оптика / Лабораторки

коллиматора, 5 -диспергирующая призма, 6 - объектив зрительной трубы, 7 - указатель фокальной плоскости окуляра, 8 - окуляр зрительной трубы. Объектив коллиматора, в фокусе которого находится щель, обр зует параллельный пучок света и направляет его на призму 5. Призма преобр зует этот пучок в систему параллельных пучков, выходящих из диспергирующего элемента под различными углами, зависящими от длины волны. Объектив

осуществляе ся вращением барабана 6. В зависимости от положения призмы в

зрительной трубы фокусирует отдельные параллельные пучки и образует в

ка

фокальной плоскости совокупность монохроматических цветных изображ ний

входной щели,

которые и

представляют

собой спектры, наблюдаемые

с

помощью окуляра.

и

о

т

е

л

б

и

б

ая

Рис. 2. Оптическая схема монохроматора

н

н

Общий вид м н хр матора показан на рис. 3: 1 - коллиматор, 2 - щель,

ширина которой

егулируется микрометрическим винтом 3. Винт 4 служит для

о

спектральных

линий. Поворот призмы

5

фокусировки изоб ажения

т

р

поле зрения попадает тот или иной участок спектра. На барабане нанесена

шкала в относительных делениях - градусах поворота самого барабана. Шкала

барабана осв щается осветителем 7, включение которого производится
тумбл ром 8.кВ фокальной плоскости окуляра 9 зрительной трубы 10 находится
указатель 11 (см. рис. 2 указатель 7).
Э	л	е

81

				о	т	е	ка
			и
		б
	и
Рис. 3. Общий вид монохроматорал
б
Спектральные лампы

а) Ртутная лампа. Для тою, чтобы привести в соответствие деление шкалы барабана с длинами волн, монохроматорая необходимо проградуировать. Для

граду про «к и используется газоразр дная ртутная лампа с линейчатым

спектром излучения. Включение лампы производит лаборант.
				н
б) Водородная лампа. В к честве источника света, спектр которого
изучается в данной работе, применяется газоразрядная					водородная	трубка
			н
Гейслера. Трубка представляет собой стеклянный баллон, заполненный
водородом при давле ии				порядка нескольких мм рт. ст. В колена трубки
		о
впаяны электроды, а которые полается переменное напряжение 3000 В. В
трубке устанавливается				тлеющий разряд. В столбе	газового	разряда
	р
происходит дисс циация молекул водорода, атомы которого, возбуждаясь,
излучают характе ный для атомарног о водорода спектр.
т

Понятно, что молекулы водорода также могут возбуждаться и излучать спектр. Э от молекулярный спектр будет иметь гораздо более сложную структуру ( ак называемый «полосатый» спектр).

		е
	Но интересующие нас 4 линии Бальмера гораздо ярче, чем полосы
молекулярного спектра и легко различимы на его фоне.
	л
	Водороднуюк		лампу также включает лаборант.
Э

82

УПРАЖНЕНИЕ 1. ГРАДУИРОВКА МОНОХРОМАТОРА

указателем и произвести отсчет делений по шкале барабана. Эту опкарацию произвести для всех линий, указанных в таблице, имеющейся на ус ановке.

а) Установить против щели монохроматора ртутную лампу и обр титься к лаборанту с просьбой о ее включении. Вращая винт 4 и перемещая окуляр 9,

получить четкое изображение спектральных линий.		е
б) Поворачивая барабан 6, совместить изображение спектральных линий с
	т

шкале барабана имен но для тех линий, которые изображены наоэт й таблице и для которых указана длина волны. Данные занести в таблицу 1. Для каждой линии отсчет по шкале барабана произвести 3 раза, пр чем л ния к указателю подводится со стороны больших длин волн. Снять показан я для 11 линий в спектре ртути.

Для правильной градуировки очень важно производить о счет делений по

	в) выключить лампу.													л	и
									Спектр ртути
													б			Таблица 1
			№				Спектральные линии				Дл на		Делен я		Среднее
			п/п								волны		шкалы		деление
											λ, нм		арабана N		шкалы
													и		барабана N
			1		Темно-красная, левая ui						690,7	1
					двух						б	2
												3
			2		Темно-красная, правая из						671,6	1
					двух							2
												3
			3		Красная, левая из трех						622,0	1
												2
												3
			4		Красная, правая из трех						607,3	1
										ая		2
												3
			5		Желтая, правая из двух						577,0	1
									н			2
												3
			6		Зеленая, чень яркая						546,1	1
								н				2
												3
			7		Зелено-голубая, правая из						491,6	1
					двух		о					2
												3
			8		Синяя, левая их трех						435,8	1
						р						2
												3
			9		Синяя, правая из трех						433,9	1
					т							2
												3
			10		Фиолетовая, левая из двух						407,8	1
	л	е	к									2
												3
Э			11		Фиолетовая, правая из						404,7	1
												2
					двух							3

83

УПРАЖНЕНИЕ 2. ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРА ВОДОРОДА

а) Установить против щели монохроматора водородную лампу и обратиться к лаборанту с просьбой включить ее.

