Порядок выполнения работы

1. Согласно инструкции на рабочем месте и прил. 1 проградуировать спектроскоп УМ–2. На листе миллиметровки (формат 200×300 мм) построить градуировочный график – зависимость между делениями барабана и длинами волн. Значения длин волн эталонных спектральных линий ртути даны в прил. 2.

2. Измерить длины волн водородных линий , , , . Начинать поиск нужных линий необходимо с наиболее интенсивной – красной ( ) и зелено-голубой ( ) линий, явно выделяющихся на фоне красно-желтых и зеленых сравнительно слабых молекулярных полос.

Чтобы отождествить две другие линии – и , необходимо одновременно со спектром водорода наблюдать и эталонный спектр ртути. Линия находится между синими (средней и слабой) линиями спектра ртути; а – справа, рядом с фиолетовой.

Следует иметь в виду, что линия , наблюдается только в спект­рах некоторых экземпляров водородных ламп.

Результаты измерений занести в протокол.

Дополнительное задание

Выключить водородную и включить ртутную лампы. С помощью препода­вателя (лаборанта) заменить окуляр монохроматора на выходную щель. Со­гласно инструкции на рабочем месте измерить:

1) расстояние между линиями желтого дублета и ;

2) расстояние между красными линиями и .

Значения занести в протокол.

Обработка экспериментальных данных

1. Убедиться в правильности идентификации измеренных спектральных линий (измеренные значения длин волн не должны сильно отличаться от приведенных в описании значений ).

2. Проверить соответствие длин волн водородных линий формуле Бальмера (2).

3. Для каждой из наблюдаемых линий по измеренным значениям λ по (3) вычислить значение постоянной Ридберга R и определить ее среднее значение по всем измерениям.

4. Оценить погрешность измерения сравнением результатов опыта с табличным значением R .

Дополнительное задание

Используя данные измерений по (8) определить об­ратное значение линейной дисперсии в желтой и красной областях спектра. Полученные результаты сравнить с паспортными данными прибора.

Контрольные вопросы

1. Охарактеризуйте энергетический спектр атома водорода. В каких состояниях энергия электрона E<0? E> 0?

2. Запишите формулу для энергии дискретных уровней в атоме водоро­да, рассчитайте по этой формуле энергию ионизации атома.

3. Почему спектры атомов линейчаты? Получите из формулы для энер­гетических уровней водорода обобщенную формулу Бальмера и теоретичес­кое выражение постоянной Ридберга.

4. Что такое спектральная серия? Запишите общую формулу для частот произвольной серии водородного спектра с номером m . Изобразите харак­тер взаимного расположения линий серии на шкале частот (т.е. в поле зрения окуляра спектрометра).

5. Запишите формулы для частот головной линии и границы серии для спектральной серии с номером m . Рассчитайте эти частоты для трех первых серий. Перекрываются ли эти серии?

6. Линии какой серии спектра атомарного водорода можно наблюдать визуально? Каково (теоретически) число наблюдаемых линий (считать ви­димыми линии с λ≥ 400 нм)?

7. Изобразите оптическую схему монохроматора и объясните его принцип действия.

8^*. Что называется угловой дисперсией D_φ спектрального прибора? Выведите формулу для D_φ призменного спектрального прибора.

9^*. Что показывает обратная линейная дисперсия? От чего она зави­сит в случае призменного спектрометра?

10^*. Что такое разрешающая сила спектрального прибора и от чего она зависит в случае призменного монохроматора?

11^*. Что означает выражение: "две спектральные линии разрешены"? "не разрешены"? Сформулируйте критерий Рэлея.