Описание установки и метода измерения
Для наблюдения спектров и измерения длин волн в работе применяется универсальный монохроматор УМ-2.
Внешний вид и оптическая схема монохроматора приведены на рисунке 4.4. Основные части монохроматора – коллиматор I, призменный столик с поворотным механизмом II и выходная труба III.
Свет от источника 12 через входную щель 1 (ширина раскрытия щели регулируеется барабанчиком 7) попадает на объектив 2 монохроматора. Фокусировка объектива производится маховичком 9. Между щелью и объективом помещён затвор, с помощью которого можно прекратить доступ света в прибор. Движением затвора управляют с помощью рукоятки 8.
Выходя
из объектива, свет параллельным пучком
падает на систему призм 3
и, пройдя через неё, разлагается в спектр.
Лучи света попадают в объектив 4
выходной трубы монохроматора, который
собирает их в плоскости выходной щели 5.
Визуальное наблюдение спектра
осуществляется через окуляр 6
с визиром. Указатель-визир
может быть освещён лампочкой через
сменные с
ветофильтры11.
Д
ля
определения длины волны спектральных
линий необходимо, вращая барабан10,
совместить исследуемую линию (или
область спектра) с визиром и снять отсчет
на барабане. Для этого на
барабане нанесены относительные деления
– градусы. Отсчёт читается против
указателя, скользящего по спиральной
канавке (рисунок 4.5а).
Затем, используя градуировочный график (рисунок 4.5б), перевести показание барабана в длину волны. Рабочий диапазон длин волн монохроматора УМ-2 λ = (3800 ÷ 10000) Å (1 Å = 1∙10–10 м).
Примечание – Градуировочный график на рисунке 5б носит ознакомительный характер. Рабочие графики размещены на стендах монохроматоров.
При выполнении первой части данной работы, используя монохроматор УМ-2, исследуется спектр водородной лампы. При этом определяются длины волн линий серии Бальмера и производится экспериментальное подтверждение справедливости формулы Бальмера.
Линии серии имеют следующие обозначения:
Нα – красная линия (n = 3) (очень сильная линия),
Нβ – зелено-голубая (n = 4) (линия средней интенсивности),
Нγ – сине-фиолетовая (n = 5) (слабая линия).
Следует учесть, что водород – газ, большинство атомов которого объединено в двухатомные молекулы, поэтому на линейчатый спектр атомного водорода накладывается полосатый спектр молекулярного водорода, т.е. происходит одновременное излучение обоих спектров. Однако, так как характер спектров различен, то на ряд слабых красно-желтых и темно-зеленых молекулярных полос в промежутке между Нα и Нβ линиями и на две слабо размазанные фиолетовые молекулярные полосы, предшествующие линии Нγ, не стоит обращать внимание.
Для экспериментального подтверждения справедливости формулы Бальмера для спектральных линий в видимой части спектра водорода, необходимо построить график зависимости обратной длины волны (1/) от (1/n2). Линейный характер графика будет свидетельствовать о справедливости формулы для серии Бальмера (k = 2).
При выполнении второй части работы, с помощью монохроматора УМ-2 исследуются спектры ртутной, неоновой, гелиевой ламп, а также лампы накаливания.