Материал: О-11 2012

Рис.2

ОПИСАНИЕ СПЕКТРОМЕТРА–ГОНИОМЕТРА

1. Коллиматорная трубка

2Окулярная трубка

3Призменный столик

4Призма из оптического стекла в призмодержателе

5Дисковая шкала с делениями

6Верньерная шкала

7Увеличительные стекла

8Щель

9Винт регулировки ширины щели

10Винт точной юстировки коллиматора

12Фиксирующий винт дисковой шкалы

13Винт регулировки положения призмы

14Регулировочный винт окулярной трубки

6

15Винт регулировки высоты коллиматорной трубки

16Винт регулировки высоты окулярной трубки

17Точки крепления коллиматорной и окулярной трубки

18Винт тонкой настройки положения окулярной трубки и Верньерной шкалы

19Оправа для дифракционной решетки

20Треножное основание

Спектрометр-гониометр состоит из следующих основных компонентов: коллиматорной трубки (1), окулярной трубки (2), столика (3) и дисковой шкалы (5). Коллиматорная трубка жестко укреплена на основании, в то время как дисковая шкала, столик и окулярная трубка могут поворачиваться независимо вокруг оси основания.

Коллиматорная трубка, как упоминалось выше, жестко прикреплена к основанию и имеет щель на свободном конце, то есть который обращен в сторону, противоположную призменному столику. Ширина и высота щели может регулироваться при помощи винта регулировки ширины щели (9) и подвижной заслонки. Ослабив регулировочный винт коллиматора (10), можно передвигать трубку, на которой установлена щель, вдоль коллиматорной трубки, изменяя длину коллиматора. Линза установлена на другом конце коллиматорной трубки (фокусное расстояние коллиматорной линзы ƒ= 160 мм). Расстояние между линзой и щелью можно регулировать относительно фокусного расстояния коллиматорной линзы.

Горизонтальное положение столика (3) можно регулировать при помощи регулировочных винтов (13).Дифракционная решетка , которая идет в комплекте с прибором, должна помещаться на столике в оправе (19). Столик фиксируется в определенном положении, при помощи юстировочного винта. Как и коллиматорная трубка, окулярная трубка имеет три точки крепления. При установке трубок необходимо, чтобы боковые точки крепления (17) вошли в углубления на стенках трубок.

Окулярная трубка установлена на консоли, которая вращается вокруг оси основания и может фиксироваться в определенных положениях при помощи бокового регулировочного винта. С другого конца трубки, направленного к призменному столику, находится линза с фокусным расстоянием f = 160 мм, а на другом конце регулируемое смотровое окошко со встроенной шкалой с делениями 0-100 (11). После фиксации окулярной трубки в надлежащем положении, можно выполнять тонкую регулировку окулярной трубки при помощи юстировочного винта (18).

Верньер, предназначенный для измерений угла на дисковой шкале с точностью до минуты, крепится на окулярной трубке (6). .Цена деления малой шкалы (нониуса) равна 1' (одной минуте, или 1/60 = 0,0166°; 0,5° = 30').

Увеличительное стекло (7) облегчает чтение данных измерений.

7

Диск (5) отградуирован от 0° до 360° и может вращаться вокруг оси основания прибора. Он может быть зафиксирован в любом положении при помощи стопорного винта (12).

Чтобы обеспечить точность измерений при помощи спектрометрагониометра, необходимо выполнить юстировку прибора при строгом соблюдении всех необходимых инструкций. Щель и шкала смотрового стекла должны находиться в фокальных плоскостях соответствующих линз (обеспечивающих телескопический ход луча).

Коллиматор - металлическая труба, с одной стороны которой установлен объектив, с другой имеется щель, расположенная в фокальной плоскости объектива и обращенная к источнику света. Ширина щели регулируется при помощи микрометрического винта, коллиматорная и зрительная трубы центрированы, поэтому лучи света от источника света собираются в фокальной плоскости объектива зрительной трубы. В фокальной плоскости объектива зрительной трубы расположена вертикальная нить (иногда крест нитей). Смотря глазом в окуляр зрительной трубы, мы видим одновременно нить и изображение щели.

Рис.3 Спектр ртути.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Включить ртутную газоразрядную лампу, поместить её перед щелью коллиматора и убедиться, смотря в зрительную трубу, что щель коллиматора открыта и четко видна. Совместить визирную нить зрительной трубы с серединой щели, взять отсчет по лимбу и нониусу гониометра.

2.Поместить дифракционную решетку на призменный столик (3)

так, чтобы луч света от коллиматорной трубки падал на решетку по нормали к ней.

3.Перемещая зрительную трубу влево от центрального максимума (от белой полосы в центре) совместить визирную нить последовательно с серединами фиолетовой, голубой, зеленой и желтой части спектра 1-го порядка (k=1), далее еще сместить трубу вправо и сделать то жe самое с такими же частями спектра 2-го порядка (k=2). Каждый раз при совме-

8

щении визирной линии с серединой какой-либо линии дифракционного спектра записывать отсчет по лимбу гониометра. Цена деления малой шкалы (нониуса) равна 1' (одной минуте, или 1/60 = 0,0166°; 0,5° = 30').Записать углы в таблицу 1.

4. Сделать те же самые измерения, перемещая зрительную трубу вправо от центрального максимума. Записать углы в таблицу 1.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

1.По данным таблицы 1 найти среднее значение углов дифракции для фиолетовой, голубой, зеленой и желтой частей спектров 1-го, 2-го и 3-го порядков. Значение постоянной дифракционной решетки d дано на самой решетке.

2.Вычислить по формуле (1) длины волн этих участков спектра

1-го порядка, сделать тоже самое для спектра 2-го и 3-го порядка. Найти их средние значения.

3. Найти угловую дисперсию дифракционной решетки. Для этого из таблицы 1 взять углы дифракции для двух участков спектра (например, желтой и зеленой) одного порядка (например, для k=1) рассчитать

желт.. зел.

Найти разность длин волн желт. зел.

9

Определить угловую дисперсию по формуле 2.

4. Рассчитать угловую дисперсию дифракционной решетки по формуле 3, взяв за угол , угол дифракции какой-либо линии, например зеленой. Сравнить полученный результат с угловой дисперсией, найденной по формуле 2.

5. Подсчитать погрешности измерения для какой-либо длины вол-

ны.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.В чем заключается явление дифракции?

2.Что представляет собою прозрачная дифракционная решетка?

3.Как образуются дифракционные спектры при падении на решетку монохроматического света? Белого света?

4.Напишите уравнение, по которому будете рассчитывать длины волн линий спектра, полученного с помощью дифракционной решетки.

5.Что называется угловой дисперсией дифракционной решетки? Как её рассчитать?

6.Чему равен максимальный угол дифракции?

ЛИТЕРАТУРА

1.Ландсберг Г.С, Оптика. - М.: Наука, 1976. -926с.

2.Матвеев А.Н. Оптика.М: Высшая школа, 1985

10