Визначення довжини світлової хвилі. Спостереження неперервного і лінійчатого спектрів речовини

Автор Чернецький Ігор
Завідувач відділу створення навчально-тематичних систем знань НЦ «Мала академія наук України», кандидат педагогічних наук, голова Всеукраїнської громадської організації «Асоціація учителів фізики “Шлях освіти – ХХІ”». Наукові інтереси: моделювання освітніх та навчальних середовищ загальноосвітніх і позашкільних навчальних закладів з урахуванням трендів розвитку сучасних засобів навчання.

Теоретична частина

Рис. 1. Зовнішній вигляд вікна програми Tracker

Неперервний спектр – це спектр, у якому монохроматичні складові заповнюють без розривів усі інтервали хвиль. Характерними джерелами неперервного спектру є розігріті до високої температури тіла. У неперервному спектрі виділяють сім основних кольорів: червоний, оранжевий, жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий. У цій роботі пропонується визначити усереднену довжину хвилі світла, що відповідає кожному із цих кольорів.

Джерелом лінійчатих спектрів випромінювання є світні гази та розігріті до високої температури прості елементи. Відповідно і в неперервному спектрі, і в лінійчатих є розподіл інтенсивності випромінювання. Дослідження лінійчатого спектру пропонується провести у плані побудови графічної залежності інтенсивності випромінювання від довжини світлової хвилі. Цю залежність можна автоматично отримати за допомогою інструментів програми для обробки відеозаписів. Установка для отримання зображень спектрів є технологічно складною, тому в роботі пропонується використати готові зображення, які можна завантажити за посиланням: http://physlets.org/tracker/download/spectroscopy_videos.zip На кожному зображенні наявні опорні калібрувальні плями від квантових генераторів, що працюють на частотах 543,5 нм і 632,8 нм.

Хід роботи

Частина 1. Отримання світлин  

1. Завантажте готові світлини з ресурсу http://physlets.org/tracker/download/spectroscopy_videos.zip. 

Частина 2. Опрацювання світлин 

2. Оберіть світлину із зображенням неперервного спектру та завантажте її у програму Tracker. Завантаження здійснюється з використанням кнопки Open у верхньому меню програми.

3. Оберіть у верхній стрічці кнопку Show, hide or create calibration tools  та в меню – New → Calibration Points. На екрані з’явиться зображення системи координат; у верхній стрічці програма запропонує, утримуючи клавішу Shift, обрати на зображенні першу калібрувальну точку. Оберіть у верхній стрічці в поличці назви координат X only. У верхній частині меню оберіть Coordinate System – Units. У поличці одиниць довжини введіть nm та закрийте вікно. Утримуючи клавішу Shift, позначте першу еталонну точку від квантового генератора на спектрі і другу точку. У верхній стрічці введіть значення довжин хвиль у nm для обох точок (543,5 nm, 632,8 nm). Оберіть повторно кнопку Show, hide or create calibration tools . Калібрувальні точки зникнуть, але програма запам’ятає їхнє положення.
4. Для маркування положення кольорів оберіть у верхньому меню кнопку Create і у меню – Point Mass.
5. У лівому кутку з’явиться вікно Track Control.
6. Натисніть клавішу Shift. Курсор набуде вигляду невеликої рамки. Сумістіть цю рамку з найвиразнішою частиною відповідного кольору і натисніть ліву кнопку маніпулятора. На зображенні з’явиться маркер точки, і програма автоматично перейде на наступний кадр. Для однієї світлини програмою передбачено виконання 8 кроків.
7. Повторіть дії до останнього кольору, дозволеного програмою. При цьому ви можете коригувати положення маркерів перетягуванням їх по екрану.

Рис. 2. Зовнішній вигляд вікна програми Tracker після відзначення положення кольорових смуг у спектрі

Аналіз даних

1. Перейдіть у табличне поле екрану, в колонці з координатою x зчитайте по черзі значення довжин хвиль та перенесіть до таблиці.
2. Завантажте світлину з лінійчатим спектром випромінювання, обравши її із запропонованого набору.
3. Для отримання розподілу інтенсивності за довжинами хвиль оберіть у верхньому меню кнопку Create і у меню – Line Profile. Утримуючи клавішу Shift, проведіть лінію по всьому спектру.
4. У графічному вікні з’явиться графік розподілу.

4. Оберіть у верхньому меню View → Data Tool (Analyze…).
5. З’явиться нове вікно Data Tool з графіком і таблицею.

Рис. 3. Вигляд вікна Data Tool з розподілом інтенсивності

7. Повторіть останні кроки для інших спектрів.
8. Сформулюйте висновок до роботи.

Таблиця результатів