Экспериментальная часть

Задание 1. Подготовка монохроматора к работе

1. Осмотрите монохроматор, проверьте соответствие комплекта установки рисунку на планшете, который прилагается к прибору. Прочтите имеющиеся на приборах информационные таблички. Пользуясь рисунком на планшете, уясните назначение узлов и ручек управления монохроматором. Рассмотрите блок питания, ртутную и неоновую лампы.

2. На блоке питания включите тумблер "Сеть". На основании монохроматора расположены тумблеры включения освещения шкал и окулярного визира.

3. В поле зрения окуляра наблюдается окулярный указатель - визир 11, вертикальное острие иглы. Вращая обечайку окуляра, сделайте визир максимально резким. Поворачивая диск со светофильтрами наверху окуляра, можно менять цвет подсветки визира. Следует использовать цвет, ближайший к цвету наблюдаемого участка спектра. Интенсивность подсветки визира подбирается регулятором, расположенным рядом с его выключателем.

4. Изучите шкалу отсчетного барабана. Деления на барабане нанесены в градусных единицах j ° (2 ° /дел). Убедитесь, что при прохождении всего барабана, отсчетный флажок с риской не сходит с направляющей канавки барабана (при вращении барабана флажок желательно придерживать пальцем). Отсчет делений ведется по специальной риске с точкой на флажке.

5. Установите на рельс ртутную лампу вплотную к входной щели монохроматора. Питание лампы осуществляется от специального блока.

Внимание! Ртутная лампа наряду с видимым светом излучает ультрафиолет, вредный для глаз. Во избежание ожогов сетчатки глаза, лампа помещена в непрозрачный футляр с окошком, направленным в сторону щели монохроматора.

6. Раскройте входную щель на достаточно большую ширину (ручка микрометрического винта 4). Рукоятку затвора поставьте в положение "Откр.".

7. Приблизив глаз к окуляру монохроматора, вращением барабана 8 пройдите вначале весь спектр в любом направлении. В поле зрения должны наблюдаться вертикальные полосы от красного до фиолетового цветов.

8. Вращая барабан 8, найдите в спектре и установите в поле зрения окуляра яркую двойную желтую линию. Постепенно уменьшая ширину щели и пользуясь ручкой фокусировки 6, добейтесь, чтобы линии стали максимально контрастными – тонкими и яркими. «Желтый дублет» ртути должен четко различаться.

9. При просмотре всего спектра ртути по краям барабана должен оставаться некоторый запас делений.

Задание 2.  Градуировка монохроматора

Цель: Градуировка любого измерительного прибора - это установление однозначного соответствия между значениями наблюдаемой физической величины и показаниями прибора. В частности, при градуировке монохроматора, необходимо установить зависимость между длинами волн линий, наблюдаемых в хорошо изученных (эталонных) спектрах и показаниями барабана 8: l = f( j ). Эта зависимость должна быть отображена в виде градуировочного графика. В дальнейшем градировочный график может быть использован для определения длин волн в неизвестных спектрах.

Градуировкавыполняется по линейчатым спектрам газов, длины волн спектральных линий которых уже известны. В настоящей работе монохроматор градуируется по спектрам паров ртути и инертного газа неона.

В таблице 1 указаны номер, цвет, длины волн для всех линий в спектре ртути в диапазоне видимого света от 400 нм до 710 нм. Этот спектр излучается в низковольтном дуговом разряде однозарядными ионами ртути.

Для получения полного спектра ртути необходимо очень хорошо настроить прибор и использовать качественную ртутно-кварцевую лампу. В студенческой лаборатории удается наблюдать наиболее яркие линии этого спектра (в таблице выделены жирным шрифтом, яркость линий дана в специальных единицах).

Обычно хорошо наблюдается одна из оранжевых линий, две близко расположенные желтые линии (дублет), одна яркая зеленая, сине-зеленая (голубая) и синяя яркая. Красные линии спектра и фиолетовую (405 нм), несмотря на относительную яркость последней, наблюдать визуально сложно, так как их цвета лежат на границах цветового восприятия человеческого глаза. Но при достаточно хорошей настройке прибора их все же удается наблюдать. Надо понимать, что цвет – характеристика достаточно субъективная и то, что один наблюдатель назовет красным (или синим), другой может назвать оранжевым (или фиолетовым).

Таблица 1

№ п/п	Цвет линии	l , нм	Яркость	№ п/п	Цвет линии	l , нм	Яркость
1	Красная	709	20	18	Зеленая	529	2
2	- “ -	708	25	19	- “ -	521	2
3	- “ -	691	25	20	- “ -	513	2
4	- “ -	671	16	21	- “ -	512	4
5	Оранжевая		3	22	- “ -	510	2
6	- “ -	612	2	23	- “ -	502	4
7	- “ -	607	2	24	- “ -	499	3
8	Желтая	587	2	25	Сине-зеленая	492	10
9	- “ -	585	6	26	-“ -	489	3
10	- “ -	580	14	27	- “ -	482	3
11	Яркий желтый дублет	579	100	28	Синяя яркая	436	400
12		577	24	29	- “ -	435	40
13	- “ -	567	16	30	- “ -	434	4
14	Зеленая	555	3	31	- “ -	434	30
15	Зеленая яркая	546	320	32	Фиолетовая	411	4
16	- “ -	538	3	33	- “ -	408	12
17	- “ -	535	6	34	- “ -	405	180

 

 

Отождествление линий в спектрах - это трудоемкая и кропотливая работа. Для ее облегчения показана схема расположения линий в спектре ртути (рис. 3 а) и их относительные интенсивности (рис. 3 б).

