Здавалка
Главная | Обратная связь

Теоретическое введение



Фотометр Пульфриха

Фотометр Пульфриха относится к системе диафрагменных приборов с визуальным уравниванием интенсивности света в двух плечах прибора. В силу последнего обстоятельства прибор можно использовать только для работы в видимой области.

Оптическая схема фотометра показана на рис.3. Световые пучки от источника света S, отразившись от зеркал З1 и З2, проходят в одном плече через кювету К1 с водой, в другом через кювету К2 с поглощающим раствором. Пройдя через диафрагмы Д1 и Д2, площадь отверстия которых можно изменять от 0 до S0 поворотом барабанов Б1 и Б2, оба пучка при помощи призм П1 и П2 направляются на бипризму Бп. Между бипризмой и окуляром Ок находится кассета со сменными фильтрами, которые можно поочередно помещать на пути лучей. Фильтры изготовлены из специальных стекол, каждое из которых пропускает монохроматический свет с определенной длиной волны. Благодаря этому можно изучать поглощение на разных длинах волн.

Из-за присутствия бипризмы Бп поле зрения окуляра выглядит в виде круга, разделенного вертикально линией на две равные половины. Благодаря повороту лучей бипризмой, левая половина освещается только потоком Ф1, а правая половина – только потоком Ф2, выходящим из левой диафрагмы Д2.

При Ф1 = Ф2 все поле будет освещено равномерно. При этом световые потоки можно представить как

Ф1=I1S1, Ф2=I2S2,

где I– соответствующие интенсивности, а S – площади отверстий диафрагм.

Пусть интенсивности света, падающего на кюветы К1 и К2, одинаковы и равны I0.

Интенсивность света, прошедшего кювету К1 с водой, практически остается неизменной (вода не поглощает в видимой области)

I1»I0.

Интенсивность света, прошедшего кювету К2 с исследуемым раствором, уменьшается (раствор поглощает свет)

I2<I0.

Вследствие этого правая половина поля зрения окажется более темной. Для выравнивания освещенностей обеих половинок, нужно уменьшить площадь отверстия диафрагмы со стороны воды, уменьшив S1 по сравнению с S2 . Этого добиваются вращением барабана Б1.

Пусть диафрагма Д2 открыта полностью, т.е. S2=S0, тогда при равенстве освещенности обеих половин поля зрения имеем

I0S1=I2S0.

Отсюда и .

На измерительных барабанах Б1 и Б2 нанесено две шкалы: красная и черная. Красная шкала проградуирована в значениях ; черная – в значениях . Это позволяет определить Е и D непосредственно по барабану диафрагмы Д1, расположенной со стороны воды.

Если интенсивность света, падающего на кюветы К1 и К2 различна, то поглощение Е нельзя определить по какому-то одному барабану. В этом случае поступают следующим образом. Сначала кювету с исследуемым раствором ставят в правый пучок света, а кювету с водой в левый. Правый барабан ставят на отсчет 0 (по красной шкале). Вращением левого барабана добиваются одинаковой освещенности обеих половин поля зрения и снимают отсчет Е1 по красной шкале левого барабана. Затем кюветы меняют местами. При этом левый барабан устанавливают на нуль, а по правому снимают отсчет Е2.

Можно показать, что искомое поглощение найдется как полусумма обоих отсчетов

. (8)

Порядок выполнения работы

До начала работы следует проверить правильность установки прибора. Для этого надо убедиться, что при отсутствии кювет и одинаковом положении отсчетных барабанов обе половины поля зрения одинаково и равномерно освещены. Выполнение этого условия означает равенство интенсивностей света, падающего на кюветы К1 и К2. Как было показано, в таком случае отсчет Е можно сделать по одному барабану со стороны кюветы с водой. Неодинаковость в освещении поля зрения можно устранить, отрегулировав положение источника света. Но в процессе работы указанная установка может сбиться и, чтобы избежать связанных с этим ошибок, отсчеты лучше делать по двум барабанам с использованием формулы (8).

