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5.2 用单色仪测定介质的吸收曲线

【实验目的】

（1） 了解单色仪的构造原理并掌握其使用。
（2） 加深对介质光谱特性的了解，掌握测量介质的吸收曲线或透射曲线的原理和方法。
（3） 初步了解光电池的工作原理及其应用。

【实验原理】

设有一束波长为λ，入射光强为的单色平行光，垂直入射到一块厚度为d的介质平板上，如图，
介质板光谱外透射率，
介质的光谱透射率，
与λ的关系为透射曲线，在介质内部，，
α称为介质的线性吸收系数，与介质和入射光的波长都有关，α与波长的关系称为吸收曲线。
设在单一界面上的反射率为R，则：

用两块厚度分别为d1和d2，d2>d1的试样，光谱外透射率分别为T1和T2

，
实验用光电池和微电流放大器测光强，，。

【实验内容和步骤】

【单色仪的调节和波长示值的校准】

利用汞灯作光源校准单色仪波长示值

校准时，将单色仪的波长读数装置转到示值在577.0nm~579.1nm之间的某一位置。将汞灯放在入射狭缝前，狭缝S1、S2的宽度暂时调至约2mm。用眼睛迎着出射光方向观察S2上汞的黄色谱线（577.0nm和579.1nm），用显微镜对准出射狭缝，关小入射狭缝使两条谱线分开且直至谱线达到最细。关小出射狭缝，同时微动手轮，使其中一条谱线始终在出射狭缝中间，使狭缝与谱线同宽，读出此时单色仪的示值。转动手轮K读下一条谱线，侧完汞灯谱线，检查测量值与标准值（435.8nm、546.1nm、577.0nm、579.1nm）之差，即仪器的系统误差，要求此偏差小于0.2nm

调节狭缝宽度

将单色仪的波长股轮转到示值在577.0nm~579.1nm之间的某一位置。将出射缝S2的宽度暂时调至约2mm。用眼睛迎着出射光方向观察S2上汞的两条黄谱线（577.0nm和579.1nm），用显微镜对准出射狭缝。调节入射狭缝S1的宽度，直到两条黄谱线的像刚好被分开为止，此时入射狭缝宽度约0.8nm。再调节出射狭缝S2 的宽度，同时微调手轮K，使出缝宽度与谱线宽度相同，此时出缝与入缝同宽，约0.8mm，显微镜的读数每大隔0.5mm。

溴钨灯光路调节

如图为单色仪聚光镜系统光路图，将光源聚焦成像在狭缝前。聚光灯的通光孔径d=30mm，焦距f=60mm，单色仪球面镜的光阑宽度D=50mm。成像规律遵守高斯公式。为使球面镜的孔径D充分照明，两个相似三角形应有关系d/D=a/b。

【测量钕玻璃在610.0nm~508.0nm范围内的吸收曲线】

用溴钨灯作光源并进行共轴调节，使外光路光轴与单色仪光轴重合，避免光线写入射造成光能损失。手轮K调到610.0nm，用眼睛直接通过出缝S2观察溴镜像，在计算出的位置左右移动透镜，使透镜像位于狭缝中间，锁定透镜。左右移动溴钨灯使透镜像全部变亮。放上样品架B，即准无样品及薄、厚样品处于狭缝中间时的位置。装上探测器，打开微电流放大器，微动溴钨灯，使微电流放大器显示值在170.0~190.0之间。

数据测量：
选定一片厚的钕玻璃片。然后定性观察钕玻璃对不同波长的吸收情况，确定吸收峰的大致波长范围。然后进行正式测量。每隔1nm测一次，在吸收峰附近测量点应更密一些。测量范围610.0nm~508.0nm
选择另一薄的钕玻璃片，在与厚玻璃片波长相对应的位置进行测量。根据两组数据，求出钕玻璃的的吸收系数曲线。
实验时应注意：
（1） 当波长读数装置出现99999时应停止转动调节手轮，否则会损坏仪器。
（2） 两狭缝S1和S2的宽度最大不得超过3mm，也不得完全闭合，否则会损坏狭缝机构。

