Спостереження суцільного та лінійчастого. Фізика: Дисперсія

Лабораторна робота №5 (решеба, відповіді) з фізики 11 клас - Спостереження суцільного та лінійного спектрів

3. Замалюйте кольоровими олівцями кілька спектрів, що ви спостерігаєте.

4. Направте спектроскоп на люмінесцентну лампу, що світиться, встановлену на демонстраційному столі, і розгляньте її спектр. Замалюйте спектр, що спостерігається.

Опишіть, чим діапазон люмінесцентної лампи відрізняється від діапазону лампи розжарювання.

Лампа розжарювання дає суцільний спектр, а люмінесцентна лампа дає лінійний спектр.

5. Вставте трубку з гелієм 1 у тримач 2 приладу для запалювання спектральної трубки підключіть прилад до джерела напруги 3. Засвітіть спектральну трубку і розгляньте в спектроскоп 4 лінійний спектр випромінювання гелію. Замалюйте спектр випромінювання даного газу і запишіть основні кольори в послідовності, що спостерігається.

Фіолетовий, зелений, оранжевий, червоний.

6. Повторіть спостереження зі спектральною трубкою, заповненою іншим газом. Замалюйте спектр випромінювання даного газу і запишіть основні кольори в послідовності, що спостерігається.

Водень: фіолетовий, зелений, червоний.
Неон: фіолетовий, зелений, оранжевий, червоний.

7. Порівняйте отримані лінійчасті спектри випромінювання з табличними спектрами випромінювання відповідних газів. Зробіть висновки.

Спектри практично не вирізняються. Єдина відмінність – фіолетовий колір переливається з блакитним.

Відповіді на контрольні питання

1. Які речовини дають суцільний спектр?

Нагріті тіла, що знаходяться в твердому та рідкому стані, гази при високому тиску та плазма.

2. Які речовини дають лінійний спектр?

Ті речовини, у яких слабка взаємодія між молекулами, наприклад, досить розряджені гази. Також лінійний спектр дають речовини в газоподібному атомному стані.

3. Поясніть, чому відрізняються лінійні спектри різних газів.

При нагріванні частина молекул газу розпадаються на атоми, випромінюються кванти з різними значеннями енергії, від чого залежить колір.

4. Чому отвір коліматора спектроскопа має форму вузької щілини? Чи зміниться вид спектру, що спостерігається, якщо отвір зробити у формі трикутника?

Отвір має форму вузької щілини для створення картинки. Якщо отвір зробити трикутним, то лінійний спектр стане трикутним та розмитим.

Висновки: суцільні спектри дають тіла у твердому чи рідкому стані, а також сильностиснені гази. Лінійчасті спектри дають речовини в атомарному газоподібному стані.

«Спектр випромінювання» – значення методу спектрального аналізу. 3, 5 – водень. Актуалізація знань. Електролюмінесценція - збудження за рахунок енергії заряджених частинок, що розганяються в електричному полі. Лампи світлового світла. Спектри випромінювання: 1 суцільний, 2 натрію, 3 водню, 4 гелію. Фотолюмінесценція – збудження рахунок зовнішнього випромінювання: Роботи С.И.Вавилова (1891–1951).

«Спектр» - Дослідження спектрів випромінювання та поглинання дозволяє встановити якісний склад речовини. Приклади лінійних спектрів. Спектри випромінювання. ФРАУНГОФЕР (Fraunhofer) Йозеф (1787-1826), німецький фізик. Тому кожний хімічний елемент має свій спектр. Постулати Бора. Спектральний аналіз. Удосконалив виготовлення лінз, дифракційних ґрат.

«Види спектрів» - Види спектрів: Гелій. Прилад визначення хімічного складу сплаву металів. Натрій. 1. Безперервний діапазон. 3. Смугастий спектр. Визначення складу речовини за спектром. Спектральний аналіз. Спостереження суцільного та лінійчастого спектрів. Лабораторна робота. 4. Спектри поглинання. Водень. 2. Лінійчастий діапазон.

«Спектральний аналіз фізика» – Головне поле діяльності Вуда – фізична оптика. Лінійчасті спектри дають усі речовини в газоподібному атомарному стані. Ізольовані атоми випромінюють строго певні довжини хвиль. Загадка Роберта Вуда. Слайд підготовлений учнем Якушевим А. (11 кл.). Спектральний аналіз. Застосування спектрального аналізу.

ДИСПЕРСІЯ. СПОСТЕРЕЖЕННЯ СПЕКТРІВ.

