Пойда В.П., Хижковий В.П. Лабораторний практикум з оптики - файл n2.doc

Пойда В.П., Хижковий В.П. Лабораторний практикум з оптики
скачать (1415.5 kb.)
Доступные файлы (2):
n1.docскачать
n2.doc2086kb.26.12.2007 23:46скачать

n2.doc

  1   2   3   4


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ В.Н. КАРАЗІНА

ЛАБОРАТОРНИЙ ПРАКТИКУМ З ОПТИКИ

Частина друга
Харків - 2008

УДК 534.522 (075.8)

ББК 22.343я7

П 41

Рекомендовано Вченою радою фізичного факультету Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна

(протокол № 10 від «21» грудня 2007 р.)
Рецензенти:

доктор фізико-математичних наук, професор, професор кафедри експериментальної фізики Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут» А.І. Беляєва;

кандидат фізико-математичних наук, доцент, доцент кафедри фізики Харківського технічного університету будівництва та архітектури І.Ф. Омеляненко.
Лабораторний практикум з оптики. Частина друга. / Укладачі: В.П Пойда, В.П. Хижковий. - Харків: ХНУ імені В.Н. Каразіна. 2008.- 72с.
У цьому навчально-методичному посібнику наведені методичні інструкції щодо виконання 10 експериментальних лабораторних робіт з оптики, що пропонуються до виконання студентам 2 курсу фізичного та радіофізичного факультетів Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна при проходженні ними занять з фізичного лабораторного практикуму на кафедрі експериментальної фізики, які здійснюються у рамках кредитно-модульної системи навчання. Посібник може бути використаний викладачами з інших вищих навчальних закладів, які проводять лабораторні заняття з фізичного практикуму.


УДК 534.522 (075.8)

ББК 22.343я7

П 41


У

У
У

ХНУ імені В.Н. Каразіна, 2008.

В.П. Пойда, В.П. Хижковий,

укладання, 2008.

А.В. Пойда, макет обкладинки, 2008.



ЗМІСТ


Лабораторна робота №12. ГРАДУЮВАННЯ ПРИЗМОВОГО МОНОХРОМАТОРА УМ-2_________________________________________

4

Лабораторна робота № 16-1. ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТІВ ПРОПУСКАННЯ ТА ОПТИЧНОЇ ГУСТИНИ ВОДНИХ РОЗЧИНІВ ФУКСИНУ ТА ПРОЗОРИХ ТВЕРДИХ ЗРАЗКІВ З ВИКОРИСТАННЯМ УНІВЕРСАЛЬНОГО ФОТОМЕТРА ФМ-56___________________________

11

Лабораторна робота № 16-2. ВИЗНАЧЕННЯ КОНЦЕНТРАЦІЇ РОЗЧИНУ ЗА СТУПЕНЕМ ПОГЛИНАННЯ СВІТЛА З ВИКОРИСТАННЯМ КОНЦЕНТРАЦІЙНОГО КОЛОРИМЕТРА____________________________

17

Лабораторна робота №17. ПОЛЯРИЗАЦІЯ СВІТЛА ПРИ ЙОГО ВІДБИВАННІ НА МЕЖІ ДВОХ ІЗОТРОПНИХ ДІЕЛЕКТРИКІВ__________________________________________________

21

Лабораторна робота № 18. ПОЛЯРИЗАЦІЙНИЙ МІКРОСКОП ТА ЙОГО ЗАСТОСУВАННЯ ДЛЯ ОПТИЧНИХ ВИМІРЮВАНЬ__________________

32

Лабораторна робота №19. ОБЕРТАННЯ ПЛОЩИНИ ПОЛЯРИЗАЦІЇ СВІТЛА КВАРЦОМ_______________________________________________

42

Лабораторна робота № 20. ВИВЧЕННЯ ОБЕРТАННЯ ПЛОЩИНИ ПОЛЯРИЗАЦІЇ СВІТЛА І ВИЗНАЧЕННЯ КОНЦЕНТРАЦІЇ ЦУКРУ У ВОДНОМУ РОЗЧИНІ ЗА ДОПОМОГОЮ ПОЛЯРИМЕТРА_____________

48

Лабораторна робота №21. ВИЗНАЧЕННЯ СТАЛОЇ ВЕРДЕ____________

55

Лабораторна робота №23. ДОСЛІДЖЕННЯ ФОТОЕЛЕКТРОННОГО ПОМНОЖУВАЧА З ОДНОКАСКАДНИМ ПІДСИЛЕННЯМ ФОТОСТРУМУ___________________________________________________

