实验1 《目测法测量汞灯发射光谱谱线波长》实验提要
实验课题及任务
《目测法测量汞灯发射光谱谱线波长》实验课题任务是，给定汞灯，通过目测法测量出汞灯发射光谱谱线的波长。
学生根据自己所学知识，设计出《目测法测量汞灯发射光谱谱线波长》的整体方案，内容包括：(写出实验原理和理论计算公式；选择测量仪器；写出实验内容和步骤。)然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。
设计要求
⑴ 通过在实验室用目测的方式观察光栅的衍射现象，绘制出光路图，通过对光路图的分析，找出光栅方程与光路图中的那些物理量(即待测量的物理量)有关，根据光栅方程和待测物理量的关系推导出计算公式，写出该实验的实验原理。(注：这一步是本实验的关键所在，得先到实验室观察实验现象，通过实验现象的观察，绘制出光路图，分析论证，找出规律，才能写出实验原理。)
⑵选择实验测量仪器要符合精度要求，测量值相对误差在1%之内，并说明选择仪器的理由，确定相应物理量的测量仪器。选择实验测量仪器，仅限于光栅、米尺(10m/0.005m 或3m/0.001m)、光源(汞灯、钠灯或激光器(632.80 nm))的选择，可以自制辅助器件。 ⑶ 设计的实验步骤要具有可操作性。
⑷ 测量时那些物理量可以测量一次，那些物理量必须得多次测量，说明原理。 ⑸ 观察及测量衍射光斑时应该注意的事项及实际测量的方法。
(6) 实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。 测量仪器和被测物体及提示
⑴ 光栅：实验室给定，光栅参数未知
⑵ 米尺：3m/0.001m 或10m/0.005m 任选，
⑶ 光源：钠灯、汞灯、激光器（632.80 nm ）。
⑷ 可以自制实验器材，如带刻度的条型光屏，也可以借助现有实验室的条件。 实验所用公式及物理量符号提示
⑴ 光栅方程: λ?k d =?sin (k =0、±1、±2、±3、……)
式中b a d +=(其中a 为光栅缝宽，b 为相邻缝间不透明部分的宽度)为相邻狹缝之间的距离，称为光栅常数，λ为光波波长，k 为衍射光谱线的级次。
⑵ 用x 表示谱线到0级谱线的距离，用y 表示光栅到0级谱线的垂直距离。 提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版(电子版用电子邮件发送到指导教师的电子邮箱里)供教师修改。
思考题
⑴ 光栅与光源之间的距离多远比较合适？
⑵ 眼睛与光栅的距离对测量有没有影响？
⑶ 光屏和光源是否一定要在一个平面内？
⑷ 光栅与光屏的距离测量，该实验应采用单次测量还是多次测量？单次测量能否满足测量精度的要求？
参考文献
参阅各实验书籍中的夫琅和菲衍射原理及光栅衍射原理。
几何光学，人眼睛的光学原理。
分光计实验报告 【实验目的】 1、了解分光计的结构和工作原理 2、掌握分光计的调整要求和调整方法，并用它来测量三棱镜的顶角和最小偏向角。 3、学会用最小偏向角法测棱镜材料折射率 【实验仪器】 分光计，双面平面镜，汞灯光源、读数用放大镜等。 【实验原理】 1、调整分光计： (1)调整望远镜： ａ目镜调焦：清楚的看到分划板刻度线。 ｂ调整望远镜对平行光聚焦：分划板调到物镜焦平面上。 ｃ调整望远镜光轴垂直主轴：当镜面与望远镜光轴垂直时，反射象落在上十字线中心，平面镜旋转180°后，另一镜面的反射象仍落在原处。 (2)调整平行光管发出平行光并垂直仪器主轴：将被照明的狭缝调到平行光管物镜焦面上，物镜将出射平行光。 2、三棱镜最小偏向角原理 介质的折射率可以用很多方法测定，在分光计上 用最小偏向角法测定玻璃的折射率，可以达到较高的 精度。这种方法需要将待测材料磨成一个三棱镜。如 果测液体的折射率，可用表面平行的玻璃板做一个中 间空的三棱镜，充入待测的液体，可用类似的方法进 行测量。 当平行的单色光，入射到三棱镜的AB面，经折射 后由另一面AC射出，如图7.1.2-8所示。入射光线LD 和AB面法线的夹角i称为入射角，出射光ER和AC 面法线的夹角i’称为出射角，入射光和出射光的夹角 δ称为偏向角。 可以证明，当光线对称通过三棱镜，即入射角i0等于出射角i0’时，入射光和出射光之间的夹角最小，称为最小偏向角δmin。由图7.1.2-8可知： δ=（i-r）+（i’-r’）（6-2） A=r+r’（6-3） 可得：δ=（i+i’）-A （6-4）
三棱镜顶角A 是固定的，δ随i 和i’而变化，此外出射角i’也随入射角i 而变化，所以偏向角δ仅是i 的函数．在实验中可观察到，当i 变化时，δ有一极小值，称为最小偏向角． 令 0=di d δ ，由式(6-4)得 1' -=di di （6-5） 再利用式（6-3）和折射定律 ,sin sin r n i = 's i n 's i n r n i = （6-6） 得到 r n i i r n di dr dr dr dr di di di cos cos )1('cos 'cos ''''? -?=??= ' 'csc csc 'sin 1cos sin 1'cos 2 2 2 2222 2 22r tg n r r tg n r r n r r n r --= --- = ' )1(1)1(12 2 22r tg n r tg n -+-+- = (6-7) 由式（6-5）可得：')1(1)1(12 22 2 r tg n r tg n -+=-+ 'tgr tgr = 因为r 和r’都小于90°，所以有r =r ’ 代入式（5）可得i =i'。 