Xây dựng máy quang phổ dùng đèn led trắng cho học sinh trung học phổ thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH PHẠM HỮU TRƯỜNG XÂY DỰNG MÁY QUANG PHỔ DÙNG ĐÈN LED TRẮNG CHO HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH PHẠM HỮU TRƯỜNG XÂY DỰNG MÁY QUANG PHỔ DÙNG ĐÈN LED TRẮNG CHO HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Chuyên ngành: Quang học Mã số: 60.44.01.09 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HUY BẰNG Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2016 LỜI CẢM ƠN Luận văn hoàn thành hướng dẫn tận tình PGS.TS Nguyễn Huy Bằng Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến người Thầy bước hướng dẫn giúp đỡ tác giả nghiên cứu khoa học Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, phòng Sau đại học, Khoa Vật lý & Cơng nghệ, tồn thể q thầy giáo tận tình giảng dạy, giúp đỡ, đưa nhiều ý kiến quý báu mặt chun mơn q trình tơi theo học chương trình cao học vật lý K22 - Đại học Vinh q trình hồn thành luận văn Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới NCS Lê Cảnh Trung NCS Phan Văn Thuận tạo điều kiện cho tác giả hồn thành thí nghiệm cách tốt Sau tác giả xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới Ban giám hiệu trường THPT Trần Nguyên Hãn thành phố Vũng Tàu, gia đình, bạn bè tạo điều kiện tốt cho tác giả q trình hồn thành luận văn Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2016 Tác giả Phạm Hữu Trường MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC BẢNG KÍ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đóng góp đề tài 5 Nhiệm vụ nghiên cứu 6 Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc luận văn Chương TỔNG QUAN VỀ MÁY QUANG PHỔ 1.1 Giới thiệu chung máy quang phổ 1.2 Các tính chất 12 1.2.1 Thời gian chụp ảnh phổ kế .12 1.2.2 Phổ truyền qua 14 1.2.3 Năng suất phân giải phổ 15 1.2.4 Vùng phổ tự .23 1.3 Phổ kế lăng kính 24 1.4 Phổ kế cách tử 28 1.5 Một số máy quang phổ dùng nghiên cứu đào tạo 38 1.5.1 Máy quang phổ hai chùm tia: 38 1.5.2 Máy quang phổ dùng đào tạo trường Đại học Vinh 40 1.5.3 Máy quang phổ dùng số trường THPT tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu 41 Kết luận chương 42 Chương XÂY DỰNG MÁY QUANG PHỔ DÙNG ĐÈN LED TRẮNG CHO HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 44 2.1 Mục đích thí nghiệm 44 2.2 Xây dựng hệ thí nghiệm 44 2.2.1 Thiết bị thí nghiệm 44 2.2.2 Sơ đồ lắp ráp thí nghiệm 48 2.3 Thí nghiệm thu quang phổ liên tục nguồn sáng LED trắng 49 2.3.1 Cơ sở lý thuyết 49 2.3.2 Các bước tiến hành thí nghiệm .51 2.2.3 Kết 52 2.4 Thí nghiệm thu quang phổ hấp thụ chất rắn dung dịch 53 2.4.1 Cơ sở lý thuyết 53 2.4.2 Các bước tiến hành thí nghiệm .54 2.4.3 Kết 55 2.5 Xây dựng trình thực hành thí nghiệm sử dụng máy quang phổ dùng đèn LED trắng cho học sinh THPT 57 2.5.1 Lắp ráp thí nghiệm 57 2.5.2 Tiến hành thí nghiệm thu quang phổ liên tục máy quang phổ lăng kính: 58 2.5.3 Tiến hành thí nghiệm thu quang phổ hấp thụ máy quang phổ lăng kính: 58 2.6 Một số lưu ý tiến hành thí nghiệm 59 Kết luận chương 59 KẾT LUẬN CHUNG 60 HƯỚNG MỞ RỘNG CỦA ĐỀ TÀI 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 BẢNG KÍ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT ĐHKHTN : Đại học khoa học tự nhiên TPHCM : Thành phố Hồ Chí Minh THPT : Trung Học Phổ Thơng GV : Giáo viên LED : Light Emitting Diode SGK : Sách giáo khoa DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo máy quang phổ cách tử [7] Hình 1.2 Quang phổ kế lăng kính [6] Hình 1.3 Quang phổ kế cách tử Hình 1.4 Cơng suất hội tụ ánh sáng máy quang phổ 11 Hình 1.5 Sự tạo ảnh tối ưu nguồn sáng khe vào máy quang phổ đạt góc đặc ánh sáng tới ’ phù hợp với góc tiếp nhận máy quang phổ  = (a/d)2 13 Hình 1.6 (a) Ảnh nguồn sáng rộng lên khe máy quang phổ *= 13 (b)Quang học ảnh xác để đo độ dài bước sóng laser máy quang phổ Ánh sáng laser, bị tán xạ khỏi kính mờ tạo nên nguồn sáng, tạo ảnh khe vào 13 Hình 1.7 (a) Dải phổ có ích vật liệu quang học khác 14 (b) Độ truyền qua vật liệu khác độ dày 1cm [9] 14 Hình 1.8 Giới hạn Rayleigh để phân giải hai vạch chồng chập 15 Hình 1.9 Tán xạ góc chùm song song [9] 16 Hình 1.10 (a) Sự nhiễu xạ máy quang phổ độ giới hạn có đường kính a 17 (b) Giới hạn phân giải phổ nhiễu xạ 17 Hình 1.11 Cơng tua cường độ hai vạch đơn sắc đo khe vào có độ rộng b hệ số khuếch đại f2/f1 Đường liền nét khơng có nhiễu xạ Khoảng cách phân giải nhỏ hai tâm x2 = f2[b/(f1+/a)] 18 Hình 1.12 Nhiễu xạ khe vào 19 Hình 1.13 (a) Sự phân bố cường độ nhiễu xạ giới hạn I(x2) mặt phẳng B với độ rộng b khác khe vào 20 (b) Độ rộng x2 ảnh khe vào S(x2) bao gồm nhiễu xạ độ a 20 (c) Cường độ I(x2) hàm độ rộng khe vào phổ liên tục vạch đơn sắc (m) với nhiễu xạ (đường liền nét) không nhiễu xạ (đường rời) 20 Hình 1.14 Ảnh cong khe vào thẳng gây sắc sai [6] 22 Hình 1.15 Cơng tua tín hiệu P(t)P(x2) khe máy đơn sắc bbmin b2(f2/f1)b1 ánh sáng tới đơn sắc quay cách tử 23 Hình 1.16 Khúc xạ ánh sáng qua lăng kính góc lệch cực tiểu 1=2= =2- 24 Hình 1.17 Khẩu độ giới hạn máy quang phổ lăng kính 24 Hình 1.18 Chiết suất với số vật liệu thấu kính [9] 26 Hình 1.19 (a) Phản xạ ánh sáng tới khe đơn theo góc nhiễu xạ λ/d xung quanh góc phản xạ r = i 29 (b) Minh họa cho phương trình cách tử 29 Hình 1.20 Minh họa góc phản xạ θ 29 Hình 1.21 (a) Vị trí Litrow cách tử = 30 (b) Minh họa góc phản xạ blaze cách tử Litrow 30 Hình 1.22 Sự phân bố cường độ I() với hai số vạch N chiếu sáng khác Chú ý khác tọa độ [9] 32 Hình 1.23 Cách tử bậc [6] 35 Hình 1.24 Sự tạo ảnh cách tử ba chiều 36 Hình 1.25 Máy quang phổ hai chùm tia U2900 Hitachi (Nhật Bản) 38 Hình 1.26 Sơ đồ nguyên lý máy quang phổ hai chùm tia 38 Hình 1.27 Sơ đồ phân bố thiết bị thí nghiệm đo quang phổ [7] 41 Hình 1.28 Máy quang phổ trường THPT 42 Hình 2.1 LED đế đặt nguồn sáng LED [8] 44 Hình 2.2 Thấu kính hội tụ có độ dài tiêu cự f = 50mm f = 20mm [8] 45 Hình 2.3 Hộp (ống) kín có thấu kính hội tụ 45 Hình 2.4 a) Cách tử nhiễu xạ b) Lăng kính giá