I.Снятие кривой поглощения

1. Установить кюветы с поглощающим раствором и с дистиллированной водой в соответствующие гнезда на столике прибора. Отсчетные барабаны установить на 0 по красной шкале (полное раскрытие диафрагм). Поворотом наружного кольца, охватывающего кассету с фильтрами, поставить нужный фильтр на пути лучей света. Номер фильтра, поставленного в рабочее положение, читается в нижнем окне кассеты. Верхнее окно кассеты (закрытое заслонкой) предназначено для просмотра фильтров вместе с их номерами. Марка фильтра обозначена на его оправе. Работать следует с фильтрами марки М. Фильтр, маркированный отметкой М-72, пропускает свет с длиной волны 720 нм, отметка М-66 соответствует 660 нм и т.д. Порядковый номер фильтра обозначен цифрой над его оправой.

2. Вращением барабана, расположенного со стороны кюветы с водой, добиться одинаковой освещенности обеих половинок поля зрения и сделать отсчет по его красной шкале. Это измерение выполнить трижды, фиксируя значения Е1`, Е1`` ,Е1```. В качестве Е1 принять среднее арифметическое .

3. Поменять кюветы местами и выполнить указанные в пункте 2 измерения по второму барабану. При этом правый барабан должен стоять на отметке 0 (по красной шкале). Найти , затем вычислить Е по формуле (8). Данные занести в таблицу 1.

4. Сменить фильтр и, выполнив указанные в пунктах 2 и 3 манипуляции, определить поглощение для света с другой длиной волны. Такие измерения проделать со всеми фильтрами марки М, занося результаты в таблицу 1. По значениям, взятым из второй и последней колонки, построить график зависимости E=E(l).

Таблица 1

№ фильтра Длина волны фильтра, нм 1-ое положение кювет 2-ое положение кювет   Е
Е1` Е1`` Е1``` Е1 Е2` Е2`` Е2``` Е2
                   

II. Определение неизвестной концентрации раствора

1. Выбрать в качестве рабочего фильтр, соответствующий максимальному поглощению (в соответствии с таблицей I).

2. Наполнить кювету раствором с неизвестной концентрацией Cx и определить поглощение Ex способом, описанным в I-ой части работы (пункты 2 и 3).

3. Полученные данные занести в таблицу 2.

Таблица 2

№ фильтра Длина волны фильтра, нм 1-ое положение кювет 2-ое положение кювет   Еx
Е1` Е1`` Е1``` Е1 Е2` Е2`` Е2``` Е2
                     

 

По формуле (7) вычислить концентрацию исследуемого раствора , где Ex и E – средние значения поглощений.

4. Вычислить относительную погрешность измерений по формуле

, приняв .

Величины оценить по шкале прибора.

5. Найти абсолютную погрешность

.

6. Записать окончательный результат

, e = .

 

 

Контрольные вопросы.

1. Что такое поглощение света? В чем заключается закон Бугера-Ламберта-Бера?

2. Что такое поглощение (оптическая плотность) раствора? Как снимается кривая поглощения? Какой она имеет вид?

3. Что такое монохроматический свет? Для чего нужны светофильтры? Как нужно выбрать светофильтр для измерения концентрации и проверки закона Бера?

4. Объяснить ход лучей в фотометре Пульфриха.

5. Концентрации каких растворов можно определять фотометром Пульфриха? Почему в данном фотометре можно использовать только видимый свет?

6. Какими длинами волн ограничен видимый свет? Как по внешнему виду раствора узнать, поглощает он в видимой области или нет?

7. Чем объясняются цвета различных растворов?

 

Литература:

1. Ландсберг Г.С. Оптика.- М: Наука, 1976.

2. Кортнев А.В., Рублев Ю.В., Куценко А.Н. Практикум по физике.- М: Высшая школа, 1965.

3. Детлаф А. А. , Яворский Б. М. Курс физики: Учебн. пособие для втузов. - М.: Высшая школа, 1989. - 607 с. - предм. указ.: с. 588-603.

 

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ И

ДИСПЕРСИИ ЖИДКОСТИ РЕФРАКТОМЕТРОМ ИРФ-23

 

Цель работы : определить показатель преломления для света с различной длиной волны и дисперсию дистиллированной воды.

