Определение длин волн спектральных линий

 

Как следует из формулы (1), для определения длины волны каждой спектральной линии необходимо измерить угол падения j₀ и угол дифракции j_k. Согласно рис.2, эти углы можно найти по формуле

                                  ,                                (6)

где — отсчет по лимбу, соответствующий нормали к решетке; — отсчет положения линии в k-м порядке, k = 0, 1, 2, … .

1. Установите зрительную трубу перпендикулярно к плоскости решетки так, чтобы в середине ее поля зрения появилось изображение светлого автоколлимационного креста. Закрепив трубу винтом 11 (см. рис.3), тщательно сфокусируйте светлый крест винтом 6 и произведите точное совмещение вертикальных штрихов и визирного креста — винтом 12. Сделайте отсчет по шкале лимба .

2. Поверните трубу (раскрепив винт 11) в сторону нулевого максимума — в середине ее поля зрения должна появиться белая линия. Тщательно сфокусируйте эту линию винтом 6 и уменьшите ширину входной щели коллиматора — линия должна оказаться достаточно узкой и удобной для измерений. Опять закрепите трубу винтом 11 и винтом тонкой наводки 12 совместите вертикальный штрих визирного креста с серединой линии. Сделайте соответствующий отсчет по шкале лимба .

3. Повторите описанным выше способом, используя винты 11 и 12, отсчеты углов  и  не менее трех раз. В качестве окончательных результатов для этих углов принять средние значения:  и . Сравните разбросы результатов однотипных измерений с приборной погрешностью гониометра  и сделайте вывод о характере погрешности прямых измерений углов.

4. Аналогичную операцию проделайте для наиболее ярких линий (синей, зеленой и двух желтых) во всех четырех порядках, отмечая одновременно для каждой линии ее цвет и порядок спектра k. Соответствующие отсчеты по шкале лимба ( ) запишите в табл.1. В виду большого объёма измерений можно не выполнять повторных измерений углов .

 

Таблица 1

 

k	Цвет	ak	jk	l
k = 0	белый
k = 1	синий зеленый желтый I желтый II
...	...	...	...	...

 

5. С помощью микрометрического винта 1 найдите ширину a входной щели. Для этого снимите показание микрометрического винта 1, отвечающее его положению при проведении измерений (x₁), а затем — отсчет x₂, соответствующий моменту закрытия щели, при котором исчезают спектральные линии. Тогда a = |x₁ – x₂|.

6. Вычислите угол падения пучка света по формуле j₀ = = |<a_n> - <a₀>½ и углы дифракции j_k с учетом правила знаков по формуле (6):

, если

и

, если .

7. Рассчитайте по формуле (1) с учетом правила знаков длину волны каждой линии во всех порядках спектра. Из полученных результатов для каждой линии найдите среднее значение длины волны и оцените погрешность разброса . Сравните погрешность разброса  с погрешностью косвенных измерений. Для оценки погрешности косвенных измерений можно использовать формулу:

,

взяв . Сравните средние значения длин волн линий с табличными значениями (см. атлас линий на лабораторном столе).

8. Вычислите разность длин волн dl двух желтых линий и угловое расстояние  между ними во всех порядках спектра, результаты занесите в табл.2. Постройте график зависимости угловой дисперсии D = dj/dl от порядка спектра k, указав на нем значения периодов решетки и угла падения j₀. Рассчитайте D_Т(k) по формуле (3) и также нанесите на график. Сравните полученные значения с учетом их погрешностей.

 

Таблица 2

 

Порядок k	djk = | akI - akII|, угл. мин	dl, нм	D, угл. мин нм	DT, угл. мин нм
k = 1
k = 2
k = 3

 

В заключение оцените по формулам (4) и (5) разрешающую способность решетки в четвертом порядке спектра.

 

Контрольные вопросы

 

1. Почему в данной работе при расчете оптической разности хода дифрагированных волн не принимается во внимание объектив зрительной трубы?

2. От чего зависят угловая дисперсия и разрешающая способность решетки?

3. Чем определяется число действующих штрихов N дифракционной решетки?

4. Какова роль автоколлимационного устройства в этой работе?

5. Как производится отсчет по шкале лимба гониометра?

6. Почему необходимо проводить фокусировку каждой линии?

 

Р а б о т а 3.4

 

⇐ Предыдущая35363738394041424344Следующая ⇒

Поделиться: