Файл: Физика изучение спектра излучения атома водорода Методические указания к лабораторной работе Электронный учебный материал Минск 2020.docx

1 – источник света; 2 – защитное стекло (для ртутной лампы); 3 – конденсор; 4 – входная щель; 5 – объектив коллиматора; 6 –коллиматор; 7 – сложная спектральная призма склеенная из трех призм (Р₁, Р₂, Р₃); 8 – столик с поворотным механизмом; 9 – объектив зрительной трубы; 10 –выходная

щель; 11 – окуляр зрительной трубы; 12 – зрительная труба; 13 – отсчетный барабан с указателем угла поворота; 14 – указатель зрительной трубы (в виде треугольника); 15 – указатель угла поворота на барабане.

Рисунок 6. Внешний вид призменного монохроматора УМ-2 (а) и оптическая схема экспериментальной установки (б)
Излучение от исследуемого источника света 1 (ртутная или водородная лампа) с помощью конденсорной линзы 3 концентрируется на входной щели 4. Если источником света служит ртутная лампа, то на пути излучения ставится защитное стекло 2, поглощающее мощную ультрафиолетовую часть излучения.

Как правило, конденсорную линзу 3 устанавливают так, чтобы на входной щели прибора получить уменьшенное изображение источника света. Входная щель имеет форму вертикального

---

узкого прямоугольника высотой 14 мм, ее ширина меняется в пределах от 0 до 4 мм, и в зависимости от светосилы источника варьируется микрометрическим винтом с ценой деления 0.01 мм.

Объектив 5 коллиматора 6, удаленный от входной щели на расстояние, равное фокусному, формирует строго параллельный световой пучок, падающий на призму 7.

Призма 7, называемая призмой Аббе, является призмой постоянного отклонения и имеет сложное строение. Она состоит из трех склеенных стеклянных призм Р_1, Р₂, Р₃. Призмы Р₁ и Р₂ идентичны между собой, имеют

преломляющий угол 30˚ и изготовлены из специального стекла (флинта), обладающего высокой дисперсией. Промежуточная призма Р₃ полностью отражает своей гипотенузной гранью проходящие лучи и поворачивает их на 90˚. Из-за высокой дисперсии материала призм Р₁ и Р₂ излучение с разными длинами волн выходит из призмы 7 под разными углами. Призма Аббе 7 жестко установлена на горизонтальном столике 8, который может вращаться вокруг вертикальной оси при помощи микрометрического винта. Поворот столика позволяет плавно перестраивать длину волны того излучения, которое попадает в виде параллельного пучка на объектив 9 вдоль оси зрительной трубы 12. Излучение с другими длинами волн будет отклоняться влево и вправо от оси зрительной трубы, формируя изображение спектра излучения.

Изображение спектра фокусируется объективом на выходной щели 10.

---

Часть спектра излучения, прошедшая через щель, рассматривается наблюдателем через окуляр 11.

В центре поля зрения окуляра есть треугольный указатель 14, с которым необходимо совместить изучаемую линию спектра. Совмещение линии производится путем вращения отсчетного барабана 13, поворачивающего призму 7 на столике 8. На барабане нанесены градусные деления, обозначенные цифрами через каждые 50 градусов, цена каждого деления 2. Отсчет угла поворота производится согласно указателю на барабане 15.

Оптические детали монтируют на массивном литом основании, закрытом сверху металлическим кожухом, так что монохроматор является единым жестко связанным прибором.

---

Порядок проведения измерений и обработки результатов

Сложность определения длин волн излучения с помощью монохроматора заключается в том, что прибор не позволяет измерить их непосредственно. Монохроматор дает лишь возможность измерить угол поворота призмы , соответствующий спектральной линии, наблюдаемой в центре окуляра. Однако, связь длины волны  наблюдаемой спектральной линии с  неизвестна.

Установление зависимости () называется градуировкоймонохроматора. Для выполнения градуировки необходимо использовать эталонный источник света с большим количеством спектральных линий,

длины волн которых известны. Одним из наиболее удобных в использовании эталонных источников является лампа ДРШ (Дуговая Ртутная Шаровая), в колбе которой заключены пары ртути под очень высоким давлением. Такая лампа имеет линейчатый спектр излучения, покрывающий весь видимый диапазон.
Внимание! Существует реальная опасность взрыва лампы ДРШ в случае повторного включения в неостывшем виде, т.е. сразу после выключения. Повторное включение ртутной лампы можно производить только через 10-15 минут после ее выключения!
Таким образом, данная лабораторная работа состоит из двух этапов:

1. 
   Градуировка монохроматора по длинам волн;
   
2. 
   Определение длин волн спектральных линий в спектре излучения атома водорода с помощью монохроматора.
   

Градуировка монохроматора

Для проведения спектральных исследований

---

монохроматор должен быть предварительно проградуирован по длинам волн, т.е. нужно установить зависимость длины волны излучения от угла поворота призмы, ().

Градуировку проводят с помощью эталонной ртутной лампы. Излучение паров ртути имеет линейчатый спектр, длины волн которого полагаются заранее известными и приводятся в таблице 1.

Таблица 1. Данные для градуировки монохроматора

№ п/п	Цвет	Интенсивность	λ, нм	Отсчет по барабану, 
				φ1	φ2	φср
1	Фиолетовая	Высокая	404,6
2	Фиолетовая	Средняя	408,0
3	Синяя	Высокая	435,8
4	Зелено-голубая	Средняя	491,1
5	Зеленая	Высокая	546,1
6	Желтый Дублет	Высокая	576,4
7		Высокая	579,0
8	Пять линий в оранжево- красной области	Низкая	607,0
9			614,0
10			623,4
11			671,1
12			690,7

---