因此，偏向角δ取极小值极值的条件为： r =r ’ 或 i =i' （6-8） 显然，这时单色光线对称通过三棱镜，最小偏向角为δ min ，这时由式（6-4）可得： δ min =2i –A )(21 min A i += δ 由式（6-3）可得： A =2r 2 A r = 由折射定律式（6-6），可得三棱镜对该单色光的折射率n 为 2 sin )(21 sin sin sin min A A r i n += =δ （6-9） 由式（6-9）可知，只要测出三棱镜顶角A 和对该波长的入射光的最小偏向角δmin ，就可以计 算出三棱镜玻璃对该波长的入射光的折射率。顶角A 和对该波长的最小偏向角δ min 用分光计测定。 折射率是光波波长的函数，对棱镜来说，随着波长的增大，折射率n 则减少，如果是复色光入射，由于三棱镜的作用，入射光中不同颜色的光射出时将沿不同的方向传播，这就是棱镜的色散现象。 【实验内容】
实验一 地物光谱反射率的野外测定 一、实验目的 1、学习地物光谱的测定方法 2、认识地物光谱反射率的规律 3、掌握绘制地物反射光谱曲线的方法 二、原理及方法 地物光谱反射率的野外测定原理主要是利用电磁辐射和各地物光谱特征进行测定（参照课本）。 实验采用垂直测量方法，计算公式为： ()()()() λρλλλρs Vs V ?= 式中， ()λρ为被测物体的反射率，()λρs 为标准板的反射率，()λV ，()λVs 分别为测量 物体和标准板的仪器测量值。 三、实验仪器 1、可见光－近红外光谱辐射计，波长范围0.4—2.5μm(有0.4—1.1μm 或1.3—2.5μm 二种仪器)，仪器性能稳定，携带方便，数据提取容易。表1.1列出了目前常用的光谱仪。 2、标准参考板（白板或灰板）。 表1.1常见的光谱辐射仪
四、实验步骤 1、测量目标和条件的选择 环境：无严重大气污染，光照稳定，无卷云或浓积云，风力小于3级，避开阴影和强反射体的影响（测量者不穿白色服装）。 时间：地方时9：30—14：30。 取样：选择物体自然状态的表面作为观测面，取样面积大于地物自然表面起伏和不均匀的尺度，被测目标面要充满视场。 标准板：标准板表面与被测地物的宏观表面相平行，与观测仪器等距，并充满仪器视场，保证板面清洁。 2、记录测量目标基本信息 主要内容如下： 土壤：土类、土属、土种；地貌类型、成土母质、侵蚀状况；干湿度、粗糙度等。 植被：植物名称、所属类别、覆盖率、生长状况、叶色、高度等。 水体：水体名称、水体状况、水色、水温、透明度、泥沙含量、叶绿素含量、污染状况等。 人工目标：目标名称、内容描述、估算面积、几何特征、表面颜色、坡度、坡面等。 岩矿：岩矿名称、所属类别、植被覆盖及名称、土壤覆盖及名称、岩矿露头面积、所属构造、地质年代、风化状况等。 3、记录环境参数 主要内容如表1.2，内容由教学教师定，制成表格填写。见附表。 4、安装仪器开始测试 ①对准标准板，读取数据为Vs。 ②移开标准板对准地物，读取数据Vg。 ③重复步骤①②，测量5—9次，记录数据，计算平均值。 ④更换目标，做好信息记录，重复①—③步骤。 ⑤整理数据，根据上述公式计算反射率 ()λ ρg ，标准 ()λ ρs 为已知值。 仪器安装注意事项： 测量高度：仪器保持水平架设，离被测地物表面距离不小于1m。 几何关系：仪器轴线与天顶的倾斜角<±2°，标准面水平放置。
实验十二 分光计的调节及三棱镜顶角的测定 实验目的：1．深入了解分光计的构造和设计原理，学会调整分光计的正确方法； 2．掌握测定棱镜顶角的方法； 实验仪器：分光计 分光计调整用双平面镜 三棱镜 实验原理： 将分光计的载物台和望远镜筒调节水平，再将三棱镜放到载物台上，如图：调节望远镜筒使之主轴分别与AC 、AB 设此时游标盘的读数分别为()21,?? ，()','21??则其顶角()2211''2 1 180180?????-+-- =-= A 实验过程（内容、步骤、原始数据等）： ⒈调节分光计： ①旋转目镜一直到能够清楚地看到分划板刻度线。 ②将双面镜放到载物台上，如图： 转动载物台，一直到能够在望远镜中看到绿“十”字像。如果绿“十”字像模糊。可拉动目镜筒，使之清晰； ③调整望远镜光轴垂直主轴：当镜面与望远镜光轴垂直时，绿“十”字像与分划板上十字线重合，平面镜旋转180°后，另一镜面的反射象仍落在原处。 （调节方法：对半调节） 此时证明望远镜筒和载物台均已水平。 2. 使三棱镜光学侧面垂直望远镜光轴。 ①将双面镜拿下来，再将棱镜放到载物台上，使棱镜三边与台下三螺钉的连线所 成三边互相垂直。 ②转动载物台，在望远镜中观察从棱镜侧面AC 和AB 返回的十字象，只调
节载物台下正对棱镜侧面的那个螺钉，使绿“十”字像都落在上十子线处。此时说明望远镜已与AC 面或AB 面垂直。 ③测量顶角A ：转动游标盘，使棱镜AC 面和望远镜垂直，记下游标１的读数1?和游标２的读数2?。再转动游标盘，使AB 面和望远镜垂直，记下游标１的读数'1?和游标２的读数'2?。同一游标两次读数之差11'??-或22'??-，即是载物台转过的角度?，而?是Ａ角的补角。 ()2211''2 1 180180?????-+-- =-= A 重复测量5两次，记下数据。 数据处理（数据处理、结果分析、问题讨论及总结）： 测量结果：1.代真值：=A 2.算术平均值的标准偏差：()() =-?=∑12 n n A A σ 3.相对误差：E ＝ 4.结果表示A= ± E ＝ （具体公式参见 课本22页）