Приборы и принадлежности: рефрактометр ИРФ-23, ртутно-кадмиевая лампа, натриевая лампа, водородная трубка, источник питания, дистиллированная вода.

 

Теоретическое введение

Оптическая схема рефрактометра дана на рис.1.

 
 

На границу раздела «исследуемая жидкость – призма» падает сходящийся пучок световых лучей так, что один из лучей (луч S0) скользит вдоль границы раздела. Если показатель преломления n исследуемой жидкости меньше показателя преломления вещества призмы N, то скользящий луч войдет в призму под предельным углом a0, определяемым соотношением

, (1)

откуда .

Преломленный под предельным углом луч падает внутри измерительной призмы на ее вторую грань и после вторичного преломления выходит из призмы под углом j0, который определяется из соотношения

(2)

(Показатель преломления воздуха принимается равным 1). Исключая из этих двух уравнений угол a0, получим формулу

(3).

Таким образом, показатель преломления исследуемой жидкости может быть определен по показателю преломления призмы и углу j0.

В случае монохроматического света в поле зрения зрительной трубы будет наблюдаться одна спектральная линия (на рис. 1 эта линия ограничена лучами S и S0). В случае сложного света (с дискретным спектром) в поле зрения будет несколько цветных линий, образованных лучами различных длин волн.

В данной работе требуется определить показатель преломления жидкости для различных длин волн. В качестве источника света, падающего на границу раздела жидкость – призма, берется натриевая, ртутно-кадмиевая или водородная лампа (по указанию преподавателя). В таблице 1 приводятся длины волн спектральных линий ртутно-кадмиевой (Hg-Cd), натриевой (Na) и водородной (H) ламп, а также соответствующие этим длинам волн значения показателя преломления призмы.


Таблица 1

Длины волн излучения ртутно-кадмиевой, натриевой и водородной ламп и абсолютный показатель преломления материала призмы для этих длин волн.

Газ l, нм Цвет N
Hg-Cd 435,8 546,1 643,8 Фиолетовый Зеленый Оранжевый 1,6390 1,6215 1,6129
Na 589,6 (lD) Желтый 1,6169
H 486,1 (lF) 656,3 (lC) Зелено-голубая красная 1,6289 1,6120

 

Так как угол j0 будет наименьшим из всех возможных углов преломления лучей, вышедших из призмы, то та часть поля зрения зрительной трубы, которая расположена выше скользящего луча, будет темной, а ниже светлой. Следовательно, положение скользящего луча для каждой длины волны будет определять верхняя граница соответствующей спектральной линии. На эту границу следует наводить перекрестие нитей зрительной трубы.

Устройство прибора

Рефрактометр (см. рис.2) состоит из прямоугольной призмы (1) с наклеенным на нее цилиндром (2) для испытуемой жидкости. Для фокусировки и направления лучей на поверхность раздела двух сред – испытуемой жидкости и прямоугольной призмы – служит призма полного внутреннего отражения (3) и конденсор (4). Выходящий луч улавливают при помощи зрительной трубы (5), положение которой определяют по отсчетному микроскопу (6). Зрительная труба в различных положениях закрепляется неподвижным винтом (7). Более точную наводку трубы делают микровинтом (8). Кроме того, для определения поправки на нуль отсчета (см. ниже) имеется призма (9), вмонтированная в зрительную трубу, и осветитель (10). Положение зрительной трубы определяется по спиральной шкале микроскопа (см. рис. 3).

В поле зрения микроскопа одновременно видно: два – три градусных штриха лимба, обозначенные на рис. 3 цифрами «66», «67», «68», неподвижная вертикальная шкала десятых долей градуса с делениями от «0» до «10», круговая шкала для отсчета сотых и тысячных долей градуса, а также и витки двойной спирали.

 

Рис.2

Чтобы произвести отсчет, необходимо маховичком а (рис. 2) подвести двойной виток спирали так, чтобы верхний градусный штрих, расположенный в зоне двойных витков, оказался точно посередине между линиями витка. Индексом для отсчета градусных делений шкалы служит нулевой штрих неподвижной шкалы десятых долей градуса.

