Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

random books / Либерман, Миловидова - Методические указания к лаб работам по курсу общей физики (Оптика и атомная физика)

.pdf
Скачиваний:
8
Добавлен:
07.03.2020
Размер:
569.25 Кб
Скачать

 

21

 

 

 

Т р

 

220 В

 

 

 

 

 

K1

K2

R1

 

 

V1

Т

R2

 

 

Л

М

Д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ф С

 

 

 

 

 

 

220 В

В ы прями-

V2

R

 

 

К осциллограф у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тель0-30В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.8

 

 

μА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

этой установке на ф отосопротивление Ф С

свет от лампочки Л

падает черезотверстиедиска Д , которы й насаж ен на осьэлектромотора М . С осью электромотора связан тах ометр Т – приб ор, с помощ ью которого мож но измерять число об оротов диска. Л ампа накаливания питается от трансф орматора Тр , а токнакала нитилампочкирегулируется реостатомR1. Н апряж ениена лампочкеконтролируется вольтметромV1. Ч ислооб оротов

электромотора регулируется реостатомR2.

последовательно

вклю чены

Э лектрическая

цепь, в

которую

ф отосопротивление, микроамперметрисопротивлениенагрузкиR, питается

от вы прямителя с

регулируемы м на вы х оде напряж ением.

В еличина

вы х одного напряж ения вы прямителя контролируется вольтметром V2. Н а

макете лаб ораторной раб оты

имею тся

гнезда для подклю чения

осциллограф а.

Вы полнениер аб оты

1.С нят ие вольт амперных харак т ерист ик ф от осопрот ивленияи

опред еление егоуд ельной чувст вит ельност и

Д ля вы полнения этого упраж нения необ х одимо при вы клю ченны х тумб лерах К 1, «свет» и К 2 «мотор» подклю чить лаб ораторны й макет и вы прямитель к городской электрической сети. Т умб лером К 1 вклю чить осветительноеустройствоипроверить, чтоб ы лампочка, отверстиев диске иф отосопротивлениенах одилисьна однойпрямой. Т аккаквольтамперны е х арактеристикиф отосопротивлений снимаю тся припостоянном значении

величины освещ енности (Е=const)

принекотором начальном неб ольш ом

накале лампочки, надо снять зависимость J=f(U). Здесь J

– величина

ф ототока, которая ф иксируется микроамперметром; U – приклады ваемоек

ф отосопротивлению

напряж ение,

величина которого

изменяется

 

 

22

 

 

 

 

 

 

 

регулятором

напряж ения

вы прямителя

примерно

через 5

вольтиконтролируется еговольтметромV2.

 

 

 

 

 

 

И зменяя с помощ ью

реостата R1 накал лампочки, снимаю т ещ е две-

три аналогичны е кривы е при соответствую щ их

постоянны х

величинах

освещ енности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П о лю б ой

вольтамперной

х арактеристике,

соответствую щ ей

определенному значению

освещ енности Е, мож но

рассчитать

так

назы ваемоесветовоесопротивлениеф отосопротивления, равное R =

 

U

.

 

 

 

 

 

 

 

 

c

J

Световое сопротивление,

или сопротивление при освещ ении, является

важ ной х арактеристикой ф отосопротивлений. Е го величина колеб лется от

1,2 до500 О м.

Д ругой важ ной х арактеристикой ф отосопротивлений является

их

удельная

чувствительность,

вы раж аемая

величиной

ф ототока

в

микроамперах , отнесенной к световому потоку в 1

лм иприлож енному

напряж ению

в 1 В . Е го величина для разны х

типов ф отосопротивлений

колеб лется в оченьш ироких пределах : от 0,5 до10000 мкА /ль.

 

 

 

 

И так,

согласно

определению ,

удельная

чувствительность

ф отосопротивленийопределяется поф ормуле:

 

γ =

J

 

,

 

 

 

ΦU

 

 

где ∆J

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– ф ототок, равны й разности ф ототоков прираб оте на свету и в

темноте (см. рис.4),

Ф

– световой поток,

U – прилож енное напряж ение.

Световой поток Ф

(в лю менах ) связан с освещ енностью Е

(

в лю ксах )

соотнош ением

Ф =SЕ,

 

 

 

 

 

 

 

-5

2

где S

раб очая

площ адь

ф отосопротивления,

равная

2,8·10

 

м.

