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
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.