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"自制光譜儀",好玩的東東 |
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| 作者：tyw 欄目：技術(shù)交流 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
自制光譜儀 用光盤自制光譜儀, 所需材料只要一片光盤, 一只紙盒而已. CD數(shù)據(jù)一面用肉眼直接觀看五彩繽紛. 這是因?yàn)镃D的數(shù)據(jù)軌道非常致密, 可用作衍射光柵. 但由于各個(gè)方向的光線混雜在一起, 所以看不到光譜. 不過我們只要在前面裝一個(gè)狹縫就是一臺簡易光譜儀. 雖然離專業(yè)光譜儀有很大差距, 但是作為科普工具人人可做, 對普及一些物理知識還是很有用的. 這還是個(gè)很好的玩具. 自制光譜儀結(jié)構(gòu)如下: 紙盒一側(cè)開一條水平狹縫, CD傾斜60度左右斜插在另一邊, 從紙盒上方開口觀看. 注意看到的應(yīng)該不是狹縫的鏡像, 而是光譜. 狹縫要不寬不窄, 太寬譜線模糊, 太窄亮度不足. 我用0.2mm左右, 大家試驗(yàn)決定. 用多種CD試驗(yàn)發(fā)現(xiàn) (1)可寫光盤CD-R比普通CD光譜亮一些. CD-R牌子不同亮度也不一樣. 把CD翻過來看哪個(gè)最絢麗即可. 寫過和沒寫過的CD-R區(qū)別不大. (2)上面的角度不適用于DVD.
光譜哪里來? 中學(xué)物理里學(xué)過: 1. 稠密物質(zhì), 包括高壓氣體和等離子體, 按黑體輻射發(fā)出連續(xù)光譜. 2. 低壓氣體發(fā)出離散亮譜線, 亮度隨氣體溫度升高而增加. 3. 具有連續(xù)光譜的光線通過低壓氣體, 對應(yīng)2)中位置出現(xiàn)離散黑線. 好了,下面讓我們看看日常生活中的光譜. 所有照片由作者用尼康995數(shù)字相機(jī)拍攝.
(1) 和天文密切相關(guān)的首推太陽光譜. 太陽是黑體輻射, 所以太陽光譜主要是連續(xù)譜, 但是上面有黑線, 即著名的夫瑯和費(fèi)線(Fraunhofer lines). 它們是光線通過太陽表面大氣和地球大氣被選擇性吸收而形成的. 這光譜儀雖然簡單,但是(1c, 1d)照片里也能看見數(shù)條黑線: 深紅色里的C(氫H-alpha, 656nm), 桔黃色里的D(鈉,589nm), 綠色里的E(鐵,527nm)和b1,b2(鎂,518nm), 天藍(lán)色里的F(氫H-beta, 486nm), 紫色里的G(鐵和鈣, 431nm). 有趣的是中午的陽光和太陽落山時(shí)的陽光光譜不同! 對比(1c)和(1d), 我們發(fā)現(xiàn)紅色里多了一條a(地球氧氣分子,628nm). 這是因?yàn)樘栄鼋堑蜁r(shí), 陽光經(jīng)過更多的地球大氣, 有些地球分子吸收線就表露了出來. C線和D線下面也出現(xiàn)了新的吸收帶.
(2) 白熾燈是普通燈泡, 鎢絲加熱發(fā)光, 按黑體輻射發(fā)出連續(xù)光譜, 所以從紅到紫一片連續(xù), 和太陽光譜相比少了那些黑線. (圖中黃色不明顯, 可能是數(shù)字相機(jī)對黃譜段不敏感). 鹵鎢燈(tungsten halogen lamp)發(fā)光原理和白熾燈相似, 光譜也是連續(xù)的.
(3) 日光燈發(fā)光分兩步: 首先水銀蒸汽被激發(fā)主要發(fā)出紫外線, 然后管壁上的熒光粉將紫外線轉(zhuǎn)化為寬譜可見光. 所以日光燈在連續(xù)背景上有亮水銀譜線, 以綠色的546nm最顯著.
