Описание фотометра ФМ-56

Фотометр (рис. 8.1) состоит из следующих основных узлов: фотометрической головки 13, в которой находятся оптические детали; револьверного диска 14 с одиннадцатью свето­фильтрами 14, номера которых появляются в окошечке диска; штатива 5; предметного столика 10, который может перемещаться при помощи кремальеры 9, плоского зеркала 7 и осветителя 2 с двумя конденсорами.

Рис. 8.1. Общий вид фотометра ФМ-56

Все эти детали смонтированы на массивном круглом основании 10.

В основу устройства прибора положен принцип уравнивания двух световых потоков путем изменения одного из них с помощью диафрагмы с переменным отверстием.

Два параллельных световых пучка А' и В' (рис. 8.2), выходящие из осветителя 2 (рис. 8.1), отразившись от зеркала 7, попадают в прибор через две диафрагмы 6 ', степень раскрытия которых регулируется поворотом барабана 6. Далее световые пучки А' и В' объединяются с помощью объективов 13 и ромбических призм 14 и попадают на бипризму 15, которая сводит два пучка к оси окуляра, причем часть правого пучка, попадая на левую половину бипризмы, создает яркость левой половины поля зрения, а другая часть его, попадающая на правую половину бипризмы, отклоняется в сторону и поглощается внутри прибора. Левый пучок проходит симметрично.

Рис. 8.2. Оптическая схема фотометра ФМ-56

Из бипризмы лучи проходят через один из одиннадцати светофильтров 3, помещенных в револьверном диске 2 (рис. 8.1), и попадают в окуляр 4, а из окуляра через наглазник 5 в глаз наблюдателя. Окуляр 4, служащий для наблюдения поля зрения, имеет кольцо, с помощью которого производится установка на резкость линии раздела поля зрения.

Наблюдатель видит поле зрения в форме круга, разделенного линией на две половины А и В, имеющие в общем случае различную яркость. Яркость правой части поля определяется световым потоком, проходящим через левую диафрагму, а левой – через правую.

Если обе диафрагмы 7 ' одинаково освещены и в одинаковой мере раскрыты, то яркость обеих половин поля зрения будет одинакова. Если при равенстве яркостей обеих половин поля зрения на пути одного светового потока, например A, поместить пластину из какого-либо вещества, поглощающего или отражающего свет, то фотометрическое равенство нарушится, так как поле A' станет менее ярким. Чтобы уравнять поля, необходимо уменьшить яркость поля B, что осуществляется изменением отверстия диафрагмы, через которую проходит световой поток B'.

На измерительных барабанах 6 ' нанесены две шкалы – черная и красная. Черная шкала показывает в процентах отношение площади отверстия диафрагмы S при данном ее раскрытии к площади S₀ при ее максимальном раскрытии. Так как световой поток равномерного пучка света, проходящего через диафрагму, пропорционален площади ее раскрытия, то отношение площадей отверстий диафрагм дает отношение световых потоков А' и В'. Следовательно, показания черной шкалы барабана дают непосредственно коэффициент пропускания Т для данного образца в процентах, т.е. отношение светового потока, прошедшего через данный образец, к световому потоку, падающему на него.

Красная шкала на барабане 6 ' соответствует оптической плотности D образца. Для удобства шкалы барабанов освещаются осветителем и снабжены лупами.

Порядок выполнения задания 8.1

1. Привести фотометр в рабочее положение, для чего:

а) включить через понижающий трансформатор 220/8 В лампу осветителя;

б) осветитель устанавливать так, чтобы световые пучки, направляемые зеркалом снизу, давали бы одинаковую освещенность отверстий фотометра (при этом оба барабана должны стоять на отметках 100, что по черной шкале соответствует полному одинаковому раскрытию диафрагм);

в) ввести зеленый светофильтр под номером 4, поворачивая револьверный диск 2, который расположен в верхней части прибора и затем сфокусировать окуляр 4(с помощью кольца) на линию раздела полей сравнения и наблюдать изображения спирали лампы осветителя, видимые в каждой половине поля зрения. Если изображения не резки, то слегка передвинуть конденсоры осветителя.

Для создания равномерно светящегося фона наблюдений в пазы оправ конденсоров вставить матовые рассеиватели.

2. Левый барабан установить на деление 100 (по черной шкале) и больше не трогать.

3. Исследуемый образец поместить на предметный столик под левой диафрагмой, при этом правая половина поля зрения темнеет. Вращая правый измерительный барабан, добиться равенства яркостей обеих половин зрения и брать отсчет Т прямо по черной шкале правого барабана. Установку правого барабана на равенство яркостей произвести 3–5 раз и из полученных отсчетов взять среднее арифметическое.

4. Измерить коэффициент пропускания трех прозрачных цветных образцов (из синего, красного, зеленого стекла или плексигласа) для различных длин волн. Для этого каждый из исследуемых образцов поместить на столик под левой диафрагмой, включить последовательно светофильтры от № 1 до № 11, поворачивая диск 2 (рис. 8.1), и для каждого светофильтра сделать отсчеты пропускания Т образца (по черной шкале).

5. По формуле (8.6) (без учета потерь на отражение) для трех образцов рассчитать спектральную зависимость показателя поглощения a =a (λ).(Толщины образцов измеряют микрометром.)