1. Начиная с фиолетового конца спектра, вращая барабан «на себя», поставьте напротив визира первую наблюдаемую линию спектра.

2. В таблицу 1 отчета занесите значение длины волны линии и отсчет по барабану.

3. Продолжайте градуировку. Отождествите наиболее характерные линии: яркую синюю, очень яркую зеленую, одну из желтого дублета и т. д. Возможно, удастся наблюдать крайнюю фиолетовую и одну из красных линий.

4. Оцените «на глазок» яркость линий по условной десятибалльной шкале. Самой яркой линии присваивается знак 10, самой слабой – 1.

5. После завершения измерений ртутного спектра выключите ртутную лампу. Ее повторное включение возможно не ранее чем через 5-10 минут.

6. Замените ртутную лампу на неоновую, питание которой осуществляется напряжением

220В. Отождествите несколько линий спектра неона. Из спектра неона можно, например, выбрать линию 630 нм из тройки оранжевых линий и две - три другие линии – рис. 4.

7. Естественно, градуировочные кривые, построенные по спектру ртути и по спектру неона, на границе должны плавно сопрягаться.

8. Постройте на миллиметровой бумаге градуировочный график, как показано на рис. 4, откладывая по горизонтальной оси деления j по барабану, а по вертикальной оси - длину волны l. (Еще лучше, если построение градуировочного графика ведется одновременно с измерениями и заполнением таблицы 1 отчета. Тогда будет сразу видно, что какая-либо точка не ложится на плавную кривую, и ее следует «перемерить»). Угловая координата j по оси абсцисс (рис. 5) откладывается в порядке убывания. Это сделано для того, чтобы точки на графике соответствовали расположению линий спектра в поле зрения трубы монохроматора. Вначале построения графика точки наносятся аккуратно остро отточенным карандашом. Если возникает разброс точек, то следует перепроверить отождествление линий на этом участке. После уточнения точки следует отметить более четко. У точек, соответствующих наиболее ярким линиям укажите длину волны. Соедините точки кривой линией. График должен представлять собой гладкую монотонную кривую, проходящую через каждую измеренную точку.

Задание 3. Наблюдение сплошного спектра излучения и спектров поглощения

1. Источником сплошного спектра является лампа накаливания. Установите осветитель с лампой накаливания на рельс монохроматора и пронаблюдайте сплошной спектр лампы.

2. Для наблюдения спектров поглощения в данной работе используются интерференционные фильтры, пропускающие свет в очень узком интервале длин волн. Вставьте один из фильтров в держатель, укрепленный на монохроматоре. Измерьте длину волны середины полосы пропускания фильтра.

3. Сравните полученное значение с указанным на фильтре и сделайте вывод о точности измерений.

4. Оцените качество фильтра: нет ли других, кроме основной, полос пропускания; насколько узка полоса пропускания.

Задание 4. Измерение длины волны излучения лазера

Определите длину волны излучения выданного для опыта лазера.

Задание 5. Исследование неизвестного спектра

             (выполняется по заданию преподавателя)

1. С помощью градуировочной кривой, построенной для данного спектрального аппарата в данных условиях можно определять длину волны линий в спектре любого неизвестного излучения. В настоящей работе исследуется спектр газа, полученный в тлеющем разряде.

2. Установите трубку с газом на рельс прибора вплотную к щели. Подключите ее к источнику питания. Отрегулируйте положение лампы так, чтобы линии в спектре были максимально яркими.

3. Для каждой спектральной линии измерьте угловую координату j по шкале измерительного барабана. По градуировочному графику для каждой линии по значениям угла j определяется длина волны l (таблица 3 отчета).

4. Полученная таблица может быть сверена со значениями, взятыми из спектральных таблиц.

5. Описанные выше операции составляют основу метода идентификации вещества по его спектру – так называемого «качественного» спектрального анализа.

 

Отчет по лабораторной работе № 1

Дисперсия. Наблюдение спектров

выполненной студент    курса, группа

…………………………………………………………………………………

«……» …………… 200 г.

Задание 2. Градуирование монохроматора УМ2

Таблица 1

№ п/п	Цвет	l , нм из таблицы	j , °	Яркость «на глазок»
Ртуть
1
2
3
4
5
6
7
8
Неон
9
10
11
12

 

Задание 3. Наблюдение сплошного спектра излучения и спектров

               поглощения

Таблица 2

№ п/п	j , °	l , нм по градуировке	l , нм указанная на фильтре	± D l , нм	Качество фильтра
1
2
3
4
5
6
7

 

 

Задание 4. Измерение длины волны излучения лазера

 

Задание 5. Исследование неизвестного спектра

Таблица 3

Газ ……………………

№ п/п	Цвет	Яркость	j , °	l , нм по  градуировке	l , нм табличное значение	± D l , нм
1
2
3
4
5

 

Вывод: …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………