光源光谱专题实验论文 摘要：光栅光谱仪是目前比较先进的进行光谱测量和分析的仪器，也是目前光谱测量中最为常用的仪器，操作简单、方便，结果准确，应用广泛。本文主要讨论利用光栅光谱仪测试光谱的方法及原理。

关键词：光栅光谱仪、光谱、光源光谱、测量、光栅

背景

光谱是复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案，全称为光学频谱。光谱中最大的一部分可见光谱是电磁波谱中人眼可见的一部分，在这个波长范围内的电磁辐射被称作可见光。光谱并没有包含人类大脑视觉所能区别的所有颜色，譬如褐色和粉红色。

光波是由原子内部运动的电子产生的。各种物质的原子内部电子的运动情况不同，所以它们发射的光波也不同。研究不同物质的发光和吸收光的情况，有重要的理论和实际意义，已成为一门专门的学科——光谱学。

最早的光谱分光（色散）原件是三棱镜。1666年牛顿用三棱镜得知太阳的白光光谱是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫依次排列的光带组成的。光栅是另一种常用色散原件。1859年吉尔霍夫用平行光管、三棱镜及望远镜构成了最早的棱镜光谱仪、光栅光谱仪。

论述

可借助光栅光谱仪来对我们日常生活中的几种常见的光源进行光谱测量，试分析它们的光谱特性；观察其光谱特征，找出各种光源之间的一些共性与各自的差异性，并试着分析其原因。所以我们要学会分析不同波长的光的光谱特性及其对我们日常生活的影响；从它们的光谱特征、色度学、显色性出发，找到和开发出更加适合我们人类眼睛的新型光源。 分光镜观察光谱要用分光镜，它是由平行光管A、三棱镜P和望远镜筒B组成的．平行光管A的前方有一个宽度可以调节的狭缝S，它位于透镜L1的焦平面①处．从狭缝射入的光线经透镜L1折射后，变成平行光线射到三棱镜P上．不同颜色的光经过三棱镜沿不同的折射方向射出，并在透镜L2后方的焦平面MN上分别会聚成不同颜色的像（谱线）．通过望远镜筒B的目镜L3，就看到了放大的光谱像．如果在MN那里放上照相底片，就可以摄下光谱的像．具有这种装置的光谱仪器叫做摄谱仪．

光是一种电磁波。电磁波可以按其频率或波长排列成波谱，我们通常所说的光是指复色光，是由很多种波长不同的单色光组成的，它包含了从短波射线到长波无线电波的一个广大的范围。人眼可以感受到的光（通常称可见光）只占其中很窄的一个谱带，通常认为波长

??390~760nm?1nm?10?9m?（在真空中） ,或者等价的表示为频率??3.9~7.7?1014?z。在可见光范围内，随着波长从小到大，所引起的视觉颜色也逐渐从紫色转变到红色。一般我们研究的光学波段，除可见光外，还包括波长小于紫光的紫外线和波长大于红光的红外线，其波长范围大致从1nm~1mm。

光栅光谱仪是目前光谱测量中普遍采用的分光仪器；所谓分光，也就是将复色光分解为单色光。但是许多光栅光谱仪至今仍采用手动调节光栅变换波长的定点测量方式。这种测量方式有两个突出的缺点：测量速度慢和操作麻烦，我们将光栅单色仪于计算机相连，组成光谱自动测量系统，大大提高了光谱测量速度，并使测量操作变得十分简便，而且提高了系统的整体性能和应用范围。

计算机控制的光栅单色仪光谱自动测量系统，由光栅单色仪及其驱动器和微机控制等3部分组成。系统的光源部分，是由各种不同的光源射出的光经过透镜组聚焦于光谱仪的入射狭缝上。

实验中，我们用光源光谱仪分别测量钠灯和氢灯的数据，并绘制图线，从而对钠和氢的光谱进行分析。

用同样的方法，我们可以对现实中的各种光源进行对比分析，如太阳光、白炽灯光、荧光灯光等等。通过分析我们可以知道该种光在特定波长下的光强，从而找到适合我们的光源。要找到最适合我们人类日常生活的光源，就必须找到一个衡量的标准。按目前的国际照明委员会CIE的标准，就要考虑到人工光源的光源舒适感和其显色性，下面我们就粗略的介绍一下。