О свещ енность ф отосопротивления определяется из граф ика,

 

которы й

прилагается кданнойраб оте.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.О сц иллограф ическ ое наблюд ение работ ы ф от осопрот ивления

П одклю чите вх од У осциллограф а

к соответствую щ им клеммам

макета. С помощ ью

тумб лера К 2

вклю чите электромотор и настройте

осциллограф . М еняя

напряж ение

на вы х оде вы прямителя,

зарисуйте

экспериментальны е

кривы е с экрана

осциллограф а

при

некотором

ф иксированном числе об оротов

диска.

П ри постоянном

питаю щ ем

напряж ении ф отосопротивления, изменяя

с помощ ью

реостат R2 число

об оротов диска, а темсамы мдлительностьсветовы х импульсов, зарисуйте экспериментальны екривы е.

 

К онтр ольны евопр осы

1.

Ч тоназы вается ф отоэф ф ектомикаковы особ енностивнутреннего

фотоэф ф екта?

2.К ак об ъясняется внутренний ф отоэф ф ект с точки зрения зонной теории?

3.Ч тотакоеэнергия активациипроводимостивещ ества?

4.О б ъяснитеустройствоф отоэлемента сзапираю щ имслоем.

5.Н азовитеосновны ех арактеристикиф отосопротивления.

 

23

 

 

6.

Д айте определение светового потока и освещ енности. В

каких

единицах

 

 

 

ониизмеряю тся?

 

 

 

РА Б ОТ А №

9

 

 

О П РЕД ЕЛ ЕН И ЕД Л И Н Ы С ВЕТО ВО Й ВО Л Н Ы П РИ П О М О Щ

И

 

Д И Ф РА К ЦИ О Н Н О Й

РЕШ ЕТК И

 

П риб оры и принадлеж ности: гониометр, плоская диф ракционная реш етка, осветительсосветоф ильтрами.

К р аткаятеор ия

Я вление диф ракциисвета состоит в отклонениисветовой волны от прямолинейного распространения. Д иф ракция происх одит, когда световы е лучи встречаю т на своём пути какое-либ о препятствие, но особ енно

отчетливо она

об наруж ивается в тех случаях ,

когда размеры

огиб аемы х

непрозрачны х

экранов

или отверстий, через которы е прох одят лучи,

настолькомалы , чтоявляю тся соизмеряемы мисдлинойсветовойволны .

 

П рииспользованииб елогосвета диф ракционная картина приоб ретает

радуж ную окраску.

 

 

 

 

 

 

 

Д иф ракционная

картина

возникает

в

результате

налож ения

(интерф еренции)

вторичны х

волн, поэтому ей присущ и типичны е для

интерф еренции

черты

-

неравномерное

распределение

энергии

в

пространстве.

В

одних

местах

интенсивность света б ольш е,

в других

-

меньш е. Т аким об разом, в подвергш ейся диф ракции световой волне по отнош ению к падаю щ ей происх одит перераспределение интенсивности света.

Рассмотримявлениедиф ракцииот однойузкойпрямоугольнойщ ели. П устьплоская монох роматическая волна падает перпендикулярнона экран,

в которомимеется длинная узкая щ ель ш ириной

α (рис.1). К огда ф ронт

волны

дойдет до щ елиизаймет полож ение

 

 

 

 

 

 

 

AB, то все его точки, согласно принципу

 

 

 

 

 

 

 

Гю йгенса,

являю тся

новы ми источниками

А

 

 

В

 

вторичны х

элементарны х волн.

Э тиволны

 

 

 

 

 

 

 

 

λ/2

распространяю тся в пространстве за щ елью

ϕ

С

 

вовсех направлениях .

 

волны ,

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим

 

 

 

 

 

 

 

 

распространяю щ иеся от точкиплоскостиAB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в

направлении,

составляю щ им

с

 

 

 

 

 

 

 

первоначальны мнекоторы й уголϕ. Е слина

 

 

 

 

 

 

 

пути

этих

лучей

поставить линзу,

 

 

 

 

 

 

 

параллельную

плоскости AB,

то,

как

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М

 

 

 

 

 

 

показанона рисунке, этипараллельны елучи

 

 

 

 

 

 

после преломления сойдутся в некоторой

 

 

 

 

 

 

 

точке М

в ф окальной плоскости линзы .