实验6.3 钼阳极X 射线特征谱线的精细结构 一、实验目的 1. 通过Mo 阳极X 射线在单晶NaCl 上的第5级布拉格反射谱研究其特征谱线的精细 结构； 2. 测定钼元素特征谱K α、K β 及K γ谱线； 3. 解析K α谱线的双线结构，测定其双线结构的波长间隔； 二、实验原理 我们已经知道，Mo 阳极X 射线特征谱K α和K β线都是双线结构，可以通过其在NaCl 单晶上的高阶布拉格衍射谱观测出来，然而它们的物理本质是不一样的。 K β是由纯K β线——M 壳层到K 壳层的原子跃迁和K γ线——N 壳层到K 壳层的原子跃迁组成的，两条谱线的波长差为1.2 pm （见表1），所以只能在高阶衍射谱上分辨开来。 表1 钼特征谱K 、K 及K 线跃迁能量、波长和相对强度 K α的精细结构源于L 壳层的精细结构，即电子的自旋轨道特性。在X 射线谱上，L 壳层实际上是由三个子层L I 、L II 和L III 组成，这些子层向K 壳层的跃迁要遵从选择定则： ?l =±1，?j =0,±1 （1） ?l 为跃迁中轨道角动量l 的变化量，?j 为总角动量j 的变化量。这样一来，只有两种从L 壳层到K 壳层的跃迁：K α1 和K α2 （见图1）。表2中给出了钼元素这两条谱线的参考值，可以看出K α双线的波长间隔?λ=0.43 pm 。 表2 钼元素K 的波长及相对强度 本实验中，通过布拉格反射在NaCl 晶体上的高阶衍射解析出钼X 光谱的精细结构。 按照布拉格反射定理，入射光特征谱线的波长和掠射角存在下列关系时，接受到的反射光强度最大： n ?λ=2?d ?sin θ （2） n : 衍射阶数，d =282.01 pm ：NaCl 晶面间距。 可以看出，双线的波长间距?λ 决定布拉格衍射时双线之间的角间距?θ 图1 特征谱K α的精细结构
实验报告 姓名专业：学号：日期：2015 年12 月15 日 课程名称：指导教师（学生填写）： 成绩：教师签名： 一、实验项目：建立光谱库 二、实验类型（√选）：0演示实验；1验证实验；2综合实验；3设计性实验；4创新实验 三、实验目的：利用ENVI软件建立光谱库。 四、实验准备：电脑一台，ENVI软件，ViewSpec Pro软件，采集的地物光谱数据，HSI数 据。 五、实验简要操作步骤及结果： 1、数据准备 1）ASD数据的处理。利用ViewSpec Pro软件将所采集的地物光谱数据进行平均运算，以降低误差。将每种地物所求的平均光谱曲线作为光谱库建立的数据源。 2）加载高光谱图像在图像中选择典型的地物类型区域，选中区域作为光谱库建立的数据源。3）利用实验四中所提取的波谱端元座位光谱库建立的数据源 2、建立光谱库。 1）选择Spectral->Spectral Library->Spectral Library Buider. 2）出现“Spectral Library Builder”对话框时，从“Data File” (ENVI 图像文件)或ASCII File”、或“File Input Spectrum”，为新库选择数据源。 （1）当采用“Data File”，波长和FWHM 值（若存在）从ENVI 头文件中读取。 （2）当采用“ASCII File”, 必须选上包含波长值与FWHM (若存在)的列。 （3）当采用“file input spectrum”时直接弹出Spectral Library Builder 对话框。 3）点击【OK】。出现“Spectral Library Builder”对话框，允许选择光谱库
实验八 分光计的调节和使用 【实验目的】 1．了解分光计的结构及各组成部件的作用，正确掌握调整分光计的要求和方法； 2．测定三棱镜的顶角。 【实验仪器】 JJY1′型分光计、低压汞灯电源、平面镜、三棱镜。 【实验原理】 三棱镜如图8-1所示。 图8-1 图8-2 AB 和AC 是两个透光的光学表面，称为折射面，其夹角A 称为三棱镜的顶角；BC 为毛玻璃 面，称为三棱镜的底面。 1．自准法测量三棱镜的顶角 图8-2为自准法测量三棱镜顶角的示意图。光线垂直人射于AB 面而沿原路反射回来， 记下此时光线入射方位T 1，然后使光线垂直入射于AC 面，记下沿原路反射回来的方位T 2。则角21T T -=ψ,而顶角ψα-=O 180，即： 21180T T --=α （8-1） 2．分光计 （1）结构 分光计的型号很多，结构基本相同，都是由4个部件组成：平行光管、自准直望远镜、 载物小平台和读数装置（参阅图8-3）。分光计的下部有一个竖轴，称为分光计的中心轴。
① 自准直望远镜（阿贝式）。阿贝式自准直望远镜与一般望远镜一样具有目镜、分划 板及物镜三部分。分划板上刻画的是“╪”准线，而且边上粘有一块45°全反射小棱镜， 其表面涂了不透明薄膜，薄膜上刻了一个空心十字窗口，小电珠光从管侧射人后，调节目镜 前后位置，可以在望远镜目镜视场中看到如图8-4（a ）中所示的景象。若在物镜前放一平面 镜，前后调节目镜（连同分划板）与物镜的间距，使分划板处于物镜焦平面上时，小电珠发 出透过空心十字窗口的光经物镜后成平行光射于平面镜，反射光经物镜后在分划板上形成十 字窗口的像。若平面镜镜面与望远镜光轴垂直，此像将落在准线上方的交叉点上，如图8-4 （b ）所示。 ② 平行光管。它是由一个宽度和位置均可调节的狭缝和一个会聚透镜所组成。如图8-5 所示。当狭缝位于透镜的焦平面上时，凡是从狭缝进入平行光管的光线，过透镜射出后，都 成为平行光束。 ③ 载物台。载物台套装在游标盘上，可以绕中心轴转动，它是为放置平面镜、棱镜、 光栅或其他被测光学元件而设置的。台下有三个螺丝，可调节平台水平。 ④ 读数装置。读数装置由刻度圆盘和沿圆盘边相隔180°对称的两游标T 和T ′组成。 