專利名稱：鈉光譜實驗儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種大學近代物理實驗教學儀器，尤其是能方便準確地測量鈉原子光譜。
該方法也有些不足如拍攝光譜次數(shù)較多(鐵光譜、鈉光譜、純碳光譜均需轉(zhuǎn)動光柵進行多次拍攝)；一級光譜區(qū)和二級紫外區(qū)易發(fā)生重疊干擾(除非換用濾色片)；計算波長誤差大(因譜線本身存在線寬，光譜片長度有限，肉眼觀察困難，即使用投影儀將譜片放大，測量仍有一定誤差)。另外，鈉原子光譜不同線系的一個重要差別表現(xiàn)在其雙重結(jié)構(gòu)不同成分的相對強度不同。它取決于有關(guān)能級值的大小(玻耳茲曼因子)、能級的統(tǒng)計權(quán)重以及能級間的躍遷概率。對主線系，光譜線雙重結(jié)構(gòu)的兩個成分中短波成分與長波成分的強度比為2∶1。而在銳線系和漫線系中，雙重結(jié)構(gòu)中短波成分和長波成分強度比是1∶2。由于光譜片經(jīng)過曝光和沖洗，譜線所在處的變黑程度和譜線強度之間并不滿足正比關(guān)系，因而無法測量光譜線雙線結(jié)構(gòu)不同成分的強度比。正因為有上述困難，有的上述實驗教材甚至不涉及鈉原子光譜線雙重結(jié)構(gòu)強度的比值關(guān)系問題。
本實用新型的技術(shù)方案是采用自耦降壓變壓器作為低壓鈉光燈電源，可以方便地從0伏到220伏調(diào)節(jié)鈉光燈電壓，控制低壓鈉光燈發(fā)光信號的強弱。由于低壓鈉光燈經(jīng)雙單色儀分光后，鈉原子光譜的譜線拉得很開，雙重結(jié)構(gòu)看得很清楚，而且直接以波數(shù)為單位繪于記錄紙上，有效數(shù)字可達到5位，由此可以比較精確地求出量子缺、固定項等參數(shù)，誤差大大減小。在雙單色儀直接繪出的鈉光譜譜圖上，雙重結(jié)構(gòu)不同成分的相對強度之比就是譜峰高度之比，直觀明了，一目了然。


圖1是鈉光譜實驗儀的外觀示意圖。
圖2是鈉光譜實驗儀內(nèi)部的電連接圖。
其中1是低壓鈉光燈，2是自耦變壓器，3是開關(guān)，4是調(diào)節(jié)自耦變壓器輸出電壓的旋鈕，5是鎮(zhèn)流器。鈉光譜實驗儀的頂面板留有直徑3至4厘米的圓孔，孔下對應安裝為低壓鈉光燈的八腳插座，圓孔邊緣距頂面板邊緣約1至2厘米。低壓鈉光燈1正好插入圓孔下的插座，不用時可以將鈉光燈取下放好。自耦變壓器2為降壓變壓器，輸出電壓范圍是0至220伏，由實驗儀面板上旋鈕4控制并指示輸出電壓的大小，該輸出電壓的兩端與低壓鈉光燈電源的輸入端相接。降壓變壓器的滑動電壓輸出頭與開關(guān)3一端串聯(lián)，開關(guān)3另一端再與低壓鈉光燈串聯(lián)，低壓鈉光燈的另一端串聯(lián)鎮(zhèn)流器后相連到降壓變壓器的另一輸出端。開關(guān)3控制鈉光燈的開啟，旋鈕4則調(diào)節(jié)自耦變壓器輸出電壓，也即低壓鈉光燈的電源電壓。
圖3是用雙單色儀測繪出的鈉光燈發(fā)射的主線系(3P-3S)光譜圖。
圖4是用雙單色儀測繪出的鈉光燈發(fā)射的銳線系(3P-5S)光譜圖。
圖5是用雙單色儀測繪出的鈉光燈發(fā)射的漫線系(3P-4D)光譜圖。
圖6是用雙單色儀測繪出的鈉光燈發(fā)射的漫線系(3P-5D)光譜圖。
在可見范圍內(nèi)，主線系黃共振雙線是由雙重能級3P躍遷到3S，其波數(shù)差表征了3P譜項雙重分裂的大小。銳線系和漫線系是從n2S1/2和n2D3/2，5/2(n＞3)向共振能級(32P3/2，1/2)躍遷所發(fā)射的光譜，根據(jù)選擇定則，觀察到的僅是兩個成分(在漫線系中，復雙重線通常也只能觀察到兩個成分)。這兩成分的波數(shù)差等于(在銳線系中)或近似等于3P譜項的雙重分裂的大小，即17.20cm-1。由圖可見確實如此，雙重線中不同成分拉得很開，看得很清楚，每對雙重線間距都在17±cm-1。
在攝譜儀拍攝的鈉光譜譜片中，根據(jù)光譜黑線的濃淡是很難判斷出1∶2或2∶1的強度比的，而在雙單色儀繪出的鈉光譜譜圖上，雙重結(jié)構(gòu)不同成分的相對強度之比就是譜峰高度之比，2∶1或1∶2的高度比清清楚楚，一目了然，極有說服力。
漫線系和銳線系的下能級都是3P能級，但它們的上能級分別與價電子的d軌道和s軌道對應，前者更容易受外電場影響，因此在鈉原子的發(fā)射光譜中，漫線系和銳線系明顯不同。漫線系的光譜線邊緣清晰，譜線展寬明顯，而銳線系譜線比較清晰，邊緣比較銳。但在攝譜儀攝出的鈉光譜照片中，經(jīng)顯影、定影、沖洗后，很難區(qū)分出邊緣的模糊與銳利，而用雙單色儀測量則可清楚地將這兩種線系區(qū)分開來。如圖3是主線系，圖4是銳線系，其譜線都是尖銳而細長，邊緣整齊；圖5、圖6是漫線系，可以明顯看出譜線邊緣的彌漫狀態(tài)。
權(quán)利要求1.一種由自耦變壓器、低壓鈉光燈和鈉光燈電源組成的鈉光譜實驗儀，其特征是自耦變壓器為降壓變壓器，輸出電壓范圍是0至220伏，由實驗儀面板上旋鈕控制并指示輸出電壓的大小，該輸出電壓的兩端與低壓鈉光燈電源的輸入端相接。
2.由權(quán)利要求1所述的鈉光譜實驗儀，其特征是鈉光譜實驗儀的頂面板留有直徑3至4厘米的圓孔，孔下對應安裝為低壓鈉光燈的八腳插座，圓孔邊緣距頂面板邊緣約1至2厘米。
專利摘要本實用新型為一種由自耦變壓器、低壓鈉光燈和鈉光燈電源組成的鈉光譜實驗儀，可以方便地開啟鈉光燈和調(diào)節(jié)鈉光燈的電壓，通過雙單色儀測量和記錄鈉原子光譜。該實驗儀操作簡便，辨識譜線清楚，利用記錄下來的光譜數(shù)據(jù)可以比較精確地求出量子缺、固定項等參數(shù)，可以直接觀察鈉光譜雙重線的分裂情況和強度比，大大有助于高等學校的近代物理實驗教學。
文檔編號G01N21/31GK2565015SQ0226418
公開日2003年8月6日 申請日期2002年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月6日
發(fā)明者柯惟中 申請人:南京師范大學