để lăng kính 46 Hình 2.5 a) Khe hẹp b) Màn ảnh [8] 46 Hình 2.6 a) Mẫu vật b) Tấm chắn sáng 47 Hình 2.7 Sơ đồ lắp ráp thí nghiệm 48 Hình 2.8 Lăng kính tán sắc 50 Hình 2.9 Góc lệch cực tiểu tia tới tia ló 50 Hình 2.10 Sơ đồ bố trí thí nghiệm máy quang phổ kế lăng kính 51 Hình 2.11 Sơ đồ thí nghiệm quang phổ kế lăng kính hoạt động 52 Hình 2.12 Hình ảnh phổ liên tục thu 52 Hình 2.13 Hình ảnh phổ liên tục SGK Vật lý 12 [3] 53 Hình 2.14 Sơ đồ thí nghiệm máy quang phổ kế lăng kính thu phổ hấp thụ dung dịch 55 Hình 2.15 Hình ảnh phổ hấp thụ thu chất rắn 55 Hình 2.16 Hình ảnh phổ hấp thụ thu dung dịch 56 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Phổ học ngành phát triển từ sớm Đó chuyên ngành quang học ánh sáng phân giải thành bước sóng thành phần để tạo ra0 phổ quang học, đồ thị hàm cường độ xạ với bước sóng tần số Hiện nay, ý nghĩa quang phổ mở rộng bao gồm nghiên cứu không với xạ khả kiến mà với loại khác xạ điện từ tia X, tử ngoại, hồng ngoại, vi sóng xạ tần số radio [6] Sự phát triển phổ học gắn liền với mốc quan trọng lịch sử phát triển vật lý học Mở đầu khám phá tượng tán sắc ánh sáng qua lăng kính Newton kỷ 17 làm sở cho việc chế tạo máy quang phổ sau Thí nghiệm quan sát phổ tiếng cơng trình Balmer vào năm 1885 quan sát vạch phổ nguyên tử Hydro Cùng với khám phá hạt nhân nguyên tử Rutherford, liệu phổ Balmer cho phép N Bohr đề xuất mô hình hành tinh nguyên tử tiếng Mặc dù cịn nhiều hạn chế mơ hình ngun tử Bohr mở đường cho cách mô tả nguyên tử theo lý thuyết - lý thuyết lượng tử Ngày nay, vật lý lượng tử thừa nhận rộng rãi lý thuyết đắn việc mơ tả giới vi mơ Mọi q trình vĩ mơ kỳ vọng giải thích biết cấu trúc vi mơ q trình ngun tử/phân tử Vì thế, lý thuyết khơng vận dụng để giải thích q trình vật lý mà cịn mở rộng sang q trình hóa học sinh học góc độ phân tử Mấu chốt vấn đề giải toán cấu trúc phân tử (liên kết nguyên tử cấu trúc điện tử) mối liên hệ cấu trúc với trình động học hệ (thường xảy khoảng thời gian từ femto giây đến hàng chục giờ) [2] 49 Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý hoạt động máy quang phổ vừa lắp ráp hoạt động dựa tượng tán sắc ánh sáng Nguồn sáng sử dụng thí nghiệm nguồn sáng trắng, phát từ đèn chiếu LED (0) Sau qua thấu kính hội tụ (1) (2) chùm ánh sáng phân kì từ nguồn sáng chiếu đến trở thành chùm tia song song tới thấu kính (3)(đặt tiêu điểm thấu kính (2)), qua khe hẹp (4) đặt tiêu điểm thấu kính (3) Ánh sáng tiếp tục qua thấu kính (5) qua lăng kính (6) góc tới cho góc lệch đạt cực tiểu để hệ màu từ đỏ tới tím rõ nét Chùm sáng ló khỏi lăng kính lại tiếp tục qua thấu kính hội tụ (7) Trên quan sát đặt mặt phẳng tiêu diện ảnh thấu kính, thu quang phổ nguồn sáng cần phân tích Khe hẹp thí nghiệm sử dụng để điều chỉnh cường độ sáng độ sắc nét quang phổ thu Theo đó, mở rộng khe hẹp cường độ sáng tăng lên thu hẹp khe quang phổ thu sắc nét Cịn ngăn sáng (9) ngăn khơng cho ánh sáng chiếu trực tiếp từ nguồn sáng LED đến thu (10) Mẫu vật dùng thí nghiệm 