Экспериментальная часть

Приборы и оборудование: монохроматор УМ-2, ртутная лампа, неоновая лампа, водородная лампа, источник питания.

Описание экспериментальной установки

Д ля наблюдения спектра излучения в работе используется стеклянно-призменный монохроматор типа УМ-2, предназначенный для исследования спектров в диапазоне длин волн от 0.38 до 1.00 мкм. Схема монохроматора представлена на рис. 8.4.

Кол­ли­ма­тор 1, име­ю­щий щель 1', снаб­жен ми­к­ро­ме­т­ри­че­с­ким вин­том 9 для ре­гу­ли­ров­ки ее ши­ри­ны. Свет от ис­сле­ду­е­мо­го ис­то­ч­ни­ка света па­да­ет че­рез нее на кол­ли­ма­тор­ный объ­е­к­тив 2, снаб­жен­ный ми­к­ро­ме­т­ри­че­с­ким вин­том 8. Этот винт по­з­во­ля­ет сме­щать объ­е­к­тив от­но­си­тель­но ще­ли при фо­ку­си­ров­ке спек­т­раль­ных ли­ний.

Да­лее на пу­ти лу­чей рас­по­ло­же­на сло­ж­ная спек­т­раль­ная приз­ма 3, смон­ти­ро­ван­ная на по­во­рот­ном сто­ли­ке 6. Приз­ма со­сто­ит из трех скле­ен­ных призм Р₁, Р₂, Р₃. Про­ме­жу­то­ч­ная приз­ма Р₂ сде­ла­на из кро­на. Лу­чи, от­ра­жа­ясь от ее гра­ни, по­во­ра­чи­ва­ют­ся на 90^о. Бла­го­да­ря та­ко­му ус­т­рой­ст­ву ди­с­пер­сии призм Р₁ и Р₃ скла­ды­ва­ют­ся.

По­во­рот­ный сто­лик 6 вра­ща­ет­ся во­к­руг оси при по­мо­щи ба­ра­ба­на 7, на ко­то­ром на­не­се­ны де­ле­ния. При вра­ще­нии ба­ра­ба­на приз­ма по­во­ра­чи­ва­ет­ся, и в по­ле зре­ния по­я­в­ля­ют­ся раз­ли­ч­ные уча­ст­ки спек­т­ра, ко­то­рые рас­сма­т­ри­ва­ют­ся при по­мо­щи зри­тель­ной тру­бы, со­сто­я­щей из объ­е­к­ти­ва 4 и оку­ля­ра 5. Для от­сче­та по­ло­же­ния ли­ний спек­т­ра по де­ле­ни­ям ба­ра­ба­на 7 ис­поль­зу­ет­ся ука­за­тель 11. Мас­сив­ный кор­пус 10 за­щи­ща­ет ос­нов­ные уз­лы от по­вре­ж­де­ния и за­гряз­не­ний.

Порядок выполнения работы

Задание 1. Гра­ду­и­ров­ка мо­но­хро­ма­то­ра по спек­т­раль­ным ли­ни­ям ртут­ной и не­оно­вой ламп.

1. Установить неоновую лампу как можно ближе к входной щели монохроматора.

2. Зажечь неоновую лампу и пронаблюдать полученный от нее спектр. Определить d – положение каждой линии по барабану монохроматора. Результаты записать в табл.8.1.

3. Заменить неоновую лампу ртутной и провести аналогичные измерения; результаты записать в табл.8.2.

4. Построить по полученным данным обеих таблиц 8.1 и 8.2 объединенный график зависимости длины волны от делений барабана: λ=f(d) (градуировочный график).

Таблица 8.1

Линии в спектре неона
Цвет линии	Длина волны λ, нм	Отсчёт по барабану d, дел.
1. Ярко-красная (двойная)	640.2
2. Красно-оранжевая (левая из 2-х двойных линий)	624.3
3. Оранжевая (яркая из 4-х оранжевых линий)	594.5
4. Желтая	585.2
5. Светло-зеленая (левая из двух одиночных линий)	570.0

Таблица 8.2

Линии в спектре ртути
Цвет линии	Длина волны λ, нм	Отсчёт по барабану d, дел.
Ярко-красная (двойная)	623.4
Желтая (двойная)	579.0
Светло-зеленая	546.0
Светло-голубая (правая из 2-х зеленых)	491.6
Синяя (яркая)	435.8
Фиолетовая (правая из двух, яркая)	406.2

Задание 2. Измерение спектра водорода.

1. Осторожно установить водородную лампу у входной щели монохроматора.

2. Зажечь водородную лампу и пронаблюдать полученный от нее спектр.

3. Определить положение спектральной линии по барабану монохроматора. Результаты занести в таблицу 8.3.

4. С по­мо­щью гра­ду­и­ро­во­ч­но­го графика найти длины волн линий спектра водорода и также занести в таблицу 8.3.

Таблица 8.3

№	Цвет линии в спектре водорода	Отсчёт по барабану d, дел.	Длина волны λ, нм	Квантовые числа перехода		R, .107 м-1	Rср., .107 м-1	ΔR, .107 м-1
				n	k
1	Ярко-красная			2	3
2	Сине-зелёная			2	4
3	Фиолетовая			2	5

5. Рассчитать постоянную Ридберга для каждой спектральной линии водорода, выразив R из формулы (8.1).

6. Найти среднее значение R_ср, рассчитать погрешность ΔR; все результаты записать в табл.8.3.

7. По формуле (8.13) рассчитать теоретическое значение постоянной Ридберга. Сравнить экспериментальное R_ср значение с теоретическим.

8. Из (8.13) выразить постоянную Планка и рассчитать её экспериментальное значение, подставив в формулу экспериментальное R_ср. Сравнить с табличным: h=6.63.10^-34 Дж^.с.

9. Сделать выводы.