浅析汞灯的光谱光源光谱实验报告

浅析汞灯的光谱光源光谱

实验报告

The final edition was revised on December 14th, 2020.

浅析汞灯的光谱

*** ****大学 &&学院***班学号******

摘要：我们实验室中常用的是高压汞灯，汞光低压汞光光谱和高压汞光光谱略有不同，本文重点介绍了低压汞灯和高压汞灯的几点区别。

关键词：低压汞灯高压汞灯光源光谱实验小结

正文:

很多光源发出的光是由多种不同颜色（波长）的光组成的。通过仪器我们可以将这些不同波长的光分开，形成“光谱”。气体原子的发光机理来源于电子在原子内部能级间的跃迁，固体发光还和固体的能带结构有关，所以对物质发光光谱的研究将有助于我们认识发光物质的微观性质。不同元素的原子有着自己特有的光谱特征，通过对光谱研究也可以帮助我们分析物质的组成成分。现代光谱分析技术是物理、化学、材料学、天文学、考古学等研究中不可缺少的手段。

最早的光谱分光（色散）原件是三棱镜。1666年牛顿用三棱镜得知太阳的白光光谱是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫依次排列的光带组成的。光栅是另一种常用色散原件。1859年吉尔霍夫用平行光管、三棱镜及望远镜构成了最早的棱镜光谱仪、光栅光谱仪。

从波动学的观点来看，光是一种电磁波。电磁波可以按其频率或波长排列成波谱，我们通常所说的光是指复色光，是由很多种波长不同的单色光组成的，它包含了从短波射线到长波无线电波的一个广大的范围。人眼可以感受到的光（通常称可见光）只占其中很窄的一个谱带，通常认为波长（在真空中）,或者等价的表示为频率。在可见光范围内，随着波长从小到大，所引起的视觉颜色

也逐渐从紫色转变到红色。一般我们研究的光学波段，除可见光外，还包括波长小于紫光的紫外线和波长大于红光的红外线，其波长范围大致从

nm mm。

1~1

在第一个实验“棱镜光谱和光栅光谱”的测量中，我们测量低压汞灯的光谱。我们可以看到视野中观察到的依次为淡紫色，明紫色，绿色，黄色，黄色的条纹。通过测量和查阅相关资料知道，标准波长分别为：, ,,,。在第三个实验“光栅光谱仪测量光谱”中，我们看到汞光的可见光分布也是这五个波长。在书中所给出的数据中，低压汞灯产生的波长有一个，无论是在分光计中还是在光栅光谱测量仪中都没有观察到这条谱线。我们使用的汞灯并非低压汞灯而是高压汞灯。

通过查阅资料得知：

实验室用的最多的气体放电光源是高压汞灯，它是重要的紫外光源。它在紫外、可见和红外都有辐射。即其光谱成分中包括长波紫外线、中波紫外线、可见光谱及近红外光谱。

高压汞灯的功率从几十直至上万瓦，应用很广。对于照明用的高压汞灯，主要是增强可见光区4根汞线的强度(404nm、436nm、546nm 和577—

579nm)。其总辐射能量中约有37％是可见光，其中一半以上集中在这4根汞的

特征谱线上。故高压汞灯是光学实验及光谱分析比较理想的标准光源。由于高压汞灯有紫外辐射，因此不仅可用高压汞灯来照明，还可用于晒图、保健日光浴、化学合成、荧光分析、紫外探伤等。

低压汞灯和钠光灯也属于气体放电光源。低压汞灯是利用低压汞蒸气放电时，可产生高效率的254nm辐射的灯。种类很多。各种低压汞灯的光谱能量输出都基本相同，灯的辐射能大部分集中在254nm。它是汞的最灵敏的共振幅射线。因此，它只能作紫外单色光源或用于灭菌、荧光分析上。低压汞灯应在额定电压下点燃使用。点燃时应配上符合要求的限流器。使用时须保持适当的通风或散热，否则会影响灯泡的正常使用。此外，工作人员应戴防护眼镜，以免烧伤眼睛。在特殊情况下可用低压汞灯来代替高压汞灯作有关实验，但是实验效果会比用高压汞灯时的效果差一些。原因就是它们的光谱范围有一些差别。它们的光谱能量分布如图所示。图中(a)和(b)分别是高压汞灯和低压汞灯的光谱能量分布。在高压汞灯的辐射中，可见光约占总辐射的37％。而低压汞灯在最佳条件下可见光才占总辐射的2％左右。

通过对实验室中常用的各种光源的分析，不难发现在分光计的实验中是不能用其它几种光源来代替的。比如我们已经知道自炽灯产生的光谱是连续，这就不能满足实验中的谱线要求。虽然低压汞灯在性质上与高压汞业有相似性，但是低压汞灯的光色是偏向蓝、绿色，缺乏红色成分，而且显色指数也很低。所以也不能完全满足我们此实验的要求。同样钠灯的光谱中只以黄色为主。氦一氖激光器更是单色性极好的单色光。综合以上分析，由分光计实验的实验内容决定了光源只能使用高压汞灯，而不能用其它光源来代替。除了“分光计的调整与使用”实验中使用高压汞灯外，普通物理实验“用光电效应法测普朗克常数”也用到各色光谱，所以也使用高压汞灯。

实验小结：在这一次的物理实验中，我不仅仅增加了对光源光谱的理解与了解，同时也增加了自己的动手能力与思考的能力。我们在高中的时候对光谱有一定的介绍，但是当时正是出于好奇。等到学习的更加深入一些之后，逐渐开始涉足一些比较本质性的东西。从光源光谱以上的图形中可以看出巩广的特征谱线的分布。随着科技的发展，我们研究的方式越来越多样化，手段越来越先进，同时精度越来越精准。我们应该多多增加自己对新式科技的了解。同时关注一些前沿的发展。

好多问题我们应该深入思考，如果我们想的多了，学到的东西也会多一些。我们要时时刻刻保持一颗好奇心，对任何问题都有一种能够探索的态度，多问为什么。虽然这一片实验总结的东西多为自己搜集的资料的整理，但是通过整理与查找资料后，自己对这个问题的任职明显清晰了很多，在潜移默化中自己的能力就得到了提高。同时，理论和时间实现互结合的，我们不能放弃理论，但是仅仅依靠理论的推导是远远不够的，应该将理论应用到实践中去，而实验课就为我们提供了这样一个很好的的机会。我们在今后的学习中，仍然要注重知行合一，将理论与实践紧密结合，达到我们试验的最初目的，争取收获到最多。

参考文献：

[1] 苏小华张加深.几种常见光源特性的研究[J].大学物理实验,2003(3).

[2] 成正维牛原.大学物理实验[M].北京：北京交通大学出版社.

[3] 龚镇雄，何圣静.物理实验技术手册[M].上海辞书出版社.

[4] 陈大华.高压汞灯原理特牲和应用[J].灯与照明，2002（10）.

[5] 翟林华征洋姚关心等.单色仪的定标实验中汞光谱两条谱线的补充标定[J].物理实验，第21卷（11）.