61

Лабораторна робота №25. ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТІВ ПРОПУСКАННЯ І ПОГЛИНАННЯ СВІТЛА, ОПТИЧНИХ ГУСТИН І КОНЦЕНТРАЦІЇ РОЗЧИНІВ МІДНОГО КУПОРОСУ У ВОДІ З ВИКОРИСТАННЯМ ФОТОКОЛОРИМЕТРА КФК-2___________________

66

ЛІТЕРАТУРА____________________________________________________

71

Лабораторна робота №12
ГРАДУЮВАННЯ ПРИЗМОВОГО МОНОХРОМАТОРА УМ-2
Мета лабораторної роботи: ознайомлення з будовою та принципом роботи призмового монохроматора УМ-2; побудова градуювального графіка монохроматора та визначення його лінійної дисперсії та роздільної здатності.
Основні теоретичні відомості. Метод та експериментальна установка
Існують різні способи монохроматизації світла, тобто виділення з спектра випромінювання джерела світла електромагнітних хвиль, які характеризуються певним інтервалом довжин хвиль. Методи, які використовують для одержання монохроматичного світла, ґрунтуються на явищах взаємодії світла з речовиною (селективне поглинання, дисперсія) або на властивостях поширення світла в оптично неоднорідних середовищах (інтерференція, дифракція).

У даній роботі одержання монохроматичного світла здійснюється з використанням явища дисперсії світла – залежності фазової швидкості світла (показника заломлення середовища) від довжини хвилі.

На межі двох середовищ з різними показниками заломлення світлові хвилі, які мають різні довжини хвиль, заломлюються по-різному. Якщо із сукупності світлових хвиль зуміти виділити хвилі певного напрямку, то буде здійснена монохроматизація. Цей принцип лежить в основі роботи спектрального приладу – призмового монохроматора, який просторово розділяє хвилі різних довжин хвиль.

Рис.1.
Універсальний монохроматор (рис.1) складається з коліматора 8, корпуса 7, призми 4, призмового столика 5 з поворотним механізмом (закриті кожухом), вихідної труби 3.

Коліматор 8 складається з щілини 9 і об’єктива. Щілина розташована в фокальній площині лінзи, яка знаходиться всередині корпуса коліматора. Ширина розкриття вхідної щілини регулюється обертанням барабанчика 10.

Оскільки фокусна відстань об’єктива для кожної хвилі змінюється, то передбачена можливість фокусування об’єктива. Переміщення об’єктива здійснюється обертанням маховичка 12. Положення об’єктива коліматора визначається за міліметровою шкалою і ноніусом у вікні 6.

У трубі коліматора між щілиною і об’єктивом розміщена «шторка», за допомогою якої можна припиняти попадання світла у прилад. Керування шторкою здійснюють за допомогою ручки 11. На ручці є написи «Откр», «Закр».

Призма 4 встановлена на призмовому столику 5, який обертається за допомогою мікрометричного гвинта поворотного механізму. На барабані довжин хвиль поворотного механізму 13 нанесені відносні поділки – градуси. Відлік знімають проти індексу, який ковзає по спіральній канавці.

Вихідна труба 3 з щілиною 2 збирає промені світла, які пройшли через диспергуючу призму 4. Щілину 2 можна розглядати через мікроскоп.

Патрубок зі щілиною можна замінити патрубком зорової труби зі змінними окулярами.

У фокальній площині окуляра зорової труби є вказівник, який освітлюється лампочкою через змінні світлофільтри. Для регулювання освітлення вказівника на приладі встановлено реостат 14 з тумблером 15. Спектральна лінія, підведена до вказівника, повинна попадати у вихідну щілину коліматора, встановленого замість зорової труби.

Корпус приладу 7 з поворотним столиком 5 і поворотним механізмом закріплений на двох оптичних рейках 1.

У якості джерел світла використовуються ртутна та неонова лампи, робота яких забезпечується пультом живлення.

Рис.2.

Принцип дії приладу полягає у такому. Пучок світла від джерела 9 (рис.2) проходить через вхідну щілину 6 і падає на об’єктив коліматора 5. Після об’єктива промені виходять паралельним пучком і падають на диспергуючу призму 4, яка повертає їх на кут 90 і розкладає у спектр. На шляху пучка світла поміщують вхідну трубу монохроматора, яка складається з об’єктива 3 і щілини 2. Повертаючи призмовий столик на різні кути відносно падаючого пучка світла, одержують у вхідній щілині світло з різною довжиною хвилі, яке проходить через призму при мінімальному відхиленні.