 

 

 

 

 

 

 

Располагая

в

этой ф окальной

плоскости

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24

экран Е, мож но на нем наб лю дать результат интерф еренциидля волн, распространяю щ их ся от щ елипод различны мипроизвольны ми углами ϕ

кпервоначальномунаправлению .

 

 

 

О пустим из точки А перпендикуляр А С на

направление вы деленного

пучка лучей, которы й б удет

нормально

пересекаться

плоскостью ,

прох одящ ей черезэтот перпендикуляр. Т огда от плоскостиА С

идалее до

ф окальнойплоскостиЕ параллельны елучинеменяю т своейразностих ода. Разность х ода, определяю щ ая условия интерф еренции, возникает лиш ь на

путиот исх одного ф ронта AB до плоскости, AC

иразлична для разны х

лучей.

 

 

 

 

 

 

 

Д ля расчета интерф еренции всех этих

лучей применим метод зон

Ф ренеля (зонами Ф ренеля

назы ваю тся

зоны

волновой поверх ности,

об ладаю щ ие тем свойством,

что разность х ода

световы х

лучей от двух

соответственны х точексоседних зонравна половинедлины

световойволны

 

λ

2

). Д ля этогомы сленноразделимлинию ВС на рядотрезков длиною λ

2

.

 

 

 

 

 

 

 

П роводя изконцов этих отрезков линии, параллельны еAC , довстречиих с

AB , мы разоб ьемф ронт волны

в щ елина рядполосокодинаковойш ирины .

Э ти полоски и являю тся в данном случае зонами Ф ренеля, поскольку соответственны е точки этих полосок являю тся источниками волн, дох одящ их по данному направлению до точкинаб лю дения М на экране с

взаимнойразностью х ода λ 2 .

И зприведенногопостроения следует, чтоволны , идущ иеот каж ды х двух соседних зонФ ренеля, прих одят в точку М в противополож нойф азеигасят друг друга.

Разность х ода меж ду крайнимилучами, т.е. лучами, исх одящ имииз

точекА иB , б удет, каквидноизрис.1.а, равна

 

=

=

ϕ = asinϕ

ABsin BC (1)

Е сливы б ратьуголдиф ракцииϕ таким, чтоб ы

в ш иринещ ели

уклады валосьчетноечислозонФ ренеля, то, очевидно,

 

D = a sinϕ = 2k ×λ / 2 ,

(2)

где k - целое число, не равное нулю . В этомслучае все лучи, идущ ие в

направлении,

определяемом углом ϕ, после сведения их линзой в одну

точку экрана

б удут взаимно уничтож аться.

Д ействительно,

для каж дого

луча лю б ойзоны

сущ ествует луч в соседнейзоне, которы йнах одится сним

в противоф азе.

Следовательно, лю б ы е два

симметричны е луча от двух

соседних зон б удут взаимно уничтож аться,

т.е. одна зона

б удет гасить

другую , соседню ю сней. Т акимоб разом, условие(2) определяет полож ение

на экране темны х полос -

минимумов света. Е сли ж е угол диф ракции

вы б рать таким, что в щ ели б удет

уклады ваться

нечетное число зон

Ф ренеля, то, очевидно,

 

 

λ

 

 

 

a

ϕ

= sin

(3)

 

k + )1 = 2(

 

 

 

2

 

 

В этом случае одна

зона

не б удет иметь парной себ е,

которая

25

уничтож ила б ы еедействие, илучив этом направлении дадут максимум освещ енности. Т акимоб разом, условие(3) определяет полож ениена экране светлойполосы - максимума света (на рис.1 в щ елиуклады ваю тся тризоны Ф ренеля).

Я сно, что при непреры вном изменении угла ϕ мы последовательно б удемнаб лю датьтемны еисветлы еполосы . Ц ентральны й максимумб удет располож ен в точке 0 против центра щ ели. П о об е стороны от него интенсивностьб удет спадатьдопервогоминимума, а затемподы маться до следую щ его максимума ит.д., как это показано на рис.1.б . Н а экране Е б удут наб лю даться, какэтопоказанона рис.1.в, перемеж аю щ иеся светлы еи темны е полосы с постепенны ми перех одами меж ду ними. Ц ентральная полоса б удет наиб олее яркой, а освещ енностьб оковы х максимумов б удет уб ы ватьот центра кпереф ерии. Ш ирина ичислоэтих полосб удут зависеть

от отнош ения длины световойволны

λ

кш иринещ елиα.

