Порядок проведения эксперимента

Упражнение 1. Градуировка монохроматора УМ-2. Прежде чем приступить к изучению спектров различных источников, монохроматор нужно проградуировать, т.е. определить длины волн, соответствующие делениям шкалы барабана. Для этого используется источник с известным спектром. В работе применяется спектр ртути.

На рельсе вблизи входной щели УМ-2 установить кожух с ртутной лампой и подключить ее к блоку питания. Включить блок в сеть 220 В, тумблер блока “сеть” перевести в положение “Вкл” и нажать кнопку “Пуск”. Лампа иногда загорается и без нажатия кнопки. Для достижения максимальной яркости ртутной лампы потребуется некоторое время (3-5 мин).

Установить входную щель 0,10 мм и открыть затвор коллиматора (4 на рис.5). Наблюдая через окуляр за спектром, вывести в поле зрения наиболее яркую желтую двойную линию (дублет) нм, нм. Если изображение иглы указателя размыто, необходимо вращением кольца окуляра добиться его максимальной резкости. На отъюстированном приборе линии спектра при этом также будут резкими. Если же линии размыты, то с помощью преподавателя или лаборанта необходимо маховичком 2 (рис.5) сфокусировать спектр.

После окончания юстировки прибора необходимо вращением барабана длин волн в одну сторону последовательно устанавливать точно против иглы-указателя все линии ртутного спектра, записывая каждый раз длины волн, пользуясь табл.1, и соответствующие им деления барабана. Удобно начинать отсчет с фиолетовой линии 404,7 нм. Измерения провести 3 раза и усреднить полученные значения. Выключить блок питания.

Составить таблицу, включающую в себя длины волн ртутного спектра, соответствующие им цвета, а также измеренные и усредненные значения делений барабана длин волн для каждой линии. По данным этой таблицы построить градуировочный график зависимости длины волны λ (в нм) от соответствующих средних значений делений барабана. Масштаб длин волн по оси ординат выбирать не менее 0,1 нм в 1 см.

Длины волн ярких спектральных линий некоторых элементов                                                                                                                                    

Упражнение 2. Определение неизвестного элемента по его спектру излучения (качественный спектральный анализ). Заменить ртутную лампу на неизвестный газоразрядный источник света. Подключить его к блоку питания и включить разряд. Вращением барабана длин волн последовательно совмещать все линии исследуемого спектра с иглой-указателем, записывая каждый раз деление барабана и цвет наблюдаемой линии. Измерения проделать три раза и усреднить полученные значения. По полученным данным и градуировочному графику определить длины волн в спектре неизвестного элемента. Составить таблицу длин волн и цветов линий исследуемого источника света. Сравнивая полученные значения длин волн с данными таблицы 1, определить вещество исследуемого источника света.

Упражнение 3. Исследование зависимости ширины спектральной линии от ширины входной щели УМ-2. Каждая спектральная линия является монохроматическим изображением входной щели. Ее ширина S’ связана с шириной щели S формулой (4’)

= S  = kS  (4’)

 Монохроматор УМ-2 позволяет проверить эту формулу и найти соотношение k=  / .

Задание 1: показать, что S’ является линейной функцией S.

Выберем в спектре ртути одиночную линию средней яркости. Наиболее удобной является голубая линия 435,8 нм. Слабые соседние линии 434,4 и 433,9 нм не помешают измерениям. При ширине входной щели 0,10 мм установить середину линии 435,8 нм перед иглой-указателем, а затем раскрыть щель до 3 мм.

Измерение ширины линии проводится в начале в угловых единицах. Для этого, вращая барабан длин волн в одну сторону, нужно совместить с иглой-указателем левый, а затем правый край наблюдаемой линии, фиксируя против указателя барабана отсчеты ϕл и ϕпр. Тогда есть наблюдаемая угловая ширина линии в градусах. Снять зависимость ∆ϕ от S, уменьшая ширину щели на 0,20 мм в пределах от 3,00 до 0,20 мм и фиксируя при каждом измерении ϕ лпϕϕ ϕ∆= −р л и ϕпр. Полученные значения занести в табл.3. По полученным данным построить график зависимости и убедиться, что ширина спектральной линии зависит от ширины щели линейно. () fSϕ ∆=

Задание 2: найти отношение k=  / .  

Для вычисления k=  / . по формуле (4’) нужно S и S’ выразить в одних и тех же единицах. Так как S измеряется в миллиметрах, то и угловую ширину ∆ϕ изображения щели S’ следует выразить в линейных единицах, что будет соответствовать ширине действительного изображения линии в фокальной плоскости объектива камеры. Для этого необходимо умножить на фокусное расстояние объектива трубы

 = ϕ∆*

где 280 нм монохроматора

По этой формуле найти ширину ' изображения щели для всех значений S. Построить график зависимости S’=f(S) и найти k= f S 2/f1 как тангенс угла наклона полученной прямой

Подсчитать среднюю квадратичную ошибку измерений S’. Дополнительное упражнение. Интересно наблюдать, как влияет ширина щели на разрешение спектральных линий. Выведите в центр поля зрения желтый дублет спектра ртути. При очень узкой щели (≤ 0,10 мм) две линии дублета еще видны раздельно. Раскрывая щель, можно заметить, как за счет расширения линий их края смыкаются, и желтый дублет уже виден как одна линия. При дальнейшем раскрытии щели >2,5 мм начинают перекрываться желтая и зеленая линии спектра ртути.