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旧光盘自制分光镜观察太阳光谱(自制教具)  

2015-12-05 14:53:49|  分类: 课外小制作 |  标签: |举报 |字号 订阅

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旧光盘自制分光镜观察太阳光谱(自制教具)

 摘要: 什么是分光镜?什么是光谱? 让一束阳光通过三棱镜,会在后面投射出彩虹一样美丽的七色图案。我们知道太阳光是由七种颜色构成的,这个美丽的图案就是太阳光的光谱,因为三棱镜把这七种光给分开了,因此它就是分光镜 ...


    什么是分光镜?什么是光谱?
    让一束阳光通过三棱镜,会在后面投射出彩虹一样美丽的七色图案。我们知道太阳光是由七种颜色构成的,这个美丽的图案就是太阳光的光谱,因为三棱镜把这七种光给分开了,因此它就是分光镜。
    起到分光镜作用的不止有三棱镜一种,我们对着阳光观察一张光盘,看到光盘表面也会出现七色的图案。因为阳光经过光盘表面反射后,发生衍射现象,同样也把白光分成七彩的光谱。
    下面我们就教大家怎样利用废旧的光盘,做一个分光镜,并用来观察太阳光的光谱。
    使用到的工具和材料有:剪刀、小刀、胶水和一张废旧光盘。   
    先在一张硬纸板上,画出分光镜的模板:

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    把模板剪下来,并且沿着画好的线折痕。在模板上开两个狭缝,细的那个"A"狭缝是进光窗口,略宽的那个"B"狭缝是观察窗口。

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    把模板的内表面贴上黑色的纸,或者彻底涂黑。

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    沿着折线折叠纸模板,其实就是一个有厚度的三角形,两个狭缝分布在两个边上,连接的地方用胶水粘牢。 


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    用剪子把光盘剪下1/6个扇面:


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    这是从不同角度观察的粘贴完成后的模板。最后把扇形光盘插在底面上,缝隙彻底粘牢,避免漏光。

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    让狭缝A对着阳光,从窗口B 观察:

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    你会非常欣喜地看到里面出现了七彩的太阳光谱!

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    如果狭缝A足够细,你会在光谱上看到黑色的细线。

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    这些黑色的细线是什么呢?那是太阳的吸收光谱。关于吸收光谱,有兴趣的可以看看下面的资料,因为理论内容比较多,不必都看完,也不一定要彻底搞清楚。(注意,小心!可能会难倒你的物理老师啊……)

资料:
   让一束太阳光穿过三棱镜,再投影到屏幕 上,原来的一束白光就会显示出依次为红、 橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的美丽彩色光带,这就是太阳光谱。
   这个现象说明,太阳光是由以上七种单色光组成的。出现光谱的原因在于不同颜色光的波长不同,它们在棱镜里折射的程度也不同,所以穿过棱镜后就分道扬镳,各走各的路了。
    如果仔细观察太阳的光谱,就会发现它不仅仅是一条连续的光带,而且是被许许多多细线分成了一段段的,这些细线是德国光学家夫琅和费首先发现的,所以被称为夫琅和费线。那么,夫琅和费线是怎样产生的,它又能给我们带来什么信息呢?
    要解释谱线是怎样产生的,就得牵扯到原子结构的问题了。我们知道,原子是由原子核和电子组成的,电子按一定的轨道绕原子核旋转着,每个电子都有很多可以绕核旋转的轨道,轨道离原子核越近,电子的能量就越低。电子还可以在不同的轨道上来回跳动,这叫做电子的“跃迁”。 电子从低能级向高能级跃迁时,要吸收一定能量的光子;反之,电子从高能级向低能级跃迁时,要放出一定能量的光子。不同物质原子中,电子跃迁吸收或放出光子的能量是不同的。正因为光子的能量不同,它的频率也就不同,这样就形成 了不同频率的谱线。
    进一步地研究还发现,一切炽热的物体都会发出连续光谱,而当炽热的物体前面放上较冷的气体时,就会出现组成较冷的气体的物质的吸收谱线,即在连续光谱上出现黑的吸收线。现在,我们就明白了:原来太阳的连续光谱是太阳大气中的高温气体产生的,而夫琅和费线不就是大气中各种原子的吸收光谱吗?正因如此,分析夫琅和费线能够帮助我们了解太阳的化学成分。
    另外,太阳的色球层和日冕中稀薄而又炽 热的气体还会发出一些单独的明亮谱线,这称为发射光谱,又叫明线光谱。比如在日全食过程中拍摄到的闪光光谱就是色球层发出的明线光谱。  


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