2 Описание установки
Для выполнения данной лабораторной работы используются монохроматор УМ-2, неоновая, ртутная и водородная лампы.
Для градуировки спектрального прибора – монохроматора УМ-2, используется спектр атома ртути в видимой области.
Для исследования спектров излучения применяется универсальный монохроматор УМ-2, принципиальная схема которого представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 Принципиальная схема монохроматора: I – коллиматор; II – призма; III – зрительная труба; 1 – источник света;
2 – входная щель; 3 – винт; 4 – объектив; 5 – винт для установки объектива; 6 – шкала объектива; 7 – линза окуляра; 8 – окуляр;
9 – барабан с делениями; 10 – заслонка
Основные части монохроматора: коллиматор, дисперсионная призма и зрительная труба. Свет от источника 1 попадает на входную щель 2, ширина которой может регулироваться винтом 3.
Входная щель находится в фокусе объектива коллиматора 4. Вышедший из коллиматора пучок лучей будет параллельным и, пройдя дисперсионную призму, даст в поле зрения зрительный трубы картину спектра.
В фокусе камерного окуляра 7 имеется указатель (стрелка), относительно которого должна устанавливаться изучаемая линия спектра. Установка линии спектра производится путем поворота дисперсионной призмы барабаном 9.
На барабане нанесены деления, оцифрованные через каждые 50. Цена каждого деления равна 2. Установка объектива коллиматора в правильное положение относительно щели производится винтом 5. Это положение можно отметить по шкале 6. Если в поле зрения зрительной трубы монохроматора одинаково резко видны указатель и края входной щели коллиматора, то установка монохроматора правильная.
Фокусировка (наведение на резкость изображения) монохроматора производится сначала для указателя (стрелки) простым поворотом втулки окуляра 8, а затем для щели коллиматора винтом 5. Заслонка 10 служит для перекрывания светового луча. В рабочем положении заслонка должна быть открыта.
3 Порядок выполнение работы и требования к оформлению результатов
При подготовке к лабораторной работе необходимо изучить и законспектировать следующие библиографические источники:
- для неинженерных специальностей С. 435, 506-517 /1/, С. 349,392-395 /2/;
- для инженерных специальностей С. 61-66 /3/.
Задание 1 Градуировка монохроматора
Чтобы использовать монохроматор для определения длины волны линий в исследуемом спектре, необходимо произвести градуировку, т.е. установить зависимость между показаниями барабана и длиной волны спектральных линий, находящихся против стрелки, наблюдаемой в окуляре. В данной лабораторной работе градуировка УМ-2 производится по известным спектральным линиям атомов ртути (таблица 1).
3.1 Перед щелью монохроматора устанавливают источник света – ртутную лампу в защитном корпусе. Питание лампы производится от электрической сети с напряжением 220 В.
Следует иметь в виду, что ртутная лампа излучает наряду с видимым спектром мощный поток ультрафиолетовых лучей, вредных для глаз, поэтому смотреть на ртутную лампу незащищенными глазами не следует.
Таблица 1 Градуировочная таблица по спектру ртути
Обозначение физических величин |
|||
№ |
Характеристика спектральной линии |
Длина волны , нм |
Показания барабана монохроматора n, дел. |
1 |
красная |
690,7 |
|
2 |
1-я красно-оранжевая |
612,4 |
|
3 |
2-я красно-оранжевая |
607,3 |
|
4 |
желтая - левая |
579,1 |
|
5 |
желтая - правая |
576,9 |
|
6 |
желто - зеленая |
546,1 |
|
7 |
голубовато – зеленая |
492 |
|
8 |
1-я синяя |
435,8 |
|
9 |
2-я синяя |
434,8 |
|
10 |
3-я синяя |
433,9 |
|
11 |
1-я фиолетовая |
407,7 |
|
12 |
2-я фиолетовая |
404,6 |
|
3.2 Произвести фокусировку (монохроматора по описанию в разделе 2). Добиться резкого изображения спектральных линий и стрелки в поле зрения. Если линии широкие, то ширину щели надо уменьшить, чтобы они не перекрывали друг друга (проверить на двух близких желтых линиях - в таблице 1 №4 и №5).
3.3 Просмотреть весь спектр, поворачивая барабан от его левого края, где видны красные линии, до правого края, где видны фиолетовые линии.
3.4 Произвести измерения по барабану, устанавливая стрелку на каждую линию спектра, указанную в таблице 1. Все отсчеты n занести в эту же таблицу.
3.5 По данным таблицы 1 построить график зависимости (использовать миллиметровую бумагу). По оси Х отложить показания барабана, по оси Y – длины волн. По оси Y шкалу длин волн следует начать с 400 нм и закончить 700 нм, а по оси Х от 0 до 3000о. Размер графика должен быть не меньше целой страницы тетрадного листа. По точкам провести плавную линию (без изломов).
Задание 2 Определение длин волн спектральных линий
водорода
3.1 Перед щелью монохроматора устанавливается водородная лампа, подключенная к блоку питания. Источником излучения служит разряженный газ водород, находящийся в запаянной трубке. В трубку впаяны два электрода, на которые подается высокое напряжение от генератора. В газе возникает электрический разряд, вызывающий свечение газа.
3.2 Проверить фокусировку прибора по спектру водорода – в поле зрения должны быть видны отдельные яркие линии.
3.3 Снять отсчеты по барабану, соответствующие синей, зелено-голубой и красной линиям спектра водорода. Все показания занести в таблицу 2.
Таблица 2 Определение длин волн в спектре водорода
Обозначение физических величин |
|||
№ опыта |
Характерные линии в спектре водорода |
Показания барабана n, дел. |
, нм (по графику) |
1 |
синяя |
|
|
2 |
зелено-голубая |
|
|
3 |
красная |
|
|
3.4 Пользуясь градуировочным графиком монохроматора, определить значения длин волн, соответствующих полученным отсчетам на барабане и записать в таблицу 2.
Задание 3 Определение длин волн спектральных линий
неона
3.1 Перед щелью монохроматора установить неоновую лампу, питаемую от сети 220 В. В поле зрения должны наблюдаться отдельные яркие линии неона (в основном – красные, оранжевые, яркая желтая, очень слабые зеленые линии).
3.2 Совмещая стрелку в поле зрения окуляра с линиями, указанными в таблице 3, произвести отсчеты по барабану n монохроматора и записать данные в эту таблицу.
3.3 Используя градуировочный график, найти длину волн для всех указанных в таблице 3 линий неона.
Таблица 3 Определение длин волн в спектре неона
Обозначение физических величин |
|||
№ |
Характерные линии в спектре неона |
Показания барабана n, дел. |
Длины волн , нм (по графику) |
1 |
красная |
|
|
2 |
оранжевая |
|
|
3 |
желтая |
|
|
4 |
зеленая |
|
|
5 |
1-я светло-зеленая |
|
|
6 |
2-я светло-зеленая |
|
|
7 |
3-я светло-зеленая |
|
|
8 |
сине-зеленая |
|
|
3.4 Сделать оценку погрешностей по градуировочному графику ( n). n –инструментальная погрешность монохроматора равна половине цены наименьшего деления барабана монохроматора, т.е. 1о (рисунок 2).
Рисунок 2 Градуировочный график
3.5 Результат представить в виде .