Вхідна і вихідна щілини закриті захисними скляними пластинками 8 і 1. Поворотна призма 7 використовується для одночасного одержання спектрів від двох джерел.

Для проектування джерела світла на вхідну щілину монохроматора на рейки приладу поміщують ахроматичний конденсор і на вхідну щілину надівають насадку з лінзою. Джерело світла рекомендується встановлювати на відстані від площини щілини, а конденсор на відстані від вхідної щілини. Ширину вхідної щілини встановлюють обертанням барабана 10. Прийнято, щоб вона була малою (знаходилась у межах за шкалою мікрометричного гвинта). Для спостереження найбільш слабких ліній у крайній фіолетовій області щілину треба дещо розширювати до ()мм. За допомогою фігурної діафрагми, яка всовується у прорізь вхідної щілини, встановлюють висоту щілини .

Перед початком роботи з приладом перш за все треба перевірити збереження його заводського градуювання. Зазвичай це здійснюють за деякими спектральними лініями, дані про довжини хвиль яких і поділки Z барабана 13, які їм відповідають, наведені в атестаті монохроматора. Найчастіше для цього використовують яскраву жовту лінію спектра неону з , проектуючи зображення неонової лампочки, яка світиться, на вхідну щілину 9 (рис.1), ширина якої встановлюється рівною . Якщо центр цієї лінії не точно збігається з центром вказівника окуляра зорової труби, то вказівник зміщують гвинтом, розташованим справа від окуляра, попередньо відпустивши зафарбований у червоний колір гвинт (внизу), який фіксує вибране положення вказівника. Для вказаної лінії неону поділка .

Основними характеристиками спектрального апарата є кутова і лінійна дисперсія. Кутова дисперсія залежить лише від характеристик диспергуючого елемента апарата. Лінійна дисперсія визначається, крім того, ще й геометричними умовами фокусування спектра.

Кутова дисперсія визначається як відношення різниць кутів відхилення двох спектрально близьких монохроматичних пучків до різниці їх довжин хвиль . Значить, кутову дисперсію можна визначити за формулою

. (1)

Якщо кутовій відстані відповідає відстань у площині зображення об'єктива зорової труби приладу, то лінійна дисперсія

. (2).

Лінійна дисперсія виражається у міліметрах на нанометр ().

Дисперсія спектральних апаратів має різне значення у різних ділянках спектра. Тому кутова і лінійна відстані між спектральними лініями, які відрізняються на одну і ту ж величину будуть також різними у різних ділянках спектра.

Роздільна здатність монохроматора, яка характеризує можливість використання цього приладу для роздільного спостереження оком спектральних ліній, які мають близькі значення довжин хвиль, визначається за формулою

. (3)

На практиці роздільну здатність R призми монохроматора визначають за даними про її кутову дисперсію та ширину діючого отвору призми В, яка для монохроматора дорівнює . Оскільки відстань між двома спектральними лініями, які відрізняються довжиною хвилі на дорівнює , а при малих кутах ця відстань зв’язана з кутом  рівністю , де F фокусна відстань об’єктива зорової труби (для монохроматора ), тобто . Таким чином, роздільну здатність монохроматора УМ – 2 можна визначити за формулою

. (4)

Рис.3.
Порядок виконання вимірювань та обробки їх результатів
Завдання №1. Градуювання монохроматора УМ-2
Градуювання монохроматора у даній лабораторній роботі здійснюють за лініями спектра пари ртуті, використовуючи для цього світло ртутної лампи. Схема стандартного призматичного спектра пари ртуті представлена на рис.3. Таблиця №1 містить заводські дані щодо відповідності відліків за шкалами коліматора та градуювального барабана монохроматора деяким довжинам хвиль спектра пари ртуті та неону. Позначкою «+» відмічені найбільш яскраві лінії.