刻度圆盘相差360°，最小分度为0.5°（30′），小于0.5°的读数利用游标读出。游标上 有30格，所以游标上的读数单位为1′。角游标的读法与游标相同。如图37-6所示位置。 其读数为： 87°（30′+15′）= 87°45′ 两个游标对称放置是为了消除刻度盘中心与分光计中心轴线之间的偏心差。测量时要同 时记下两游标所示的读数。 （2）调整 为了准确测量角度，测量前应了解分光计上每个零件的作用以便调节。一台已调好的分 光计必须具备以下3个条件：1）望远镜聚焦于无穷远，或称适合于观察平行光；2）平行光 管射出的光是平行光——即狭缝口的位置正好处于平行光管透镜（物镜）的焦平面处；3） 1．狭缝装置 2．狭缝装置锁紧螺钉 3．平行光管部件 4．制动架(二)5．载物台6．载物台 调平螺钉(3只) 7．载物台锁紧螺钉 8．望远镜部件9．目镜锁紧螺钉10．阿贝式自准直目镜 11．目镜视度调节手轮12．望远镜光轴高低调节螺钉13．望远镜光轴水平调节螺钉 14．支臂 15．望远镜微调螺钉 16．转座与度盘止动螺钉17．望远镜止动螺钉18．制动架(一) 19．底 座 20．转座 21．度盘 22．游标盘23．立柱24．游标盘微调螺钉 25．游标盘止动螺钉 26．平 行光管光轴水平调节螺钉27．平行光管光轴高低调节螺钉 28．狭缝宽度调节手轮平螺钉(3只) 图 8-3
大学物理仿真实验实验报告_分光计. 大学物理仿真实验实验报告 分光计 土木21班 2120702008 崔天龙 . . 验项目名称:分光计 一、实验目的 1(使学生深入了解分光计的构造和设计原理，学会调整分光计的正确方法; 2(了解用最小偏向角法测棱镜材料折射率的基本原理; 3(完成测量折射率实验，并正确分析实验误差。 二、实验原理 1(分光计的结构 分光计主要由三部分:望远镜，平行光管和主体(底座、度盘和载物台)组成。附件有小灯泡、小灯泡的低压电源以及看度盘的放大镜。望远镜的目镜叫做阿贝目镜，如图1所示。 2(分光计的调整原理和方法 调整分光计，最后要达到下列要求: (1)平行光管发出平行光; (2)望远镜对平行光聚焦(即接收平行光); (3)望远镜、平行光管的光轴垂直仪器公共轴。
分光计调整的关键是调好望远镜，其他的调整可以以望远镜为标准。 在调整望远镜时，可以先将小灯泡的光引入分划板，当分划板的位置刚好在望远镜的焦平面上时，从载物台上放置的平面镜上反射回来的光正好落在分划板上形成一个清晰的十字象。利用这个原理可以将望远镜调好(出射平行光以及使望远镜的主轴与仪器主轴垂直)，当望远镜调好后就可以利用望远镜调节平行光管，此时就可以进行光线的角度的测量了。 3(用最小偏向角法测三棱镜材料的折射率. . 如下图，一束单色光以角入射到AB面上，经棱镜两次折射后，从AC面 射出来，出射角为。入射光和出射光之间的夹角称为偏向角。当棱镜顶角A一定时，偏向角的大小随入射角的变化而变化。而当=时，为最小(证明略)。这时的偏向角称为最小偏向角，记为。 由上图可以看出，这时
可见光 指能引起视觉的电磁波。可见光的波长范围在0.77～0.39微米之间。波长不同的电磁波，引起人眼的颜色感觉不同。0.77～0.622微米，感觉为红色；0.622～0.597微米，橙色；0.597～0.577微米，黄色；0.577～0.492微米，绿色；0.492～0.455微米，蓝靛色；0.455～0.39微米，紫色。 可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分，可见光谱没有精确的范围；一般人的眼睛可以感知的电磁波的波长在400到700纳米之间，但还有一些人能够感知到波长大约在380到780纳米之间的电磁波。正常视力的人眼对波长约为555纳米的电磁波最为敏感，这种电磁波处于光学频谱的绿光区域 人眼可以看见的光的范围受大气层影响。大气层对于大部分的电磁波辐射来讲都是不透明的，只有可见光波段和其他少数如无线电通讯波段等例外。不少其他生物能看见的光波范围跟人类不一样，例如包括蜜蜂在内的一些昆虫能看见紫外线波段，对于寻找花蜜有很大帮助。 红外光谱 红外光谱（infrared spectra），以波长或波数为横坐标 以强度或其他随波长变化的性质为纵坐标所得到的反映红外射线与物质相互作用的谱图。按红外射线的波长范围，可粗略地分为近红外光谱（波段为0.8～2.5微米）、中红外光谱（2.5～25微米）和远红外光谱（25～1000微米）。对物质自发发射或受激发射的红外射线进行分光，可得到红外发射光谱，物质的红外发射光谱主要决定于物质的温度和化学组成；对被物质所吸收的红外射线进行分光，可得到红外吸收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，它是一种分子光谱。分子的红外吸收光谱属于带状光谱。原子也有红外发射和吸收光谱，但都是线状光谱。 量子场论或量子电动力学可以正确地描述和解释红外射线（一种电磁辐射）与物质的相互作用。若采用半经典的理论处理方法，即对组成物质的分子和原子作为量子力学体系来处理，辐射场作为一种经典物理中的电磁波并忽略其光子的特征，则分子红外光谱是由分子不停地作振动和转动而产生的。分子振动是指分子中各原子在平衡位置附近作相对运动，多原子分子可组成多种振动模式。当孤立分子中各原子以同一频率、同一相位在平衡位置附近作简谐振动时，这种振动方式称简正振动。含N个原子的分子应有3N－6个简正振动方式；如果是线性分子，只有3N－5个简正振动方式。图中示出非线性3原子分子仅有的3种简正振动模式。分子的转动指的是分子绕质心进行的运动。分子振动和转动的能量不是连续的，而是量子化的。