Мета роботи:

Ознайомиться з призначенням, характеристиками та пристроєм монохроматора. Зробити його градуювання. Застосувати градуювання монохроматора для визначення довжин хвиль джерел світла.

1. Теоретична частина та експериментальна установка

Основною характеристикою хвиль є довжина хвилі lяка пов'язана з частотою хвилі nта швидкістю хвилі зспіввідношенням: .

Довжина електромагнітних хвиль лежить у межах: від значень порядку 1000 м(радіохвилі) до 10-10 см(Гама-випромінювання). Світло- це електромагнітні хвилі з довжиною хвилі від » 400 нмдо » 800 нм.Колір світла (суб'єктивне сприйняття об'єктивної фізичної характеристики світла – частоти воли) визначається частотою електромагнітної хвилі. Для червоного світла lкр » 800нм, зеленого lз» 550 нм, фіолетового lф» 400 нм.

Світлові хвилі строго визначеної довжини хвилі називаються монохроматичними (Одноколірними). Змішані у певній пропорції світлові хвилі різних довжин хвиль дають біле світло (колір). Жоден із джерел світла це не дає суворо монохроматичного світла, тобто. хвилю строго однієї довжини хвилі.

У вакуумі світлові хвилі з різною довжиною хвилі розповсюджуються з однаковою швидкістю з= 300 000 км/с. Але в будь-якій речовині (середовищі) швидкість світла менша, ніж у вакуумі. В результаті цього спостерігається явище заломлення світла при переході світла з одного середовища до іншого.

Абсолютний показник заломлення середовища nпоказує у скільки разів швидкість світла у вакуумі більша ніж у даному середовищі.

Крім того, швидкість світла в середовищі залежить від його довжини хвилі. v = f(l). Це явище називається дисперсією.

Дисперсія призводить до того, що показники заломлення світла різних довжин хвиль різні. Наприклад, для води n кр(червоний світло) = 1,331 , n ф(фіолетове світло) = 1,344 .

Явище дисперсії можна спостерігати за допомогою призми (рис. 1), в якій світлові промені переломлюються двічі на передній та задній поверхні призми. За допомогою призми світло розкладається в спектр.

Вигляд спектрів від різних джерел світла дуже різноманітний.

Спектри випромінюванняможна розділити на три типи:

· Безперервні(або суцільні) спектри дають тіла, що світяться, що знаходяться в твердому або рідкому стані, а також щільні гази. У суцільному діапазоні немає розривів, що означає присутність у випромінюванні світла різних довжин хвиль. Суцільні спектри дають, наприклад, лампи розжарювання.

· ЛінійчастіСпектри дають всі речовини в газоподібному атомарному (але не молекулярному) стані. Такі спектри – це «частокіл» кольорових ліній різної яскравості, розділених темними проміжками. Для спостереження лінійчастих спектрів використовують світіння газів або пар речовин у полум'ї або електричній дузі, а також газовий розряд у трубці, наповненій досліджуваним газом або парою при низькому тиску.

· СмугастіСпектри складається з окремих смуг, розділених темними проміжками. Смуги утворюються шляхом накладання великої кількості близько розташованих ліній. Смугасті спектри створюються не атомами, а молекулами, і спостерігаються у твердих та рідких зразках.

Якщо пропускати біле світло крізь холодний газ, рідину, розчин, тверде прозоре тіло, то на тлі безперервного спектру джерела спостерігаються темні лінії або смуги. Такі спектри називаються спектрами поглинання (абсорбції).

Спектри несуть величезну інформацію про джерела. Вивчення спектрів дозволяє визначити температуру тіла, його хімічний склад, характер руху джерела, енергетичні характеристики атомів і молекул і т.д.

Монохроматор– це один із видів спектральних приладів, призначений для розкладання випромінювання у спектр з метою подальшого визначення фізичної природи джерела цього випромінювання. Для цього спектр має бути «розтягнутим» настільки, щоб у ньому не перекривалися вузькі ділянки (лінії) спектру. Кількість, положення та відносні інтенсивності цих ліній суворо індивідуальні та характерні для кожної речовини.

У цій роботі вивчається монохроматор УМ2 (універсальний монохроматор, модель 2), призначений для спектральних досліджень видимого та, частково, інфрачервоного та ультрафіолетового випромінювання. Розкладання світла тут складає основі явища дисперсії. Диспергувальним елементом у ньому є скляна призма Аббе.

