黑线的“光谱”

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1、黑线的“光谱”90实验者　　　　杨青青　　　　班级　Ｂ０２数学（１）班　　　学号020503135　　　　　　指导老师　　鲁晓东老师小引：暗背景下的亮线存在光谱，亮背景下的黑线也存在光谱，运用适当的仪器，我们能观察到它——黑线光谱。关键字：光谱；黑线；分光计；应用　　　实验原理在通常的光谱中,是用光源照亮位于准直透镜(或凹面镜)前焦面上的狭缝，使所形成的平行光照到分光元件上，所分出的不同波长的平行光束经成像透镜(或面镜)在其像方焦面的不同地方，形成狭缝的一系列不同颜色的像，这便是光谱。可见光只有由被照亮的狭缝(或暗背景中的亮线)才能得到光谱，而

2、明亮背景中的黑线，本身不可能形成什么光谱。但是透过三棱镜观察画在白纸上的一条黑线(使棱脊与黑线方向平行)，的确会在黑线附近看到彩色带，其彩色的顺序与观察黑纸上的白线所看到的正常彩色顺序不同。白光通过三棱镜发生色散，是由于不同的颜色(波长)的光所对应的折射率不同。当狭缝很窄时，普通白光的光谱按红橙黄绿青蓝紫的顺序排列。对很宽的缝，可以将其视为是由一系列很窄的狭缝微元排列而成的，而每个微元都形成一套发散的光谱(即狭缝微元的一系列不同颜色的像)，但由于各个狭缝微元彼此太近,各种不同颜色的像又复合成白色，所以只有在两边缘才能看到色散，其中一个边缘出现红

3、、橙、黄三色，另一边缘出现绿、青、蓝、紫色。　　对相距较远的两个很宽的缝，中间不透光的部分的两边缘经色散后，一边缘呈现出绿、青、蓝、紫色，另一边缘呈现红、橙、黄色，当不透光部分变的越来越窄，窄到只有一条黑线之隔时，两边缘形成的彩带——一边的绿、青、蓝、紫与另一边的红、橙、黄相互靠近甚至交叠，形成了一连续彩带，因而看来黑线的“光谱”顺序为绿、青、蓝、紫、红、橙、黄，所谓黑线的“光谱”就是这样形成的。　　　　　　　　　　　　　　　　实验装置（１）分光机；（２）用黑纸制成宽约１毫米、５毫米的狭缝，宽约２０毫米、四毫米、１毫米的黑纸条，分别装入幻灯片框

4、，成为特制幻灯片。装框时注意使各狭缝和窄纸条保持在中间位置，而20毫米宽的黑纸条装在幻灯片框的一端；（３）三棱镜；（５）手电一个。演示与效果（１）将光源（由手电充当）放置于分光计前。（２）将分光计加以改装，把其物镜圆筒拆掉（３）打开光源，并将三棱镜放置于载物台上，调整其与分光计，使观察者通过目镜能清晰看到色散所形成的彩带。（４）在分光计套筒前固定１毫米的狭缝，稍加调节，可观察到色散，此时还可看出紫光的偏向角最大，红光偏向角最小。　　　（５）用５毫米宽的狭缝幻灯片代替１毫米的狭缝，仍使光束通过三棱镜，则会看到此时色散形成的彩带两边缘的红色和紫色仍

5、很清晰，而中间的黄绿色不鲜明，甚至有些发白。　　　（６）将半边黑半边透明的幻灯片固定在套筒前，则可以看到很宽的亮带中间部分是白的，仅有两边缘分别可见红、橙、黄及绿、青、蓝、紫色。　　　（７）换10毫米宽的黑纸条幻灯片，则通过三棱镜后黑条两侧的亮带分别出现黄、橙、红及紫、蓝、青、绿的色散；换上４毫米宽的黑纸条幻灯哦，则黑纸条两侧的红、紫色将很靠近；换上１毫米宽的黑纸条幻灯片后，所观察到的彩带红紫部分将重叠，出现黄、橙、红、紫、蓝、青、绿顺序的彩带，即所谓的黑线的“光谱”。　图〈１〉　　〈１〉光源　　〈２〉三棱镜　　思考演示黑线光谱的其他方法　　法

6、（一）：演示中的分光计可用小幻灯机代替，实验仪器中得添加屏幕，光路图如图（２）所示：　　　　　　图（２）其中〈１〉屏幕　〈２〉三棱镜　〈３〉幻灯机法（二）：在法（二）的基础上将其中的三棱镜用闪耀光栅代替，例如用1200线／毫米的光栅，当然屏幕也要改到幻灯机后面，但因反射光栅的角色散率一般很大，因此对很宽的狭缝衍射后中间部分也往往不是白的，而带有彩色。这种方法比较适合于大场面。光路图如图（３）所示：　　　　　　　图（３）　　其中〈１〉幻灯机　〈２〉平面闪耀光栅　　〈３〉屏幕“黑线”光谱的应用（一）基尔霍夫与本生通过太阳光谱的研究发现太阳中的元素。

7、过程：基尔霍夫运用自行设计的仪器（就是以后的“分光计”）观察，他看到了清晰的太阳光谱，也看到了那一条条黑色的方和斐线。通过对黑线的研究，他们发现了每种元素都会产生几条特有的谱线，这些谱线都有固定的位置，从而创立了新的化学分析方法——光谱分析法。同时，他们也发现方和斐线与亮线一样，也能表示太阳大气中有什么元素，由于太阳中的温度极高，发出来的光本来是连续光谱，但是太阳外围的气体温度较低，在这外围气体中有什么元素，就会把连续光谱中相应的谱线吸收掉。　　本生和基尔霍夫又用铁作了实验，发现铁光谱中有６０多条亮线，而在太阳光谱中，这６０多条亮线的位置正好有

8、６０多条方和斐线，说明太阳上有铁。　　在对黑线研究过程中，他们发现了太阳中有氢、钠、钙、镍等元素。（二）田景华的专利研究即用调制色散光谱代表多个数字信