Описание установки.

Исследование спектра излучения водорода в данной работе производится с помощью монохроматора УМ-2. Монохроматор выделяет монохроматические участки спектра в видимой и инфракрасной областях в диапазоне длин волн от 380 до 1000 нм (1 мкм = 10^-6м, 1 нм = 10^-9м). Если на входную щель направить сложный свет, то на выходе получается спектр. В монохроматоре на выходе ставят еще одну щель, которая выделяет из спектра только лучи определенной длины волны. Но в данной работе выходная щель удалена и с помощью окуляра можно наблюдать спектр (или отдельные его части), т.е. монохроматор используется как спектроскоп.

В работе используется стеклянно-призменный монохроматор УМ2, предназначенный для спектральных исследований в диапазоне от 3800 до 10000 Å. В состав прибора входят следующие основные части (рис. 3).

В

Рис. 2

ходная щель 1, снабженная микрометрическим винтом 2, который позволяет открывать щель на нужную ширину. Коллиматорный объектив 3 служит для создания параллельного пучка лучей. Он снабжен микрометрическим винтом 4. Винт позволяет смещать объектив относительно щели при фокусировке спектральных линий различных цветов. Сложная спектральная призма 5 установлена на поворотном столике 6. Призма 5 состоит из трех склеенных призм. Поворотный столик 6 вращается вокруг вертикальной оси при помощи микрометрического винта с отсчетным барабаном 7. На барабан нанесена винтовая дорожка с градусными делениями. Вдоль дорожки скользит указатель поворота барабана 8. При вращении барабана призма поворачивается, и в центре поля зрения появляются различные участки спектра. Зрительная труба состоит из объектива 9 и окуляра 10. Объектив дает изображение входной щели 1 в своей фокальной плоскости. В этой плоскости расположен указатель 11. Изображение рассматривают через окуляр 10. Монохроматор заключен в массивный корпус, предохраняющий прибор от повреждений и загрязнений. Прибор также снабжен оптической скамьей 12, по которой могут перемещаться рейторы с источником света.

Задания и указания к их выполнению

Задание 1. Ознакомиться с устройством монохроматора. Выяснить назначение ручек управления.

Задание 2. Перейдите непосредственно к измерениям.

• Проградуируйте деления барабана монохроматора в значениях длин волн. Используйте для этого известный спектр ртути.

• Для этого, осветите входную щель спектроскопа светом от ртутной лампы (включать только под наблюдением лаборанта!). Сделайте щель узкой и пронаблюдайте в окуляр спектр. Линии должны быть яркими и узкими.

• Занесите в таблицу 1 значения делений барабана для наблюдаемых линий и укажите цвет каждой линии. Следует иметь в виду, что установка указателя на барабане может сбиваться (указатель может соскочить на соседнюю дорожку).

Таблица 1

№	Цвет линии	Длина волны , нм	Показания шкалы барабана L, град.
1.	Темно красная слабая	623.43
2.	Светло желтые: 1  ая 2  ая	579.06 576.96
3.	Зеленая	546.07
4.	Зелено  голубые: 1  ая 2  ая	496.03 491.60
5.	Синяя	435.83
6.	Фиолетовые: 1  ая 2  ая	407.78 404.65

• Постройте по спектру ртути градуировочную кривую, отложив по горизонтали деления барабана, а по вертикали – значения длин волн.

Задание 3. Поставьте теперь в качестве источника света трубку с водородом ТВС-15, через которую пропускается ток от питающего устройства ОУ-2.

• Занесите в таблицу 2 значения делений барабана для наиболее ярких линий водорода.

• Пользуясь градуировочной кривой, переведите эти значения в длины волн. Сравните экспериментальные данные с рассчитанными по формуле (5), т.е. с теоретическими значениями. Объясните возможные причины погрешностей экспериментальных данных.

• Укажите, каким переходам на энергетической диаграмме на рисунке 2 соответствуют наблюдаемые вами линии.

Таблица 2

№	Цвет линии	Показания шкалы барабана L, град.	Длина волны , нм	Длина волны, рассчитанная по формуле (5), нм
1.
2.
3.
4.

Контрольная карточка № 1.

1. Перечислите серии спектра водорода. Какому переходу соответствует головная линия в каждой серии?

2. О ценить скорость движения электрона в атоме согласно модели Бора.

3. В энергетическом спектре атома водорода (рис. 4) какой переход является запрещенным?

4. Атом водорода излучил квант света с длиной волны λ = 6,65 10^-7 м. Во сколько раз изменился при этом радиус электронной орбиты?

5. Вычислить энергию фотона ε, испускаемого при переходе электрона в атоме водорода с третьего уровня на первый.

Контрольная карточка № 2

1. Запишите формулу Бора для каждой серии спектра водорода.

2. В каком диапазоне электромагнитных волн находятся линии серии Бальмера?

3. Электрон в атоме водорода перешел из основного состояния в возбужденное, получив энергию Е=12,8 эВ. Какую наибольшую длину волны может теперь излучить атом водорода?

4. Определить наибольшую и наименьшую энергию фотонов в серии Лаймана спектра водорода.

5. Найти радиусы трех первых боровских электронных орбит в атоме водорода и скорости электрона на них.

Контрольная карточка № 3

1. Определить длину волны λ, соответствующую третьей спектральной линии в серии Бальмера.

2. Найти наибольшую λ_max и наименьшую λ_min длины волн в первой инфракрасной серии спектра водорода (серии Пашена).

3. Вычислить радиусы второй и третьей орбит в атоме водорода.

4. Определить частоту обращения электрона на второй орбите атома водорода.

5. Найти наибольшую длину волны в ультрафиолетовой области спектра водорода. Какую наименьшую скорость должны иметь электроны, чтобы при возбуждении атомов водорода ударами электронов появилась эта линия?

Контрольная карточка № 4

1. Оценить длину волны де-Бройля для электрона на каком-либо конкретном уровне, сравнить ее с радиусом орбиты. Объяснить полученный результат.

2. В каком диапазоне может лежать излучение положительного атомарного иона водорода?

3. Определить скорость электрона на второй орбите атома водорода.

4. Определить угловую скорость электрона на первой боровской орбите атома водорода.

5. Найти кинетическую, потенциальную и полную энергии электрона на первой боровской орбите.