Изучение спектра атома водорода

В настоящей работе изучаются спектральные линии серии Бальмера атома водорода, так как часть этих линий лежит в видимой области спектра: красная - H_, голубая - H_, фиолетовая - H_ . Для экспериментального определения постоянной Ридберга, необходимо измерить длины волн этих спектральных линий.

Включите источник питания водородной лампы. Расположите выходное окно лампы и спектроскоп так, чтобы спектральные линии атома водорода были наиболее яркими. Вращением микрометрического винта совместите визир окуляра с красной линией серии Бальмера. Перемещая окуляр вдоль зрительной трубы, получите наиболее четкое изображение этой спектральной линии. Занесите показания шкалы микрометрического винта в таблицу 2. Проведите измерения для голубой и фиолетовой линий атома водорода. Выключите водородную лампу.

Таблица 2

Спектральные линии серии Бальмера атома водорода	красная - H		голубая - H		фиолетовая - H
Квантовые числа	m =	n =	m =	n =	m =	n =
Показания шкалы микровинта в малых делениях
Длина волны, м

Впишите в таблицу 2 квантовые числа энергетических уровней, между которыми происходит переход с испусканием соответствующей спектральной линии. Длины волн этих линий определите из градуировочного графика и переведите их в систему СИ (метры).

По формуле (7) найдите величину постоянной Ридберга для каждой длины волны. Вычислите среднее значение постоянной Ридберга и случайную погрешность , связанную с разбросом экспериментальных данных:

, (8)

. (9)

Используя в формуле (5) рассчитайте первый боровский радиус и оцените линейные размеры атома водорода. Заполните таблицу 3.

Таблица 3

Постоянная Ридберга, м-1				случайная погрешность , м-1	первый боровский радиус , м	линейные размеры атома H, м

Сравните полученную величину первого боровского радиуса с теоретическим значением = 0,529 · 10^-10 м. Рассчитайте относительную погрешность определения первого боровского радиуса .

Порядок выполнения работы

ВНИМАНИЕ! В работе применяется ртутная лампа, являющаяся мощным источником ультрафиолетового излучения. Запрещается смотреть непосредственно на выходное окно ртутной лампы, т.к. при прямом попадании света в глаза возможен ожог сетчатки глаза.

1. Ознакомиться с устройством спектроскопа.

2. Включить ртутную лампу и прогреть ее в течение 10 минут.

3. Установить выходное окно лампы против входного окна коллиматорной трубы спектроскопа.

4. Перемещением ртутной лампы добиться максимальной яркости спектральных линий, наблюдаемых в окуляр зрительной трубы.

5. Вращением микрометрического винта совместить визир окуляра с предварительно сфокусированной желтой линией ртути. Записать показания шкалы микровинта.

6. Провести измерения для других линий ртути и заполнить таблицу 1. Выключить ртутную лампу.

7. По данным таблицы 1 построить градуировочный график - зависимость длины волны спектральных линий ртути от показаний шкалы микрометрического винта.

8. Включить водородную лампу и разместить ее у входного окна спектроскопа.

9. Определить положение спектральных линий серии Бальмера атома водорода. Внести показания шкалы микрометрического винта в таблицу 2. Выключить водородную лампу.

10. С помощью градуировочного графика найти длины волн линий H_, H_ и H_ атома водорода. Заполнить таблицу 2.

11. По формуле (7) найти величину постоянной Ридберга для каждой измеренной длины волны.

12. По формулам (8) и (9) соответственно вычислить среднее значение постоянной Ридберга и случайную погрешность .

13. Используя в формуле (5) рассчитать первый боровский радиус и оценить линейные размеры атома водорода. Заполнить таблицу 3.

14. Найти относительную погрешность определения первого боровского радиуса .

15. Сделать вывод и оформить отчет.