 

Совокупность

б ольш ого

числа

узких

параллельны х

щ елей,

располож енны х

б лизко друг

от

друга, назы вается диф ракционной

реш еткой.

 

 

 

 

α, располож енны х на

Рассмотрим ряд щ елей одинаковой ш ирины

равны х расстояниях b друг от друга. П рипрох ож дениисвета черезсистему таких одинаковы х щ елейдиф ракционная картина значительноуслож няется. В этомслучае диф рагирую щ ие лучиот отдельны х щ елей налагаю тся друг на друга в ф окальнойплоскостилинзы иинтерф ерирую т меж дусоб ой.

П усть свет с длиной волны λ

падает нормально на диф ракционную

реш етку (рис.2).

За щ елями в

результате

диф ракции лучи б удут

распространяться поразличны мнаправлениям.

ϕ

 

 

Рассмотрим

лучи,

составляю щ ие

угол

с

нормалью к

диф ракционной реш етке.

Разность х ода

лучей,

прох одящ их

через левы е

края первойивторойщ елей, равна

 

=

=

+

ϕ = d sinϕ b (asin ) B

 

 

 

 

A a b B

φ

C

(4)

Сумма a+b=d назы вается периодомили постоянной диф ракционной реш етки. Э той разности х ода соответствует разность ф аз

меж дуэтимилучами

δ = 2π

 

= 2π

d sinϕ

λ

λ

 

 

 

Рис.2

(5)

 

 

 

Т акой ж е точносдвиг ф азы

б удет меж ду

 

колеб аниями,

прих одящ ими

от

третьей

щ елиивторой, четвертой итретьей, ит.д.

Е слиΔ=λ, то δ=2π.

Э тилучи

прих одят в одинаковы х ф азах иусиливаю т друг друга. Резкоевозрастание

амплитуды

результирую щ его колеб ания б удет в тех

случаях ,

когда

амплитуды

колеб аний от всех

направлений одинаковы ,

т.е. имею т сдвиг

ф аз, целы й кратны й от 2π,

что соответствует разности х ода δ

меж ду

соседнимищ елями, кратнойчетномучислуполуволн.

 

 

Т акимоб разом, условиеоб разования максимумов б удет иметьвид

 

26

 

 

 

 

ϕ =

λ

= sinλ ,

n

(6)

2 d

 

2

 

 

 

гдеп = 0, ±1, ±2, ±3, …

М аксимумы , удовлетворяю щ иеэтомуусловию , назы ваю тся главны ми

максимумамидиф ракционнойреш етки.

 

 

 

И нтересноотметить,

чтоеслипридиф ракцииот однойщ елиусловие

максимумов (3)

α ϕ =

k +

λ

sin

)1 2(

 

 

 

2

 

(7)

соответствует нечётному числу зон Ф ренеля внутри щ ели, то для всей реш еткив целомусловие главны х максимумов (6)соответствует разности

хода отразны х щ елей, равнойчетномучислуполуволн.

На рис.3 показана диф ракционная картина, получаю щ аяся прислож ении

колеб аний от нескольких щ елей. Согласноф ормуле (6), пооб е стороны

от

 

центрального максимума, которому соответствует значение n = 0,

 

располагаю тся первы емаксимумы

- правы й(n = +1) илевы й( n = -1), далее

 

располагаю тся вторы емаксимумы

(n = +2 иn = -2) ит.д. О днаковозмож ное

 

числомаксимумов является ограниченны м; ононемож ет б ы тьб ольш е, чем

 

d λ . В

самом деле,

согласно ф ормуле (6),

sinϕ =

n

,но

ϕ ≤ 1 ,

sin

d

λ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

следовательно, n d λ . Ч емб ольш е постоянная реш еткиd,

темб ольш ее

 

числомаксимумов мож нонаб лю датьиб олееузкимистановятся отдельны е

 

полосы .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Е сли

 

 

на

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

диф ракционную

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

реш етку

б удет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

падатьб елы й свет,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

то диф ракционны е

 

n =– 2

n = –1

n = 0

n = +1

n = +2

 

 

максимумы

для

 

 

 

лучей

 

разного

 

 

 

Рис.3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

цвета

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пространственно

 

разойдутся

и каж ды й максимум

(кроме центрального)

приоб ретает

 

радуж ную

окраску,

причем внутренний его

край

(по отнош ению

к

 

центральному максимуму)

станет ф иолетовы м, а наруж ны й - красны м, так

 

как ф иолетовому цвету

соответствую т наиб олее

короткие волны ,

а

 

красному -наиб олее длинны е. М

еж ду ф иолетовы м и красны м краями

 

максимума

располож атся

остальны е спектральны е цвета.