Оптична схема монохроматора показано на рис. 2. Тут: 1 – досліджуване джерело світла; 2 – конденсорна лінза, призначена для збільшення яскравості освітлення щілини. Ширина вхідної щілини 3 регулюється мікрометричним гвинтом 4. Об'єктив 5 формує паралельний пучок світла і спрямовує його на передню грань призми. Точне налаштування (переміщення) цього об'єктиву проводиться за допомогою мікрометричного гвинта 6. Призма Аббе 7 встановлена ​​на столику 9, який приводиться в обертання барабаном 8. За допомогою об'єктива 10 зорової труби зображення вхідної щілини монохроматора формується поблизу фокальної площини окуляра 12. поміщений візир 11 - вістря голки. Це дозволяє при візуальному спостереженні через окуляр одночасно бачити різкі зображення вхідної щілини (вертикальні смужки світла) та візира. Коли столик 9, на якому укріплена призма 7, барабаном 8 повертається відносно вертикальної осі, спектр також повертається, переміщуючись горизонтально, і поле зору

окуляра потрапляють різні ділянки діапазону.

2. Експериментальна частина

Завдання 1. Підготовка монохроматора до роботи

1. Огляньте монохроматор, перевірте відповідність комплекту встановлення малюнку на планшеті, що додається до приладу. Прочитайте інформаційні таблички, що є на приладах. Користуючись малюнком на планшеті, з'ясуйте призначення вузлів та ручок керування монохроматором. Розгляньте блок живлення, ртутну та неонову лампи.

2. На блоці живлення увімкніть перемикач "Мережа". На підставі монохроматора розташовані тумблери включення освітлення шкал та окулярного візира.

3. У полі зору окуляра спостерігається окулярний покажчик - візир 11, вертикальне вістря голки. Обертаючи обичайку окуляра, зробіть візир максимально різким. Повертаючи диск зі світлофільтрами нагорі окуляра, можна змінювати колір підсвічування візира. Слід використовувати колір, найближчий до кольору ділянки спектра, що спостерігається. Інтенсивність підсвічування візира підбирається регулятором, розташованим поруч із вимикачем.

4. Вивчіть шкалу відлікового барабана. Поділу на барабані нанесено у градусних одиницях j° (2 ° / Справ).Переконайтеся, що при проходженні всього барабана відліковий прапорець з ризиком не сходить з направляючої канавки барабана (при обертанні барабана прапорець бажано притримувати пальцем). Відлік поділів ведеться за спеціальним ризиком із точкою на прапорці.

5. Встановіть на рейку ртутну лампу впритул до вхідної щілини монохроматора. Живлення лампи здійснюється від спеціального блоку.

Увага! Ртутна лампа поряд із видимим світлом випромінює ультрафіолет, шкідливий для очей. Щоб уникнути опіків сітківки ока, лампа поміщена в непрозорий футляр з віконцем, спрямованим у бік щілини монохроматора.

6. Розкрийте вхідну щілину на досить велику ширину (ручка мікрометричного гвинта 4). Поставте ручку затвора в положення "Відкр.".

7. Наблизивши око до окуляра монохроматора, обертанням барабана 8 пройдіть спочатку весь спектр будь-якому напрямку. У полі зору повинні спостерігатися вертикальні смуги від червоного до фіолетового кольору.

8. Повертаючи барабан 8, знайдіть у спектрі та встановіть у поле зору окуляра яскраву подвійну жовту лінію. Поступово зменшуючи ширину щілини та користуючись ручкою фокусування 6, досягайте, щоб лінії стали максимально контрастними – тонкими та яскравими. «Жовтий дублет» ртуті має чітко відрізнятися.

9. Під час перегляду всього спектра ртуті по краях барабана повинен залишатися певний запас поділу.

Завдання 2. Градуювання монохроматора

Ціль: Градуювання будь-якого вимірювального приладу - це встановлення однозначної відповідності між значеннями фізичної величини, що спостерігається, і показаннями приладу. Зокрема, при градуюванні монохроматора необхідно встановити залежність між довжинами хвиль ліній, що спостерігаються в добре вивчених (еталонних) спектрах і показаннями барабана 8: l= f(j) . Ця залежність має бути відображена у вигляді градуювального графіка. Надалі градувальний графік може бути використаний для визначення довжин хвиль у невідомих спектрах.

Градуювання виконується за лінійчастимспектрів газів, довжини хвиль спектральних ліній яких відомі. У цій роботі монохроматор градуюється за спектрами парів ртуті та інертного газу неону.