当分子由一种振动（或转动）状态跃迁至另一种振动（或转动）状态时，就要吸收或发射与其能级差相应的光。 研究红外光谱的方法主要是吸收光谱法。使用的光谱有两种类型。一种是单通道或多通道测量的棱镜或光栅色散型光谱仪，另一种是利用双光束干涉原理并进行干涉图的傅里叶变换数学处理的非色散型的傅里叶变换红外光谱仪。 红外光谱具有高度的特征性，不但可以用来研究分子的结构和化学键，如力常数的测定等，而且广泛地用于表征和鉴别各种化学物种。 紫外光谱 紫外光谱是分子中某些价电子吸收了一定波长的电磁波，由低能级跃近到高能级而产生的一种光谱，也称之为电子光谱。目前使用的紫外光谱仪波长范围是200~800nm。其基本原理是用不同波长的近紫外光（200~400nm）依次照一定浓度的被测样品溶液时，就会发现部分波长的光被吸收。如果以波长λ为横坐标（单位nm），吸收度（absorbance）A为纵坐标作图，即得到紫外光谱（ultra violet spectra，简称UV）。
实验1 可见光与近红外波谱测试 1.1实习概述 按照国家光谱数据库数据测试参考标准选择典型进行地物反射、发射光谱测试。根据所测的光谱曲线特征选择最佳遥感波段和最佳遥感时间。 1.2实习目的 ①掌握地物反射、发射光谱特性的基本概念，特点； ②掌握典型地物光谱的测试方法和实验数据分析处理的基本流程和方法； ③分析影响地物波谱特性测定的因素；了解地物表面不同几何状况、含水状况、 风化状况、粗糙程度对反射、发射光谱的影响；了解多种地物光谱随时间变化的特征与规律；了解入射和观测角度变化对地物光谱的影响。 ④培养学生理论联系实际及知识的综合运用能力，为后续专业课程学习创造条 件。 1.3实习任务 测量试验区的植被、水、土壤、道路的光谱特性。要求测定不同植被、水、土壤、道路的波谱特性曲线，即每类地物至少选择5个小类（或样本）。 ①清水、营养化水、污染水反射光谱、发射光谱测试与特征分析； ②不同覆盖度、不同长势植被覆盖反射光谱、发射光谱测试与特征分析； ③城乡非自然目标反射光谱、发射光谱测试与特征分析； ④土壤反射光谱、发射光谱测试与特征分析； ⑤岩石反射光谱、发射光谱测试与特征分析。 要求：上述5个实验根据具体情况必作2个，选作1个。
1.4设备（软件）及资料准备 1.4.1 实习设备及软件 测定地物反射光谱特性的仪器是可见光、近红外光谱仪。仪器由收集器、分光器、探测器和显示或记录器组成。测定地物发射光谱特性的仪器是热红外波谱仪、热红外辐射计。 1.4.2 实习前准备工作 1.4. 2.1 光谱测试仪器的标定 测量仪器在采集数据前必须通过指定的定标实验室的定标检测，检验仪器的工作性能。仪器的定标在室定标和实验场地现场定标，并在提交数据时附上相应测量仪器的定标报告。若对同一种典型地物（农作物、岩矿、水体等）的相同观测项目采用不同型号的测量仪器，则必须在观测实验前到指定的实验室或实验场进行统一校准和比对：即在相同的条件下，同时测量同一目标，进行归一化处理，分析各仪器的误差，以精度高的仪器为准，进行误差订正，并在提交数据时应附上相应测量仪器的比对报告。其中波谱仪与辐射计的性能要求为： ⑴可见光、近红外波段波谱仪 ①波谱仪读数时间漂移最大值，在0.38－1.1μm 围平均不得超过3％； ②波谱仪的读数的线性度误差不得超过1％； ③波谱仪在0.38－1.1μm 围波长绝对误差平均不得超过0.8nm。 ⑵短波红外波段波谱仪 ①在1.1－2.5μm 围波谱仪读数时间漂移最大值，平均不得超过5％； ②波谱仪读数的线性度误差不得超过3％；
实验要求：调整要求：①平行光管发出平行光。当i 1 = i '2时，S 为 A 最小，此时r 1 i i =2（陥 +A ） 设棱镜材料折射率为n ，则 ..， .A sin i j = nsin = nsin — 2 .陥+ A sin 2 .A sin — 2 要求得棱镜材料折射率 n ,必须测出其顶角A 和最小偏 向角5min 。 长安大学 分光计实验报告 7系05级 PB05007213 0649. 实验目的: 着重训练分光计的调整技术和技巧，并用它来测量三棱镜的顶角和最 小偏向角，计算出三棱镜材料的折射率。 实验原理: 1）分光计的调节原理。（此项在实验的步骤中，针对每一步详细说明。） ）测折射率原理: A 7, 1.2-S 三棱畫*小《向 角原理图 sinh n = . A sin — 2 由此可知,
② 望远镜对平行光聚焦。 ③ 望远镜，平行光管的光轴垂直一起公共轴。 ④ 调节动作要轻柔，锁紧螺钉锁住即可。 ⑤ 狭缝宽度1mn 左右为宜。 实验器材：分光计，三棱镜，水银灯光源，双面平行面镜。 实验步骤：1?调整分光计: (1)调整望远镜: a 目镜调焦：清楚的看到分划板刻度线。 面的反射象仍落在原处。 (2)调整平行光管发出平行光并垂直仪器主轴：将被照明的 狭缝调到平行光管物镜焦面上，物镜将出射平行光。 (1)调整载物台的上下台面大致平行， 将棱镜放到平台上，是 镜三 边与台下三螺钉的连线所成三边互相垂直。 (2)接通目镜照明光源，遮住从平行光管来的光，转动载物台, 在望远镜中观察从侧面 AC 和AB 返回的十字象，只调节台 下三螺钉，使其反射象都落在上十子线处。 图7.1,2-10側检??肃A 测量顶角A :转动游标盘，使棱镜 AC 正对望远镜记下游标1的 读数日1和游标2的读数&2。再转动游标盘，再使 AB 面正 A 0 b 调整望远镜对平行光聚焦: 分划板调到物镜焦平面上。 C 调整望远镜光轴垂直主轴: 当镜面与望远镜光轴垂直时, 反射象落在上十字线中心, 平面镜旋转 180°后，另一镜 2. 使三棱镜光学侧面垂直望远镜光轴。 3.