Таблиця №1

Довжина хвилі ?, нм

Колір лінії

Відлік за шкалою

Коліматора

Барабана довжин хвиль

Hg

+690,7

червоний

10,0

2883

Ne

+585,2

жовтий

10,0

2478

Hg

+577,0

жовтий

10,0

2435

Hg

+546,1

зелений

10,0

225330

Hg

+491,6

блакитний

10,0

183330

Hg

+435,8

синій

9,5

1169

Hg

+404,7

фіолетовий

9,5

616




  1. Ознайомтесь з досліджуваним монохроматором. Здійсніть під керівництвом, або за безпосередньої участі інженера практикуму підготовку монохроматора до проведення вимірювань. Для цього, перш за все, треба поставити шторку за допомогою ручки 11 у положення «Откр». Тумблерами, розташованими на корпусі пристрою живлення, увімкніть ртутну лампу. Тумблером 15 увімкніть підсвічування вказівника, розташованого в окулярі. Орієнтуючись на дані, наведені у таблиці №1, виставте на шкалі барабана 13 поділку, яка приблизно відповідає довжинам хвиль фіолетової ділянки спектра пари ртуті. Через окуляр здійсніть попереднє спостереження спектральних ліній. Обертанням маховичка 12 здійсніть фокусування спектральних ліній. Спостерігаючи в окуляр мікроскопа вихідну щілину монохроматора, треба вивести на неї обертанням барабана 13 початок фіолетової частини спектра. Обертаючи градуювальний барабан 13, здійсніть попереднє спостереження видимого спектра випромінювання пари ртуті, рухаючись за шкалою довжин хвиль від фіолетової до червоної частини. Зіставте цей спектр зі стандартним, представленим на рис.3.

  2. Порядок проведення вимірювань для отримання даних, які необхідні для побудови градуювальної кривої монохроматора є таким. Обертаючи барабан 13 у всьому інтервалі його ходу підведіть до вказівника окулярної шкали мікроскопа першу спектральну лінію з фіолетової частини спектра пари ртуті, сумістіть її центр з вістрям (вертикальною лінією) вказівника і здійсніть відлік за шкалою градуювального барабана. Око краще помічає слабкі лінії у русі, тому при спостережені слабких ліній треба трохи повертати барабан в обидві сторони від середнього положення. Дані про відомі довжини хвиль, які відповідають деяким характерним відповідним спектральним лініям пари ртуті слід брати зі схеми стандартного спектра (рис.3). Аналогічні вимірювання треба провести для усіх інших ліній спектра пари ртуті, які дослідник бачить у окулярі і, перш за все, для усіх тих інтенсивних спектральних ліній, які відмічені на стандартному спектрі (див. рис.3) хрестиками. Нумерування ліній здійснюють у напрямку зростання їх довжини хвилі, тобто від фіолетової до червоної ділянки спектра. Підводити кожну спектральну лінію до центра щілини при здійсненні відліку за шкалою барабана треба тільки з однієї сторони, з тим, щоб уникнути похибки за рахунок люфту барабана. При здійсненні градуювання основну увагу треба звертати на відсутність паралаксу між освітленою стрілкою вказівника і зображенням спектральної лінії. Це буде мати місце лише у тому випадку, коли зображення спектра точно лежить у площині вказівника. Для того, щоб пересвідчитись у відсутності паралаксу треба вибрати яку-небудь тонку, але не дуже яскраву спектральну лінію і, встановивши її точно за стрілкою вказівника, злегка змістити око вправо і вліво від центра окуляра. При правильному фокусуванні центр лінії не повинен зміщуватись по відношенню до стрілки. Крім того, треба перевірити повторюваність показів приладу при його установці на ту чи іншу спектральну лінію. З цією метою треба послідовно кілька разів здійснити відлік за якою-небудь тонкою, але не дуже яскравою лінією. Відхилення послідовно здійснених відліків не повинні перевищувати 0,5 поділки барабана.

При нечіткій видимості спектральних ліній у фіолетовій і у червоній частинах спектра треба здійснити фокусування об’єктива коліматора гвинтом 12.

Дані, отримані у ході вимірювань, занесіть у таблицю №2. Порівняйте їх з даними таблиці №1. Якщо дані щодо довжин хвиль деяких із спектральних ліній, що досліджені, відсутні, то відповідну позицію у другому стовпці таблиці №2 залишають не заповненою. У подальшому ці невідомі значення довжин хвиль треба буде визначити із градуювальної кривої монохроматора і занести у таблицю №2.

Таблиця №2

№ лінії

Довжина хвилі , нм

Колір лінії, її інтенсивність

Відлік за шкалою барабана довжин хвиль, Nбар.
















