vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

грани призмы, навести визир на середину изображения входной щели и определить 2;

4) найти разность полученных отсчетов . Из четырехугольника DBEO (рис.6) имеем

360 – + 2 + 2 = 360 . Отсюда преломляющий угол призмы

= + = /2;

5)повторить измерения трижды, записывая результаты измерений в табл.1;

6) оценить погрешность измерения углов 1 и 2, а затем – погрешность определения преломляющего угла.

3. Определение угла наименьшего отклонения

40

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

1)повернуть столик с призмой так, чтобы свет, выходящий из коллиматора, падал на грань АВ под некоторым углом (рис.7);

2)повернуть зрительную трубу так, чтобы в окуляр была видна одна из линий, например, фиолетовая; если необходимо, дополнительно сфокусировать окуляр;

3)найти то положение призмы, при котором угол отклонения минимален. Для этого, наблюдая в трубу, поворачивать рукой в одном направлении столик с призмой. При этом изображение щели будет передвигаться по полю зрения и в некоторый момент времени начнет двигаться в обратном направлении, несмотря на то, что вращение столика продолжается в том же направлении. Момент, когда изменяется направление движения изображения щели, и есть то положение призмы относительно коллиматора, при котором световые лучи идут под наименьшим углом отклонения;

4)найдя это положение, совместить визир зрительной трубы

ссерединой спектральной линии (слегка повернув столик в обоих

В спектре ртути желтая линия двойная, так называемый дублет. Визир следует наводить на середину дублета (между линиями).

41

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

направлениях, убедиться, что установка соответствует углу наименьшего отклонения), отсчитать угол поворота зрительной трубы по лимбу. Выполнить измерения трижды, каждый раз сбивая настройку и вновь устанавливая столик с призмой в положение угла наименьшего отклонения;

5)настроить призму на угол наименьшего отклонения для другой длины волны и получить отсчеты; выполнить настройку

ипровести измерение и для третьей длины волны излучения ртути;

6)повернуть столик с призмой так, чтобы свет из коллиматора попадал на грань призмы ВС (рис.7, пунктирная линия). Повторить все действия, описанные в пп. 2-5 для всех длин волн;

7)выключить ртутную лампу и освещение отсчетного устройства;

8)рассчитать удвоенный угол наименьшего отклонения 2 как разность отсчетов положения зрительной трубы при падении света на грань АВ и ВС, результаты измерений и расчетов записать в табл.2.

4. Построение кривой дисперсии:

1)вычислить показатель преломления стекла призмы по формуле (4) для всех длин волн, записать вычисления в табл.3;

2)оценить погрешность измерения показателя преломления

n по правилам вычисления погрешности косвенного измерения

всоответствии с расчетной формулой (4);

3)построить график, откладывая по оси абсцисс длину вол-

ны 0, по оси ординат – показатель преломления; 4) сделать вывод о типе дисперсии стекла призмы в исполь-

зованном спектральном диапазоне.

5791

2

3

42

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Работа 7. ИССЛЕДОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ ЖИДКОСТИ

ОТ ДЛИНЫ ВОЛНЫ Теоретические сведения

Если на слой какого-нибудь вещества направить пучок параллельных лучей, то в результате взаимодействия с веществом прошедший через него поток энергии будет меньше вошедшего в него. Объясняется это поглощением, рассеянием и отражением света.

Поглощение и рассеяние происходят внутри вещества, поэтому, вызываемые ими изменения светового потока зависят от толщины слоя вещества. Отражение света наблюдается на границах раздела сред, и ослабление потока в этом случае не зависит от толщины слоя. Если свет нормально падает на границу раздела двух сред, отношение отраженного потока световой энергии к падающему потоку

где R – коэффициент отражения; n1 и n2 – показатели преломления соответствующих сред.

43

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

После отражения на каждой границе поток световой энергии ослабится в 1/(1 R) раз.

Обычно первая среда – воздух ( n1 1 ), и можно с достаточной точностью считать

R n 1 2 ,

n 1

где n – показатель преломления поглощающей среды, n = n2. Ослабление светового потока при учете только рассеяния и

поглощения света описывается формулой закона Бугера – Бэра:

I I0 e (k k ) ,

где I0 и I – световой поток, вошедший в поглощающий слой и вы-

шедший из него соответственно; – толщина слоя; k – коэффициент рассеяния; k – коэффициент поглощения.

Величина I/I0 называется пропусканием, а величина, обратная пропусканию I0 /I, – ослаблением светового потока. Коэффици-

енты k и k характеризуют свойства вещества и, как правило, зависят от длины волны распространяющегося в веществе света.

Коэффициент рассеяния k обычно пропорционален четвер-

той степени частоты волны: k 4. Величина его для обычных прозрачных сред (газов, жидкостей, стекол) невелика, и ослабление света происходит, главным образом, вследствие поглощения. В мутных средах (тумане, дыме, коллоидных растворах) ослабление света вследствие рассеяния может быть значительным.

