![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Одесский национальный университет имени и. И. Мечникова Кафедра экспериментальной физики атомная физика
- •Часть I
- •Содержание
- •Лабораторная работа № 1 Определение удельного заряда электрона
- •1. Определение удельного заряда электрона по методу фокусировки продольным магнитным полем (метод Буша)
- •Установка и методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •2. Определение е/т по методу отклонения электронного луча в магнитном поле Земли
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Лабораторная работа №2 определение заряда электрона по методу милликена
- •Описание метода Милликена
- •Измерительная установка и методика эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Лабораторная работа № 3 Определение потенциалов возбуждения и ионизации атомов
- •1.Определение потенциалов возбуждения атома
- •2. Определение потенциалов ионизации атома
- •Литература
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 4 Определение постоянной Ридберга
- •Экспериментальная установка и методика измерений
- •Задание 1. Градуировка спектроскопа
- •Задание 2. Определение постоянной Ридберга и построение диаграммы Гротриана
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Лабораторная работа № 5 Изучение спектров комбинационного рассеяния
- •Описание измерительной установки
- •Методика и порядок измерений
- •Обработка спектрограмм
- •Контрольные вопросы
- •Литература
Контрольные вопросы
1. В каких опытах и каким образом проявляется дискретность электрического заряда?
2. Объясните основную идею метода Милликена.
3. Какие силы действует на заряженную каплю в поле конденсатора Милликена?
4. Суммируйте оптимальные условия для проведения опыта Милликена.
5. Почему для выполнения задачи по определению заряда электрона необходимы измерения с большим числом капель?
6. На каком основании движение капли можно считать равномерным?
7. Каким Вы представляете себе распределение капелек по величине заряда?
Литература
1. Шпольский Э.В. Атомная физика. М.:Наука. -1984. – Т.1. - С. 13-18.
Лабораторная работа № 3 Определение потенциалов возбуждения и ионизации атомов
1.Определение потенциалов возбуждения атома
Согласно теории Бора, атом может находиться только в определенных стационарных состояниях с дискретными значениями энергии Е0, Е1, Е2,.. . Поглощение или излучение энергии происходит лишь при переходе атома из одного стационарного состояния в другое. При этом поглощается или испускается квант света, частота которого определяется из условия
hνnm=En-Em (1)
П
ри
отсутствии каких-либо воздействий атом
находится в состоянии с минимальной
энергией Е0
. Для перехода в более высокое
энергетическое состояние атом
необходимо возбудить, т.е. сообщить ему
определенную порцию энергии. Это
возбуждение может быть осуществлено
различными способами. Франк и Герц
использовали для этой цели
столкновения
с
атомами
свободных
электронов.
Принципиальная
схема опыта
представлена
на
рис. 6.
Трехэлектродная трубка, аналогичная вакуумному триоду, заполнялась разреженными парами ртути. Вылетающие из катода электроны ускорялись положительным потенциалом V, наложенным на сетку С. На анод А подавался потенциал, несколько меньший, чем на сетку, так что между С и А создавалось задерживавшее поле с напряжением Uз порядка 0.1 – 0.5 В. Измерялась зависимость величины анодного тока I от ускоряющего потенциала U. Результаты измерения приведены на рис. 7.
Кривая I(U) состояла из ряда максимумов, первый из которых приходился на 4.9 В. Расстояние между максимумами оказалось одинаковым и равным также 4.9 В. Объяснение этих закономерностей заключается в cледующем.
У
скоренные
электроны
сталкиваются
с атомами ртути в пространстве между
катодом и
сеткой. Если
их энергия меньше 4.9 эВ, то столкновения
носят упругий характер, т.е. не
сопровождаются передачей атому какой-либо
энергии. Электроны после таких столкновений
способны преодолеть задерживающее поле
Uз
и достигнуть
анода. Поэтому при увеличении ускоряющего
потенциала от нуля ток возрастает
по закону, характерному для термоэлектронных
приборов. Это соответствует участку АВ
на рис. 7. Когда кинетическая энергия
электронов достигает 4.9 эВ, их столкновения
с находящимися у сетки атомами
становятся неупругими. Электроны
передают всю свою энергию атомам, и,
потеряв скорость, задерживаются встречным
полем и не попадают на анод. Величина
анодного тока резко уменьшается, что
соответствует участку ВС на рис. 7.
При дальнейшем
повышении
напряжения U
энергия
4.9 эВ
достигается
электронами
уже
перед
сеткой
на
некотором
расстоянии
от нее,
например,
в
точке
М.
Теперь
электроны,
сталкиваясь
неупруго с
атомами,
теряют
энергии
уже
в
этой
точке.
Но
на
остатке
пути,
т.е.
вдоль
пути
МC, они
снова
ускоряются
и
могут
преодолеть
задерживающую
разность
потенциалов
Uз.
Ток
вновь
возрастает
(участок
СD
на
рис.7).
Когда
ускоряющий
потенциал
достигает
9.8 В,
электроны
на
своем
пути
сталкиваются
неупруго
с
атомами
ртути
дважды:
первый
раз
посередине
между
катодом
и
сеткой,
и
второй
раз -
непосредственно
перед
сеткой.
В
результате
ток
снова
начинает
падать.
Эти опыты показали, что минимальная энергия, которую электрон может передать атому ртути, в результате неупругого столкновения, составляет величину 4.9 эВ. Следовательно, у атома ртути есть, по крайней мере, два энергетических состояния: невозбужденное (или основное) с энергией E0 и первое возбужденное состояние с энергией E1 = Е0 + 4.9 эВ. Ускоряющий потенциал, при котором энергия электронов становится достаточной для перевода атома в первое возбужденное состояние, называется первым потенциалом возбуждения. Для атома ртути его величина составляет 4.9 В.
Кроме первого у атома ртути имеются и другие, более высокие энергетические состояния Е2, Е3, … и соответствующие потенциалы возбуждения. Они также могут быть найдены при помощи метода электронных соударений. Однако экспериментальная методика для этой цели должна быть видоизменена.
Таким образом, описанный опыт дал непосредственное подтверждение первого постулата Бора о дискретности энергетических состояний атома. В последующих опытах Франк и Герц попытались проверить и второй постулат, или условие частот (1). Они исходили из того, что атомы ртути, получив энергию 4.5 эВ, переходят в возбужденное состояние, и при обратном переходе в нормальное состояние должны излучать кванты света с энергией, в точности разной 4.9 эВ. Длина волны такого излучения должна составлять 2533 Ǻ. В 1921 г. Франк и Герц действительно обнаружили свечение паров ртути при бомбардировке их электронами с энергией 4.9 эВ. Спектр излучения состоят из одной монохроматической линии с длиной волны 2537 Ǻ.
Признанием исключительной важности опыта Франка и Герца для paзвития атомной физики можно считать присуждение в 1925 авторам Нобелевской премии.