 
 

На рис. 3 штрих «67» градусов находится в пределах вертикальной шкалы десятых долей градуса. В данном случае отсчет будет равен 67 градусам плюс отрезок от штриха «67» до нулевого штриха вертикальной шкалы десятых долей градуса. Этот отрезок содержит десятые, тысячные и десятитысячные доли градуса. Число десятых долей градуса показывает цифра последнего пройденного штриха вертикальной шкалы (в нашем примере это цифра «2»), сотые и тысячные доли градусов отсчитываются по круговой шкале (в нашем примере «72»), Цена деления круговой шкалы 0,001, десятитысячные доли градуса оцениваются ориентировочно. Окончательный отсчет будет 67,2728.

Для определения угла выхода скользящего луча j0 (рис. 1) необходимо навести оптическую ось объектива зрительной трубы сначала перпендикулярно грани призмы, а затем на верхнюю границу выбранной спектральной линии, производя соответствующие отсчеты по лимбу. Разность отсчетов даст искомый угол j0.

Отсчет по лимбу, при котором ось зрительной трубы перпендикулярна грани призмы, в идеально отъюстированном приборе должен быть равен нулю.


Измерение угла выхода скользящего луча.

 
 

На практике прикрепить шкалу к зрительной трубе идеально (с точностью до десятитысячных долей градуса) не удается. Поэтому при указанном на рис.4 положении измерительный микроскоп показывает некоторый угол Т0, называемый поправкой на нуль. При измерении угла j0 эту нулевую поправку Т0 нужно вычитать из показаний шкалы Т. Нулевая поправка определяется с помощью специального автоколлимационного приспособления. В окулярной части зрительной трубы сделано маленькое отверстие, против которого помещена призма полного внутреннего отражения Q. Лучи от специальной лампочки падают на призму Q, испытывают полное внутреннее отражение и освещают перекрестие визирных нитей. Так как нити находятся в главной фокальной плоскости объектива зрительной трубы, то свет от освещенных нитей выйдет из объектива параллельным пучком. Отразившись от грани призмы I, этот пучок снова попадет в зрительную трубу и соберется в фокальной плоскости объектива так, что рядом с нитями будет видно их изображение.

 
 
Рис.5. Поле зрения при измерении поправки Т0.
 
 

 


Если оптическая ось объектива зрительной трубы перпендикулярна к грани призмы, то свет после отражения пройдет по тому же направлению, что и до этого, и изображения нитей совпадут самими нитями (рис.5а) или окажутся расположенными симметрично им (рис. 5б).

Поворачивая зрительную трубу, добиваются того, чтобы изображение нитей совпало с самими нитями или было симметрично им. Грубые перемещения трубы производят рукой, беря ее за колодку и отпустив зажимной винт (7). Примерно совместив нити с их изображениями, закрепляют зажимной винт и окончательное перемещение трубы делают с помощью микрометрического винта (8). Произведя отсчет, находят поправку на положение нуля Т0.

Перед отсчетом зрительную трубу рекомендуется отфокусировать вращением окуляра.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с прибором и отсчетным устройством измерительного микроскопа.

2. Определить поправку на нуль отсчета Т0 с помощью автоколлимационной схемы 4-5 раз, вычислить приближенной значение Т0 и абсолютную погрешность DТ0. Данные занести в таблицу 2.


Таблица 2

Положение зрительной трубы при определении поправки на нуль и измерений преломления на заданных длинах волн.

№ п.п. Поправка на нуль Т0   Положение скользящего луча, град.
Т1 Т2 Т3
       
Приближ. значение        
Абсолютн. погрешн.        

 

3. Расположить источник света перед конденсором и сфокусировать свет лампы на цилиндр 2.

4. Освободить трубу от закрепляющего винта (7) и поворотом добиться, чтобы в поле зрения попадала яркая спектральная линия l1. Навести перекрестие нитей на верхнюю границу линии (рис. 6), после чего, трубу закрепить. Уточнить наводку микрометрическим винтом (8) и произвести отсчет Т1. Измерение повторить 4-5 раз, вычислить приближенное значение и абсолютную погрешность измерения DТ1.

