Выполнение работы. Задание 1. Юстировка монохроматора УМ-2

Задание 1. Юстировка монохроматора УМ-2

Перед работой спектроскоп необходимо настроить, т.е. получить одинаково четкие изображения указателя 10 и линий спектра.

Для этого необходимо выполнить следующие операции:

1. Включив подсветки прибора, вращением нарезного диска над указателем 10 (см рис. 6.2, а) осветите его желтым светом.

2. С помощью окуляра 9, вращая его охранное кольцо, получите четкое изображение указателя 10.

3. Открыв шторку перед коллиматоров (на ней есть записи откр и закр), установите ширину входной щели 1 порядка 0,02-0,05 мм, в зависимости от того, на каком делении она открывается (щель должна быть узкой).

4. Осветите щель излучением лампы ДРШ. Вращая барабан 7, введите в поле зрения окуляра желтые линии спектра ртути (заполнение светом поля зрения должно быть равномерным), вновь подрегулируйте ширину входной щели так, чтобы линии были как можно тоньше.

5. Одну из желтых линий спектра подведите к указателю 10 так, чтобы его вершина пришлась на центр линии. Медленно вращая микрометрический винт 4 коллиматора, добейтесь четкого изображения линии (ее края не должны расплываться и «двоиться»). Регулировка заканчивается, когда при покачивании головы изображение указателя перестанет смещаться относительно спектральной линии (устранен параллакс).

Примечание: для наблюдения слабых линий необходимо расширить входную щель.

 

Задание 2. Построение градуировочного графика.

Градуировкой монохроматора называется операция, при которой делениям шкалы прибора придаются значения физической величины, выраженные в установленных единицах измерения. Чаще всего, когда не требуется большой точности в измерениях, градуировка наносится прямо на шкале барабана прибора. Механическая часть монохроматора УМ-2 не является достаточно жестокой, поэтому «постоянную» градуировку его не проводят. Каждый экспериментатор должен произвести градуировку прибора до измерений. Результаты градуировки оформляются в виде графика. При частой работе с прибором проводят градуировку по двум – трем точкам.

Градуировку УМ-2 необходимо провести по спектру ртути.

1. После настройки спектроскопа рассмотрите спектр ртути, сравните его со спектрограммой, приведенной на рис. 6.4.

 

 

2. Найдите в спектроскопе крайнюю левую линию спектрограммы, подведите ее середину к вершине указателя, снимите показания со шкалы барабана 7 – положение линии в градусных делениях . (Указатель нужно освещать светом, соответствующим спектральной области измеряемых линий).

3. Переходя от линии к линии, заполните таблицу 1. Измерение линий спектра повторите не менее трех раз. При проведении измерений вращать барабан необходимо только в одну сторону, чтобы исключить ошибки обусловленные люфтом в механическом приводе призмы. Постройте градуировочный график: по оси Х отложите показания по барабану, по оси У – длины волн линий ртути в Å. График должен быть крупным, чтобы можно было определять в дальнейшем длины волн с точностью до 10 Å. Кривая должна быть плавной, если есть «выбросы», необходимо повторить измерения.

 

Таблица1.

Длина волны, Å

Средн.

 

Длина волны, Å
Средн.

 

Задание 3. Определение показателя преломления и дисперсии вещества призмы

Для любой призмы существует такой угол падения лучей на переднюю грань, когда преломленный луч внутри призмы идет перпендикулярно биссектрисе ее преломляющего угла (рис. 6.5).

 

 

Этот случай представляет особый интерес по двум причинам: во-первых, дисперсия призмы здесь достигает максимального значения, что представляется важным показателем призменного спектрального прибора; во-вторых, угол отклонения выходящего из призмы луча в этом случае минимален и показатель преломления вещества призмы определяется из соотношения:

, (6.9)

где – угол наименьшего отклонения луча, проходящего внутри призмы перпендикулярно биссектрисе преломляющего угла; – преломляющий угол призмы. Для монохроматора УМ-2 преломляющий угол , а угол может быть определен из следующих соображений. Начало отсчета по шкале барабана соответствует длине волны , т.е., когда с визиром совмещается линия , указатель барабана совмещается с нулем. Конструктивно этому положению призмы соответствует угол отклонения . Тогда угол минимального отклонения для конкретной длины волны можно рассчитать по формуле – «доворот» призмы, определяемый по положению барабана монохроматора, соответствующего моменту совпадения данной линии с визиром. Значения берутся из градуировочного графика монохроматора, построенного при выполнении задания 2.

1. Определите значения углов для синей линии оранжевой линии и для красной линии .

2. Переведите градусы делений барабана в градусы доворота призмы a.

3. Определите углы и рассчитайте показатели преломления для указанных трех длин волн. Заполните таблицу 2. Сделайте оценку величины «аппаратной» погрешности измерения показателей преломления.

 

Таблица 2

Длина волны	град. дел.	,

 

4. Определите значение средней дисперсии .

5. Определите относительный показатель дисперсии материала призмы (число Аббе), который определяется по формуле:

, (6.10)

6. Как изменяется показатель преломления в видимой области спектра с увеличением длины волны? Сделайте вывод о виде дисперсии.

7. Определите дисперсию вещества для интервалов длин волн , содержащих в себе длины волн и . Если выражение (6.9) продифференцировать по длинам волн, а затем перейти от к , получим формулу:

, (6.11)

где – показатель преломления вещества для , содержащийся в середине интервала длин волн; – угловая дисперсия призмы для того же интервала длин волн .

Угловую дисперсию призмы в области каждой из указанных длин волн определяют, используя градировочный график задания 2. Выберите интервал в в окрестности выбранной и на абсцисс определите приращение угла , равное (рис. 6.6). Определите угловую дисперсию предварительно переведя градусные деления в радианы (1 градусное деление = ). Рассчитайте дисперсию вещества по формуле (6.11), все данные измерений занесите в таблицу 3.

 

Таблица 3

Длина волны		, град. дел.	, радиан	, рад/нм	,

 

Сделайте вывод о характере зависимости дисперсии от длины волны.

 

Контрольные вопросы:

Что называется дисперсией света?

Чем объясняется дисперсия света в какой-либо среде?

Что характеризует угловая дисперсия спектрального прибора и его разрешающая способность?

От чего зависят угловая дисперсия и разрешающая способность призмы?