б) Вращением барабана 6 совместить с указателем поочередно изображение 4 наиболее ярких линий (красной, голубой, фиолетовой, темно-

фиолетовой) и произвести отсчет по шкале барабана. Для каждой линии

т

необходимо произвести отсчет не менее 3-х раз, подводя линию к указателюка

со стороны больших длин волн. Данные занести в таблицу 2.

о

в)

После окончания сразу же выключить водородную лампуе , т.к.

срок ее службы ограничен (проделывается лаборантом).

и

Спектр водорода

Таблица 2

№

Спектральная

Деления

б

Длина

Постоянная

Среднее

п/п

линия

шкалы

деление

волны

Ридберга R

и

барабана N

шкалы л

, им

ара ана

3

Красная

б

1

2

3

1

Голубая

ая

3

2

1

Фиолетовая

2

3

1

Темно-

н

2

фиолетовая

н

Среднее з аче ие постоянной Ридберга Rср

р

о

Обработка результатов измерений

1. Построить на миллиметровой бумаге градуировочный график.

е

к

=f( )

быть выполнен очень аккуратно и иметь размер примерно

График должент

35x35 см. на трафик наносить точки, соответствующие средним делениям

шкалы барабана.
Э	2.	Определить по	градуировочному графику	длины волн	четырех
		измеренных линий спектра водорода.
	3.	По формуле	(3) вычислить постоянную	Ридберга,	поставляя
	лсоответствующие значения n, i Найти среднее значение R.

84

4. Определить погрешность измерения R, используя методику обработки

прямых измерений.

Контрольные

1.

Дисперсия света. Спектр. Типы спектров. Спектральный анализ.

2.

Какова модель атома по теории Резерфорда - Бора?, Сформулируйте

постулаты Бора.

ка

3.

Выведите на основе теории Бора формулу для энергии электрона на n-ой

орбите. Объясните смысл отрицательного значения энергии

е

4.

Выведите формулу (4) для спектральных серий ат марнтго водорода.

Изобразите схему образования спектральных серий.

и

о

5.

Что называется постоянной Ридберга?

6.

Каковы трудности теории Бора?

7.

Каково устройство монохроматора?

8.

Как производится градуировка монохроматора?

9.

Что влияет на погрешности измерений в данной ла ораторной работе.

и

б

л

б

о

н

н

ая

т

р

к

е

л

Э

85

ЛИТЕРАТУРА

1)Т.И. Трофимова. «Курс физики». Москва. «Высшая школа». 2003.- 544ска.

2)А.А. Детлаф, Б.М. Яворский. «Курс физики». Москва. «Высшая ш ола». 2007.-720с. е

3)И.В. Савельев. «Курс общей физики». Т-3. Москва. «Наука». 2006.т - 469 с.

4)Фриш С.Э., Тиморева А.В. Курс общей физики: в 3-х т., То.2 СПб «Лань». 2007.-519 с.

5)Двояшкин Н.К., Иванов А.Ф. «Методические указанияи к оценкам погрешностей в физическом эксперименте», - Альметьевскл : АГНИ. 1999.-6 с.б

									ая	б	и
						о	н	н
				т	р
			к
		е
	л
Э

86

	СОДЕРЖАНИЕ	ка
	Вводное занятие. Организация занятий в лаборатории электричества и

магнетизма. Правила оформления и защиты лабораторных работ……………..3

Образец титульного листа протокола лабораторной работы…………………….5 е

Правила техники безопасности…………………………………..……….………..6 Лабораторная работа №1

« Определение показателя преломления стекла с помощью»………………..…………….................................................................... 7

Лабораторная работа №2				и
«Определение фокусного расстояния собирающей и рассеивающейтлинз»…..11
Лабораторная работа №3			л
«Изучение законов освещенности»……………………………………………….17о
Лабораторная работа №4		б
«Изучение интерференции света с помощью бипризмы Френеля»…….............24
Лабораторная работа №5	и
«Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки»...29
Лабораторная работа №6

«Изучение явления поляризации света. Проверка закона Малюса»……………39
Лабораторная работа №7	б

«Определение удельного вращения плоскости поляризации и

концентрации раствора сахара поляриметром»………………………………….46
Лабораторная работа №8	ая

«Дифракция Френеля на круглом отверстии. Дифракция Фраунгофера на щели»…………………………………………………………………………....52

Лабораторная работа №9		н
«Определение постоянной Стеф на-Больцмана»………………………………...62
Лабораторная работа №10	н
«Изучение свойств фотоэлеме тов с внешним и внутренним фотоэффектом»..68
Лабораторная работа №11
о
«Призменный монохроматор. Изучение атомных спектров. Определение

постоянной Ридберга» …….…………………………………..…..........................78
					р
ЛИТЕРАТУРА………………………………………………………………...........86
		е	к	т
	л
Э

87

	л	е	к
Э

о

т

е

ка

и

л

б

и

б

ая

о

н

р

Пндписано в печать 09.11.2012 г.

т

Формат 60×84/16

Печать RISO Объем 5,5 ус.печ.л. Тираж 150 экз. Заказ № 100

ТИПОГРАФИЯ АЛЬМЕТЬЕВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО

НЕФТЯНОГО ИНСТИТУТА

423452, Татарстан, г. Альметьевск, ул. Ленина, 2