Лабораторная работа №4. «Наблюдение сплошного и линейчатого спектров»

Блажен, кто явственно узрел

Хотя бы скорлупу природы.

И. Гёте

В данной теме предстоит выполнить лабораторный работу, посвященную наблюдению сплошного и линейчатого спектров.

Прежде чем приступить к выполнению лабораторной работы, вспомним, что такое спектр, а также их виды и типы.

Спектр — это совокупность цветовых полос, получающихся при прохождении светового луча через преломляющую среду.

Различают спектры испускания (это спектр, получаемый при разложении света, излученного самосветящимися телами) и спектр поглощения, который получают, пропуская свет от источника со сплошным спектром, через вещество, атомы и молекулы которого находятся в невозбужденном состоянии.

Спектры испускания разделяют на три сильно отличающихся друг от друга типа, которые определяются состоянием светящегося объекта. Это сплошные или непрерывные спектры, которые излучаются раскаленными твердыми и жидкими веществами, а также газами под большим давлением. Линейчатые спектры, которые получают от светящихся атомарных газов. И полосатые спектры, которые излучаются молекулярным газом.

Целью работы является наблюдение сплошного спектра излучения электрической лампы и линейчатых спектров излучения ионизированных газов.

Оборудование: спектроскоп прямого зрения или спектроскоп двухтрубный, набор спектральных трубок, выпрямитель или аккумуляторная батарея напряжением 6 В, прибор для зажигания спектральных трубок, лампа накаливания на подставке, люминесцентная лампа, ключ, реостат, соединительные провода, штатив, набор цветных карандашей, таблицы со спектрами излучения газов, находящихся в спектральных трубках.

Рассмотрим устройство спектроскопа прямого зрения и спектроскопа двухтрубного.

Начнем со спектроскопа прямого зрения. Он состоит из металлической трубки, в которой помещена призма, собирающая линза, закрепленная в подвижном держателе с винтом, коллиматорной щели и крышки с окулярным отверстием. При наблюдении спектров спектроскоп направляют коллиматорной щелью на источник света и смотрят в окулярное отверстие. Резкость изображения спектра регулируют передвижением линзы за головку винта вдоль небольшой прорези в трубке.

Спектроскоп двухтрубный состоит из окуляра, зрительной трубы, объективов, коллиматора, щели и микрометрического винта. При наблюдении спектров щель направляют на источник света и с помощью объективов и окуляра добиваются появления четкого изображения. Вращением винта меняют видимую часть спектра.

Выполнение лабораторной работы.

Для начала укрепите спектроскоп в штативе таким образом, чтобы щель его коллиматора была расположена вертикально. Перед щелью на расстоянии нескольких сантиметров установите электрическую лампочку на подставке так, чтобы ее нить накаливания была на высоте щели, и подключите лампу через реостат к источнику тока.

После этого включите лампу и при полном накале наблюдайте сплошной спектр излучения нити.

Постепенно уменьшая накал нити, наблюдайте ослабление яркости спектра и постепенное исчезновение спектральных цветов, начиная с фиолетового. Зарисуйте цветными карандашами картину спектра, наблюдаемого вами.

После того, как зарисовали спектр лампы накаливания, направьте коллиматор спектроскопа на светящуюся люминесцентную лампу, установленную на столе учителя или висящую на потолке. Рассмотрите ее спектр и зарисуйте его в тетради. Опишите, чем спектр люминесцентной лампы отличается от спектра лампы накаливания.

Теперь перейдем к рассмотрению спектров различных газов. Для этого необходимо вставить трубку с исследуемым газом, например с гелием, в держатель прибора для зажигания спектральных трубок и подключить прибор к источнику напряжения.

Затем зажгите спектральную трубку и рассмотрите в спектроскоп линейчатый спектр излучения гелия. После чего зарисуйте его цветными карандашами и опишите основные цвета в наблюдаемой последовательности.

Повторите наблюдение со спектральной трубкой, наполненной другим газом (например, водородом, неоном, аргоном или криптоном) и зарисуйте его спектр излучения.

После проделанной работы, сравните полученные линейчатые спектры излучения с табличными спектрами соответствующих газов и сделайте вывод.

Ответьте на контрольные вопросы:

1. Какие вещества дают сплошной спектр?

2. Какие вещества дают линейчатый спектр?

3. Объясните, почему отличаются линейчатые спектры различных газов.

4. Почему отверстие коллиматора имеет вид узкой щели? Изменится ли вид наблюдаемого спектра (а если да, то как?), если отверстие сделать, например, в форме треугольника?

Пусть человек не всемогущ, не верен,

Но ум его свободен от оков.

Мы знаем: путь познанья бесконечен,

Но верим: станет разум человечий

Связующим столетий и миров!

Омар Хайям