2.3 Thí nghiệm thu quang phổ liên tục nguồn sáng LED trắng 2.3.1 Cơ sở lý thuyết Sử dụng lăng kính phân li, lăng kính có góc khúc xạ ánh sáng phụ thuộc nhiều vào bước sóng ánh sáng Lăng kính có tiết diện tam giác mặt cắt ngang Chùm ánh sáng sau ló khỏi lăng kính (5) góc lệch cực tiểu bị phân tán thành nhiều chùm đơn sắc song song, lệch theo phương khác đáy lăng kính 50 Hình 2.8 Lăng kính tán sắc Mỗi ánh sáng đơn sắc khác bị khúc xạ góc độ khác Hình 2.9 Góc lệch cực tiểu tia tới tia ló Để thu góc lệch cực tiểu γ góc tới α góc khúc xạ β phải có giá trị (α=β) Tia sáng tuyền lăng kính song song với mặt đáy lăng kính Sử dụng trợ giúp hình học ta có:  =  +  = 600 = 2 - 600 [8] Các tia sáng đơn sắc tới lăng kính với góc tới α, chiết suất lăng kính bước sóng đơn sắc khác Vì góc khúc xạ β khác nên chùm sáng lăng kính chùm đơn sắc [7] Mỗi chùm sáng đơn sắc thấu kính (7) làm hội tụ thành vạch màu tiêu diện cho ta ảnh thật nguồn sáng Các vạch màu thu thu (8) Mỗi vạch màu ứng với bước sóng xác định, gọi vạch quang phổ Tập hợp vạch màu (hoặc dải 51 màu) tạo thành quang phổ nguồn sáng LED Khi ta quan sát thấy phổ ánh sáng trắng đèn LED phát quang phổ liên tục 2.3.2 Các bước tiến hành thí nghiệm Thí nghiệm thu quang phổ liên tục máy quang phổ lăng kính vừa xây dựng được tiến hành qua bước sau đây: Bước 1: Bật đèn LED mở khe (4) cho độ rộng khe đủ nhỏ thước vi kế gắn liền khe Bước 2: Điều chỉnh vị trí thấu kính cho chùm tia sáng qua thấu kính chùm tia song song Bước 3: Điều chỉnh khe (4) cho chùm tia sáng qua tâm khe Đồng thời điều chỉnh vị trí đặt lăng kính phù hợp Bước 4: Xoay lăng kính cho lăng kính đạt đến góc lệch cực tiểu Cố định vị trí thấu kính, khe hẹp Bước 5: Điều chỉnh khoảng cách bàn đặt lăng kính, thấu kính hội tụ (7) quan sát để thu vạch phổ rõ nét Cố định vị trí lăng kính, thấu kính Bước 6: Thu quan sát phổ liên tục : Đây sơ đồ thí nghiệm chúng tơi lắp ráp Hình 2.10 Sơ đồ bố trí thí nghiệm máy quang phổ kế lăng kính 52 Hình 2.10 sơ đồ thí nghiệm quang phổ kế lăng kính chúng tơi lắp ráp tiến hành thí nghiệm phịng thí nghiệm quang học quang phổ, Trường Đại học Vinh Các thấu kính hội tụ đo tiêu cự, chuẩn trực định vị xác mặt bàn quang học Nguồn sáng sử dụng để phân tích phổ đèn LED phát ánh sáng trắng phương tiện phân tích phổ lăng kính Hình 2.11 Sơ đồ thí nghiệm quang phổ kế lăng kính hoạt động 2.2.3 Kết Kết thí nghiệm thu quan sát hình ảnh phổ sau Hình 2.12 Hình ảnh phổ liên tục thu 53 Hình 2.13 hình ảnh cung cấp SGK Vật lý 12 nâng cao [3], dùng để so sánh với kết thực nghiệm thu Hình 2.13 Hình ảnh phổ liên tục SGK Vật lý 12 [3] Biện luận kết quả: - Hình ảnh phổ liên tục thu thực nghiệm kiểm chứng khái niệm quang phổ liên tục quang phổ liên tục quang phổ gồm nhiều dải màu từ đỏ đến tím nối liền cách liên tục [3] - Kết phổ tương đồng với hình ảnh phổ liên tục sách giáo khoa Vật lý 12 nâng cao [3] Sở dĩ, kết đạt tốt trình xây dựng thêm, bớt số dụng cụ để tăng độ tin cậy thí nghiệm - Sự phân