В

этой связи

 

диф ракционны емаксимумы

принятоназы ватьдиф ракционны миспектрами,

 

а числоn - порядкомспектра. М аксимумнулевогопорядка остается б елы м,

 

таккак,

согласно ф ормуле (6), приn

= 0 угол диф ракции ϕ = 0 для всех

 

длинволнλ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вы полнениер аб оты

 

 

 

 

 

И зусловия

 

 

 

 

 

 

 

 

sinϕ = n λ

 

 

 

 

(7)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

видно,

 

что

синусы

 

углов

 

в

спектре

данного

порядка

прямо

 

пропорциональны

 

длинам

волн.

 

Т аким

об разом,

длина

волны

 

монох роматического

 

света

мож ет

б ы ть

определена

с

помощ ью

 

диф ракционнойреш етки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д иф ракционная реш етка представляет соб ой стеклянную

пластинку,

 

на которойостроотточенны малмазны мостриемнанесенрядпараллельны х

 

ш трих ов с промеж уткамимеж ду ними. Л учш ие диф ракционны е реш етки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

имею т число ш трих ов М

 

 

К

 

 

Д

N2

М

 

 

 

 

 

до 2000 на 1 мм, что

S

 

 

 

 

 

 

 

 

соответствует периоду d =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

φ

 

 

 

 

 

 

1/m = 0,0005 мм= 0,5 мкм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т

 

 

Ч ерез промеж утки меж ду

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ш трих ами свет прох одит,

 

 

 

 

 

 

 

 

N1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сами ж е

ш трих и, т.е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

места,

где

 

стекло

 

 

 

Рис.4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

повреж дено,

 

являю тся

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

непрозрачны ми

для

 

световы х лучей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д ля

определения

длины

волн монох роматического

света

 

использую тся гониометры

- приб оры , с помощ ью которы х мож ноизмерять

 

угловы е

величины .

 

Сх ема

гониометра

с

диф ракционной

реш еткой

 

приведена на рис.4

 

 

из массивного диска М , на

 

 

 

 

 

 

Гониометр

состоит

краю

которого

 

нанесены деления в градусах .

В

центре диска имеется столик, на котором

 

устанавливается

диф ракционная

реш етка

Д .

О дна из труб

К

назы вается

 

коллиматором. Е еназначениесоздатьузкийпараллельны й пучоксвета. С

 

одной

стороны

 

коллиматор

имеет

щ ель,

ш ирину

которой

мож но

 

регулировать.

В торая труб а T

представляет зрительную

труб у с крестом

 

нитей.

Э та труб а, соединенная с круговы минониусамиN1

иN2 ,

мож ет

 

вращ аться вокруг осидиска. Сначала зрительная труб а устанавливается так,

 

чтоб ы

в ней б ы ловидносовмещ енноес крестомнитей изоб раж ениещ ели.

 

Затем

на

столик

гониометра

помещ аю т

диф ракционною

реш етку

 

перпендикулярнокпучку световы х лучей,

идущ ему черезколлиматор. П ри

 

этом в зрительной

труб е на

месте изоб раж ения щ ели б удет

виден

 

диф ракционны ймаксимумнулевогопорядка.

 

 

 

 

 

По одному изнониусов определяю т полож ение нулевого максимума ϕ.

Поворачивая зрительную труб у, например, вправо, нах одят диф ракционны й максимумпервого порядка ипоказание гониометра заносят в таб л.1. У гол

поворота ϕ1

-

нах одится как разность показаний гониометра в двух

полож ениях

нулевого и первого (по аб солю тной величине). Т акой ж е

диф ракционны

ймаксимумоб наруж иваемиприповоротезрительнойтруб ы

28

влево на угол ϕ2, которы й вы числяется аналогично углу ϕ1. Следует отметить, что ввиду погреш ностиизмерений углы ϕ1, иϕ2 могут

отличаться на некоторую малую величину. Средний угол диф ракционны х

максимумов определяется изсоотнош ения

ϕ =

ϕ1 + ϕ2 .

