ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.01.2021
Просмотров: 1065
Скачиваний: 1
41
гласно
формуле
(6)
sin
φ
/
λ
n
d
=
,
но
sin
φ
1
£
,
следовательно
,
/
n d
λ
£
.
Чем
больше
постоянная
решетки
d
,
тем
большее
число
максимумов
можно
на
-
блюдать
и
более
узкими
становятся
отдельные
полосы
.
Если
на
дифракционную
решетку
будет
падать
белый
свет
,
то
ди
-
фракционные
максимумы
для
лучей
разного
цвета
пространственно
разой
-
дутся
и
каждый
максимум
(
кроме
центрального
)
приобретет
радужную
ок
-
раску
,
причем
внутренний
его
край
(
по
отношению
к
центральному
мак
-
симуму
)
станет
фиолетовым
,
а
наружный
–
красным
,
т
.
к
.
фиолетовому
цвету
соответствуют
наиболее
короткие
волны
,
а
красному
–
наиболее
длинные
.
Между
фиолетовым
и
красным
краями
максимума
расположатся
остальные
спектральные
цвета
.
В
этой
связи
дифракционные
максимумы
принято
называть
дифракционными
спектрами
,
а
число
n
–
порядком
спек
-
тра
.
Максимум
нулевого
порядка
остается
белым
,
т
.
к
.
согласно
формуле
(6)
при
n
= 0
угол
дифракции
j
= 0
для
всех
длин
волн
l
.
Выполнение
работы
Перепишем
условие
образования
максимумов
(6)
λ
sin
φ
n
d
=
. (7)
Видно
,
что
синусы
углов
в
спектре
данного
порядка
прямо
пропорцио
-
нальны
длинам
волн
.
Таким
образом
,
длина
волны
монохроматического
света
может
быть
определена
с
помощью
дифракционной
решетки
.
Дифракционная
решетка
представляет
собой
стеклянную
пластинку
,
на
которой
остро
отточенным
алмазным
острием
нанесен
ряд
параллель
-
ных
штрихов
с
промежутками
между
ними
.
Лучшие
дифракционные
ре
-
шетки
имеют
число
штрихов
М
до
2000
на
1
мм
,
что
соответствует
перио
-
ду
d
= 1
/m
= 0,0005
мм
= 0,5
мкм
.
Через
промежутки
между
штрихами
свет
проходит
,
сами
же
штрихи
,
т
.
е
.
места
,
где
стекло
повреждено
,
являются
непрозрачными
для
световых
лучей
.
Для
определения
длины
волн
монохроматического
света
используются
гониометры
–
приборы
,
с
помощью
которых
можно
измерять
угло
-
вые
величины
.
Схема
гониометра
с
дифрак
-
ционной
решеткой
приведена
на
рис
. 4.
Гониометр
со
-
стоит
из
массивного
диска
М
,
на
краю
кото
-
К
Д
М
Т
φ
N
1
N
2
*
S
Рис
. 4
42
рого
нанесены
деления
в
градусах
.
В
центре
диска
имеется
столик
,
на
ко
-
тором
устанавливается
дифракционная
решетка
Д
.
Одна
из
труб
К
называ
-
ется
коллиматором
.
Ее
назначение
–
создать
узкий
параллельный
пучок
света
.
С
одной
стороны
коллиматор
имеет
щель
,
ширину
которой
можно
регулировать
.
Вторая
труба
T
представляет
зрительную
трубу
с
крестом
нитей
.
Эта
труба
,
соединенная
с
круговыми
нониусами
N
1
и
N
2
,
может
вращаться
вокруг
оси
диска
.
Сначала
зрительная
труба
устанавливается
так
,
чтобы
в
ней
было
видно
совмещенное
с
крестом
нитей
изображение
щели
.
Затем
на
столик
гониометра
помещают
дифракционною
решетку
перпендикулярно
к
пучку
световых
лучей
,
идущему
через
коллиматор
.
При
этом
в
зрительной
трубе
на
месте
изображения
щели
будет
виден
ди
-
фракционный
максимум
нулевого
порядка
.
По
одному
из
нониусов
определяют
положение
нулевого
максимума
j
.
Поворачивая
зрительную
трубу
,
например
вправо
,
находят
дифракционный
максимум
первого
порядка
и
показание
гониометра
заносят
в
таблицу
.
Угол
поворота
j
1
находится
как
разность
показаний
гониометра
в
двух
положени
-
ях
–
нулевого
и
первого
(
по
абсолютной
величине
).