  1. Виміряйте відстань між спектральними лініями, які відмічені на стандартному спектрі (див. рис.3) квадратними дужками. Для цього треба почергово виводити шляхом обертання градуювального барабана 13 досліджувані лінії у поле зору мікроскопа так, щоб кожна з них знаходилась симетрично відносно вертикальної лінії окуляра. Далі, зменшуючи ширину вхідної щілини мікрометричним барабаном 10, треба підводити краї щілини до досліджуваних спектральних ліній. Тоді показання барабана вхідної щілини будуть відповідати лінійній відстані між лініями, виміряної у міліметрах. Кожне з вимірювань треба провести не менше ніж три рази. Результати вимірювань занесіть у таблицю №3.

  2. Побудуйте градуювальну криву монохроматора . Використовуючи градуювальну криву, за відповідними значеннями відліків за шкалою градуювального барабана визначте довжини хвиль невідомих спектральних ліній і занесіть їх у таблицю №2, відзначивши, що вони визначені графічним способом. Для цього поряд із значенням довжини хвилі треба записати позначку (гр).

  3. Розрахуйте за формулою (2) лінійну дисперсію монохроматора для усіх досліджених ділянок спектра. Результати розрахунків занесіть у таблицю №3. Побудуйте дисперсійну криву .

  4. Розрахуйте за формулою (3) для усіх ділянок довжин хвиль, у яких визначалась лінійна дисперсія, роздільну здатність призми монохроматора. Результати розрахунків занесіть у таблицю №3. Побудуйте криву роздільної здатності .

Таблиця №3

Довжина хвилі , нм

Відмінність довжин хвиль

Відстань між лініями

Лінійна дисперсія

Роздільна здатність R

404,7

407,8




1-

2-

3-

l =







434,7

435,8




1-

2-

3-

l =







577,0

579,0




1-

2-

3-

l =







612,3

623,2




1-

2-

3-

l =







671,6

690,7




1-

2-

3-

l =








Питання для самоконтролю


  1. Що називають лінійною дисперсією монохроматора?

  2. Що називають роздільною здатністю монохроматора?

  3. Охарактеризуйте принцип дії монохроматора, користуючись схемою, наведеною на рис.2.


Література: [1,30,31]

Лабораторна робота № 16-1
ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТІВ ПРОПУСКАННЯ ТА ОПТИЧНОЇ ГУСТИНИ ВОДНИХ РОЗЧИНІВ ФУКСИНУ ТА ПРОЗОРИХ ТВЕРДИХ ЗРАЗКІВ З ВИКОРИСТАННЯМ УНІВЕРСАЛЬНОГО ФОТОМЕТРА ФМ – 56
Мета лабораторної роботи: ознайомлення з методикою визначення коефіцієнтів пропускання та оптичної густини водних розчинів, а також набуття навичок роботи з універсальним фотометром .
Основні теоретичні відомості
Як відомо, світло, проходячи через середовище повністю, або частково поглинається. Поглинання світла пов’язане з перетворенням у речовині енергії електромагнітного випромінювання в інші види енергії.

У загальному випадку при падінні на тіло електромагнітного випромінювання, його потік частково відбивається , частково поглинається тілом , частково проходить наскрізь .

Очевидно, що

.

Поділивши обидві частини цієї рівності на , дістанемо:

,

де , , – відповідно коефіцієнти відбиття, поглинання і пропускання. Кожний з цих коефіцієнтів є функцією довжини хвилі. Їх вимірюють за допомогою фотометричних та спектрофотометричних приладів.

Встановлено, що поглинання світла речовиною здійснюється у вигляді смуги поглинання з максимальним значенням у діапазоні частот, які близькі до власної частоти коливань диполів речовини. Оскільки більшість речовин має складну будову, то існує не одна власна частота коливань диполів, а набір таких частот. Тому на кривій поглинання може бути кілька смуг. Спектр пропускання являє собою залежність коефіцієнта пропускання від частоти (довжини хвилі).
Метод та експериментальна установка
Для експериментального визначення коефіцієнтів пропускання використовують універсальні фотометри. Принцип дії фотометра полягає у порівнянні двох світлових потоків.

Два світлових пучки І і ІІ (рис.1) потрапляють у прилад через діафрагми 2, відкриття яких регулюється вимірювальними барабанами 1. Далі світлові пучки за допомогою системи лінз, ромбічних призм 3 об’єднуються і надходять у біпризму 4. Біпризма зводить обидва пучки до окуляра 5. Попередньо пучки проходять через світлофільтр 6 (у приладі є 11 різних світлофільтрів).