У таблиці 1 наведено номер, колір, довжини хвиль для всіх ліній у спектрі ртуті в діапазоні видимого світла від 400 нмдо 710 нм. Цей спектр випромінюється у низьковольтному дуговому розряді однозарядними іонами ртуті.

Для отримання повного спектру ртуті необхідно добре налаштувати прилад і використовувати якісну ртутно-кварцову лампу. У студентській лабораторії вдається спостерігати найбільш яскраві лінії цього спектру (у таблиці виділено жирним шрифтом, яскравість ліній дана у спеціальних одиницях).

Зазвичай добре спостерігається одна з помаранчевих ліній, дві близько розташовані жовті лінії (дублет), одна яскрава зелена, синьо-зелена (блакитна) та синя яскрава. Червоні лінії спектру та фіолетову ( 405 нм), незважаючи на відносну яскравість останньої, спостерігати візуально складно, тому що їхні кольори лежать на межах колірного сприйняття людського ока. Але при досить хорошому налаштуванні приладу їх все ж таки вдається спостерігати. Потрібно розуміти, що колір – характеристика досить суб'єктивна і те, що один спостерігач назве червоним (або синім), інший може назвати помаранчевим (або фіолетовим).

Таблиця 1

1. Починаючи з фіолетового кінця спектру, обертаючи барабан «на себе», поставте навпроти візира першу лінію спектру, що спостерігається.

2. У таблицю 1 звіту занесіть значення довжини хвилі лінії та відлік барабану.

3. Продовжуйте градуювання. Ототожніть найбільш характерні лінії: яскраву синю, дуже яскраву зелену, одну з жовтого дублету тощо. Можливо, вдасться спостерігати крайню фіолетову та одну з червоних ліній.

5. Після завершення вимірювання ртутного спектру вимкніть ртутну лампу. Її повторне включення можливе не раніше як за 5-10 хвилин.

6. Замініть ртутну лампу на неонову, живлення якої здійснюється напругою

7. Природно, градуювальні криві, побудовані за спектром ртуті та за спектром неону, на кордоні повинні плавно сполучатися.

8. Побудуйте на міліметровому папері градуювальний графік, як показано на рис. 4, відкладаючи по горизонтальній осі поділу j по цимбалах , а по вертикальній осі – довжину хвилі l. (Ще краще, якщо побудова градуювального графіка ведеться одночасно з вимірами та заповненням таблиці 1 звіту. Тоді буде відразу видно, що якась точка не лягає на плавну криву, і її слід «переміряти»). Кутова координата jпо осі абсцис (рис. 5) відкладається у порядку спадання. Це зроблено для того, щоб точки на графіці відповідали розташуванню ліній спектра в поле зору монохроматора труби. Спочатку побудови графіка точки наносяться акуратно гостро відточеним олівцем. Якщо виникає розкид точок, то слід перевіряти ще раз ототожнення ліній на цій ділянці. Після уточнення точки слід зазначити чіткіше. У точок, що відповідають найбільш яскравим лініям, вкажіть довжину хвилі. З'єднайте точки кривою лінією. Графік повинен бути гладкою монотонною кривою, що проходить через кожну виміряну точку.

Завдання 3. Спостереження суцільного спектра випромінювання та спектрів поглинання

1. Джерелом суцільного спектра є лампа розжарювання. Встановіть освітлювач із лампою розжарювання на рейку монохроматора та поспостерігайте суцільний спектр лампи.

2. Для спостереження спектрів поглинання у цій роботі використовуються інтерференційні фільтри, що пропускають світло у дуже вузькому інтервалі довжин хвиль. Вставте один із фільтрів у тримач, укріплений на монохроматорі. Виміряйте довжину хвилі середини смуги пропускання фільтра.

3. Порівняйте отримане значення із зазначеним на фільтрі та зробіть висновок про точність вимірювань.

Завдання 4. Вимірювання довжини хвилі випромінювання лазера

Визначте довжину хвилі випромінювання виданого досвіду лазера.

Завдання 5 . Дослідження невідомого спектру

(виконується за завданням викладача)

1. За допомогою градуювальної кривої, побудованої для даного спектрального апарату у даних умовахможна визначати довжину хвилі ліній у спектрі будь-якого невідомого випромінювання. У цій роботі досліджується спектр газу, отриманий в розряді, що тліє.

2. Встановіть трубку з газом на рейку приладу впритул до щілини. Підключіть її до джерела живлення. Відрегулюйте положення лампи так, щоб лінії спектру були максимально яскравими.