实验一分光计的调整测三棱镜折射率 实验时间：2011.3.17 篇二：分光计实验报告() 分光计实验报告 【实验目的】 1、了解分光计的结构和工作原理 2、掌握分光计的调整要求和调整方法，并用它来测量三棱镜的顶角和最小偏向角。 3、 学会用最小偏向角法测棱镜材料折射率 【实验仪器】 分光计，双面平面镜，汞灯光源、读数用放大镜等。 【实验原理】 1、调整分光计： (1)调整望远镜： ａ目镜调焦：清楚的看到分划板刻度线。 ｂ调整望远镜对平行光聚焦：分划板调到物镜焦平面上。 ｃ调整望远镜光轴垂直主轴：当镜面与望远镜光轴垂直时，反射象落在上十字线中心， 平面镜旋转180°后，另一镜面的反射象仍落在原处。 (2)调整平行光管发出平行光并垂直仪器主轴：将被照明的狭缝调到平行光管物镜焦面上， 物镜将出射平行光。 2、三棱镜最小偏向角原理 介质的折射率可以用很多方法测定，在分光计上用最小偏向角法测定玻璃的折射率，可 以达到较高的精度。这种方法需要将待测材料磨成一个三棱镜。如果测液体的折射率，可用 表面平行的玻璃板做一个中间空的三棱镜，充入待测的液体，可用类似的方法进行测量。 当平行的单色光，入射到三棱镜的ab面，经折射后由另一面ac射出，如图7.1.2-8所 示。入射光线ld和ab面法线的夹角i称为入射角，出射光er和ac面法线的夹角i’称为 出射角，入射光和出射光的夹角δ称为偏向角。 可以证明，当光线对称通过三棱镜，即入射角i0等于出射角i0’时，入射光和出射光 之间的夹角最小，称为最小偏向角δ min 。由图7.1.2-8可知： δ=（i-r）+（i’-r’）（6-2） a=r+r’（6-3） 可得： δ=（i+i’）-a （6-4） 三棱镜顶角a是固定的，δ随i和i’而变化，此外出射角i’也随入射角i而变化，所 以偏向角δ仅是i的函数．在实验中可观察到，当i变化时，δ有一极小值，称为最小偏向 角． 令 d?di ?0，由式(6-4)得 didi ??1 （6-5） 再利用式（6-3）和折射定律 sini?nsinr, sini?nsinr （6-6）得到 didi
实验报告 姓名专业：GIS 学号：日期： 课程名称：指导教师（学生填写）： 成绩：教师签名： 一、实验项目：光谱数据的采集 二、实验类型（√选）：0演示实验；1验证实验；2综合实验；3设计性实验；4创新实验 三、实验目的：1.熟悉光谱数据的采集步骤 2.学会使用光谱查看工具查看光谱数据 3.了解一般地物的光谱曲线 四、实验准备：计算机、RS3、View SpecPro Graph、高光谱辐射仪 五、实验简要操作步骤及结果： （1）准备工作：安装好电池，将FieldSpec3 高光谱辐射仪打开，并与笔记本电脑链接。 打开RS3 软件，填写好需要存储数据的路径、名称和其他内容。 Opt-->WR-->control-->spectrumsave。其中RS3 软件使用时要求电脑设置为英文环 境。 （2）选择待测地物：可以是植被、土壤、建筑物、水体等。不同地物的光谱特性不一样，同种地物间光谱特性也有可能不同。比如，植被有针叶林、阔叶林，也有健康的和 有病虫害的，植被叶片颜色呈绿色的和呈枯黄色的。由于植物含水量以及叶绿素 含量的不同，会导致对电磁波反射吸收的能力也不同，因此会导致光谱特征曲线 不同。 （3）测量过程： A. 镜头对准白板，在RS3 软件中选择OPT 进行优化。B. 镜头对准白板，点击WR 采集参比（白板应充满镜头，并保持没有阴影）。镜头对准目 标地物，目标与镜头之间的距离大致等于桶采集参比时白板与镜头的距离。点击 空格键存储目光光谱。为提高光谱数据的质量，每隔一定时间（20 分钟左右） 进行一次采集参比。 （4）整理工作：测量完成后，将相关数据拷贝到U 盘中。依次关闭电脑以及光谱仪电源，将仪器、白板等实验工具整理好，收回到仪器包中。 （5）查看测量数据：打开ViewSpec Pro Graph，添加数据，如下图
分光计的调节与使用实验报告 姓名： 学号： 专业班级： 实验时间： 12周 星期四 上午10:00-12:00 一、试验目的 1、了解分光计的结构，掌握调节分光计的方法； 2、测量三棱镜玻璃的折射率。 二、实验仪器 分光计，三棱镜，准直镜。 三、实验原理 1.测折射率原理： 当i 1＝i 2'时，δ为最小,此时 21 A i =' 22 11 1min A i i i -='-=δ )(21 min 1A i += δ 设棱镜材料折射率为n ，则 2sin sin sin 1 1A n i n i ='=
故 2 sin 2sin 2 sin sin min 1 A A A i n +== δ 由此可知，要求得棱镜材料折射率n ，必须测出其顶角Ａ和最小偏向角min δ。 四、实验步骤 1.调节分光计 1）调整望远镜： a 目镜调焦：清楚的看到分划板刻度线。 b 调整望远镜对平行光聚焦：分划板调到物镜焦平面上。 c 调整望远镜光轴垂直主轴：当镜面与望远镜光轴垂直时，反射象落在 上十字线中心，平面镜旋转180°后，另一镜面的反射象仍落在原处。 调整平行光管发出平行光并垂直仪器主轴：将被照明的狭缝调到平行光管物镜焦面上，物镜将出射平行光。 2）使载物台轴线垂直望远镜光轴。 a 调整载物台的上下台面大致平行，将棱镜放到平台上，是镜三边与台下三螺钉的连线所成三边互相垂直。 b 接通目镜照明光源，遮住从平行光管来的光，转动载物台，在望远镜中观察从侧面AC 和AB 返回的十字象，只调节台下三螺钉，使其反射象都落在上十子线处。 注意）： 1、望远镜对平行光聚焦。 2、望远镜，平行光管的光轴垂直一起公共轴。 3、调节动作要轻柔，锁紧螺钉锁住即可。 4、狭缝宽度1mm 左右为宜。 2.测量最小偏向角 （1）平行光管狭缝对准前方水银灯。 （2）把载物台及望远镜转至（1）处，找出水银灯光谱。
实验28 分光计的调节与使用 【一】实验目的 1.了解分光计的构造，学会分光计的调节方法。 2.学会用分光计测量三棱镜的顶角。 【二】实验仪器 分光计；电源；平面反射镜；三棱镜 【三】实验原理及过程简述 1.分光计的结构 分光计主要由四部分组成：望远镜；载物台；平行光管；读数盘 2．自准望远镜 图1 当分化板处于目镜和物镜的焦平面上，且平面镜垂直于望远镜的轴线时，十字架的像与十字叉丝重合，如图2。 图2
3．分光计测量三菱镜顶角的原理 图3 分光计调节好后把三菱镜放到载物台上，当望远镜同三菱镜的一个光学面垂直时，十字架的像应该与视场中的十字叉丝重合。如图可测量出望远镜转过的角度，则三菱镜的顶角为： ()()[] ' ' A 1212 2 1180 θ-θ+θ-θ - = 4. 实验步骤 1）调节望远镜使其适合于观察平行光； 2）调节望远镜和载物台的倾斜角度使其与分光计的轴线垂直； 3）测量三菱镜的顶角。 【四】数据记录 【五】 数据处理及误差计算 三菱镜顶角： )]()[(2 1180 12 12θθθθ'-'+-- = A 2601'= A 3602'= A 1603'= A 2603 3 21'=++= A A A A
20'=-=?A A A （A 0＝60度表示三菱镜顶角的理论值） %1.0%1000 =??= A A Er 【六】实验结果表达及误差分析 1． 实验结果 ?? ?=' ±'=% 1.02260Er A 2． 误差分析 本实验测量结果与三菱镜顶角的理论值相比误差非常小，误差产生的原因主要是由于分光计的载物台及望远镜很难精确同分光计的轴线垂直，这样十字架发光物体经三菱镜光学面反射所成的像很难精确同十字叉丝重合；读数时十字架像的竖线没有同叉丝的竖线精确重合。
元素常用光谱特征线
377.764 206.170 Bi 223.061 222.825 Hg 184.957* 253.652 227.658 306.772 239.356 405.393 Ca 422.673 272.164 Ho 410.384 410.109 393.367 412.716 396.847 417.323 242.4.93 256.015 Co 240.7.25 304.4.00 In 303.936 325.609 352.6.85 410.476 252.1.36 451.132 359.349 263.942 Cr 357.869 360.533 Ir 263.971 266.479 425.437 284.972 427.480 237.277 894.350 404.414 Cs 852.110 455.536 K 766.491 404.720 459.316 769.898 216.509 357.443 Cu 324.754 217.894 La 550.134 392.756 218.172 407.918 327.396 494.977 419.485 Dy 421.172 404.599 Li 670.784 274.120 394.541 323.261 394.470 279.553 308.147 Mg 385.213 202.580 Lu 335.956 328.174
283.306 244.791 319.990 Pd 247.642 276.309 340.458 Ti 364.268 363.546 365.350 399.864 491.403 231.598 Pr 495.136 504.553 513.342 Tl 276.787 237.969 258.014 377.572 214.423 355.082 Pt 265.945 248.717 283.030 U 351.463 358.488 394.382 306.471 415.400 420.185 382.856 Rb 789.023 421.556 V 318.398 318.540 794.760 437.924 345.188 265.654 Re 346.046 242.836 W 255.135 268.141 346.473 294.740 339.685 410.238 Rh 343.489 350.252 369.236 370.091 Y 407.738 412.831 414.285 372.803 266.449 Ru 349.894 379.940 Yb 398.799 267.198 346.437 206.833 202.551 Sb 217.581 212.739 Zn 213.856 206.191 231.147 307.590
115 实验1 分光计的调整和三棱镜折射率的测定 【实验目的】 1．了解分光计的结构,掌握调节和使用分光计的方法。 2．了解测定棱镜顶角的方法。 3．用最小偏向角法测定棱镜玻璃的折射率。 【实验器材】 分光计、钠灯、三棱镜、双面平面镜。 【实验原理】 分光计是一种常用的光学仪器，实际上就是一种精密的测角仪，在几何光学实验中，主要用来测定棱镜角、光束的偏向角等，而在物理光学实验中，加上分光元件（棱镜、光栅）即可作为分光仪器，用来观察、测量光谱线的波长等。下面以学生型分光计（JJY 型）为例，说明它的结构、工作原理和调节方法。 一、分光计的结构 分光计主要由底座、望远镜、平行光管、载物平台和刻度圆盘等几部分组成，每部分均 有特定的调节螺钉，图5-11-1为JJY 型分光计的结构外型图。 1．分光计的底座要求平稳而坚实。在底座的中央固定着中心轴，望远镜、刻度盘和游标内盘套在中心轴上，可以绕中心轴旋转。 2．平行光管固定在底座的立柱上，它是用来产生平行光的。其一端装有消色差的汇聚透镜，另一端装有狭缝的圆筒，狭缝的宽度根据需要可在0.02～2ｍｍ范围内调节。 3．望远镜安装在支臂上，支臂与转座固定在一起，套在主刻度盘上，它是用来观察目 图5-11-1 分光计 1-狭缝装置 2-狭缝装置锁紧螺钉 3-平行光管 4-制动架（一） 5-载物台 6-载物台调节螺钉（3只） 7-载物台锁紧螺钉 8-望远镜 9-目镜锁紧螺钉 10-分划板 11-目镜调节手轮 12-望远镜仰角调节螺钉 13-望远镜水平调节螺钉 14-望远镜微调螺钉 15-转座与刻度盘制动螺钉 16-望远镜制动螺钉 17-制动架（二） 18-底座 19-转座 20-刻度盘 21-游标盘 22-游标盘微调螺钉 23-游标盘制动螺钉 24-平行光管水平调节螺钉 25-平行光管仰角调节螺钉 26-狭缝宽度调节手轮
