對小型棱鏡攝譜儀實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

摘 要：結(jié)合實(shí)際教學(xué)，對小型棱鏡攝譜儀實(shí)驗(yàn)的方法做了改進(jìn)，便于學(xué)生更好的了解標(biāo)準(zhǔn)光譜線，更簡捷、快速地測定未知光譜線的波長。

關(guān)鍵詞：小型棱鏡攝譜 標(biāo)準(zhǔn)鐵譜圖 線性插值法

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（a）-0179-01

小型棱鏡攝譜儀實(shí)驗(yàn)[1，2]學(xué)物理實(shí)驗(yàn)之一，針對實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，我們利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的儀器，對該實(shí)驗(yàn)方法作了一些改進(jìn)，使之更利于學(xué)生動(dòng)手操作，提高了實(shí)驗(yàn)的成功率，提高了學(xué)生對該實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)興趣。

1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法

在傳統(tǒng)的小型棱鏡攝譜儀實(shí)驗(yàn)中，一般的實(shí)驗(yàn)過程是[3]特曼光闌在同一張底片上拍攝上、下銜接，互不重疊的鐵譜線和汞燈譜線。然后在暗室中對已曝光的底片進(jìn)行顯影、定影、水洗、晾干。最后將拍好的比較光譜底片在讀數(shù)顯微鏡下，根據(jù)光譜線以及鐵電極放電光譜相互之間的間隔，各條譜線的強(qiáng)弱和粗細(xì)，與實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)鐵光譜圖對照，辨認(rèn)出待測譜線所對應(yīng)的兩條最靠近鐵譜線的波長，利用線形插入法計(jì)算未知波長，一般取汞燈譜線435.84 nm為待測譜線。

2 實(shí)際教學(xué)中出現(xiàn)的問題

實(shí)際教學(xué)中，拍攝的鐵電極放電光譜和待測譜線底片的效果常常不理想，光譜線不清晰或譜線重疊在一起。鐵電極譜線和放大后的標(biāo)準(zhǔn)鐵光譜圖比對較困難，若沒有提示，學(xué)生一般找不到待測譜線附近的鐵譜線所在的標(biāo)準(zhǔn)鐵譜圖片中的位置（確定出波長）。即使根據(jù)提示拿標(biāo)準(zhǔn)鐵譜圖片與拍攝的比較光譜底片對照，由于譜線的強(qiáng)弱、粗細(xì)受到拍攝及底片沖洗過程中顯影、定影操作不當(dāng)?shù)挠绊懀瑢W(xué)生判斷十分困難；所以辨認(rèn)出待測譜線附近的鐵譜線波長的學(xué)生很少。最終導(dǎo)致了學(xué)生感覺實(shí)驗(yàn)做起來非常復(fù)雜，譜線觀察起來非常困難，實(shí)驗(yàn)的成功率很低，無法達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

3 實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)

針對以上教學(xué)中出現(xiàn)的問題，我們對小型棱鏡攝譜儀實(shí)驗(yàn)作了以下改進(jìn)：使用氫燈、汞燈混合光源代替鐵電極放電（如實(shí)驗(yàn)室條件允許還可以加上其他光源）。將氫燈、汞燈并排放在棱鏡攝譜儀入射狹縫前，經(jīng)凸透鏡會(huì)聚后照射在狹縫上。氫燈、汞燈為常用光源，所以其各條光譜線波長為已知。在暗盒處用毛玻璃觀察到所有的光譜線后，取下毛玻璃，使用讀數(shù)顯微鏡直接觀察光譜線（如圖1所示），并用讀數(shù)顯微鏡測出每條光譜線的位置（、、…），在作圖紙上根據(jù)每條譜線位置關(guān)系畫出光譜線作為自制的標(biāo)準(zhǔn)光譜線，免去了拍攝和沖洗底片這一步驟。再把鈉燈放在棱鏡攝譜儀入射狹縫前，用鈉燈光源光譜線作為未知譜線，利用讀數(shù)顯微鏡再測出鈉燈光譜線的位置、，將鈉燈光譜線同氫、汞燈光譜線畫在同一張作圖紙上并上下錯(cuò)開，讓學(xué)生將鈉燈光譜線與自制標(biāo)準(zhǔn)光譜圖比較，利用線性插值法測出鈉燈光源光譜線的波長（如圖2所示）。

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

使用讀數(shù)顯微鏡觀察譜線，得到氫燈、汞燈混合光源各譜線的位置如表1所示。

換上鈉燈，測出其譜線位置如表2所示。

找出距離待測光譜線最近的兩條譜線，設(shè)其波長分別為和（>），它們相應(yīng)的位置讀數(shù)分別為、，待測譜線波長為，位置為。利用線性插值法可得：

；

所以

誤差分析：將測量值與鈉黃光譜線的標(biāo)準(zhǔn)值比較，得其相對百分誤差為：

5 結(jié)語

通過對小型棱鏡攝譜儀實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改進(jìn)，即讓學(xué)生學(xué)會(huì)了自己動(dòng)手制作標(biāo)準(zhǔn)光譜線，了解了標(biāo)準(zhǔn)光譜線的意義，又省略了拍攝及沖洗底片這一繁雜易出錯(cuò)的過程，提高了實(shí)驗(yàn)效率。但由于自制標(biāo)準(zhǔn)光譜圖上譜線密度較小，所以與用標(biāo)準(zhǔn)鐵譜圖算出的結(jié)果相比，存在一定的誤差。

學(xué)生對改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)普遍反映良好，增加了對小型棱鏡攝譜儀實(shí)驗(yàn)的興趣。而且實(shí)驗(yàn)中所增加的儀器均為實(shí)驗(yàn)室常用設(shè)備，更是對傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改進(jìn)的大膽嘗試。

參考文獻(xiàn)

[1]趙青生，馬書炳.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].安徽大學(xué)出版社，1999.

[2]陶宗明.大學(xué)物理[M].上海交通大學(xué)出版社，2000.

[3]陳慧清.用棱鏡攝譜儀拍攝清晰光譜波長的方法[J].韶關(guān)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，27（3）：41-42.