Такой
же
дифракцион
-
ный
максимум
обнаруживаем
и
при
повороте
зрительной
трубы
влево
на
угол
j
2
,
который
вычисляется
аналогично
углу
j
1
.
Следует
отметить
,
что
ввиду
погрешности
измерений
углы
j
1
и
j
2
могут
отличаться
на
некоторую
малую
величину
,
поэтому
расчет
ведется
по
среднему
значению
угла
.
Аналогичные
измерения
проводят
для
второго
и
третьего
максиму
-
мов
и
по
формуле
(7)
определяют
длину
световой
волны
l
.
Определение
длин
световых
волн
производят
для
разных
светофильтров
.
В
данной
ла
-
бораторной
работе
используются
дифракционные
решетки
с
периодом
d
=
= (1:50)
мм
или
d
= (1:100)
мм
.
Результаты
всех
измерений
для
каждого
светофильтра
заносят
в
отдельную
таблицу
.
Светофильтр
красный
l
ср
=
Показания
гониометра
в
градусах
Порядок
спектра
j
0
Отсчет
вправо
Отсчет
влево
j
1
j
2
j
sin
j
l
,
мм
0
1
2
3
По
трем
значениям
длин
волн
,
соответствующим
трем
дифракцион
-
ным
максимумам
,
определяют
среднее
значение
длины
световой
волны
l
ср
.
Контрольные
вопросы
и
задания
1.
В
чем
заключается
явление
дифракции
света
?
2.
Объясните
условия
наблюдения
дифракции
света
.
3.
Объясните
метод
зон
Френеля
.
43
4.
Объясните
дифракцию
от
одной
щели
,
двух
щелей
и
от
дифракци
-
онной
решетки
.
5.
Какова
окраска
нулевого
максимума
и
каков
порядок
следования
цветов
в
дифракционных
максимумах
при
освещении
дифракционной
ре
-
шетки
белым
светом
?
6.
Объясните
устройство
гониометра
.
РАБОТА
№
7 (10)
ИЗУЧЕНИЕ
РАБОТЫ
MOHOXP
ОМА
TOPA
И
ЕГО
ГРАДУИРОВКА
Приборы
и
принадлежности
:
монохроматор
УМ
-2,
ртутная
лампа
ДРШ
,
неоновая
лампа
МН
-5,
конденсор
,
пульт
питания
.
Устройство
монохроматора
Призменный
монохроматор
-
спектроскоп
УМ
-2
предназначен
для
спектральных
исследований
в
диапазоне
длил
воля
от
3800
до
10000
Å
(1
Å
= 10
–10
м
).
Рассмотрим
принцип
действия
простейшего
спектрального
прибора
с
призмой
,
схема
которого
изображена
на
рис
. 1.
Через
узкую
щель
S
,
расположенную
в
главной
фокальной
плоскости
линзы
L
1
,
на
последнюю
падает
узкий
пучок
белого
света
,
который
на
выхо
-
де
из
линзы
всегда
будет
параллельным
.
Такие
устройства
,
назначение
кото
-
рых
–
давать
параллельный
пучок
света
,
называются
коллиматорами
.
Если
щель
параллельна
основанию
призмы
P
,
после
преломления
в
ней
пучки
света
разных
длин
волн
фокусируются
линзой
L
2
в
ее
фокальной
плоскости
MN
,
где
получается
ряд
монохроматических
(
цветных
)
изобра
-
жений
щели
S.
Наибольшую
длину
волны
и
наименьший
показатель
пре
-
ломления
имеет
красный
свет
,
поэтому
красные
лучи
отклоняются
приз
-
мой
меньше
других
.
Рядом
с
ними
будут
лучи
оранжевого
,
потом
желтого
,
далее
зеленого
,
голубого
,
синего
и
,
наконец
,
фиолетового
цветов
.
Проис
-
S
L
2
L
1
P
M
N
Красный
свет
Фиолетовый
свет
Рис
. 1
44
ходит
разложение
падающего
на
призму
сложного
белого
света
на
моно
-
хроматические
составляющие
,
т
.
е
.
получается
сплошной
спектр
.
В
сплошном
спектре
представлены
все
цвета
(
длины
волн
),
причем
переход
от
одного
цвета
к
другому
совершается
постепенно
и
непрерывно
.
