- •201-2007 Методические указания
- •1. Тепловое излучение
- •1.1. Теоретическое введение к лабораторным работам 3.01 и 3.02
- •1.1.1. Характеристики теплового излучения
- •1.1.2. Закон Кирхгофа
- •1.1.3. Закон Стефана — Больцмана
- •1.1.4. Закон смещения (первый закон) Вина
- •1.1.5. Второй закон Вина
- •1.1.6. Оптическая пирометрия
- •1.2. Лабораторная работа 3.01. Определение температуры оптическим пирометром
- •1.2.1. Описание установки и методики измерений
- •1.2.2. Порядок выполнения работы
- •1.3. Лабораторная работа 3.02. Изучение теплового излучения
- •1.3.1. Описание установки и методики измерений
- •1.3.2. Порядок выполнения работы
- •1.4. Теоретический минимум
- •2. Фотоэффект
- •2.1. Теоретическое введение
- •2.2. Лабораторная работа 3.03. Исследование внешнего фотоэффекта
- •2.2.1. Описание установки и методики измерений
- •2.2.2. Порядок выполнения работы
- •2.2.3 Теоретический минимум
- •2.3. Лабораторная работа 3.04. Исследование фотоэлемента
- •2.3.1. Описание установки и методики измерений
- •2.3.2. Порядок выполнения работы Внимание! Переключатель п, расположенный на лицевой панели установки, должен находиться в положении вах!
- •2.3.3. Теоретический минимум
- •3. Атом водорода
- •3.1. Теоретическое введение
- •3.2. Лабораторная работа 3.05. Изучение спектра атома водорода
- •3.2.1.Описание установки и методики измерений
- •3.2.2. Порядок выполнения работы
- •3.2.3. Теоретический минимум
- •БИблиогрфический список
- •Содержание
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
3.2. Лабораторная работа 3.05. Изучение спектра атома водорода
Цель работы: изучение спектра водорода; определение постоянной Ридберга и радиуса первой орбиты электрона в атоме водорода.
Принадлежности: универсальный монохроматор, водородная лампа.
3.2.1.Описание установки и методики измерений
Изучение спектра водорода производится на универсальном монохроматоре. Оптическая схема монохроматора, действующего в качестве спектроскопа, представлена на рис.3.4, где 1 – источник света, 2 – входная щель, 3 – объектив коллиматора, 4 – диспергирующая призма, 5 – объектив зрительной трубы, 6 – выходная щель, 8 – окуляр 10, 7 – указатель (“мушка”) в фокальной плоскости зрительной трубы.
Выходная труба монохроматора помещена под углом 90 к падающему пучку света. Поворачивая призменный столик на различные углы относительно падающего света, получаем в выходной щели свет различной длины волн, проходящий через призму в минимуме отклонения.
Рис.3.4
Рис.3.5
Для определения длины волны спектральной линии проводят градуировку спектроскопа по известному спектру (например, паров ртути). Градуировочный график спектроскопа (рис.3.5) выражает зависимость между длиной волны входящего светового пучка и делениями барабана n.
Спектральная трубка помещается в прибор для зажигания спектральных трубок (ПЗСТ). ПЗСТ представляет собой трансформатор, дающий на вторичной обмотке напряжение 1,5 кВ. (При работе следует соблюдать правила электробезопасности!) Этот прибор состоит из корпуса и кожуха с откидной планкой, имеющей щель для исследования спектров светящихся газов. Питание ПЗСТ осуществляется от внешнего источника постоянного тока с напряжением 8-10 В. Зажигание трубки происходит при включении источника питания ПЗСТ.
3.2.2. Порядок выполнения работы
1. Установить входную щель монохроматора 0,2 мм.
2. Включить подсветку окуляра монохроматора.
3. Зарядить спектральную трубку в ПЗСТ. Для чего откинуть планку прибора и установить трубку, соблюдая направление, указанное стрелками. При этом острый выступ на колбе развернуть в сторону кожуха.
4. Установить кожух с водородной лампой против входной щели монохроматора.
5. Включить источник питания водородной трубки в сеть. Получить газовый разряд.
6. Плавно вращая барабан, определить деления соответствующие линиям H, H, H, H серии Бальмера, устанавливая спектральные линии против указателя окуляра монохроматора.
7. Определить по градуировочному графику (рис.3.5) значения соответствующих длин волн 1, 2, 3, 4 .
8. Вычислить для каждого значения длины волны постоянную Ридберга по формулам:
(3.20)
(3.21)
Рассчитать среднее значение постоянной Ридберга и сравнить с табличным значением.
9. Вычислить радиус первой боровской орбиты электрона в атоме водорода по формуле (Z=1, n=1):
(3.23)
10. Заменить водородную трубку в ПЗСТ на гелиевую. Пронаблюдать спектр гелия. Определить длины волн спектральных линий гелия (п.п. 3-7).
3.2.3. Теоретический минимум
Модель атома водорода по Бору. Постулаты Бора. Атом водорода в квантовой механике. Квантовые числа и их физический смысл. Энергетические уровни атома водорода и их вырождение. Пространственное квантование. Спектр атома водорода. Обобщенная формула Бальмера. Постоянная Ридберга.