Рис.1.
Конструкція окуляра така, що спостерігач бачить поле зору у вигляді круга, розділеного на дві половини; їх яскравість в загальному випадку неоднакова. Яскравість лівої частини кола визначається світловим потоком, що проходить через праву діафрагму, а правої частини – потоком, що проходить через ліву діафрагму При однаковому розкритті та освітленості діафрагм яскравість обох половин поля зору буде однаковою.

Яскравістю світної поверхні в деякому напрямі називається величина, яка дорівнює відношенню сили світла I в цьому напрямі до площі S проекції світної поверхні на площину, перпендикулярну до даного напряму, тобто:

. (1)

Якщо на шляху одного світлового пучка, наприклад I, помістити зразок речовини, яка частково поглинає або відбиває світло, поле стане менш яскравим. Для вимірювання яскравостей полів потрібно зменшити інтенсивність випромінювання пучка II шляхом зменшення відкриття відповідної діафрагми. На вимірювальних барабанах нанесено дві шкали – чорну і червону. Поділки чорної шкали (у відсотках) показують відношення площі отвору діафрагми S при даному її розкритті до площі при її максимальному розкритті. Оскільки потік випромінювання, яке пропускається діафрагмою, пропорційний площі розкриття діафрагми, то відношення дає відношення потоку, який пройшов через діафрагму при отворі , до потоку що проходить через діафрагму при її повторному розкритті.

Отже, покази чорної шкали барабану відповідають коефіцієнтам пропускання (у відсотках) для прозорих тіл, якщо відбиттям можна знехтувати, або коефіцієнтам відбиття для непрозорих тіл.

Червона шкала на вимірювальних барабанах є шкалою оптичних густин D. Як відомо, оптичною густиною речовини D називається логарифм величини, оберненої до коефіцієнта пропускання:

. (2)

Між оптичною густиною D і товщиною d прозорої речовини, яку проходить світловий пучок, існує зв’язок. Згідно з законом Бугера:

, (3)

де і I – інтенсивність потоку випромінювання до і після проходження через шар речовини товщиною d;  – лінійний (натуральний) коефіцієнт поглинання, залежить від довжини хвилі, хімічної природи і стану поглинаючої речовини. Оскільки , а , то і . Звідси

, (4)

і

. (5)

Універсальний фотометр (рис.2) складається з таких основних частин: фотометричної головки 5; револьверного диска 6 з одинадцятьма світлофільтрами (їх номери з’являються у вікні диска при його повертанні); штатива 9; предметного столика 11, який переміщається вгору і вниз за допомогою кремальєри 12; плоского дзеркала 2 і освітлювача 4 з двома конденсорами 3. На фотометричній головці закріплено окуляр 7 з кільцем 8, яке дає змогу встановлювати на чіткість лінію поділу поля зору. Вимірювальні барабани 10 закріплені з боків фотометричної головки.

Рис.2.
Фотометр розміщено на масивній круглій основі 1. Для вимірювань з кольоровими зразками фотометр має набір з 11 абсорбційних світлофільтрів. Вісім з них поділяють видиму область спектра на ділянки завширшки в середньому . Для трьох останніх смуги пропускання більш широкі; вони поділяють видиму область на три підобласті: червону, зелену і синю. Світлофільтри характеризуються ефективною довжиною хвилі , яка відповідає максимуму коефіцієнта пропускання. Значення наведено у таблиці №1.

Таблиця №1

№ фільтра

Маркування

Ефективна довжина хвилі , нм

Ширина смуги пропускання, нм

1

М-72

726

65

2

М-66

665

65

3

М-61

619

40

4

М-57

574

35

5

М-53

533

35

6

М -50

496

40

7

М-47

455

45

8

М-43

432

55

9

М-2

633

85

10

К-4

550

50

11

К-6

471

110


Як уже зазначалось, в основу будови і роботи приладу покладено принцип урівнювання двох світлових потоків шляхом зміни одного з них за допомогою діафрагми зі змінним отвором. Два паралельних світлових пучки, які виходять із освітлювача, відбившись від дзеркала попадають в окуляр, пройшовши дві діафрагми фотометричної головки. Ступінь розкриття діафрагм регулюється поворотом барабанів 10, які мають червону та чорну шкали. Пучок світла від лівого конденсора освітлює праву половину поля зору в окулярі, а від правого – ліву половину. На шляху світлових пучків у разі потреби розміщуються світлофільтри, номери яких видно у прорізі револьверного диска.

