提示提示u若扫描曲线过高，顶住图示区上边界时，需将电压调低若扫描曲线过高，顶住图示区上边界时，需将电压调低一些后重新扫描。一些后重新扫描。第二十八页，本课件共有29页01.03.2023感感谢谢大大家家观观看看第二十九页，本课件共有29页