5. Аналогичные измерения провести для остальных линий l2 и l3. Результаты измерений занести в таблицу 2.

6. Для каждой длины волны вычислить угол выхода скользящего луча как разность приближенных значений двух положений зрительной трубы Т и Т0

и

абсолютную погрешность

.

 
 

7. По формуле (3) вычислить показатель преломления жидкости для каждой длины волны с точностью до 4-ой значащей цифры. Полученные результаты занести в таблицу 3.

Таблица 3

Показатели преломления, углы преломления и дисперсия на разных длинах волн.

l, нм N j0 Dj0 n D
           

 

8. Вычислить относительную погрешность для показателя преломления по формуле

(4)

При вычислении погрешности Dj0 выражается в радианах.

9. Рассчитать абсолютную погрешность .

10. Окончательный результат для каждой длины волны записать в виде ; e= .

 
 

11. Построить график зависимости показателя преломления жидкости от длины волны света, используя данные таблицы 3. График должен представлять собой плавную линию, на которой выделены опорные точки (см. рис.7).

 

12. Пользуясь полученным графиком, вычислить дисперсию жидкости для указанных длин волн. Для этого вблизи точек l1, l2 и l3 взять произвольное малое приращение Dl и по графику найти соответствующие этому Dl изменение показателя преломления Dn. Вычислить дисперсию по формуле . Полученные значения занести в таблицу 3.

13. Вычислить среднюю дисперсию вещества (nF - nC) и коэффициент дисперсии (число Аббе) , где nD – показатель преломления жидкости для желтой линии Na (lD в таблице 1), nС и nF – показатели преломления жидкости для красной (lС) и зелено-голубой (lF) линий H. Численные значения nD, nС и nF взять из графика.

 

Контрольные вопросы.

1. Сформулировать закон преломления света.

2. Что такое относительный и абсолютный показатели преломления? Связь между ними?

3. Какова зависимость показателя преломления от длины световой волны? Начертить графики n=f(l) и n=f(n).

4. Что такое полное внутреннее отражение? При каких условиях оно наблюдается? Что называется предельным углом полного внутреннего отражения? Где применяется это явление?

5. Начертить ход лучей в рефрактометре ИРФ-23 и вывести расчетную формулу для определения показателя преломления.

6. Каким образом можно определить показатель преломления призмы рефрактометра, не пользуясь другими приборами?

 

Литература:

1. Ландсберг Г.С. Оптика.- М: Наука, 1976.

2. Кортнев А.В., Рублев Ю.В., Куценко А.Н. Практикум по физике.- М: Высшая школа, 1965.

3. Физический практикум под ред. Ивероновой В.И..- М: Наука, 1967.


ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРОВ ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ МОНОХРОМАТОРА УМ-2

Цель работы: ознакомиться с принципом действия и устройством спектрального аппарата на примере монохроматора УМ-2, произвести градуировку его шкалы по длинам волн, определить длины волн света, излучаемого атомарным газом и установить природу этого газа по спектру.

Приборы и принадлежности: монохроматор УМ-2, набор газоразрядных трубок c блоком питания.

 

Теоретическое введение

Свет представляет собой электромагнитные волны в диапазоне от 400 нм до 760 нм (I нм = 10-9 м). В зависимости, от длины волны свет создает разное зрительное впечатление: например, свет с λ = 700 нм мы видим красным, с λ = 600 нм - желтым, с λ = 500 нм - зеленым, с λ= 400 нм - фиолетовым. Различают свет монохроматический и. интегральный (сложный). Свет называется монохроматическим, если ему соответствует одно определенное значение длины волны (строго постоянная частота колебаний электромагнитной волны). Свет называют сложным или интегральным, если он представляет со­бой совокупность электромагнитных волн с разными дли­нами λ1, λ2, ... .