结论

人的眼睛在白昼一直是适应自然光的。太阳的辐射是连续光谱，日出前日落后色温较低，约为2000～4500K，中午和阴天色温略高，约为5000～7000K。自然条件下，人在夜晚利用火光进行照明，在原始时代，人们点燃篝火，后来发明了油灯和蜡烛。光也是色温较低的连续光谱。总之，人类在几十万年的历史进程中特别习惯于日光和火光，对这两种光色形成了特殊的偏好。

科学上用此方法进行研究，其结果表明，太阳是最理想的光源，那是因为我们人类长期生活在太阳光下的原因；这与物种的选择和长期适应性是密不可分的。不管从物理光学，还是从色度学来考虑，它都具有得天独厚的优势。其独特光谱功率分布决定这一切。

其次是人类早期就开始使用的白炽灯，它具有和太阳光相似的光谱功率分布；同样也是属于连续光谱，再加上其光谱分布比较理想，所以直到今天，我们仍然离不开它。照相放大灯的光谱功率分布与白炽灯几乎一致，这是由于它本身的结构与白炽灯就是一样的，除了外观上略有差别外，其内部是基本相同的。

荧光灯的光谱是线状谱，但是线状谱又是分布在连续光谱的背景上的，故不可能会产生较严重的颜色失真。但事实上，我们在生活中接触荧光灯已经天长日久了，仿佛也开始适应荧光灯了。由于荧光灯光线较柔和与发光功率较高等原因，当今社会应用已十分广泛。

光源的光谱功率分布决定了光源的显色性。日光、白炽灯等是连续光谱，具有与日光和

白炽灯相似的连续谱的光源均具有较好的显色性，就其显色性来说为理想的光源。但是我们现实生活中要研制新型的人工光源，还要考虑其光谱的环保性、光源自身的经济价值与寿命等多方面综合因素。

建议

实验仪器有些老化，有时缺少实验仪器，直接导致测量时比较困难，而且出现一些误差。建议矫正维修一下仪器。

小结

通过写这个论文，我对这个实验有了更深刻、更清晰的了解，收获很大.。通过这个专题实验不仅让我巩固了上学期学习的物理实验的基础知识，并且让我明白，现在的我们只懂得书本知识是不够的，我们还要具备实际动手操作的能力。想象当年那些科学家们，在简陋的物理实验器材下，通过一步一步的摸索，发现实验规律，并且为提高实验的准确度，使实验现象更清晰而不懈努力，我真的和汗颜。虽然每次实验前都能写好了实验预习报告，但是在实验过程中操作时，却又不知道该怎么做，或者自认操作正确却达不到真正的实验效果。物理实验很好地锻炼了我们的实际操作能力，也使我们学习的物理知识得到了有效地巩固。

撰写时间：20xx年11月6日

参考文献

1. 吴柳.大学物理学（下）[M]. [M].北京：北京交通大学出版社.2009

2. 百度百科

3. 任勤生．光栅单色仪光谱测量的计算机控制［J］．集美航海学院学报，TP39,16

（1）：1~3，1998

4. 柯惟中，张颂东，刘海林．用双光栅单色仪做钠原子光谱实验[J]．大学物理，

1994.11.第13卷第11期

第二篇：光源光谱专题试验小论文

光源光谱专题试验小论文

摘要:很多光源发出的光是由多种不同颜色(波长)的光组成的,通过仪器可以将这些不同波长的光分开,形成“光谱”。气体原子的发光原理是来源于电子在原子内部能级间的跃迁，固体发光还和固体的能带结构有关，所以对物质发光光谱的研究将有助于我们认识发光物质的微观性质。另外，不同元素的原子有着自己特有的光谱特征，通过对光谱研究也可以帮助我们分析物质的组成成分。现代光谱分子技术是物理、化学，材料学、天文学、考古学等研究中不可缺少的手段。 关键词：光源 光谱 光谱研究 现代光谱分析技术

引言

在我们的日常生活中，会接触到各种各样的光，并且这些光与我们的生活息息相关，甚至是我们生存必要的外在条件，比如太阳、白炽灯、日光灯等等。虽然我们每天都有接触到光，但我们只能观察到它的颜色，并不知道光到底是怎样一种存在，也不能观察出光的波长，更加不能知道光的颜色是一种颜色还是由多种颜色混合而成的。