(4) 桔黃色的高壓鈉燈被廣泛用于晚間照明. 有趣的是它的光譜也會變化! 如果你看剛剛點(diǎn)亮的高壓鈉燈, 會看到幾條亮線, 其中有黃色的鈉發(fā)射譜線(589nm) (4c). 但是若干秒后隨著燈越來越亮, 黃色慢慢變寬, 中心出現(xiàn)細(xì)黑線(4d, 4e). 等高壓鈉燈穩(wěn)定發(fā)光后, 燈泡內(nèi)緣充滿相對較冷的鈉蒸汽, 強(qiáng)烈吸收譜線. 所以此時(shí)黃色位置由亮線變成很粗的黑線(4f,4b). (4c--f)拍攝參數(shù)完全一樣.
(5) 計(jì)算機(jī)CRT顯示器白色屏幕的光譜. 紅色是離散譜線, 但綠,藍(lán)則是連續(xù)光譜.
(6) 筆記本電腦液晶顯示屏和CRT顯示器發(fā)光原理顯然不同.
(7) 紅色發(fā)光二極管在紅色部分發(fā)出連續(xù)光譜.
(8) 接線板紅色指示燈是氖氣(neon)發(fā)光. 發(fā)出許多條紅色, 桔紅色的離散亮譜線.
(9) 綠色夜燈就是一層熒光粉, 電致發(fā)光發(fā)出連續(xù)光譜.
(10) 節(jié)能燈(又稱緊湊型日光燈, compact fluorescent light)和普通日光燈(3)發(fā)光原理類似, 但它采用新型三色熒光粉, 而非普通的寬譜白色熒光粉. 光譜儀下連續(xù)譜不見了, 代之以各種顏色的譜線.
(11) 這種綠,紫色霓虹燈光譜主要是熒光粉不同.
(12) 這張照片攝于 2004年10月27日月食開始前. 光譜儀手持于20cm反射鏡的目鏡后面. 因?yàn)樵鹿饩褪欠瓷涞奶柟? 所以光譜和太陽光譜類似: 連續(xù)背景上有黑色夫瑯和費(fèi)吸收線(1).
(13) 蠟燭發(fā)出連續(xù)譜. 不過我用的蠟燭和火柴在剛剛點(diǎn)燃 |
| 2樓： | >>參與討論 |
| 作者： fsclub 于 2006/1/25 12:20:00 發(fā)布：
理論知識要求高. |
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| 3樓： | >>參與討論 |
| 作者： 左撇子 于 2006/1/25 16:01:00 發(fā)布：
光譜儀 設(shè)計(jì)很巧妙，但只能對光源做定性分析。 |
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| 4樓： | >>參與討論 |
| 作者： 楊真人 于 2006/1/26 18:37:00 發(fā)布：
可以一試 |
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| 5樓： | >>參與討論 |
| 作者： iC921 于 2006/1/26 18:54:00 發(fā)布：
我看看我能不能試 |
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| 6樓： | >>參與討論 |
| 作者： 12864 于 2006/1/26 19:56:00 發(fā)布：
很不錯(cuò)，好資料(!!!) 留個(gè)記號，以后常拿出來看 |
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| 7樓： | >>參與討論 |
| 作者： 李冬發(fā) 于 2006/1/27 15:02:00 發(fā)布：
不錯(cuò)不錯(cuò)，特別實(shí)用于教學(xué)工具 |
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| 8樓： | >>參與討論 |
| 作者： jz_main 于 2006/1/27 17:41:00 發(fā)布：
哈哈 果然有一套！ 我也試試 |
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| 9樓： | >>參與討論 |
| 作者： ferry 于 2006/1/27 17:55:00 發(fā)布：
試試 |
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| 10樓： | >>參與討論 |
| 作者： 無悔 于 2006/1/27 19:22:00 發(fā)布：
好東西 |
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| 11樓： | >>參與討論 |
| 作者： hwming 于 2006/1/28 10:47:00 發(fā)布：
科普型光譜儀 對科普有意義、有幫助，好東東�。。。�！ |
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| 12樓： | >>參與討論 |
| 作者： dengm 于 2006/1/28 11:10:00 發(fā)布：
好東東 |
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| 13樓： | >>參與討論 |
| 作者： jz_main 于 2006/1/30 15:37:00 發(fā)布：
好東東 真有意思，不過不太好做。看不清 |
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