单色仪的定标

单色仪的定标

物理学院华远杰实验目的

1.了解棱镜单色仪的构造、原理和使用方法；

2.以汞灯的主要谱线为基准，对单色仪在可见光区进行定标；

3.掌握用单色仪测定滤光片光谱透射率的方法。

仪器和用具

反射式棱镜单色仪、汞灯、光电池、灵敏电流计、（移测）显微镜、滤光片、会聚透镜、电源、自耦变压器、钨合金灯泡。

实验原理

简而言之，单色仪的工作原理是通过棱镜对光的色散作用，使不同波长的光随着棱镜的转动依次从单色仪的孔中射出，并在显微镜中被观察到。棱镜的转动由单色仪的一个鼓轮控制，鼓轮上有类似螺旋测微器的刻度，不同的刻度可对应不同波长的光射出时的棱镜的位置，即满足光的波长与鼓轮读数的一一对应关系。当测得足够多的谱线的波长与鼓轮读数时，即可在坐标纸上绘出单色仪的定标曲线（色散曲线）。

关于光谱半宽度的测定，让连续光源发出的光经过凸透镜后再由一绿色滤光片进入单色仪。将上面提到过的显微镜换成一光电池，并将光电池两极连接在调平后的检流计上。光线从单色仪中射出照到光电池时，光电池将产生电流，使检流计发生偏转。通过检流计偏转的格数来反映光强度。因为同一滤光片对不同频率的光的透射能力不同，所以检流计的偏转存在一个最大值，最大值的二分之一对应有两个波长，这两个波长的差值即为该光的半宽度。

实验内容

1.调节汞灯，凸透镜，单色仪的单缝等高同轴，适当调整凸透镜和光源的位置，使光

源在单缝处成清晰的，指甲盖大小的像，并均匀分布于单缝两侧；

2.调整单缝宽度，转动鼓轮使单色仪的出光口能看到光线；

3.调整显微镜的位置，使视野中出现入射光色散形成的亮场，调整目镜焦距和单缝宽

度，直至出现分离的，清晰的谱线；

4.对比汞发射光谱，确认可计数的谱线的数量，若数量不足，重复上述实验步骤；

5.调整鼓轮位置，使显微镜的叉丝位于光谱最外侧的一条谱线的中心处，记录此时鼓

轮的位置；

6.沿同一方向转动鼓轮，分别记录每一条谱线对应的鼓轮的位置；

7.绘制单色仪的定标曲线；

8.在单缝前加一块滤光片，撤去显微镜，接上光电池并将光电池与调平的检流计连接；

9.转动鼓轮，记录检流计偏转最大的时刻鼓轮的位置和偏转在最大值的一半时的鼓轮

位置。

实验数据

用MATLAB对数据进行拟合，并绘制如下曲线

拟合函数的参数如下

所以，单色仪定标曲线对应的函数为n=0.01559λ−4.895

所以半宽度为36.8nm。

实验结论

1.单色仪的定标曲线是一条直线，即鼓轮读数与谱线波长成线性关系；

2.定标后的单色仪可以较为精确的测量波长。

实验反思

利用单色仪测得的波长半宽度理论值应不超过1纳米，实验中发现测得半宽度普遍较大，透过绿色滤光片的光甚至有部分在黄光的范围内。初步猜想问题可能是滤光片过滤到的光不是较纯的绿光，或是检流计的灵敏度较低，导致鼓轮读数不准。后续实验可更换滤光片和使用更高灵敏度的检流计。