У окулярі спостерігач бачить поле зору у вигляді круга, який розділений лінією на дві половини. За умови, що обидві діафрагми однаково розкриті і освітлені, яскравість обох половин зору буде також однаковою. Якщо на шляху одного світлового потоку розташувати речовину, яка частково поглинає світло, то фотометрична рівновага буде порушена. Одна половина поля зору стане темнішою. Для того, щоб урівняти яскравість полів зору, треба зменшити яскравість поля зору того пучка світла, куди не внесена речовина, яка частково поглинає світло. Це здійснюють завдяки зміни отвору діафрагми шляхом обертання одного з барабанів.


Завдання та методики експерименту


  1. Підготуйте фотометр до роботи. Для цього: а) ввімкніть освітлювач; б) встановіть його так, щоб світлові пучки, які відбиваються від дзеркала, давали однакове освітлення отворів фотометра (при цьому обидва барабани стоять на поділці «100» за чорною шкалою, що відповідає повному розкриттю діафрагми); в) обертаючи револьверний диск введіть зелений світлофільтр №5, тобто поставте його на шляху світлових променів, а потім сфокусуйте окуляр за допомогою кільця 8 на лінію поділу полів порівняння і розгляньте зображення спіралі лампи освітлювача в обох половинах поля зору (якщо зображення не чітке, то чіткості зображення досягають повертанням освітлювача, пересуванням його конденсора, обертанням плоского дзеркала); г) для створення рівномірної освітленості полів порівняння в пази оправ конденсорів встановіть матові розсіювачі; після цього виведіть світлофільтр №5.

Примітка. Підготовка фотометра до роботи здійснюється студентом під керівництвом інженера, який обслуговує оптичний практикум, або інженером особисто.
Методика визначення спектра поглинання водних розчинів речовин


  1. Водний розчин досліджуваної речовини (наприклад фуксину) налийте у циліндричну кювету, висотою , і заповнивши її, закрийте кришкою. У другу кювету налийте дистильовану воду. Обертаючи револьверний диск поставте на шляху променів світлофільтр №1. Обидва барабани встановіть на відлік «нуль» (за червоною шкалою). У правий пучок світла помістіть кювету із досліджуваним водним розчином фуксину, а у ліву – кювету з розчинником (дистильованою водою). Далі увімкніть освітлювач і обертанням лівого барабана досягніть однакової освітленості обох половин поля зору. Здійсніть відлік коефіцієнта пропускання за чорною шкалою та оптичної густини за червоною шкалою лівого барабана. Аналогічним способом проведіть вимірювання коефіцієнтів поглинання та оптичної густини водного розчину фуксину, послідовно використовуючи світлофільтри №2-11. Після цього поміняйте кювети місцями. Лівий барабан встановіть на нуль, а обертанням правого барабану знову урівняйте яскравість обох половин поля зору. Здійсніть відлік коефіцієнта пропускання за чорною шкалою та оптичної густини за червоною шкалою правого барабана. Розрахуйте

(6)

та

. (7)

  1. Підставте середнє значення оптичної густини у формулу (5) і визначте коефіцієнт поглинання .

  2. За методикою, описаною у пункті 1, проведіть дослідження, направлені на одержання спектра поглинання водного розчину фуксину товщиною d2 = 1 мм.

  3. Результати вимірювань і розрахунків зобразіть у вигляді графіків залежностей, так званих, кривих поглинання і пропускання .


Методика вимірювання коефіцієнта пропускання прозорого зразка
1.Виміряйте штангенциркулем товщину досліджуваного зразка з прозорого матеріалу. Правий барабан встановіть по чорній шкалі на поділку «100» (при цьому діафрагма, зв’язана з правим барабаном, буде повністю відкритою). Обертаючи револьверний диск поставте на шляху променів світлофільтр № 1. Увімкніть освітлювач. Досліджуваний зразок покладіть на предметний столик під лівою діафрагмою. При цьому права половина поля зору потемніє. Обертаючи правий барабан, досягніть однакової яскравості обох половин поля зору і зробіть відлік за чорною шкалою барабана, який відповідає коефіцієнту пропускання та визначте оптичну густину D за червоною шкалою
  1   2   3   4


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации