ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРОВ ИЗЛУЧЕНИЯ И ПОГЛОЩЕНИЯ
Содержание работы заключается в исследовании спектров излучения различных источников: газонаполненных трубок, светоизлучающего диода, спектра поглощения жидкостей.
Приборы и принадлежности: спектрометр, мультиметр, кювета, вода, суспензия мела, раствор чая.
Литература:
1. Савельев И.В. Курс общей физики. В 5 кн. Кн. 4, 5. – М.: Астрель. АСТ. 2002.
2. Заварыкина Л.Н., Королёв М.Ю. Волновая оптика. Учебное пособие. – М.: МПГУ, 2003. – Выпуск 3. Глава 3.
1. Королев М.Ю. Основы квантовой физики. Учебное пособие. – М.: МПГУ, 2004. – Выпуск 4. Глава 2.
2. Журавлёва Н.И., Королёва Л.В. Волновая и квантовая оптика. Учебное пособие. – М.: МПГУ, 1986, тема 2.
ВВЕДЕНИЕ
Существует три основных типа спектров: сплошной, линейчатый и полосатый.
Верхний спектр – сплошной; нижний – полосатый; средние – линейчатые.
Диод дает сплошной спектр излучения, по спектральному составу напоминающий естественные источники света (солнечный свет, лампа накаливания и т.п.).
Известно, что глаз человека воспринимает лишь узкую часть спектра в интервале от 400 до 700 нм, так как именно она несет для человека жизненно важную информацию. Граничащие с этой частью излучения (инфракрасное (ИИ) и ультрафиолетовое (УФ)) являются вредными, поэтому глаз имеет механизмы защиты от них.
Глаз устроен так, что перед наиболее чувствительной его частью – глазным дном, расположены две жидкостные среды – хрусталик и стекловидное тело с показателями преломления 
и 
соответственно. Одной из функций этих сред является предотвращение повышения температуры глазного дна, то есть защита от инфракрасного излучения (ИИ).
Способность различать цвета у человека в процессе жизни изменяется. Способность к цветоразличению появляется примерно к двум годам и до 25 лет наблюдается ее рост, а вот к 65 годам чувствительность к свету существенно падает. Причиной этого является изменение оптических характеристик глаза. Одной из таких характеристик является прозрачность хрусталика.
Исследуем последствия изменения нормального функционирования хрусталика глаза, вследствие заболевания катарактой. Катаракта (от греч. katarrháktes – водопад), помутнение хрусталика глаза, препятствующее прохождению лучей света в глаз и приводящее к снижению остроты зрения.
При заболевании катарактой происходит не только помутнение хрусталика, но одновременно и его пожелтение (в пожилом возрасте он может иметь почти коричневый оттенок).
Слева – репродукция с картины художника Богданова «Ждёт».
Справа – копия этой репродукции, выполненная художником с цветовой слепотой на красный цвет
ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ
Для анализа спектра используется спектрограф, показанный на фото ниже. Ручка изменения значения длины волны, служит фактически для поворота дифракционной решетки, что позволяет оставлять в поле зрения нужный участок спектра. Прибор имеет заводскую калибровку, поэтому становится возможным сразу же считывать значения длины волны излучения, попадающего на детектор.
Ход лучей внутри спектрографа показан на фото ниже
Значения напряжения, считываемые на дисплее мультиметра, пропорциональны интенсивности излучения источника, падающего на фотодетектор.
Вращая ручку, изменения значения длины волны, можно получить зависимость от значений напряжения на фотодетекторе.
ЗАДАНИЯ, ИЗМЕРЕНИЯ, ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
Задание 1. Получение спектров излучения.
Снимите зависимость интенсивности излучения диода от его частоты. Постройте графики зависимости 
(каждый случай на отдельном листе миллиметровой бумаги).
Указание. Показания снимайте в интервале от 400 до 760 нм с шагом 20 нм. Перед измерениями установите предел мультиметра – 20 V DC.
Задание 2. Исследование сплошного спектра излучения.
На пути света установите кювету с водой. Снимите зависимость . Полученную зависимость постройте на том же графике, что и спектр диода.
Задание 3. Исследование спектра излучения, попадающего на сетчатку глаза, имеющего патологию.
Поместите на пути света жидкость, подкрашенную в желтоватый цвет (например, чаем). Снимем зависимость .
Проведите аналогичный эксперимент, налив в кювету мутную жидкость (суспензию молока). Для этого добавьте сначала одну каплю молока в воду, а затем постепенно увеличивайте его концентрацию (каждый раз снимайте зависимость ).
Задание 4. Обработка результатов задания 3.
1. Используя график из задания 2, определите значения интенсивностей U0 в вольтахдля трех максимумов (красный 650 нм, зеленый 550 нм, синий 450 нм). Занесите их в таблицу.
2. Определите интенсивности U1, U2, U3 для тех же максимумов из графиков зависимостей, полученных в задании 3, и занесите в следующие строки той же таблицы.
3. Заполните для каждой длины волны второй столбец таблицы. Для этого примите за 100% значение из п. 2. Для расчета значений в следующих строках найдите отношение интенсивности к значению соответствующему 100%: 
.
4. Заполните для каждой длины волны третий столбец таблицы, рассчитав значения уровней RGB в относительных единицах. Для этого необходимо из 
.
Таблица
| Длина волны, нм | ||||||||||
| 450 нм | 550 нм | 650 нм | ||||||||
| В | % | Ед. | В | % | Ед. | В | % | Ед. | ||
| U0 | ||||||||||
| U1 | ||||||||||
| U2 | ||||||||||
| U3 |
Задание 5. Исследование изображения методами компьютерного моделирования.
1. Загрузите в графический редактор любое понравившееся вам цветное изображение.
2. Откройте панель RGB-настроек.
3. Выберите из таблицы, например, строку 1. Установите движки настроек RGB в соответствии со значениями третьего столбца таблицы для каждой длины волны. Попробуйте запомнить вид выбранного вами цветного изображения.
4. Затем установите движки настроек RGB в соответствии со значениями третьего столбца таблицы для каждой длины волны, соответствующим следующей строке. Обратите внимание на изменение цветовой гаммы изображения.
5. Повторите п. 4 последовательно для каждой из строк таблицы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие виды спектров вы знаете? Охарактеризуйте источники получения каждого из них.
2. Что такое моделирование? Какие виды моделирования используются в работе?
3. Опишите устройство спектрометра.
4. Объясните, почему можно считать, что интенсивность излучения характеризуется напряжением на фотодетекторе.