3. Для кожної спектральної лінії виміряйте кутову координату jза шкалою вимірювального барабана. За градуювальним графіком для кожної лінії за значеннями кута jвизначається довжина хвилі l(Таблиця 3 звіту).

4. Отримана таблиця може бути звірена зі значеннями, взятими із спектральних таблиць.

5. Описані вище операції складають основу методу ідентифікації речовини за його спектром - так званого «якісного» спектрального аналізу.

Звіт з лабораторної роботи № 1

Дисперсія. Спостереження спектрів

виконаною студент курсу, група

…………………………………………………………………………………

« …… » …………… 200 р.

Завдання 2.Градуювання монохроматора УМ2

Таблиця 1

Лабораторна робота №5

Мета роботи:за допомогою необхідного обладнання спостерігати (експериментально) суцільний спектр, неоновий, гелієвий чи водневий.

Обладнання:Проекційний апарат, спектральні трубки з воднем, неоном або гелієм, високовольтний індуктор, джерело живлення, штатив, сполучні дроти, скляна пластина зі скошеними гранями.

Висновок по виконаній роботі: 1. Безперервний діапазон.Направивши погляд через пластину на зображення розсувної щілини проекційного апарату, ми спостерігали основні кольори отриманого суцільного спектру в наступному порядку: Фіолетовий, синій, блакитний, зелений, жовтий, помаранчевий, червоний.

Цей спектр безперервний. Це означає, що у спектрі представлені хвилі всіх довжин. Отже, ми з'ясували, що (як показує досвід) суцільні спектри дають тіла, що у твердому чи рідкому стані, і навіть сильностиснені гази. 2. Водневий та гелієвий.Кожен із цих спектрів – це частокіл кольорових ліній, розділених широкими темними смугами. Наявність лінійчастого спектру означає, що речовина випромінює світло лише цілком певної довжини хвилі. Водневий: фіолетовий, блакитний, зелений, червоний. Гелія: блакитний, зелений, жовтий, червоний. Таким чином, ми довели, що лінійчасті спектри дають усі речовини в атомарному газоподібному стані. І тут світло випромінюють атоми, які мало взаємодіють друг з одним. Це найбільш фундаментальний тип спектрів. Ізольовані атоми випромінюють строго певні довжини хвиль.

Відповіді на контрольні питання

1. Які речовини дають суцільний спектр?

Нагріті тіла, що знаходяться в твердому та рідкому стані, гази при високому тиску та плазма.

2. Які речовини дають лінійний спектр?

Ті речовини, у яких слабка взаємодія між молекулами, наприклад, досить розряджені гази. Також лінійний спектр дають речовини в газоподібному атомному стані.

3. Поясніть, чому відрізняються лінійні спектри різних газів.

При нагріванні частина молекул газу розпадаються на атоми, випромінюються кванти з різними значеннями енергії, від чого залежить колір.

4. Чому отвір коліматора спектроскопа має форму вузької щілини? Чи зміниться вид спектру, що спостерігається, якщо отвір зробити у формі трикутника?

Отвір має форму вузької щілини для створення картинки. Якщо отвір зробити трикутним, то лінійний спектр стане трикутним та розмитим.

Висновки:суцільні спектри дають тіла у твердому чи рідкому стані, і навіть сильностиснені гази. Лінійчасті спектри дають речовини в атомарному газоподібному стані.

СПОСТЕРЕЖЕННЯ СУСПІЛЬНОГО І ЛІНІЙЧАТОГО СПЕКТРІВ Лабораторна робота з фізики 11 клас

ДЕННЕ СВІТЛО Ми бачимо основні кольори отриманого суцільного спектру в наступному порядку: фіолетовий, синій, блакитний, зелений, жовтий, помаранчевий, червоний. Цей спектр безперервний. Це означає, що у спектрі представлені хвилі всіх довжин. Таким чином, ми з'ясували, що суцільні спектри дають тіла, що знаходяться в твердому або рідкому стані, а також стислі гази.

ВОДОРОД Ми бачимо багато кольорових ліній, розділених широкими темними смугами. Наявність лінійчастого спектру означає, що речовина випромінює світло лише цілком певної довжини хвилі. Водневий спектр: фіолетовий, блакитний, зелений, помаранчевий. Найбільш яскравою є помаранчева лінія спектру.

ВИСНОВОК На основі нашого досвіду, ми можемо зробити висновок, що лінійчасті спектри дають всі речовини в газоподібному стані. І тут світло випромінюють атоми, які мало взаємодіють друг з одним. Ізольовані атоми випромінюють строго певні довжини хвиль.