bố độ sáng vùng màu khác quang phổ liên tục phụ thuộc vào nhiệt độ vật Nhiệt độ vật phát sáng cao vùng màu sáng có bước sóng ngắn [4] - Cách vận hành máy để thu phổ đơn giản, trực quan lôi hứng thú học tập học sinh Kết luận: Bộ thí nghiệm hồn tồn áp dụng vào dạy học quang phổ 2.4 Thí nghiệm thu quang phổ hấp thụ chất rắn dung dịch 2.4.1 Cơ sở lý thuyết Dùng bóng đèn LED trắng chiếu sáng khe hẹp (4) máy quang phổ Trên tiêu diện thấu kính (7) có quang phổ liên tục bóng đèn LED trắng Đặt xen đèn LED trắng khe hẹp (4) máy quang phổ cốc thủy tinh đựng dung dịch màu quang phổ liên tục ta thấy có 54 số dải đen Ta kết luận rằng, vạch quang phổ dải đen bị hấp thụ Và, quang phổ liên tục, thiếu ánh sáng bị dung dịch hấp thụ, gọi quang phổ hấp thụ dung dịch [1] Chất rắn, chất lỏng chất khí cho quang phổ hấp thụ Quang phổ hấp thụ chất khí chứa vạch hấp thụ, quang phổ chất lỏng chất rắn lại chứa “đám”, đám gồm nhiều vạch hấp thụ nối tiếp cách liên tục [1] 2.4.2 Các bước tiến hành thí nghiệm Thí nghiệm thu quang phổ hấp thụ máy quang phổ lăng kính vừa xây dựng được tiến hành qua bước sau đây: Bước 1: Bật đèn LED mở khe (4) cho độ rộng khe đủ nhỏ thước vi kế gắn liền khe Bước 2: Điều chỉnh vị trí thấu kính cho chùm tia sáng qua thấu kính chùm tia song song Bước 3: Điều chỉnh khe (4) cho chùm tia sáng qua tâm khe Đồng thời điều chỉnh vị trí đặt lăng kính phù hợp Bước 4: Xoay lăng kính cho lăng kính đạt đến góc lệch cực tiểu Cố định vị trí thấu kính, khe hẹp Bước 5: Điều chỉnh khoảng cách bàn đặt lăng kính, thấu kính hội tụ (7) quan sát để thu vạch phổ rõ nét Cố định vị trí lăng kính, thấu kính Bước 6: Đặt xen đèn LED khe hẹp máy quang phổ mẫu vật chất rắn, cố định vị trí mẫu vật quan sát phổ hấp thụ chất rắn Bước 7: Thay mẫu vật rắn cốc thủy tinh đựng dung dịch màu, cố định vị trí mẫu quan sát phổ hấp thụ dung dịch Đây sơ đồ thí nghiệm chúng tơi lắp ráp tiến hành thu phổ 55 Hình 2.14 Sơ đồ thí nghiệm máy quang phổ kế lăng kính thu phổ hấp thụ dung dịch Hình 2.14 sơ đồ thí nghiệm quang phổ kế lăng kính thu phổ hấp thụ chất rắn dung dịch chúng tơi lắp ráp tiến hành thí nghiệm phịng thí nghiệm quang học quang phổ, Trường Đại học Vinh 2.4.3 Kết Kết thí nghiệm thu quang phổ hấp thụ chất rắn quan sát hình ảnh phổ sau Hình 2.15 Hình ảnh phổ hấp thụ thu chất rắn 56 Hình 2.15 cho thấy: Khi đặt xen đèn khe hẹp (4) chất rắn màu tím quang phổ liên tục ta thấy lại vạch màu tím vị trí vạch màu tím quang phổ liên tục đèn LED trắng Các màu lại bị biến đồng thời để lại đám vạch đen, đám vạch đen vị trí màu đỏ, da cam, vàng quang phổ liên tục [4] Đó quang phổ hấp thụ chất rắn màu tím Kết thí nghiệm thu quang phổ hấp thụ dung dịch màu quan sát hình ảnh phổ sau Hình 2.16 Hình ảnh phổ hấp thụ thu dung dịch Hình 2.16 cho thấy: Khi đặt xen đèn khe hẹp (4) cốc thủy tinh đựng dung dịch màu thấy quang phổ liên tục nói xuất đám vạch tối vị trí đám vạch màu tím quang phổ đèn LED trắng Các màu cịn lại có độ đậm nhạt khác nhau, vùng màu số vạch bị mở rộng khác Vạch đậm tương ứng với xác xuất hấp thụ electron nhỏ Vạch nhạt (nếu cường độ yếu thành vạch đen) tương ứng với xác xuất hấp thụ electron lớn Đó quang phổ hấp thụ dung dịch màu [4] 57 Nhận xét: Hình ảnh phổ hấp thụ chất rắn dung dịch thu thực nghiệm kiểm chứng lý thuyết quang phổ hấp thụ quang phổ liên tục thiếu số vạch màu (hay đám màu) bị chất rắn hay dung dịch hấp thụ gọi quang phổ vạch hấp chất rắn hay dung dịch Quang phổ chất lỏng chất rắn chứa “đám”, đám gồm nhiều vạch hấp thụ nối tiếp cách liên tục [3] 2.5 Xây dựng trình thực hành thí nghiệm sử dụng máy quang phổ dùng đèn LED trắng cho học sinh THPT 2.5.1 Lắp ráp thí nghiệm Lấy thấu kính hội tụ, có độ dài tiêu cự f = 50 mm phân chia khoảng cách tầm 40mm xếp cho phần lồi chúng quay vào Sử dụng đinh ốc đế sắt để gắn thành phần vào bảng mạch [8] Tiếp theo, chọn vị trí cho nguồn sáng phía cuối bảng mạch Mục tiêu để tập trung nhiều ánh sáng khe Tác dụng ống kính “thu” nhiều cường độ sáng Thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 50mm đặt vị trí 50mm - 60mm đằng sau thấu kính Nó tập trung ánh sáng khe hẹp Khe hẹp đặt sau thấu kính thứ (3) khoảng tầm 50mm - 60mm (tốt độ dài tiêu cự thấu kính) Tiếp theo, điều chỉnh khe hẹp (4) để ánh sáng qua mở rộng chùm tia trước vào thấu kính (5) Thấu kính (5) đặt cách khe hẹp khoảng 100mm - 150mm Đặt lăng kính tán sắc sau thấu kính (5) với khoảng cách vào cỡ 100mm - 150mm Các chùm sáng đơn sắc song song sau khỏi lăng kính tán sắc tiếp tục qua thấu kính (7) Sau qua thấu kính (7) hội tụ điểm khác thu (8) Tiếp theo đặt ngăn ánh sáng (9) Tấm ngăn ánh sáng ngăn ánh sáng chiếu trực tiếp từ đèn LED đến thu Sơ đồ lắp ráp hình 2.7 58 2.5.2 Các bước tiến hành thí nghiệm thu quang phổ liên tục máy quang phổ lăng kính: Bước 1: Bật đèn LED mở khe (4) cho độ rộng khe đủ nhỏ thước vi kế gắn liền khe Bước 2: Điều chỉnh vị trí thấu kính cho chùm tia sáng qua thấu kính chùm tia song song Bước 3: Điều chỉnh khe (4) cho chùm tia sáng qua tâm khe Đồng thời điều chỉnh vị trí đặt lăng kính phù hợp Bước 4: Xoay lăng kính cho lăng kính đạt đến góc lệch cực tiểu Cố định vị trí thấu kính, khe hẹp Bước 5: Điều chỉnh khoảng cách bàn đặt lăng kính, thấu kính hội tụ (7) quan sát để thu vạch phổ rõ nét Cố định vị trí lăng kính, thấu kính Bước 6: Thu quan sát phổ liên tục 2.5.3 Các bước tiến hành thí nghiệm thu quang phổ hấp thụ máy quang phổ lăng kính: Bước 1: Bật đèn LED mở khe (4) cho độ rộng khe đủ nhỏ thước vi kế gắn liền khe Bước 2: Điều chỉnh vị trí thấu kính cho chùm tia sáng qua thấu kính chùm tia song song Bước 3: Điều chỉnh khe (4) cho chùm tia sáng qua tâm khe Đồng thời điều chỉnh vị trí đặt lăng kính phù hợp Bước 4: Xoay lăng kính cho lăng kính đạt đến góc lệch cực tiểu Cố định vị trí thấu kính, khe hẹp Bước 5: Điều chỉnh khoảng cách bàn đặt lăng kính, thấu kính hội tụ (7) quan sát để thu vạch phổ rõ nét Cố định vị trí lăng kính, thấu kính Bước 6: Đặt xen đèn LED khe hẹp máy quang