Проходя границу раздела двух сред, интегральный свет не толь­ко преломляется, но и разлагается на составные части, т.к. пока­затель преломления среды зависит от длины волны (частоты) падаю­щего света. Это явление называется дисперсией. Пропуская свет через стеклянную призму, можно определить спектр этого света, т.е. набор спектральных линий с определенными длинами волн.

Различают три типа спектров:

1). Сплошной спектр, в котором присутствуют все длины волн видимого спектра (от 400 до 760 нм). Его дают раскаленные твердые и жидкие тела.

2). Линейчатый спектр - на темном фоне отдельные цветные линии. Он свойственен атомарным газам.

3). Полосатые спектры - близко расположенные линии образуют полосы, размытые с одной стороны и резко очерченные с другой. Полосатые спектры свойственны молекулярным газам.

Атому каждого вещества присущ свой вполне определенный набор спектральных линий. Поэтому, определяя спектральный состав излучения для неиз­вестного газа, можно выяснить, из каких атомов он состоит. В этом заключается сущность спектрального анализа.

Любой спектральный аппарат состоит из трех основных частей: коллиматора (К), служащего для получения параллельного пучка све­товых лучей, диспергирующей системы (обычно, призмы или дифракционной ре­шетки), разлагающей сложный свет на монохроматические лучи, и зрительной трубы (Т) для наблюдения спектра.

Ход лучей в простейшем спектральном аппарате изображен на рис. 1. Свет от источника 1 проходит через конденсор 2 и попадает на щель коллиматора 3, которая расположена в фокальной плоскости объектива коллиматора 4. Из объектива коллиматора лучи света выходят параллельным пучком и падают на трехгранную стеклянную призму 5. При преломлении на первой грани призмы происходит разложение света на монохроматические составляющие. Из призмы выходят несколько параллельных монохроматических пучков, соответствующих волнам λ1, λ2 , Эти параллельные пучки под разными углами падают на линзу объектива 6 зрительной трубы и собираются в ее фокальной плоскости 7 в виде спектра. Спектр наблюдается визуально че­рез окуляр 8.

Рис.1 Ход лучей в простейшем спектральном аппарате

 

Описание установки

В данной лабораторной работе в качестве спектрального аппарата используется монохроматор УМ-2. Его состав показан на рис. 2.

Рис.2. Монохроматор УМ-2

 

Монохроматор укреплен на оптической скамье, на которой размещаются источник света 1 и конденсор 2. Показанные на рис. 1 объектив зрительной трубы 6, объектив коллиматора 4, система диспергирующих призм 5, находятся внутри корпуса прибора. Входная щель регулируется по ширине микрометрическим винтом 9 (см. рис.2), Винт 10 служит для установки объектива коллиматора относительно щели (щель должна быть расположена в фокальной плоскости объектива). В данной работе юстировка произведена для желтой линии гелия. На боковой стороне корпуса прибора расположена шкала с нониусом II, показывающая положение объектива коллиматора. При уста­новке объектива по желтой линии гелия отсчет по шкале составляет 10,8. В фокальной плоскости объектива зрительной трубы имеется индекс в виде треугольника. Индекс наблюдается через окуляр 8 и служит меткой, на которую наводятся спектральные линии. В верхней части тубуса окуляра имеется лампочка 12 для освещения индекса. Под лампочкой - диск с набором светофильтров. Поворачивая диск, можно осветить индекс белым, красным, фиолетовым светом. Переме­щая окуляр 8, добиваются резкого изображения индекса и спектраль­ных линий, Отсчетным устройством прибора является барабан 13, ко­торый соединен с системой диспергирующих призм. При повороте бара­бана поворачивается система призм и происходит перемещение спект­ра. Таким образом, можно установить в поле зрения окуляра любую спектральную линию и совместить ее с индексом. Барабан имеет спи­ральную шкалу с цифровыми делениями от 0 до 3500°, цена одного деления составляет 2°. При повороте барабана на одно деление (т.е. на 2°) система призм поворачивается на 20 секунд. Отсчет делений барабана производится по указателю. Шкала и указатель освещаются лампочкой.

Источником света в данной работе может быть ртутная лампа и лампы с неизвестным газом.