Если не учитывать рассеяние света и отражение на границах слоя, то ослабление, вызванное только поглощением светового потока,

II0 ek( ) .

Если учесть отражение света на границах раздела и поглощение света в толще вещества, то ослабление светового потока

44

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Из последней формулы можно найти значение k ( ), если из-

вестна величина коэффициента отражения R( ) и проведены измерения ослабления света.

Однако учитывать коэффициент отражения необязательно. Можно исключить его, используя для этой цели две кюветы разной длины. Сначала световой поток I0 пропускают через поглощающий слой толщиной 1, затем такой же световой поток пропускают через слой того же вещества толщиной 2. Для первого случая

Описание экспериментальной установки

Схема установки для исследования спектров поглощения представлена на рис.1. Источником света 7 служит лампа накаливания, установленная в специальном кожухе. Лампа включается через блок питания в сеть 220 В. Свет от лампы проходит через кювету

с исследуемым слоем 6 или 6 и попадает на входную щель 5 моно-

45

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

хроматора. Монохроматор выделяет из сплошного спектра лампы накаливания определенную длину волны излучения. Основные части монохроматора: коллиматор, который состоит из щели 5 и объектива 4, призмы 3 с поворотным устройством и выходной трубы, состоящей из объектива 2 и выходной щели 1. Расстояние от щели до объектива коллиматора равно фокусному расстоянию объектива и поэтому из коллиматора выходит параллельный пучок света, который попадает на призму 3 специальной формы. При повороте призмы на выходную щель трубы выводятся лучи той или иной длины волны.

Устройства входной и выходной щелей одинаковы. Спектральный интервал, выделяемый монохроматором (т.е. монохроматичность выходящего света), определяется шириной входной и выходной щелей.

Целесообразно обе щели выбрать одинаковой ширины в интервале от 0 до 4 мм. В этом случае пропускание света монохроматором максимально.

Обычно, установка уже настроена, и изменять размеры щелей запрещено без согласования с преподавателем.

2

1

Рис.1

46

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Внешний вид установки представлен на рис.2. За выходной щелью 3 и вплотную к ней установлен селеновый фотоэлемент 2, к которому присоединен микроамперметр 8 с шунтом 9.

Рис.2

, Å 6800 6600 6400 6200 6000 5800 5600 5400 5200

5000

2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 2800 2900 Деления барабана

Рис.3

47

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Две кюветы, толстая и тонкая, наполненные цветной жидкостью, укреплены на специальном держателе 7, и могут перемещаться перпендикулярно оптической оси установки. Толщина кювет

l1 = 5 см, l2 = 1 см.

Градуировочный график (рис.3) позволяет сопоставить каждому делению барабана монохроматора определенную длину волны. Выбор длин волн, для которых проводят измерения, и, следовательно, интервалы делений барабана зависят от сложности спектра поглощения исследуемого раствора.

Порядок выполнения работы

1.Убедившись, что световой затвор 6 (рис.2) закрыт (этим прекращается доступ света в прибор), включить источник света. Включить освещение шкалы барабана монохроматора с помощью тумблера 1, расположенного на корпусе прибора 4.

2.Установить на барабане 5 монохроматора длину волны, соответствующую 2000 дел., и ввести в световой пучок более толстую кювету. Установить предел измерения микроамперметра по указателю на шунте -1 мкА. Открыв световой затвор, зарегистриро-

вать отсчет по микроамперметру I1.

3.Не меняя установки барабана, ввести в световой пучок более тонкую кювету. Установить предел измерения микроамперметра по указателю на шунте -5 мкА. Открыть затвор и снять отсчет по микроамперметру I2. Далее провести аналогичные измерения, изме-

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

5. Закончив измерения, выключить освещение шкалы микроамперметра и освещение барабана монохроматора. Вывести регулятор интенсивности источника света на минимум и выключить его.

Отчет должен содержать: цель работы, краткую теорию экспериментального метода, схему установки, вывод рабочей формулы, таблицу экспериментальных данных и расчета k.

Построить график зависимости k от для исследованного спектрального интервала, привести примеры расчета k и погрешности коэффициента поглощения для одной из длин волн.

РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Савельев И.В. Курс общей физики. СПб, М.: Лань, 2009. Т.2-3. 10-е изд.

2.Фриш С.Э. Курс общей физики. / Фриш С.Э., Тиморева А.В. СПб, М.: Лань, 2009. Т.2-3. 10-е изд.

3.Яворский Б.М. Справочник по физике / Б.М.Яворский, А.А.Детлаф. М.: ОНИКС, Мир и Образование,2008, 8-е изд.

49

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

50