I уровень. Теоретические сведения

§ Дисперсия света – зависимость абсолютного показателя преломления вещества от частоты света. Вследствие дисперсии света узкий пучок белого света, проходя сквозь призму из стекла или другого прозрачного вещества, разлагается в дисперсионный спектр, образуя радужную полоску.

§ Спектр оптический – распределение по частотам (или длинам волн) интенсивности оптического излучения некоторого тела (спектр испускания) или интенсивности поглощения света при его прохождении через вещество (спектр поглощения). Различают спектры: линейчатые, состоящие из отдельных спектральных линий; полосатые, состоящие из групп (полос) близких спектральных линий; сплошные, соответствующие излучению или поглощению света в широком интервале частот.

§

§ Сплошной спектр.

§ Линейчатые спектры.

§

Спектр ртути (Hg)

Спектр гелия (He)

Спектр водорода (H)

Спектр неона (Ne)

Спектр аргона (Ar)

Спектр криптона (Kr)

§ Спектроскоп. Для наблюдения спектров пользуются спектроскопом. Наиболее распространенный призматический спект­роскоп состоит из двух труб, между которыми помещают трех­гранную призму. В трубе , называемой коллима­тором, имеется узкая щель, ширину которой можно регулиро­вать поворотом винта. Перед щелью помещается источник света, спектр которого необходимо исследовать. Щель располагается в фокальной плоскости линзы коллиматора, и поэтому световые лучи из коллиматора выходят в виде параллельного пучка. Пройдя через призму, световые лучи направляются в трубу , через которую наблюдают спектр.»

Расчет– «Тема: «Определение моментов инерции твердых тел с помощью крутильного маятника».

Расчетные формулы

1. Определение момента инерции твердого тела методом крутильных колебаний.

Как уже было сказано, крутильный маятник состоит из рамки, подвешенной на натянутой стальной нити и жестко закрепленного в ней твердого тела – рис 4,5. Период колебаний крутильного маятника равен

,

где I_n – момент инерции маятника относительно n = 1,2; D – постоянная момента упругих сил стальной нити.

Момент инерции маятника равен сумме момента инерции I₀ рамки и момента инерции исследуемого тела I_т

.

Если колеблется свободная рамка без тела, то её период колебаний:

. (3)

Таким образом, период колебаний крутильного маятника:

(4)

Если момент инерции рамки I₀ известен, то решая совместно уравнения (3) и (4), получаем формулу для экспериментального определения моментов инерции исследуемых тел (рис. 6) методом крутильных колебаний:

(5)

Период колебаний маятника для различных вариантов эксперимента определяется по формуле

, (6)

где N – число колебаний; t_ср – время N колебаний.

2. Расчет момента инерции твердого тела согласно формуле (1) .

Момент инерции сплошного цилиндра относительно оси n определяется согласно выражению , где (рис. ): ρ – плотность цилиндра. Таким образом, момент инерции сплошного цилиндра относительно оси 1:

Рис. 4

. (7) »

Компьютерное моделирование, расчет.

Тема: «Масс-спектрометрический метод определения удельного заряда частиц»

СХЕМА РАБОТЫ МАСС СПЕКТРОМЕТРА (рис.3). Проба исследуемого вещества подается в вакуумную камеру через входное отверстие. Сразу за входным отверстием поступающий газ ионизируется пучком электронов, идущих с анода ионизатора. Далее ионизированный газ проходит через мощное постоянное магнитное поле, которое отклоняет траектории движения ионизированных частиц газа. Ионы с более высоким отношением массы к заряду отклонятся на меньший угол вследствие своей большей инертности при одинаковой величине воздействия. В итоге газ разделяется на потоки по критерию величины отношения массы к заряду, то есть по химическому составу. Величины этих потоков регистрируются на коллекторах ионов на приемной поверхности вакуумной камеры. По показаниям счетчиков определяют процентное соотношение того или иного компонента.

Рис.3. Схема работы масс-спектрометра.

Модель масс-спектрометра для проведения компьютерных исследований показана на рис. 5.

МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ:

1. Подведите маркер мыши к движку регулятора величины магнитной индукции, нажмите левую кнопку мыши и, удерживая ее в нажатом состоянии, двигайте движок, установив числовое значение В, указанное для таблиц 1- 4.

2. Аналогичным образом, зацепив мышью движок регулятора скорости, установите минимальное значение 1000 м/с.

3. Нажмите мышью кнопку «Изотопы С¹²-С¹⁴»

4. Нажмите мышью кнопку «Старт» и синхронно секундомер. Проследите за движением двух изотопов в магнитном поле модельного масс-спектрометра и по секундомеру определите время t этого движения.

5. Запишите в таблице значения радиусов окружностей, по которым двигались эти изотопы (они показаны красным и синим цветом в правом углу окна) и время движения изотопов в вакуумной камере масс-спектрометра.

6. Последовательно увеличивая скорость частиц на 1000 м/с, проделайте п.п. 4-5 ещё 9 раз и заполните таблицу 1.

7. Нажмите мышью кнопку «Изотопы Ne²⁰-Ne²² », проведите измерения п.п. 4-6. Заполните таблицу 2.

8. Проведите аналогичные измерения с изотопами урана. Заполните таблицу 3

9. Проведите измерения согласно п.п. 4-5 для неизвестного химического элемента. Проведите расчеты и заполните таблицу 4.

10. Определите молярную массу изотопов неизвестного элемента по формуле

,

где q/m – удельный заряд, рассчитанный по формуле (4); q = 1,6·10^-19 Кл; N_А = 6,02·10²³ моль^-1 – число Авогадро.

11. По молярной массе μ в таблице Менделеева найдите химический элемент Х. Запишите химические формулы изотопов Х₁ и Х₂ в таблице 4.

Таблицы 1. Результаты измерений и расчётов

В = 5 мТл

и т.д. »

Практическое задание.

При изучении методов научного познания привести примеры их применения в процессе проведения методических, научных и научно-методических мероприятий.