2. Устройство спектроскопа
Для исследования видимой части спектра служат различные спектроскопы. Один из наиболее простейших изображен на рис.2. Двухтрубный спектроскоп состоит из коллиматора "К", столика с призмой "П" и зрительной трубы "З", которая перемещается относительно призмы микрометрическим винтом "В".
Длина трубки коллиматора (расстояние между щелью и линзой) такова, что щель, являющаяся вторичным источником света, находится в фокальной плоскости линзы. Поэтому после линзы лучи к призме идут параллельным пучком. Пройдя через призму, лучи будут отклоняться по-разному, в зависимости от их длины волны.
Так как лучи с одной и той же длиной волны после призмы также параллельны между собой, то они собираются в одной точке (точнее, на линии, представляющей собой изображение щели коллиматора, проходящей через одну из точек фокальной плоскости объектива зрительной трубы). Для получения необходимого увеличения, полученные спектральные линии рассматриваются с помощью окуляра с нитью для отсчета. Чтобы перейти от одной линии спектра к другой, перемешают миллиметровые деления, а барабан винта разделен на 50 частей. Ход винта равен 1мм, следовательно, цена деления на барабане винта:
Положения каждого изображения щели можно характеризовать отсчетом на винте и барабане. Выполняемая работа состоит из 2-х частей.
3. Выполнение работы
Упражнение 1. Градуировка спектроскопа.
Градуирование спектроскопа производится с целью выразить показания микрометрического винта в длинах волны. Для этой цели используют источник света с хорошо изученным спектром. В качестве такого источника в данной работе используется дуговая ртутная лампа, помещенная в специальный кожух, укрепленный на подставке. Можно для градуировки спектроскопа воспользоваться газоразрядной трубкой, наполненной гелием. Градуирование спектроскопа производится следующим образом:
1. Устанавливают коллиматор спектроскопа на расстояние 10-15 см от щели кожуха ртутной лампы. Включают лампу в сеть. Через 2-3 мин. лампа ярко разгорается. Перемещением спектроскопа добиваются появления в поле зрения зрительной трубы спектра ртутной лампы. Перемещая окуляр зрительной трубы спектроскопа, получают четкое изображение спектральных линий.
2. С помощью микрометрического винта устанавливают нить окуляра зрительной трубы на крайнюю спектральную линию (красную) в спектре ртутной лампы и записывают показания микрометрического винта. Затем последовательно переводят нить окуляра на все яркие линии, записывая каждый раз показания винта. Затем повторяют измерения, перемещая зрительную трубку в обратном направлении. Результаты измерений заносят в таблицу.
Таблица - Длина волны некоторых линий в спектрах ртутной лампы.
|
Длина волны спектральной линии ртутной лампы, нм |
nпр |
nобр |
nср |
Красный |
660 |
|
|
|
624 |
|
|
| |
Жёлтый |
579 |
|
|
|
Жёлто-зелёный |
546 |
|
|
|
Зелёный |
492 |
|
|
|
Синий |
436 |
|
|
|
Фиолетовый |
411 |
|
|
|
406 |
|
|
|
3. Зная длины волн спектральной линии ртутной лампы, строят график градуировки, откладывая по оси ординат длины волн, а по оси абсцисс показания микрометрического винта.
Рисунок 2
Упражнение 2. Изучение спектра водорода.
1. Отключают ртутную лампу. Не перемещая спектроскоп, устанавливают между лампой и спектроскопом, подставку с газоразрядной трубкой, наполненной водородом. Наводят зрительную трубу на наиболее интенсивные линии в спектре водорода и записывают показания микрометрического винта.
2. По графику определяют длины волн спектральных линий водорода и на основании формулы (2) вычисляют постоянную Ридберга. В спектре водорода возможно появление слабых линий, принадлежащих молекулам (Н2). Эти линии, следует пропустить. Обычно для атомарного водорода в видимой части спектра наблюдается 3-4 наиболее интенсивных линий. Результаты измерений оформить в виде таблицы.
|
Длина волны спектральной линии газоразрядной трубки, наполненной водородом, нм |
nпр |
nобр |
nср |
Красный |
|
|
|
|
Зелёный
|
|
|
|
|
Синий
|
|
|
|
|
Фиолетовый |
|
|
|
|