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        分光計(jì)測光柵光譜實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的拓展

        2013-01-11 04:46:06李百芳
        物理通報 2013年10期
        關(guān)鍵詞:單色光分光計(jì)汞燈

        李百芳

        (沈陽藥科大學(xué)基礎(chǔ)學(xué)院 遼寧 沈陽 110016)

        1 前言

        高等學(xué)校承擔(dān)著培養(yǎng)高素質(zhì)人才的重要使命,隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,新知識、新技術(shù)不斷涌現(xiàn),對高等教育人才的培養(yǎng)質(zhì)量提出了更高的要求.用分光計(jì)測量光柵光譜實(shí)驗(yàn)是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn).光柵和棱鏡一樣,是一種重要的分光元件,分光計(jì)與衍射光柵、三棱鏡配合,可以觀察衍射光譜、色散光譜,使用不同光源進(jìn)行衍射光柵實(shí)驗(yàn),對光柵的衍射現(xiàn)象進(jìn)行研究,不僅有助于加深對光的波動性的理解,而且也有助于進(jìn)一步學(xué)習(xí)近代光學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù).為了更好地提高教學(xué)質(zhì)量與效率,開闊學(xué)生的視野,讓學(xué)生對各種光源的發(fā)光機(jī)理與光譜有進(jìn)一步的了解,在分光計(jì)測光柵光譜實(shí)驗(yàn)中引入了節(jié)能燈做光源.

        2 實(shí)驗(yàn)原理

        一束波長為λ的單色光垂直入射到光柵平面上,透過每一狹縫的光都要發(fā)生衍射,經(jīng)過透鏡后會聚而相互干涉,在透鏡焦平面上形成一系列明條紋[1],按照光柵衍射理論,衍射光譜中明條紋的位置由下式?jīng)Q定

        dsinθk=±kλ(k= 0, 1, 2,…)

        (1)

        式中λ為入射光波長,k為明條紋級數(shù),θk為k級明條紋的衍射角.如果入射光不是單色光,則由式(1)可以看出,光的波長不同,其衍射角也各不相同,于是復(fù)色光將被分解.而在中央k=0,θk=0處,各色光仍重疊在一起,組成中央明條紋,在中央明條紋兩側(cè)對稱分布著k=1,2,… 級光譜,各級光譜線都按波長大小的順序依次排列成一組彩色譜線,這樣就將復(fù)色光分解為單色光[2].

        3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

        3.1 以鈉光燈為光源測量光柵常數(shù)

        以鈉光燈為光源測量光柵常數(shù)所得數(shù)據(jù)如表1所示.

        表1 鈉光燈為光源的光譜測量數(shù)據(jù)

        3.2 以汞燈為光源的光譜

        以汞燈為光源測得的數(shù)據(jù)如表2所示.

        表2 以汞燈為光源的光譜測量數(shù)據(jù)

        由公式(1)可以看出,對于同一級譜線,各色光的波長不同,其衍射角θk也各不相同,這樣,就把復(fù)色光分解為單色光,各級譜線按波長大小順序依次排列成彩色譜線.

        3.3 用普通節(jié)能燈作光源及其與汞燈的光譜譜線對比

        用紅色、藍(lán)色節(jié)能燈替代汞燈,測量光柵衍射的一級衍射譜線,將測量數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算出節(jié)能燈的譜線波長,如表3所示.光柵常數(shù)為1 666.66 nm (600條).

        表3 節(jié)能燈與汞燈的譜線波長對比

        節(jié)能燈主要是通過鎮(zhèn)流器給燈管燈絲加熱,大約在1 160 K溫度時,燈絲就開始發(fā)射電子,電子碰撞氬原子產(chǎn)生非彈性碰撞,氬原子碰撞后獲得了能量又撞擊汞原子,汞原子在吸收能量后躍遷產(chǎn)生電離,發(fā)出253.7 nm的紫外線,紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)出可見光.雖然節(jié)能燈發(fā)出光的明細(xì)度不如低壓汞燈,但是在實(shí)驗(yàn)中觀察節(jié)能燈的光譜合乎實(shí)驗(yàn)要求.譜線中存在很少的連續(xù)光譜,就教學(xué)來說并不影響實(shí)驗(yàn)觀察[3].對比紅色、藍(lán)色節(jié)能燈與汞燈光源的譜線波長,基本處在誤差范圍之內(nèi),符合光柵實(shí)驗(yàn)光源的要求.

        4 結(jié)束語

        在實(shí)驗(yàn)中選用多種光源進(jìn)行教學(xué),不僅可使學(xué)生鞏固所學(xué)的知識,而且對各種常見光源光譜特性和發(fā)光原理有了更深入的認(rèn)識.直觀地了解了單色光和復(fù)色光衍射光譜的特性,拓展了學(xué)生的知識面,培養(yǎng)了學(xué)生的觀察能力、創(chuàng)新能力以及科學(xué)思維能力,提高了實(shí)驗(yàn)課的質(zhì)量和效率.

        參考文獻(xiàn)

        1 鐘鼎.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn).天津:天津大學(xué)出版社,2011.163

        2 朱世坤,聶宜珍.二級物理實(shí)驗(yàn)(第二版) .北京:科學(xué)出版社,2005.15

        3 夏歡,邢秀文,蔡少森.各種節(jié)能燈在分光計(jì)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用探究.科協(xié)論壇,2012(5):31~32

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