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氘光谱实验 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： 式中 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。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。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。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。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。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。
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）
