近代物理实验（中国石油大学）实验3-2光谱法测量透明介质的吸收曲线2

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1、实验3・2光谱法测量透明介质的吸收曲线【实验目的】1、了解光栅光谱仪的构造原理及其使用方法。2、加深对介质光谱特性的了解。3、掌握测量介质的吸收曲线或透射曲线的原理和方法。【实验原理】当一束光穿过有一定厚度的透明介质平板吋，有一部分光被反射，另有一部分光被介质吸收，剩下的光从介质平板透射出來。设有一束波长为入、入射光强为10的单色平行光垂直入射到一块厚度为d的透明介质平板上，如图3-2-1所示。如果从界面1反射的光强为Ir,从界面1向介质透射光的光强为11，在界面2处的入射光强为12，从界面2射出的透射光的光强为IT，则定义介质板的光谱外透射率T和介质的光谱透射率Ti分别为It(3-2-

2、1)(3-2-2)卜一d—科*以上提到的I］、【2、Ir和It是指光在界面1和2上，以及在介质中多次反射和透射的总效果。图3-2-1-般來说，介质刈•光的反射、透射和吸收不但与介质的材料有关，而且与入射光的波长有关。我们将光谱透射率Ti与波长入的关系曲线称为透射曲线。依据朗伯•比耳定律，在均匀介质内部光谱透射率匚与介质厚度d有如下关系（323）式中a称为介质的线性吸收系数，一般也称为吸收系数。吸收系数不仅与介质的材料有关,而且与入射光的波长有关。吸收系数a与波长X的关系曲线称为吸收曲线。设光垂直入射到厚度为d的介质上，光要从介质前后表面发生反射。如果a值很小，反射可以进行多次。若介质表面

3、的反射系数为R,则透过样品的光强为=厶(1一R)2严+ZO(1-MR2e^3ad+厶(1一町疋严+…(324)人(1一/?)讣"1-R2e^2ad(3-2-5)式中It】、【T2、IT3…分别表示从界面2第一次透射、第二次透射、第三次透射…的光的光强。所以通常介质的光谱透射率h和吸收系数a是通过测试由同一材料加工成的（a相同），表血性质相同（R相同），但厚度不同的两块试样的光谱外透射率后计算得出的。设两块试样的厚度分别为山和d2,d2>d

4、,光谱外透射分别为Ti和T2。由（3-2-5）式可得-般R和a都很小，故上式可近似为a-lnT]-In7^d2—d(3-2-6)(3-2-7)比较（

5、3-2-6）式和（323）式，可得£•=三（3-2-8）在合适的条件下，光电倍增管输出的光电流与入射光的光强成正比，因而利用光电流的输出值，就可由下式计算光谱透射率和吸收系数7；（3-2-9）z.Ini,一Ini.a=—!（3-2-10）式中ii和i2分别表示试样厚度为4和d2时光电流的大小。【实验仪器】WGD-8A型组合式光栅光谱仪（附录3-2-2）；汞灯及汞灯电源；漠鸽灯及漠鸽灯电源;错钱玻璃3片（厚度分别为1mm和2mm）【实验内容】1、光谱仪的调节和波长示值的修正（1）调光谱仪的底脚螺钉，以保证光谱仪水平放置（2）以汞灯作为光源，校对光谱仪波长示值的准确度，并做修正校正时，首先调

6、好狭缝J和S2宽度（1〜2mm）,然后点燃汞灯，打开光谱仪电控箱电源,调整光电倍增管工作电压约500V左右,启动WGD—8A光谱仪的控制软件（光电倍增管部分），待准备状态结束后，测量汞灯的能暈谱。如果能量谱高度超出显示范围或太小，可适当改变狭缝Si和S2宽度，以及光电倍增管工作电压，使能量谱显示适中。将计算机给出的汞的四条谱线的标称值与标准波长值（432.8nm.546.1nm.577.0nm、579.lnm）对比，若岀现偏差，则应将修正值输入计算机中。2、观察和测量镭钦玻璃的典型吸收峰（300nm〜660nm）关闭汞灯，用澳钩灯换下汞灯，将浪餌灯直接安装在光谱仪入口狭缝（SJ前，并将待

7、测的较薄的一片错做玻璃垂直放入样品室内，保持原有狭缝宽度不变，测量此时的介质透射能量谱，并根据实测曲线的信号强度来调节光电倍增管的电压参数，使所测信号具有适当强度。待调整完毕，重新扫描一次，观察各吸收峰，记录它们的波长和能量。3、测量错钱玻璃在500〜660nm之间的吸收曲线分别测量1mm和2mm厚的错钱玻璃片在500〜660nmZ间透射能量谱ii（入）和i?（入），并根据（3-2-9）式和（3-2-10）式做出错钱玻璃在500〜660mn之间的吸收曲线a（九）—九。为了减小电源及光电倍增管不稳定的影响，可对每块玻璃的能量谱进行多次测量。分布数据点时要合理。4、测量吸光度与介质厚度Z间的

8、关系曲线用提供的三块错钱玻璃组织四个厚度，选择某个吸收峰，测绘吸光度A与介质厚度d的关系曲线，并用最小二乘法求取对应于该波长的介质吸收系数a(X)o吸光度A定义为：A=lg人=2.303%/(3-2-11)h式中I。为对应所选吸收峰处的入射光强；h为增加不同厚度错枚玻璃片时获得的透射光强。光强可用光电流的大小表示。【注意事项】1、光谱仪属于贵重仪器，必须按照说明书进行操作。2、狭缝的调节必须小心，狭缝的宽度不得超过3mm,也不得完全