 

 

2

А налогичны е измерения проводят для второго итретьего максимумов и

по ф ормуле (7)

определяю т длину световой волны λ. О пределение длин

световы х волн

производят для разны х светоф ильтров. В данной

лаб ораторной раб оте использую тся диф ракционны е реш еткис периодомd =(1:50) мм или d =(1:100) мм. Результаты всех измерений для каж дого светоф ильтра заносят в отдельную таб лицу, ипотремзначениямдлинволн,

соответствую щ имтремдиф ракционны ммаксимумам,

определяю т среднее

значениедлины

световойволны λср.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т аб лица 1.

 

 

 

 

 

 

 

Светоф ильтркрасны й

λср=

 

 

 

П оказания гониометра

 

 

 

 

 

 

П орядок

 

 

в градусах

 

ϕ1

 

ϕ1

ϕ

sinϕ

λ, мм

спектра

ϕ0

 

О тсчёт

 

О тсчёт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вправо

 

влево

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контр ольны евопр осы

1.В чемзаклю чается явлениедиф ракциисвета?

2.О б ъяснитеусловия наб лю дения диф ракциисвета.

3.О б ъяснитеметодзонФ ренеля.

4.О б ъяснитедиф ракцию отоднойщ ели, двух щ елейиот диф ракционной реш етки.

5.К акова окраска нулевогомаксимума икаков порядокследования цветов

в диф ракционны х максимумах приосвещ ениидиф ракционной реш етки

белы мсветом?

6.О б ъяснитеустройствогониометра.

 

29

 

 

 

РА Б ОТ А № 10

 

 

И З У Ч ЕН И ЕРА БО ТЫ MOHOXPО М А TOPA И ЕГ О

Г РА Д У И РО ВК А

П риб оры и принадлеж ности: монох роматор У М

-2. ртутная лампа Д РШ ,

неоновая лампа М

Н -5, конденсор, пульт питания.

 

 

 

У стр ойствемонохр оматор а

 

П ризменны й

монох роматор-спектроскоп У М

-2

предназначен для

спектральны х исследований в диапазоне длил воля от 3800 до 10000 Å

(1 Å = 10– 10 м).

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим принцип действия простейш его спектрального приб ора

о

призмой, сх ема которогоизоб раж ена на рис. 1.

 

 

Ч ерез

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

узкую щ ель S

 

 

 

 

M

 

 

 

,

L1

P

L2

располож енну

 

 

 

 

ю

в главной

 

 

 

 

К расны йсвет

 

 

 

 

 

ф окальной

S

 

 

Ф иолетов

 

плоскости

 

 

 

линза

L1,

на

 

 

 

N ы й

 

Рис.1

 

 

последню ю

 

 

 

 

 

 

 

 

 

падает

узкий

 

 

 

 

 

света, которы йна вы х одеизлинзы

 

пучок

б елого

 

 

 

 

 

всегда б удет параллельны м. Т акие устройства, назначение которы х

давать

параллельны й

пучок

света,

назы ваю тся

коллиматорами.

Е сли щ ель

параллельна основанию

призмы

P , послепреломления в ней пучкисвета

разны х длин волн ф окусирую тся линзой L2

в ее ф окальной плоскостиMN

,где получается ряд монох роматических (цветны х ) изоб раж ений щ ели S. Н аиб ольш ую длину волны инаименьш ий показатель преломления имеет красны й свет, поэтому красны елучиотклоняю тся призмойменьш едругих . Рядом с ними б удут лучи оранж евого, потом ж елтого, далее зеленого,

голуб ого, синего и, наконец, ф иолетового цвета.

П роисх одит разлож ение

падаю щ его на

призму слож ного б елого света

на

монох роматические

составляю щ ие,

т.е. получается

сплош ной спектр. В

сплош ном спектре

представлены все цвета (длины

волн), причемперех од от одного цвета к

другому соверш ается постепенноинепреры вно.

