Краткое описание монохроматора УМ-2

 

На границе раздела двух сред с различными показателями преломления волны разных длин волн преломляются по-разному. Зависимость показателя преломления (или скорости света) от частоты (или длины волны) называется дисперсией света. Эта зависимость легко обнаруживается, например, при прохождении пучка белого света через призму, изготовленную из какой-либо прозрачной среды. На экране, установленном за призмой, наблюдается радужная полоска, которая называется дисперсионным (призматическим) спектром. Если выделить волны определенного направления, будет осуществлена монохроматизация. Этот принцип лежит в основе работы спектрального прибора – призменного монохроматора, пространственно разделяющего лучи разных длин волн.

 

Схема монохроматора представлена на рис. 1. Свет от источника излучения S фокусируется линзами и на входную щель монохроматора , находящуюся в фокальной плоскости его объектива , и параллельным пучком падает на диспергирующий элемент монохроматора – призму П. Призма разлагает свет на монохроматические составляющие. Выходной объектив монохроматора собирает монохроматические пучки в различных точках фокальной плоскости Пл, где расположена выходная щель .

Спектральные линии различных цветов в фокальной плоскости Пл представляют собой монохроматические изображения входной щели . Совокупность этих изображений представляет спектр излучения источника. Перемещая спектр относительно щели поворотом призмы П (либо щель относительно спектра), можно получить за выходной щелью световые пучки различного спектрального состава. Такой процесс называется сканированием спектра. Обычно сканирование производится не перемещением выходной щели, а поворотом призмы П. Каждому фиксированному углу поворота призмы П соответствует на выходе монохроматора излучение с определенной длиной волны.

Призменный монохроматор УМ-2 предназначен для работы в видимой и ближней инфракрасной области спектра (от 0,38 до 1 мкм). Основой его оптической схемы призма постоянного отклонения Аббе из стекла ТФ-3.

Максимальная ширина раскрытия входной и выходной щелей 4 мм, высота 15 мм. Спектр сканируется поворотом призмы.

 

Порядок выполнения работы

 

Блок-схема экспериментальной установки приведена на рис. 2. На этой схеме S – сменный источник излучения (неоновая лампа, ртутная лампа, лампа накаливания), К – кювета с водным раствором , М – монохроматор, Ок – окуляр.

1. Ознакомьтесь с устройством монохроматора, пользуясь инструкцией к прибору (ауд. 318, препараторская)

2. Проградуируйте монохроматор, т.е. найдите однозначную зависимость между показаниями отсчетного устройства монохроматора и истинными значениями длин волн видимой части спектра. Для этого включите ртутную (затем неоновую) лампу, добейтесь резкого изображения спектральных линий. Вращая микрометрический винт поворотного механизма 13 (см. инструкцию к прибору), настраивайте каждую линию спектра ртутной (затем неоновой) лампы на указатель монохроматора и записывайте в таблицу 1 значение в делениях для каждой линии.

Таблица 1.

, дел	, нм

3. Включите в качестве источника излучения лампу накаливания и введите в ход лучей кювету с раствором, поставив ее на предметный столик. Вращая микрометрический винт поворотного механизма 13 (см. инструкцию к прибору), производите сканирование спектра (от красного к фиолетовому его концу). Найдите отсчет по шкале барабана монохроматора, при котором происходит «обрезание» спектра. Запишите в протокол значение . Измерение проведите 5 раз.

Обработка результатов.

1. Пользуясь таблицами 1 и 3, постройте градуировочный график , примерный вид которого показан на рис. 3.

2. По градуировочному графику найдите длину волны , соответствующую отсчету .

3. По найденным значениям , используя формулу (7), определите 5 значений h и запишите их в таблицу 2.

 

Таблица 2

, дел	, нм

 

4. Найдите среднее значение , где п – число найденных значений h (в данном случае ).

5. Найдите ошибку по формуле

,

где , - среднее из п значений , .

6. Запишите окончательный результат в виде .

7. Сравните найденное значение постоянной Планка с табличным. Сделайте вывод.

Контрольные вопросы

1. Какой спектр испускают раскаленные металлы?

2. Какая разница между сплошным и линейчатым спектром?

3. Опишите метод определения постоянной Планка в данной работе.

4. Сформулируйте закон Гроттгуса-Драпера.

5. Сформулируйте закон Эйнштейна-Штарка.

6. Что называется квантовым выходом?

7. Запишите выражение для определения постоянной Планка.

8. Как определяется ?

9. В чем заключается явление дисперсии света?

10. Что называется монохроматором?

11. Принцип действия монохроматора.

12. Как проградуировать монохроматор?

 

Таблица 3

	цвет линии	, нм	Относительная яркость (визуальная оценка)
Ртутная лампа Нg	фиолетовая	404,66
фиолетовая	407,78
фиолетово-синяя	435,84	8
бирюзовая	491,60
зеленая	546,07	10
желтая	576,96	8
желтая	579,07	10
Неоновая лампа Ne	зеленая	540,06	10
желтая	585,25	10
оранжевая	588,19
оранжевая	594,48
красно-оранжевая	597,55
красно-оранжевая	603,00
красно-оранжевая	607,43
красно-оранжевая	609,62
красно-оранжевая	614,31
ярко-красная	616,36
ярко-красная	621,73
ярко-красная	626,65
ярко-красная	630,48
ярко-красная	633,44
ярко-красная	638,30	10
ярко-красная	640,22	10
красная	650,65
красная	653,29
красная	659,89
красная	667,83
красная	671,70

 

Литература

1. Эткинс П. Физическая химия, т.2, М., Мир, 1980, с. 435-437.

2. 2. И.В.Савельев. Курс общей физики, т. 4, М., «Астрель», 2005.

Лабораторная работа 2.08