在科技日新月异、社会高速发展的今天，为了各种需要，我们已经制造出了各种人工光源。少了这些光源，相信社会也无法正常运行。可见光对于我们现在社会是多么的重要。

光源在我们生活中有着广泛的应用，最主要的就是用来照明，同时在有些生产中也会用到光?当然，光还有很多我们目前不知道的用途。要想知道光的其他更多的用途，就需要我们对光的性质有更加深入的了解，只有了解了光的其他性质，才可能使光对我们的日常发挥更大的作用。我们可以借助光栅光谱仪来对光源进行光谱测量，并且

能够分析出光谱的性质，找出各种光谱之间的一些共同性质和各自的特性，并试图分析其原因。当我们对各种光谱都有了更深入的了解，并且知道了不同光谱的不同特性，我们便可以使光发挥出更大的作用，这对我们的日常生活也会有很大的帮助。

正文：

从波动学的观点来看，光是一种电磁波，但从另一方面来看，少数光子也体现出粒子性，即光的波粒二象性。在我们生活中的大多数光都是复色光，这些光虽然我们肉眼看着是一种颜色，但很多是由多种波长不同的单色光组成的，这些光中包含了从短波射线到长波无线电波的一个广大的范围。我们人眼可以感受到的光（即可见光）只占其中很窄的谱带，通常认为波长等于390——760nm（在真空中）。

光栅光谱仪是目前光谱测量中普遍采用的分光仪器，所谓分光，也就是将复色光分解为单色光。但是许多光栅至今仍采用手动调节光栅变换波长的定点测量方式。这种测量方式有两个突出的缺点：测量速度慢和操作麻烦，我们将光栅单色仪与计算机相连，组成光谱自动测量系统，大大提高了光谱测量速度，并使测量操作变得十分简便，并且提高了系统的整体性能和应用范畴。在此次试验中，我们就是用将光栅单色仪与计算机相连的测量系统。这样使得试验起来十分方便快捷，并且试验数据也更加精确。

这次的专题性试验中，我们做了三个专题试验：棱镜光谱与光栅光谱、小型棱镜读（摄）谱仪测量氢原子光谱、光栅光谱仪测光谱。在这三个专题试验中，我们接触最多的光谱就是钠光和汞光，分析二

者的光谱特性，并也计算一些其他的数据。经过这三次的试验，我对试验又有了更新的认识。试验中并不是每次都能成功的，而且很多时候都无法得到想要的结果。这都是在我们知道试验结果的情况下，很多试验都要进行多次。而且，在做试验时，每一步都必须细心，来不得半点马虎，即使这样，试验结果也未必令人满意。有些试验现象最终也体现不出来。这也使我不禁特别佩服那些科学家、发明家。他们在不知道试验结果的情况下，他们做试验得出正确的结论，这需要怎样的毅力和细心。在科学上还真来不得半点马虎，一步出错就可能得不出试验结果，可谓失之毫厘，差之千里。

同时，通过这次写论文的机会，我也查了有些相关的资料，这也使得我对我们日常生活的光源有了更进一步的认识，不仅仅在于其宏观特性。我们最早利用的光源就是太阳光，同时，这种光源也是最适合我们人类的，天然无污染。其次是我们的第一个人造光源可是经历上千次的不断试验和尝试才成功的。在我们日常生活中接触得最多就是白炽灯了，这种光具有和太阳光相似的光谱功率分布，同样也是属于连续光谱，再加上其光谱分布比较理想，所以在我们日常生活也被广泛应用。同时，我们生活中的各种各样的光也都不是随随便便选择一种光就行的。这必须经过一些科学家在试验过程中，对这些光谱进行深刻的了解，才能测量出更好的光谱特性曲线。在这些过程中，光栅光谱仪发挥着巨大的作用。事实上，从人们第一次使用光栅光谱仪测量分析光源的光谱特性的那天起，人们对光栅的应用就没有停止过，正是人们对光栅光谱仪的进一步深入了解，人们对光栅光谱仪的应用

也更多元化。

参考文献：

【1】 任勒生.光栅单色仪光谱测量的计算机控

制[J]集美航海学院学报，TP39,16 1998

【2】 荆其诚，焦书兰，喻柏林，胡维生.色度学

[M].科技大学出版社

【3】 柯惟中，张颂东，刘海林.用双光栅单色仪

做钠原子光谱试验[J].大学物理