 

 

П риизлученииисточникомсвета волн определенны х длин изоб раж ения вх одной щ елиокаж утся пространственно разделенны ми, в результате чего

получается линейчаты й спектр,

состоящ ий из ряда

резко очерченны х

цветны х

линий,

отделенны х

друг от

друга

ш ирокими темны ми

промеж утками.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У ниверсальны й монох роматор-спектрометр У М

-2 представляет соб ой

слож ны й

оптический

приб ор,

предназначенны й

для

различны х

спектральны х исследований и

 

реш ения

ряда

аналитических

задач.

П ринципиально

его

оптическая

сх ема

не отличается

от

сх емы ,

изоб раж енной на рис.1. В неш ний вид монох роматора У М -2

приведен на

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рис.2.

 

 

О сновны е

 

части монох роматора

-

коллиматор

1,

 

призменны й столик с поворотны м мех анизмом 2 ивы х одная зрительная

 

труб а 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К оллиматор.

В х одная щ ель 4 снаб ж ена микрометрическим винтом 5,

 

 

 

 

 

 

ш ирину. Н а вх одную щ ель

 

которы й позволяет откры ватьщ ельна нуж ную

 

надета

насадка

с об ъективом 6,

в

 

 

ф окальной

плоскости которого

 

установлены

нож ивх одной щ ели.

В виду того, что ф окусное расстояние

 

об ъектива для каж дой длины

волны

различно, предусмотрена возмож ность

 

ф окусировки

об ъектива.

Ф окусировочное

движ ение

 

об ъектива

 

производится мах овичком7.

 

 

 

 

 

 

 

 

В

 

труб е

 

коллиматора

 

 

16

 

3

 

 

2

 

8 9

 

1

4

6

имеется окно с миллиметровой

 

 

 

 

 

 

 

ш калой 8

и нониусом 9,

по

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

которы м

 

 

 

определяется

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

полож ение

об ъектива. Ш кала

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ф окусировкимож ет освещ аться

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

лампочкой.

 

М

еж ду щ елью

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

об ъективом помещ ен затвор, с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

10

5

 

помощ ью

 

которого

мож но

13

 

15

14

18

 

 

 

 

12

11

 

 

 

19

 

закры вать

доступ

света

в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

приб ор.

Д виж ение

затвора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

управляется

 

рукояткой

10.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пр изме н н ы й

 

 

ст олик

с

 

 

 

 

 

 

 

 

17

 

 

 

 

 

 

 

повор от н ы м

 

 

ме ха н измом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П оворотны й столик с призмой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

вращ ается

вокруг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вертикальной осиприпомощ и

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2

 

 

 

 

 

 

 

 

микрометрического

винта

с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

отсчетны м б араб аном 11.

Н а б араб ане нанесена

винтовая

дорож ка с

 

градусны ми делениями. В доль дорож ки скользит

указатель поворота

 

б араб ана 12.

 

П ри вращ ении б араб ана

призма

поворачивается

и в поле

 

зрения зрительнойтруб ы

мож нонаб лю датьразличны еучасткиспектра,

 

 

 

Вы ходн а я зр ит е ль н а я т р уба . Л учи света,

пройдя

диспергирую щ ую

 

призму,

попадаю т в об ъектив вы х одной труб ы

монох роматора,

которы й

 

соб ирает их

в своей ф окальной плоскости и дает изоб раж ение вх одной

 

щ ели. И зоб раж ениеспектра рассматривается черезокуляр 13. В ф окальной

 

плоскостиокуляра зрительной труб ы

имеется указатель, которы й мож но

 

перемещ ать в

горизонтальном направлении вращ ением мах овичка

14.

 

Ф окусировка окуляра на отчетливую

видимость указателя испектральны х

 

линий производится с помощ ью

мах овичка

15.

У казатель освещ ается

 

лампочкой черезсменны е светоф ильтры

 

 

16. В

этомслучае монох роматор

 

раб отает какспектроскоп.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

случае необ х одимостиокуляр мож ет б ы ть заменен вы х одной щ елью ,

 

пропускаю щ ей

одну

И Р

линий

спектра,

и

тогда

приб ор

служ ит

 

монох роматором. В даннойраб отевы х одная щ ельнеприменяется.

 

 

 

 

Н а основаниимонох роматора располож ены

тумб леры 17 для вклю чения

 

Соседние файлы в папке random books