Лабораторная работа № 14 Изучение сериальных закономерностей в спектре атома водорода и определение постоянной Ридберга
Цель работы: экспериментально исследовать спектр атома водорода и определить постоянную Ридберга.
Приборы и принадлежности: призменный спектрометр, ртутная лампа, водородная лампа.
В данной работе для разложения идущего от источника света в спектре используют призменный спектрометр, принцип действия которого основан на явлении дисперсии.
Принципиальная схема лабораторной установки приведена на рис. 1.
где
S – источник света
1 – входная щель
2 – объектив
3 – призма
4 – окуляр
В качестве источника света используют ртутную и водородную лампы. Ртутная лампа применяется для градуировки спектрометра. Она представляет собой стеклянную трубку, наполненную парами ртути под давлением I мм рт.cт. При возбуждении в парах ртути электрического разряда атомы ртути излучают интенсивное свечение, причем видимая часть спектра ртути представляет собой большое количество спектральных линий различной интенсивности. Длины волн самых ярких линий ртути приведены в таблице для результатов измерений.
Водородная лампа применяется для определения длины волны линий бальмеровcкой серии. Принцип действия аналогичен ртутной лампе. Следует отметить, что в видимой части спектра водорода наблюдается всего четыре линии: H-(красная); H-(зелено-голубая); H-(сине-фиолетовая); H (фиолетовая), причем их интенсивности гораздо меньше, чем у ртутных линий, что несколько затрудняет проведение измерений.
Определение постоянной Ридберга возможно экспериментальным путем с использованием формулы Бальмера. Так как,
,
то
Для серии Бальмера (видимая часть спектра атома водорода) k=2, поэтому
Порядок выполнения работы
1. Установить ртутную лампу на оптической скамье на расстоянии 30..50 см от входной щели. Включить лампу и добиться четкой видимости спектральных линий, регулируя ширину щели в интервале 0,02...0,05 мм.
2. Установить барабан монохроматора в крайнее положение. Медленно вращая его, просмотреть весь спектр и определить линии, приведенные в таблице (самые яркие в данном диапазоне длин волн)). Определить показания барабана , соответствующие положению этих линий, и записать их в таблицу. Выключить лампу.
3. Установить водородную лампу на оптической скамье на расстоянии О...10 ом от входной щели. Включить лампу и добиться четкой видимости спектральных линий, регулируя ширину щели в интервале 0,05...0,10 мм.
4.
Вращая барабан спектрометра поочередно
установить указатель окуляра на линии
,
,
,
и
определить соответствующие показания
барабана
.
5.
Построить градуировочную кривую, т.е.
график зависимости делений барабана
от длины волны (по данным, полученным
для ртутной лампы 1 )
.
6. По
градуировочному графику определить
,
,
и
,
используя значения
,
полученные для водородной лампы.
7.
Вычислить постоянную Ридберга и сравнить
о теоретическим значением
:
,
8. Оценить погрешности измерений и сделать выводы по работе.
9. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу:
Линии ртути |
Линии водорода |
|||||||
Цвет |
|
|
Цвет |
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
Красная |
6234 |
|
Красная |
|
|
3 |
|
|
Желтая |
5791 |
|
|
|
|
|
|
|
Желтая |
5770 |
|
|
|
|
|
|
|
Зеленая |
5461 |
|
|
|
|
|
|
|
Голубая |
4916 |
|
Голубая |
|
|
4 |
|
|
Синяя |
4358 |
|
Фиолетовая |
|
|
5 |
|
|
Фиолетовая |
4047 |
|
Фиолетовая |
|
|
6 |
|
|