6. Результаты измерений занести в табл. 8.1.

Примечание: 1) фильтр пропускает излучение определенной эффективной длины волны (l_эф); 2) область пропускания фильтров от № 1 до № 8 сравнительно узка, эти одиннадцать фильтров делят видимую область спектра примерно на равные участки шириной в 40 нм каждый.

Три светофильтра № 9, 10, 11 обладают более широкой областью пропускания, они делят видимую область спектра на три части: красную, зеленую и синюю.

7. Построить график зависимости коэффициента пропускания от длины волны T=T(l) для синего, красного и зеленого образцов. По оси абсцисс отложить длину волны l, а по оси ординат – найденное значение T(%). Длины волны света, пропускаемые каждым светофильтром, указать в таблице записи результатов.

8. Измерить значения коэффициентов пропускания Т для синих светофильтров различной толщины (d, 2 d и 3 d) при фиксированной длине волны λ₁, последовательно накладывая их друг на друга. Проверить графически выполнение закона Бугера. Из формулы (8.5) следует, что ln(1/T)= ad, таким образом, при a (λ ₁) = const ln(1/T) зависит от d линейно (в чем и нужно убедиться графически).

Таблица 8.1

Номер фильтра	Маркировка фильтра	λэф, нм	Коэффициент пропускания Т, %; показатель поглощения a, см^-1
Образцы
красный	синий	зеленый
Тк	aк	Тс	aс	Тз	aз
	М-72
	М-66
	М-61
	М-57
	М-53
	М-50
	М-47
	М-43
	К-2
	К-4
	К-6

Контрольные вопросы к лабораторной работе 8

1. Как устроены фотометры ФМ-56 и ФОУ: оптические схемы, способ сравнения световых потоков?

2. Что такое коэффициент отражения, поглощения, пропускания?

3. Что называется показателем поглощения, оптической плотностью? Как они связаны?

4. Как формулируется закон Бугера? Как учесть в законе Бугера потери на отражение?

5. Как можно объяснить часто наблюдаемое различие окраски тел в отраженном и проходящем свете?

6. Как рассчитать коэффициенты отражения R и пропускания Т света от плоскопараллельной прозрачной пластинки толщиной d, если коэффициент отражения от этой поверхности равен r, поглощение пренебрежимо мало, угол падения света на пластинку близок к нулю?

Рекомендуемая литература: [5], [10], [11], [14].

Рекомендуемая литература

1. Ахматов С.А., Никитин С.Ю. Физическая оптика. М., 1998.

2. Трофимова Т.И. Курс физики. М., 2008.

3. Иродов И.Е. Волновые процессы. М., 2002.

4. Князев С.И. Физический практикум по оптике: в 4 ч. Шадринск, 1970. Ч. 4.

5. Кортнев А.В., Рублев Ю.В., Куценко А.Н. Практикум по физике. М., 1965.

6. Лабораторные занятия по физике / под ред. Л.Л. Гольдина. М., 1983.

7. Лабораторный практикум по общей физике / под ред. Е.М. Гершензона, Н.Н. Малова. М., 1985.

8. Лабораторный практикум по физике / Под ред. А.С. Ахманова. М., 1980.

9. Ландсбегр Г.С. Оптика. М., 1976.

10. Майсова Н.Н. Практикум по курсу общей физики. М., 1963.

11. Матвеев А.Н. Оптика. М., 1985.

12. Савельев И.В. Курс общей физики: в 3 т. М., 2001. Т. 2.

13. Сивухин Д.В. Общей курс физики: в 4 т. М., 2002. Т. 4.

14. Физический практикум: в 2 т. / под ред. В.И. Ивероновой М., 1968. Т. 2.

15. Богатов Н.М., Добро Л.Ф., Матвеякин М.П., Митина О.Е.. Лабораторный практикум по оптике: в 2 ч. Краснодар, 2004. Ч. 1.

16. Открытая физика. ООО “Физикон”, 2005. 2 CD – ROM / под ред. Козела С.М.

ОГЛАВЛЕНИЕ
	Введение……………………………………………………..
1.	Определение показателей преломления твердых и жидких оптических сред……………………………………
2.	Изучение законов фотоэффекта……………………………
3.	Проверка закона Малюса. Изучение вращения плоскости поляризации…………………………………………………
4.	Изучение зрительной трубы и микроскопа……………….
5.	Определение концентрации раствора поляриметром…….
6.	Изучение явления дифракции……………………………...
7.	Исследование оптических систем…...……………………..
8.	Спектрофотометры ФМ-56,ФОУ. Оптические характеристики стекол……………………………………...
	Рекомендуемая литература…………………………………

Учебное издание

Добро Людмила Федоровна

Богатов Николай Маркович

Митина Ольга Евгеньевна

ОПТИКА

Лабораторный практикум

Часть 1

Подписано в печать 25.06.12. Формат 60×84 1/16.

Печать цифровая. Уч. О – изл.л.5,5. Тираж 500 экз.

Заказ №.

Кубанский государственный университет.

350040 г. Краснодар, ул. Ставропольская, 149.

Издательско-полиграфический центр КубГУ.

350040 г. Краснодар, ул. Ставропольская, 149.

Дата добавления: 2015-06-04