2015-06-28
503
1. Произведите настройку монохроматора. Для этого установите оправу зрительной трубы примерно посередине окна двухкоординатного держателя. Установите на шкале монохроматора длину волны зеленой линии ртути - 546,1 нм.
2. Установите на входе монохроматора щель 1,0 мм. Включите ртутную лампу, направьте ее излучение на входную щель. Наблюдайте через зрительную трубу зеленое свечение. Подстройте поворотное зеркало на максимальную яркость.
3. Поворачивая окуляр трубы, получите резкое изображение визирного креста. Установите входную щель 0,05 мм. Перемещая внутренний цилиндр корпуса трубы вдоль его оси, получите резкое изображение входной щели - "спектральной линии". Еще раз подстройте зеркало на максимальную яркость. Критерий настройки - различимое изображение краев щели.
4. Поворачивая внутренний цилиндр корпуса трубы, установите линию визирного креста параллельно спектральной линии. Поворачивая винт двухкоординатного держателя, совместите линию креста со спектральной линией. Если приходится сместить трубу более, чем на один оборот винта от середины держателя, требуется дополнительная подстройка с помощью юстировочных винтов, поворачивающих зеркало выходной оптики.
|
|
|
5. Не меняя положения трубы в держателе (допускается только подстройка фокусировки). Совместите с визирным крестом несколько характерных спектральных линий ртути и сравните отсчеты по шкале монохороматора с табличными значениями длин волн. По результатам измерений заполните таблицу 1. Произведите оценку погрешностей измерений. Если относительная погрешность не превышает 1% то можно приступать к последующим измерениям.
Таблица1
| Длина волны спектральных линий Hg (справочные данные) (нм) | ||||||
| Эксперимент λ, (нм) | ||||||
| Погрешность измерений (%) |
6. Включите водородную лампу соответствующим тумблером. Подождите несколько минут, пока лампа не войдет в рабочий режим. Поворотным зеркалом сфокусируйте световой поток на входную щель монохроматора.
7. Для настройки монохороматора можно воспользоваться щелью 0.1мм, а затем перейти к 0,05мм. В полученном спектре атомарного водорода определяются длины волн всех видимых спектральных линий. Данные заносятся в таблицу 2.
8. По полученным данным (значения l) определите энергию электронных состояний (значение главного квантового числа), переходы между которыми ответственны за возникновение соответствующих спектральных линий.
Для серии Бальмера имеем совокупность переходов из возбужденных состояний на второй уровень:
(10),
|
|
|
где E2=3,4эВ, ln - длина волны наблюдаемой спектральной линии.
9. Результаты расчетов сравните с теоретическими значениями энергий соответствующих электронных переходов полученных из закона квантования атома водорода (8), которые тоже заносятся в таблицу 2.
Таблица 2.
| Переход n®2 | 3®2 | 4®2 | 5®2 | 6®2 |
| Длина волны λ (нм) | ||||
| Энергия электронного состояния (эВ) (эксперимент) | ||||
| Энергия электронного состояния (эВ) (теория) |
Контрольные вопросы:
1. Что такое граница спектральной области?
2. Каков физический смысл имеет постоянная Ридберга? В каких единицах она может измеряться и почему?
3. Найти границы спектральной области, в пределах которой расположены линии серии Бальмера.
4. Какую энергию нужно сообщить атому водорода, чтобы серия Бальмера содержала только одну спектральную линию.
5. Какие спектральные линии появятся в спектре атомарного водорода при облучении его ультрафиолетовым излучением с длиной волны 100нм.
6. Будет ли атом водорода поглощать излучение с волновым числом 1/l=3R?
7. В спектре наблюдается m=40 линий водородной серии Бальмера. При каком наименьшем числе N штрихов дифракционной решетки можно разрешить эти линии в спектре первого порядка?