phổ mẫu vật chất rắn, cố định vị trí mẫu vật quan sát phổ hấp thụ chất rắn 59 Bước 7: Thay mẫu vật rắn cốc thủy tinh đựng dung dịch màu, cố định vị trí mẫu quan sát phổ hấp thụ dung dịch 2.6 Một số lưu ý tiến hành thí nghiệm - Khi đặt lăng kính vào đường truyền chùm sáng, cần điều chỉnh để tia sáng không chiếu trực tiếp qua mặt mờ lăng kính - Quay lăng kính bạn thấy quang phổ sắc nét làm thêm điều chỉnh cần thiết với thấu kính khoảng cách - Trong thực nghiệm, vấn đề gây nhiễu làm giảm độ sắc nét phép đo đạc phổ tượng quang sai Cách thức để giảm điều cho chùm sáng qua phận điều chỉnh độ rộng, có chùm sáng lan truyền gần trục truyền qua Để có hình ảnh tối ưu, thay đổi chiều rộng khe hở Các khe mở rộng, hình ảnh trở nên nhịe hơn, khoảng cách kẽ bé, hình ảnh sắc nét [8] Kết luận chương Trong chương này, chúng tơi xây dựng máy quang phổ lăng kính với thiết bị đơn giản Gồm thấu kính hội tụ tạo thành hệ quang học đồng trục để lái chùm sáng qua lăng kính Nhờ dụng cụ có sẵn phịng thí nghiệm trường Đại học Vinh chúng tơi tiến hành thí nghiệm với nguồn sáng trắng từ đèn LED thu kết sau: + Chụp ảnh quang phổ liên tục nguồn sáng LED trắng + Chụp ảnh quang phổ hấp thụ chất rắn dung dịch + Xây dựng trình thực hành thí nghiệm sử dụng máy quang phổ dùng đèn LED trắng cho học sinh THPT + Một số lưu ý cho học sinh tiến hành thí nghiệm 60 Các kết thu từ thực nghiệm với loại quang phổ chúng tơi thấy hồn toàn phù hợp với lý thuyết Với dụng cụ quang học đơn giản dễ tìm kiếm khơng q đắt tiền, với hướng dẫn lắp ráp chi tiết hy vọng giáo viên, sinh viên học sinh tự xây dựng thí nghiệm quang phổ tiến hành thí nghiệm thu phổ cách dễ dàng nhằm phát huy lực người dạy học KẾT LUẬN CHUNG Vật lý môn khoa học thực nghiệm [5] nên việc xây dựng thí nghiệm dạy học, hướng dẫn cách xây dựng thí nghiệm kỹ tiến hành thí nghiệm nhiệm vụ quan trọng cấp bách giáo viên vật lý phổ thơng nhằm góp phần nâng cao chất lượng dạy học, rèn luyện đức tính kiên trì, chịu khó đam mê khoa học cho học sinh [5] Tuy nhiên, việc xây dựng thí nghiệm máy quang phổ dùng đèn LED trắng cho học sinh THPT để dạy học loại quang phổ vấn đề khó trường THPT nên bị bỏ ngỏ Dựa sở lý thuyết nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông, đại học kiến thức chương trình cao học với dụng cụ thí nghiệm trang bị đầy đủ phịng thí nghiệm trường Đại Học Vinh xây dựng 01 thí nghiệm máy quang phổ thời gian cho phép Ưu điểm thí nghiệm so với máy quang phổ trường THPT + Cấu trúc: đơn giản, dễ lắp ráp + Thiết bị thí nghiệm : dễ mua, dễ thay bị hỏng 61 + Nguồn sáng: dùng đèn LED trắng nên độ sáng ổn định, tiết kiệm lượng hiệu ứng nhiệt bé, tuổi thọ cao, ánh sáng tập trung, bật sáng tức thời, thân thiện với môi trường, gọn nhẹ, thiết kế chắn, khó vỡ nên dễ di chuyển Đặc biệt, Đèn LED có màu sắc ánh sáng tương đương với xạ nhiệt 60000K trở lên phát tia sáng trắng ánh sáng ban ngày nên thuận tiện cho việc nghiên cứu loại quang phổ + Tính trực quan khả tự vận hành máy : Trực quan cao, dễ vận hành GV học sinh + Kết thí nghiệm thu từ thí nghiệm : Phù hợp với mô tả SGK máy quang phổ + Tính kinh tế : Bộ thí nghiệm có giá thành thấp nhiều so với loại máy bán thị trường + Khả tự chế tạo làm đồ dùng dạy học : hoàn toàn xây dựng lại giáo viên THPT, sinh viên ngành vật lý chí học sinh trung học phổ thông cách dễ dàng Với cấu trúc đơn giản, dễ chế tạo dễ lắp ráp, thí nghiệm tự chế chúng tơi hồn tồn đáp ứng u cầu kiến thức quang phổ THPT Việc xây dựng thành cơng thí nghiệm góp phần khắc phục khó khăn sở vật chất thực hành góp phần đổi phương pháp dạy học, phát triển lực toàn diện cho học sinh THPT Luận văn trình bày ngắn gọn chương đạt kết mong đợi 62 HƯỚNG MỞ RỘNG CỦA ĐỀ TÀI Do hạn chế mặt thời gian nên nghiên cứu thực xây dựng thí nghiệm máy quang phổ dùng đèn LED trắng cho học sinh THPT tiến hành thí nghiệm chụp ảnh quang phổ liên tục hấp thụ số chất dung dịch Tuy nhiên, thí nghiệm hồn tồn phát triển để + Thu quang phổ hấp thụ chất khí hay miền ánh sáng khả kiến + Thu quang phổ phát xạ chất khí hay + Đo góc lệch cực tiểu γ lăng kính + Xác định chiết suất lăng kính phụ thuộc vào màu sắc ánh sáng + Vẽ đồ thị minh họa phụ thuộc chiết suất vào màu sắc ánh sáng + Đo bước sóng ánh sáng 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] Lương Duyên Bình (Tổng chủ biên), Vật lý 12, NXB Giáo dục (2010) [2] Đinh Xuân Khoa - Nguyễn Huy Bằng (Đồng chủ biên) - Lê Văn Đoài Phan Văn Thuận, Làm lạnh nguyên tử Laser, NXB Đại học Vinh [3] Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên), Vật lý 12 nâng cao, NXB Giáo dục (2008) [4] Đặng Văn Liệt - Nguyễn Văn Nghĩa - Trần Thị Kim Phượng, Thực tập vật lý đại cương, Thành phố Hồ Chí Minh (2012) [5] Phạm Thị Phú - Đinh Xuân Khoa, Phương pháp luận nghiên cứu Vật lý, Đại học Vinh (2015) [6] Nguyễn Thị Tâm, Nghiên cứu lắp ráp máy quang phổ đơn giản ứng dụng đo chiết suất vật liệu, Luận văn thạc sĩ (Trường Đại học Vinh, 2014) [7] Nguyễn Công Tú, Máy quang phổ ứng dụng máy quang phổ, Luận văn thạc sĩ (2011) Tài liệu tiếng Anh [8] THORLABS discovery, EDU - SPEB1/M Advance Spectrometer Kit, Thorlabs truy cập ngày 05 tháng 10 năm 2015, [9] Wolfgang Demtröder, Laser spectroscopy: Basic concepts and instrumentation, third edition, Springer, truy cập ngày 04 tháng 10 năm 2015, < http://www.Springer.der> ... máy quang phổ Do đó, tơi chọn đề tài: ? ?Xây dựng máy quang phổ dùng đèn LED trắng cho học sinh trung học phổ thơng” làm luận văn 5 Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu xây dựng máy quang phổ dùng đèn. .. DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH PHẠM HỮU TRƯỜNG XÂY DỰNG MÁY QUANG PHỔ DÙNG ĐÈN LED TRẮNG CHO HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Chuyên ngành: Quang học Mã số: 60.44.01.09 LUẬN... bày xây dựng máy quang phổ dùng đèn LED trắng cho học sinh THPT 8 Chương TỔNG QUAN VỀ MÁY QUANG PHỔ 1.1 Giới thiệu chung máy quang phổ Máy quang phổ thiết bị phân tích phổ nên chúng giữ vị trí