Включение монохроматора и источника света производится через пульт питания под наблюдением лаборанта или преподавателя.

 

Порядок выполнения работы

I. Градуировка шкалы монохроматора

Градуировка производится для того, чтобы можно было выразить показания шкалы барабана в длинах волн. Для этого используют в качестве источника света лампы с известным газом, спектры которых хорошо изучены и состоят из большого числа линий, охватывающих весь диапазон видимого спектра (ртуть, неон, гелий и др.)

Порядок градуировки

1. Поместить перед щелью коллиматора источник света (по рекомен­дации преподавателя).

2. В таблицу 1 внести сведения о длинах волн спектральных линий данного газа и их интенсивностях (см. таблицу спектральных линий в Приложении).

3. Включить монохроматор и источник света. Сфокусировать окуляр.

4. Поворачивая барабан, просмотреть через, окуляр весь спектр, разыскать основные спектральные линии.

5. Последовательно совместить с индексом основные спектральные линии от красной до фиолетовой, и сделать соответствующие отсчеты по барабану монохроматора n↓ . Затем повторить измерения в обратном порядке от фиолетовой линии до красной n↑.

6. Полученные данные занести в таблицу 1 и вычислить средний отсчет по барабану для каждой спектральной линии.

7. На миллиметровой бумаге построить градуировочный график, откладывая по оси абсцисс средний отсчет по барабану, по оси ординат соответствующие значения длины волны света в нанометрах. Градуировочный график должен представлять собой плавную кривую, на которой выделены опорные точки.

 

Таблица 1

Спектральные линии и их положение в спектре.

 

Элемент Цвет линии Интенсивность Длина волны λ (нм) Отсчёт по барабану, град.
n1 n2 nср
             

П. Проведение качественного спектрального анализа неизвестного газа.

1. В качестве источника света взять неизвестный газ.

2. Записать в таблицу 2 цвет и интенсивность наблюдаемых спектральных линий.

3. Последовательно совместить с индексом наблюдаемые спектральные линии и сделать отсчет по барабану монохроматора. Затем изме­рения повторить в обратном направлении. Результаты наблюдений занести в таблицу.

4. По полученным значениям вычислить средний отсчет по барабану
для каждой спектральной линий.

5. Используя градуировочный график, полученный в первой части работы, по среднему отсчету определить длины волн излучения неизвестного газа (λэксп). Занести эти данные в таблицу 2.

6. Сравнить полученный спектр со спектрами известных газов, приве­денными в Приложении. Определить, излучение какого газа регист­рировалось. В таблице 2 указать длины волн спектральных линий этого газа (λтабл), взяв их из таблиц Приложения.

 

 

Таблица 2

Спектральные линии определяемого газа и их положение в спектре.

 

Цвет линии Отсчёт по барабану, град. lэксп. (нм) lтабл. (нм) Элемент
↓n1 ↑n2 nср
             

 

Контрольные вопросы

1. В чем заключается явление дисперсии света? Что такое нормальная и аномальная дисперсия?

2. Типы спектров. Сущность спектрального анализа.

3. Устройство и принцип действия спектрального аппарата. Ход лучей в простейшем спектральном аппарате,

4. В чем заключалась цель данной работы?

Литература

1. Ландсберг Г.С. Оптика.- М: Наука, 1976.

2. Майсова Н.Н. Практикум по курсу общей физики.- М: Высшая школа, 1965.

3. Кортнев А.В., Рублев Ю.В., Куценко А.Н. Практикум по физике.- М: Высшая школа, 1965.