161 实验十七 分光计的结构与调节 分光计是用来精确测量入射光和出射光之间偏转角度的一种仪器，所以分光计又叫测角仪。用它还可以测量折射率、色散率、光波波长等。分光计装置比较精密，结构较为复杂，使用时必须严格按照一定的步骤进行调节。其调整使用的思想、方法和技巧在光学仪器中有一定的代表性，掌握其操作技能与技巧，对学习使用其它光学仪器的调节有一定借鉴作用，也有利于掌握操作更为复杂的光学仪器。 一、实验目的 1.了解分光计的构造原理； 2.学会调节、使用分光计。 二、实验仪器 JJY－1′型分光计，汞光源，双面平面镜 三、分光计的结构 不同型号的分光计可能有个别部件不同，但其基本构造是由底座、平行光管、望远镜、载物台和圆盘等几部分组成。结构如图1所示。 图 1分光计外形图 1—狭缝装置；2—狭缝装置锁紧螺钉；3—平行光管；4—制动架(二)；5—载物台；6—载 物台调节螺钉(3只)；7—载物台锁紧螺钉；8—望远镜；9—目镜锁紧螺钉；10—阿贝式自 准直目镜；11—目镜调节手轮；12—望远镜仰角调节螺钉；13—望远镜水平调节螺钉；14 —望远镜微调螺钉；15—望远镜止动螺钉；16—转座与刻度盘止动螺钉；17—制动架(一)； 18—底座；19—转座；20—刻度盘；21—游标盘；22—游标盘微调螺钉；23—游标盘止动 螺钉；24—平行光管水平调节螺钉；25—平行光管仰角调节螺钉；26—狭缝宽度调节手轮
162节。 镜结构如图2 所示。它由划板上有十字线，下 方紧物台：放平面镜、棱镜等光学元件用。台面下三个螺钉可调节台面的倾斜角度，平台接在1、底座：其中心有一竖轴，望远镜和读数圆盘可绕该轴转动，该轴也称为仪器的公共轴或主轴。 2、平行光管用以产生平行光，它的前端是一狭缝（1）、狭缝宽度调节手轮（26）可以调节其大小；它的另一端有消色差正透镜。用光源照亮狭缝，前后移动平行光管（3），使狭缝位于透镜的主焦平面上，则从透镜出来的光线为平行光。平行光管不能绕中心轴转动，可以作上下倾斜。其倾斜度的调节用调节螺旋（25）进行。 3、望远镜：望远镜装在支臂上，可以绕中心轴转动，观测用。转动望远镜时，先松开固定螺旋（15），然后用手扶住支臂使其转动，当转到所需方位时，再用固定螺旋（15）加以固定。如此时仍需使望远镜作微小转动，则可旋动微调（14）调节。望远镜也可以上下倾斜，由调节螺旋（12）调望远图2望远镜结构 目镜系统和物镜组成。为 了调节和测量，物镜和目镜之 间还装有分划板，它们分别置 于内管、外管和中管内，三个管彼此可以相互移动，也可以 用螺钉固定。 在中管的分贴一块45°全反射小棱镜，棱镜 与分划板的粘贴部分涂成黑色，仅留一个小十字窗口，且小十字窗口的交点小棱镜的另一直角边入射，经它全反射后，透过小十字窗口，方向转为沿望远镜轴线从物镜出，被物镜外的平面镜反射回来，成一个绿色十字像于分划板的上十字线位置（如图3）。 4、载图3 对称于分划板的上十字线交点。光线（绿色）从的高度可旋松螺旋（7）升降，调到合适位置再锁紧螺钉。 5、圆盘：是读数装置，圆盘上的刻度线是垂直于中心轴的。最外一圈是与望远镜固一起的主刻度盘，可以绕中心轴转动； 度盘上刻有720等分刻线，格值为30分。主 刻度盘内有个游标盘，对称方向设有两个角 游标，游标盘也可绕中心轴转动，转动时可 用手扶住游标盘的边缘进行操作；游标上分 30格，恰与主刻度上的29格相等，其读数 方法和游标卡尺原理相同。如图4所示读数为图4 ：
分光计实验预习考查题及答案 1.分光计的用途是什么? 答：分光计是用来精确测量光线方位及其夹角的一种仪器。 2.怎样保证准确测量入射光与出射光之间的偏转角? 答：必须满足两个条件：(1)入射光与出射光均为平行光束；(2)入射光和出射光的方向以及反射面或折射面的法线都与分光计的刻度盘平行。 3.分光计的主要结构是什么？ 答：分光计装有能产生平行光的平行光管，能接受平行光的望远镜，以及能承载光学元件的小平台；还配有可与望远镜连结在一起的刻度盘。 4.望远镜的结构是什么？ 答：望远镜由物镜、叉丝分划板和目镜组成。 5.平行光管的结构是什么？ 答：平行光管由狭缝和透镜组成。 6.怎样消除刻度盘的偏心差？ 答：采用两个相差180°的窗口读数。 7.刻度盘的分度值以及游标分度值各是多少？ 答：刻度盘的分度值为0.5 度；游标分度值为 1 分。 8.何为偏向角？ 答：三棱镜的入射光和出射光的夹角称为偏向角。 9.何为最小偏向角？ 答：当入射角i 等于出射角i＇时，入射光和出射光之间的夹角最小，称之为最小偏向角。 10.计算三棱镜玻璃折射率需要测出什么量？ 答：需要测出三棱镜顶角和某一单色光的最小偏向角，就可以计算出三棱镜玻璃对该波长的单色光的折射率。 11.计算三棱镜玻璃折射率的公式表达式是什么？公式中各符号的物理意义？ 答：公式为n=sin A+δ2 sin A2 ; 其中A为三棱镜顶角， 为最小偏向角。 12.何为色散？ 答：光学材料的折射率n 随波长λ而变化的现象称为色散。 13.何为色散曲线？ 答：对一种玻璃材料所作出的折射率和波长的关系曲线称为它的色散曲线。 14.通常（对于正常色散材料）红光与紫光哪个偏折大？ 答：对于一般的透明材料来说折射率随波长的减小而增大；如紫光波长短，折射率大，紫光线偏折也大；而红光波长长，折射率小，光线偏折小。 15.一般采用什么参数表示玻璃材料色散程度？ 答：用平均色散或色散本领来表示某种玻璃材料色散的程度。 16.本次实验的主要仪器有哪些？ 答：有分光计，平面反射镜，玻璃三棱镜，氦光谱管及其电源。 17.如何判断所调节的望远镜适合于观察平行光？ 答：从望远镜的目镜视场中看到比较清晰的“＋”像。当“＋”像与“╪”形叉丝无视差时，则望远镜已适合于观察平行光。 18.如何判断所调节的望远镜光轴垂直于分光计主轴？ 答：当望远镜的目镜视场中的“＋”形反射像与“╪”形叉丝的上交点完全重合，且将小平台旋转180°之后，如果二者仍然完全重合，则说明望远镜光轴已垂直于分光计主轴了。