专利名称：钠光谱实验仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种大学近代物理实验教学仪器，尤其是能方便准确地测量钠原子光谱。
该方法也有些不足如拍摄光谱次数较多(铁光谱、钠光谱、纯碳光谱均需转动光栅进行多次拍摄)；一级光谱区和二级紫外区易发生重叠干扰(除非换用滤色片)；计算波长误差大(因谱线本身存在线宽，光谱片长度有限，肉眼观察困难，即使用投影仪将谱片放大，测量仍有一定误差)。另外，钠原子光谱不同线系的一个重要差别表现在其双重结构不同成分的相对强度不同。它取决于有关能级值的大小(玻耳兹曼因子)、能级的统计权重以及能级间的跃迁概率。对主线系，光谱线双重结构的两个成分中短波成分与长波成分的强度比为2∶1。而在锐线系和漫线系中，双重结构中短波成分和长波成分强度比是1∶2。由于光谱片经过曝光和冲洗，谱线所在处的变黑程度和谱线强度之间并不满足正比关系，因而无法测量光谱线双线结构不同成分的强度比。正因为有上述困难，有的上述实验教材甚至不涉及钠原子光谱线双重结构强度的比值关系问题。
本实用新型的技术方案是采用自耦降压变压器作为低压钠光灯电源，可以方便地从0伏到220伏调节钠光灯电压，控制低压钠光灯发光信号的强弱。由于低压钠光灯经双单色仪分光后，钠原子光谱的谱线拉得很开，双重结构看得很清楚，而且直接以波数为单位绘于记录纸上，有效数字可达到5位，由此可以比较精确地求出量子缺、固定项等参数，误差大大减小。在双单色仪直接绘出的钠光谱谱图上，双重结构不同成分的相对强度之比就是谱峰高度之比，直观明了，一目了然。


图1是钠光谱实验仪的外观示意图。
图2是钠光谱实验仪内部的电连接图。
其中1是低压钠光灯，2是自耦变压器，3是开关，4是调节自耦变压器输出电压的旋钮，5是镇流器。钠光谱实验仪的顶面板留有直径3至4厘米的圆孔，孔下对应安装为低压钠光灯的八脚插座，圆孔边缘距顶面板边缘约1至2厘米。低压钠光灯1正好插入圆孔下的插座，不用时可以将钠光灯取下放好。自耦变压器2为降压变压器，输出电压范围是0至220伏，由实验仪面板上旋钮4控制并指示输出电压的大小，该输出电压的两端与低压钠光灯电源的输入端相接。降压变压器的滑动电压输出头与开关3一端串联，开关3另一端再与低压钠光灯串联，低压钠光灯的另一端串联镇流器后相连到降压变压器的另一输出端。开关3控制钠光灯的开启，旋钮4则调节自耦变压器输出电压，也即低压钠光灯的电源电压。
图3是用双单色仪测绘出的钠光灯发射的主线系(3P-3S)光谱图。
图4是用双单色仪测绘出的钠光灯发射的锐线系(3P-5S)光谱图。
图5是用双单色仪测绘出的钠光灯发射的漫线系(3P-4D)光谱图。
图6是用双单色仪测绘出的钠光灯发射的漫线系(3P-5D)光谱图。
在可见范围内，主线系黄共振双线是由双重能级3P跃迁到3S，其波数差表征了3P谱项双重分裂的大小。锐线系和漫线系是从n2S1/2和n2D3/2，5/2(n＞3)向共振能级(32P3/2，1/2)跃迁所发射的光谱，根据选择定则，观察到的仅是两个成分(在漫线系中，复双重线通常也只能观察到两个成分)。这两成分的波数差等于(在锐线系中)或近似等于3P谱项的双重分裂的大小，即17.20cm-1。由图可见确实如此，双重线中不同成分拉得很开，看得很清楚，每对双重线间距都在17±cm-1。
在摄谱仪拍摄的钠光谱谱片中，根据光谱黑线的浓淡是很难判断出1∶2或2∶1的强度比的，而在双单色仪绘出的钠光谱谱图上，双重结构不同成分的相对强度之比就是谱峰高度之比，2∶1或1∶2的高度比清清楚楚，一目了然，极有说服力。
漫线系和锐线系的下能级都是3P能级，但它们的上能级分别与价电子的d轨道和s轨道对应，前者更容易受外电场影响，因此在钠原子的发射光谱中，漫线系和锐线系明显不同。漫线系的光谱线边缘清晰，谱线展宽明显，而锐线系谱线比较清晰，边缘比较锐。但在摄谱仪摄出的钠光谱照片中，经显影、定影、冲洗后，很难区分出边缘的模糊与锐利，而用双单色仪测量则可清楚地将这两种线系区分开来。如图3是主线系，图4是锐线系，其谱线都是尖锐而细长，边缘整齐；图5、图6是漫线系，可以明显看出谱线边缘的弥漫状态。
权利要求1.一种由自耦变压器、低压钠光灯和钠光灯电源组成的钠光谱实验仪，其特征是自耦变压器为降压变压器，输出电压范围是0至220伏，由实验仪面板上旋钮控制并指示输出电压的大小，该输出电压的两端与低压钠光灯电源的输入端相接。
2.由权利要求1所述的钠光谱实验仪，其特征是钠光谱实验仪的顶面板留有直径3至4厘米的圆孔，孔下对应安装为低压钠光灯的八脚插座，圆孔边缘距顶面板边缘约1至2厘米。
专利摘要本实用新型为一种由自耦变压器、低压钠光灯和钠光灯电源组成的钠光谱实验仪，可以方便地开启钠光灯和调节钠光灯的电压，通过双单色仪测量和记录钠原子光谱。该实验仪操作简便，辨识谱线清楚，利用记录下来的光谱数据可以比较精确地求出量子缺、固定项等参数，可以直接观察钠光谱双重线的分裂情况和强度比，大大有助于高等学校的近代物理实验教学。
文档编号G01N21/31GK2565015SQ0226418
公开日2003年8月6日 申请日期2002年9月6日 优先权日2002年9月6日
发明者柯惟中 申请人:南京师范大学