原子放射光谱.PDF

原子放射光譜 壹、實驗名稱: 原子放射光譜 (Atomic Emission Spectrum) 貳、實驗目的: 測量汞放射光譜的波長與強度，以驗證原子能階的量子理論。 叁、實驗儀器: – 光度光譜儀 Spectrophotometer Kit (OS-8537) – 高感光度感應器 High Sensitivity Light Sensor (CI-6604) –轉動感應器 Rotary Motion Sensor (CI-6538) – 基本光學軌座 Basic Optics Bench (part of OS-8515) – 光孔托架 Aperture Bracket (OS-8534) – 水銀蒸氣光源 Mercury Vapor Light Source (OS-9286) – 桿柱 Rod, 45 cm (ME-8736) (2) – 大型桿柱台 Large Rod Stand (ME-8735) (2) 肆、實驗原理 一個白熱的燈源，例如熱金屬絲，會產生波長連續的光譜。低密度的原子氣 體因電子放電所產生的光譜，則包含數目有限而且分隔清晰的波長，也就是「放 射光譜」。放射光譜所呈現的彩色譜線圖形，是和原子的個別特性有關。由光 源發出的光經狹縫繞射之後，形成彩色的亮線光譜。「光柵」是一片透明物質， 上面刻有許多等距的平行紋線，線與線的間距 d 稱為「條紋間距」。光線照射 到光柵的條紋因而產生繞射，被繞射的光穿透光柵之後，向各方向行進。如果 由相鄰條紋所繞射的光彼此相同相位， 構成了「同相干涉」，就可以形成一個 亮線的影像。滿足同相干涉的條件 :由兩相鄰條紋所繞射的光，彼此的光程差必 須是波長的整數倍 ;由於光程差與條紋間距 d和繞射角 θ有關，「同相干涉」的條 件可以下式表示 : 　λ = d sin θ　 圖 (1) 第一級繞射圖形的光線行程圖 。 在圖 (1)中，光線 A的光程較光線 B的光程長一個波長。本實驗中，水銀蒸氣的燈 光經光柵繞射成彩色的光譜，以高感應的光度感應器去測量光譜的相對強度， 再以轉動感應器測量各彩色亮線的繞射角 θ 。程式 The DataStudio 可以同時紀錄 和顯示光的強度和角度，利用該程式內建的數據分析工具，可以取得各光譜線 的角度 θ ，並因此求得其波長λ 。 伍、實驗儀器設置 1. 在水銀蒸氣燈 (mercury vapor light source) 旁裝設光度光譜儀(Spectrophotometer) ，如圖 (2)所示。如有必要，可用底座、桿柱和桿柱裝設夾來提升光度光譜儀的高度， 使其與光源 (light source的開口同高。) 2. 如果光源的開口很大，遮住開口使其傳送狹窄的光束(0.5 to 1.0 cm)至集光狹 縫(collimating Slits) ，狹縫的寬度選用最小的 Slit#1 。另放一塊布蓬 (cloth hood) 在光源之上，並將布蓬的另一端拉至集光狹縫的屏板上。 圖 (2)實驗儀器設置圖。 3. 集光鏡(Collimating Lens)和集光狹縫的距離必需是 10cm ，集光鏡盡量接近角 度盤但不要妨礙轉臂的旋轉。 4. 打開光源開關，熱燈之後調整聚焦鏡(Focusing Lens) ，使得中央光束的清晰影 像和第一級的光譜線都出現位於光感應器 (Light Sensor)之前的「光孔圓盤」 (Aperture Disk) 和「光孔視幕」 (Aperture Screen)上。轉動Aperture Disk ，使得圓盤 上的最小狹縫Slit#1和中央光束對齊。 5. 連接 High Sensitivity Light Sensor的連接線至 750介面上的Analog Channel A ，連接 Rotary Motion