Лабораторная работа N 3.5

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.5
ИЗУЧЕНИЕ ПОГЛОЩЕНИЯ СВЕТА В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ
Цель работы
Изучить закон поглощения света в твердых телах.
2. Исследовать зависимость оптической плотности, коэффициента поглощения и
пропускания от длины волны для однородноокрашенных сред.
Для экспериментального исследования спектров поглощения в работе используется
фотометр ИМ-58, оптическая схема которого показана на рис.14.
Два пучка света, выходящих из осветителя, проходят через отверстия диафрагм, затем с
помощью призм и бипризм сводятся вместе. В поле зрения окуляра образуются два поля с
резкой границей. При этом левое поле образуется правым пучком, правое - левым.
Если диафрагмы в одинаковой мере раскрыты, то яркости полей будут одинаковы.
Изменяя величину отверстия диафрагмы, можно менять яркость каждого поля. Это дает
возможность производить фотометрическое сравнение интенсивностей обоих световых пучков.
Если один пучок имеет меньшую интенсивность (например, из-за поглощения в исследуемом
веществе), то, изменяя отверстия диафрагмы на пути другого пучка, можно уравнять яркость
обоих полей и по величине изменения отверстия определить отношение интенсивностей обоих
пучков. На измерительные барабаны фотометра нанесены две шкалы - черная и красная. Черная
шкала – шкала светопропускания.
На рисунке: 1 – лампа осветителя; 2 – конденсаторы; 3 – исследуемое вещество; 4 –
измерительные барабаны, регулирующие величину отверстия раздвижных диафрагм; 5 –
объективы; 6 – ромбические призмы; 7 – бипризма; 8 – сменные светофильтры; 9 – окуляр.
2
4
5
6
7 8
2
6
3 4
9
Рис. 14
Деления этой шкалы (от 0 до 100) соответствуют площади отверстия диафрагмы.
Например, деление 50 означает, что площадь отверстия составляет 50% максимально
возможной, принятой за 100%. Деление красной шкалы αD связаны с делением черной шкалы
соотношением
aD = lg
100
aτ
Таким образом, если исследуемое вещество помещено в одном пучке, диафрагма которого
полностью открыта (деление 100), и поворотом второго барабана уравнены яркости полей, то
отсчет по первой шкале дает непосредственно пропускание в процентах
τ=
Iν
⋅ 100%
I 0ν
а отсчет по красной шкале - оптическую плотность
I
D = lg 0ν
Iν
Если на пути одного светового пучка поместить исследуемый образец толщиной l, а на
пути другого - образец сравнения, то уравняв фотометрические поля, можно измерить
оптическую плотность D. Коэффициент поглощения в этом случае
kν =
2.3
D
l1 − l
Смена светофильтров производится поворотом револьверного диска. Номера фильтров и
соответствующие им эффективные длины волн света, пропускаемого светофильтром, указаны в
таблице.
Таблица 3.
1
2
3
4
5
5
10
λ, нм
440
490
540
582
597
665
синий
голубой
зеленый
желтый
оранжевый
красный
Погрешность прибора про τ=0÷10 равна 2%, при τ=10÷100 равна 1%.
Задание
1. Включить осветитель. Установить одинаковую яркость двух полей. Левый барабан
установить на деление 100.
2. Ручкой переключателя ввести светофильтр и сфокусировать окуляр на четкое
изображение границы раздела двух полей (установка окуляра, производимая для каждого
светофильтра по необходимости).
3. Образец с исследуемой пленкой поместить в левый пучок. Во второй пучок для
компенсации потерь на отражение поместить прозрачную пленку.
4. Поворотом правого барабана уравнять яркость обоих полей сравнения. Произвести
одновременно измерения τ и D (соответственно по черной и красной шкале правого барабана).
Необходимо сделать несколько (3-4) измерений этих величин и найти их среднее значение.
5. Повторить эти измерения для образцов одинаковой толщины, изменяя длину световой
волны с помощью фильтров (фиолетовый - красный), указанных в таблице.
Если яркость полей не удается уравнять и половина поля зрения, соответствующая пучку,
проходящему через образец, остается темной, то пропускаемость τ= 0.
6. Взять два образца, наложить их друг на друга и поместить в левый пучок. Изменяя
светофильтрами длину волны, определить поглощение в такой системе, цветность такой системы
и длину волны соответствующей наибольшему поглощению. Сделать вывод о наблюдаемом
явлении.
7. Отобрать образцы одинаковой цветности, но с различными толщинами. Измерить τ и D
по пункту 5 и построить график зависимости интенсивности излучения от толщины пленки.
8. По пункту 5 построить графики зависимости τ и D от длины волны и сделать выводы о
поглощении для различных длин волн.
9. По данным D=D(λ) вычислить k=k(λ)для одного фильтра и измерить величину среднего
пробега излучения (для длины волны, соответствующей цвету образца).
Контрольные вопросы
1. Как объяснить воспринимаемые глазом цвета окрашенных объектов?
2. Каковы границы (в длинах волн) цветовой гаммы видимого диапазона спектра?
3. Каков физический смысл коэффициента поглощения света kν?
4. Каковы основные законы поглощения света? Какова связь между оптической
плотностью, пропусканием и коэффициентом поглощения вещества?
Литература (2, 13, 14).