При
излучении
источником
света
волн
определенных
длин
изобра
-
жения
входной
щели
окажутся
пространственно
разделенными
,
в
резуль
-
тате
чего
получается
линейчатый
спектр
,
состоящий
из
ряда
резко
очер
-
ченных
цветных
линий
,
отделенных
друг
от
друга
широкими
темными
промежутками
.
Универсальный
монохроматор
-
спектрометр
УМ
-2
представляет
со
-
бой
сложный
оптический
прибор
,
предназначенный
для
различных
спек
-
тральных
исследований
и
решения
ряда
аналитических
задач
.
Принципи
-
ально
его
оптическая
схема
не
отличается
от
схемы
,
изображенной
на
рис
. 1.
Внешний
вид
монохроматора
УМ
-2
приведен
на
рис
. 2.
Основные
части
монохроматора
–
коллиматор
1,
призменный
столик
с
поворотным
механизмом
2
и
выходная
зрительная
труба
3.
Коллиматор
.
Входная
щель
4
снабжена
микрометрическим
винтом
5,
который
позволяет
открывать
щель
на
нужную
ширину
.
На
входную
щель
надета
насадка
с
объективом
6,
в
фокальной
плоскости
которого
установлены
ножи
входной
щели
.
Ввиду
того
что
фокусное
расстояние
объектива
для
ка
-
ждой
длины
волны
различно
,
предусмотрена
возможность
фокусировки
объ
-
ектива
.
Фокусировочное
движение
объектива
производится
маховичком
7.
В
трубе
коллиматора
имеется
окно
с
миллиметровой
шкалой
8
и
но
-
ниусом
9,
по
которым
определяется
положение
объектива
.
Шкала
фокусировки
может
освещаться
лампочкой
.
Между
щелью
и
объективом
помещен
затвор
,
с
помощью
которого
можно
закрывать
до
-
ступ
света
в
прибор
.
Движение
затвора
управляется
рукояткой
10.
16 3 2 8 9 1 4 6
13 15 14 18
7 10 5
12 11 19
17
Рис
. 2
45
Призменный
столик
с
поворотным
механизмом
.
Поворотный
столик
с
призмой
2
вращается
вокруг
вертикальной
оси
при
помощи
микрометриче
-
ского
винта
с
отсчетным
барабаном
11.
На
барабане
нанесена
винтовая
до
-
рожка
с
градусными
делениями
.
Вдоль
дорожки
скользит
указатель
поворо
-
та
барабана
12.
При
вращении
барабана
призма
поворачивается
,
и
в
поле
зрения
зрительной
трубы
можно
наблюдать
различные
участки
спектра
.
Выходная
зрительная
труба
.
Лучи
света
,
пройдя
диспергирующую
призму
,
попадают
в
объектив
выходной
трубы
монохроматора
,
который
собирает
их
в
своей
фокальной
плоскости
и
дает
изображение
входной
ще
-
ли
.
Изображение
спектра
рассматривается
через
окуляр
13.
В
фокальной
плоскости
окуляра
зрительной
трубы
имеется
указатель
,
который
можно
перемещать
в
горизонтальном
направлении
вращением
маховичка
14.
Фо
-
кусировка
окуляра
на
отчетливую
видимость
указателя
и
спектральных
линий
производится
с
помощью
маховичка
15.
Указатель
освещается
лам
-
почкой
через
сменные
светофильтры
16.
В
этом
случае
монохроматор
ра
-
ботает
как
спектроскоп
.
В
случае
необходимости
окуляр
может
быть
заменен
выходной
ще
-
лью
,
пропускающей
одну
из
линий
спектра
,
и
тогда
прибор
служит
моно
-
хроматором
.
В
данной
работе
выходная
щель
не
применяется
.
На
основании
монохроматора
расположены
тумблеры
17
для
вклю
-
чения
лампочек
осветителей
шкал
прибора
и
указателя
спектральных
ли
-
ний
.
Яркость
освещения
указателя
регулируется
реостатом
18,
а
цвет
ост
-
рия
указателя
меняется
поворотом
барабана
со
светофильтрами
,
располо
-
женного
над
окуляром
.
Монохроматор
скреплен
с
оптической
скамьей
19,
на
которой
распо
-
лагаются
необходимые
для
выполнения
работы
источники
света
и
другие
принадлежности
.
Градуировка
монохроматора
Градуировка
монохроматора
производится
по
известным
спектрам
ртути
и
неона
(
по
указанию
преподавателя
).
Рис
. 3
Рис
. 4
Рис
. 5