對小型棱鏡攝譜儀實驗的改進

摘 要：結合實際教學，對小型棱鏡攝譜儀實驗的方法做了改進，便于學生更好的了解標準光譜線，更簡捷、快速地測定未知光譜線的波長。

關鍵詞：小型棱鏡攝譜 標準鐵譜圖 線性插值法

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

小型棱鏡攝譜儀實驗[1，2]學物理實驗之一，針對實驗教學過程中出現的問題，我們利用實驗室現有的儀器，對該實驗方法作了一些改進，使之更利于學生動手操作，提高了實驗的成功率，提高了學生對該實驗的學習興趣。

1 傳統實驗方法

在傳統的小型棱鏡攝譜儀實驗中，一般的實驗過程是[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行顯影、定影、水洗、晾干。最后將拍好的比較光譜底片在讀數顯微鏡下，根據光譜線以及鐵電極放電光譜相互之間的間隔，各條譜線的強弱和粗細，與實驗室的標準鐵光譜圖對照，辨認出待測譜線所對應的兩條最靠近鐵譜線的波長，利用線形插入法計算未知波長，一般取汞燈譜線435.84 nm為待測譜線。

2 實際教學中出現的問題

實際教學中，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準鐵光譜圖比對較困難，若沒有提示，學生一般找不到待測譜線附近的鐵譜線所在的標準鐵譜圖片中的位置（確定出波長）。即使根據提示拿標準鐵譜圖片與拍攝的比較光譜底片對照，由于譜線的強弱、粗細受到拍攝及底片沖洗過程中顯影、定影操作不當的影響，學生判斷十分困難；所以辨認出待測譜線附近的鐵譜線波長的學生很少。最終導致了學生感覺實驗做起來非常復雜，譜線觀察起來非常困難，實驗的成功率很低，無法達到預期的實驗教學效果。

3 實驗方法的改進

針對以上教學中出現的問題，我們對小型棱鏡攝譜儀實驗作了以下改進：使用氫燈、汞燈混合光源代替鐵電極放電（如實驗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，經凸透鏡會聚后照射在狹縫上。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，使用讀數顯微鏡直接觀察光譜線（如圖1所示），并用讀數顯微鏡測出每條光譜線的位置（、、…），在作圖紙上根據每條譜線位置關系畫出光譜線作為自制的標準光譜線，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開，讓學生將鈉燈光譜線與自制標準光譜圖比較，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 實驗數據

使用讀數顯微鏡觀察譜線，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，設其波長分別為和（>），它們相應的位置讀數分別為、，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準值比較，得其相對百分誤差為：

5 結語

通過對小型棱鏡攝譜儀實驗教學方法的改進，即讓學生學會了自己動手制作標準光譜線，了解了標準光譜線的意義，又省略了拍攝及沖洗底片這一繁雜易出錯的過程，提高了實驗效率。但由于自制標準光譜圖上譜線密度較小，所以與用標準鐵譜圖算出的結果相比，存在一定的誤差。

學生對改進后的實驗教學普遍反映良好，增加了對小型棱鏡攝譜儀實驗的興趣。而且實驗中所增加的儀器均為實驗室常用設備，更是對傳統的實驗教學方法改進的大膽嘗試。

參考文獻

[1]趙青生，馬書炳.大學物理實驗[M].安徽大學出版社，1999.

[2]陶宗明.大學物理[M].上海交通大學出版社，2000.

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