4. Фриш С.Э. и Тиморева А.В. Курс общей физики, т.3.- М: Физматгиз, 1962.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблицы спектральных линий атомарных газов

Элемент № п.п. Цвет линии Длина волны, нм Интенсивность
He Красная Красная Красная Жёлтая Зелёная Зелёная Голубая Синяя Синяя Фиолетовая Фиолетовая Слабая Слабая Средняя Сильная Сильная Слабая Слабая Средняя Слабая Слабая Средняя
Ne Красная Красная Красная Красная Красная Красная Красная Красная Красная Красная Красная Оранжевая Оранжевая Оранжевая Оранжевая Оранжевая Светло-жёлтая Зелёная Зелёная 651(дв) 639(дв) 633(дв) 622(дв) 615(дв) 534(дв) Очень слабая Очень слабая Слабая Слабая Слабая Слаб. сред. Слаб. сред. Слаб. сред. Средняя Средняя Слаб. сред. Слаб. сред. Слабая Слабая Средняя Средняя Очень сильная Средняя Слабая
Hg Красная Красная Красная Оранжево-красная Оранжево-красная Жёлтая Жёлтая Жёлтая Жёлтая Зелёная Зелёная Зелёная Зелёная Зелёная Зелёная Зелёная Зелёная Зелёная Зелёная Зелёно-голубая Зелёно-голубая Голубая Голубая Голубая Сине-фиолетовая Сине-фиолетовая Средняя Слабая Сильная Слабая Слабая Слабая Слабая Очень сильная Очень сильная Слабая Очень сильная Очень слабая Слабая Слабая Слабая Слабая Слабая Слабая Сильная сильная Сильная Очень сильная Слабая Слабая Сильная Очень сильная
H Красная Зелёно-голубая Синяя Фиолетовая Сильная Средняя Слабая Слабая
Na Жёлтая (дв.) Синяя Синяя Очень сильная Слабая Слабая

 

Изучение характеристик спектральной призмы

с помощью гониометра

 

Цель работы: определение показателей преломления вещества стеклянной призмы для света различных длин волн, нахождение дисперсии вещества призмы и угловой дисперсии призмы.

Приборы и принадлежности: гониометр, газоразрядная ртутная лампа, блок питания лампы, трехгранная стеклянная призма.

Теоретическое введение

Преломляющие свойства призмы

Призма для спектрального разложения света была впервые использована Ньютоном. Спектральной призмой называется многогранник из прозрачного материала, обладающего достаточно большой дисперсией. Простейшей спектральной призмой является призма треугольного сечения с параллельными ребрами. При прохождении через призму луч света отклоняется к ее основанию в результате двукратного преломления на гранях призмы (рис. 1).

Угол q между преломляющими поверхностями призмы называется преломляющим углом призмы. Угол между продолжениями падающего на призму и вышедшего из нее лучей называется углом отклоненияj. Если через призму проходит интегральный свет, то углы отклонения j будут разными для различных монохроматических лучей. Это обусловлено тем, что показатель преломления n материала призмы зависит от длины волны l.

Дисперсию называют нормальной, если показатель преломления возрастает с уменьшением длины волны и призма отклоняет коротковолновые лучи (фиолетовые) сильнее, чем длинноволновые (красные). Производная n по l называется дисперсией вещества, или дисперсией показателя преломления

D = (1)

В случае нормальной дисперсии dn/dl < 0.

Спектральные призмы используются в качестве диспергирующих устройств во многих спектральных приборах: в монохроматорах, спектрографах, спектрофотометрах и др. Призматические диспергирующие устройства могут также иметь форму сложного многогранника, либо могут состоять из комбинации нескольких призм. Материалом служит стекло различных марок, кварц, флюорит и др.

Для описания преломляющих свойств вещества, наряду с дисперсией показателя преломления D, используются также следующие характеристики:

· показатель преломления nD для желтой линии в спектре натрия (lD = 589,3 нм);

· средняя дисперсия

Dnср = nF - nC, (2)

где nF и nC - показатели преломления для голубой и для красной линии в спектре водорода

(lF = 486,1 нм, lC = 656,3 нм);

· коэффициент средней дисперсии, или число Аббе:

(3)

В табл. 1 приведены значения рассмотренных характеристик для некоторых оптических стекол.

 

Таблица 1

Характеристики некоторых оптических стекол

Сорт стекла nD nF-nC nF-nD k
Боросиликатный крон, С-20 1,5100 0,00805 0,00565 63,4
Флинт, С-3 1,6242 0,01738 0,01242 35,9

Для более полной характеристики оптических материалов определяются показатели преломления для всего оптического спектра.







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.