【实验预习数据计算】

由成像关系，有

计算得

【实验记录与误差分析】

1.单色仪的调节和波长示值的校准
标准值
435.8nm
546.1nm
577.0nm
579.1nm
测量值
432.9nm
545.2nm
575.7nm
577.8nm
436.7nm
547.2nm
578.5nm
580.4nm
平均值
435.9nm
546.2nm
577.1nm
579.2nm
故仪器系统偏差为0.1nm。

1． 测量钕玻璃在610.0nm~508.0nm范围内的吸收曲线

λ为波长，n1为0.8mm玻璃板光强，n2为3.8mm玻璃板光强。
无玻璃时微电流放大器示值=181.4
λ/ nm
N1
N2
λ/ nm
N1
N2
λ/ nm
N1
N2
λ/ nm
N1
N2
508.0
55.9
53.3
534.0
73.0
61.2
560.0
94.8
94.5
586.0
82.6
30.6
509.0
56.4
53.2
535.0
73.6
63.4
561.0
95.3
94.7
587.0
85.0
33.5
510.0
56.9
52.5
536.0
74.4
66.4
562.0
96.0
95.6
588.0
88.4
38.5
511.0
57.1
52.2
537.0
75.9
69.9
563.0
97.1
96.2
589.0
91.2
43.6
512.0
57.5
51.6
538.0
77.1
72.2
564.0
98.3
96.2
590.0
93.8
47.9
513.0
59.0
52.3
539.0
78.4
74.3
565.0
97.6
94.3
591.0
95.2
50.6
514.0
60.0
53.1
540.0
79.3
76.4
566.0
97.1
92.3
592.0
96.5
52.6
515.0
60.3
53.4
541.0
80.8
78.3
567.0
96.9
89.1
593.0
99.4
56.2
516.0
60.7
54.4
542.0
81.3
80.8
568.0
95.4
82.8
594.0
102.3
61.4
517.0
61.3
56.1
543.0
83.2
82.4
569.0
92.6
70.5
595.0
104.8
66.9
518.0
62.6
57.3
544.0
84.4
83.8
570.0
87.9
55.5
596.0
106.9
73.4
519.0
63.4
58.6
545.0
84.5
84.0
571.0
82.8
41.4
597.0
109.6
80.7
520.0
64.0
59.3
546.0
84.8
84.8
572.0
79.4
34.7
598.0
111.0
85.9
521.0
64.4
59.4
547.0
85.6
86.0
573.0
80.8
34.4
599.0
112.9
89.9
522.0
64.7
59.1
548.0
86.6
86.9
574.0
82.9
36.9
600.0
114.2
93.3
523.0
66.0
57.8
549.0
87.2
87.8
575.0
83.9
39.0
601.0
115.4
97.0
524.0
66.6
56.9
550.0
87.9
88.6
576.0
84.6
40.2
602.0
116.8
101.5
525.0
66.3
55.6
551.0
88.8
89.3
577.0
85.9
41.8
603.0
119.3
105.9
526.0
66.5
55.6
552.0
89.6
90.0
578.0
87.8
44.9
604.0
121.0
109.0
527.0
66.9
55.8
553.0
90.9
91.2
579.0
89.9
48.9
605.0
121.4
110.0
528.0
67.3
55.6
554.0
91.9
92.3
580.0
91.4
51.3
606.0
121.9
111.0
529.0
68.2
55.3
555.0
91.9
91.8
581.0
91.2
51.2
607.0
122.8
112.4
530.0
68.8
55.5
556.0
91.9
92.3
582.0
89.8
46.7
608.0
123.5
113.4
531.0
69.3
56.8
557.0
92.6
93.0
583.0
87.0
39.9
609.0
124.2
114.4
532.0
70.1
57.3
558.0
93.5
93.6
584.0
84.0
33.8
610.0
125.3
115.5
533.0
71.0
59.3
559.0
94.1
94.3
585.0
82.3
30.6

由关系求得，并作吸收曲线如下图

吸收曲线图

由图可求得两个峰值分别为573nm和585nm，考虑到系统误差，峰值应分别为573.1nm和585.1nm。

【思考题选答】

为什么要进行光源系统与单色仪光学系统共轴的调节？

答：用溴钨灯作光源并进行共轴调节，使外光路光轴与单色仪光轴重合，避免光线斜入射造成光能损失。