4.1.2. Сериальная структура спектра водорода

Цель работы: изучить элементарную теорию атома водорода по Бору, исследовать структуру спектральной серии Бальмера.

Приборы и материалы: монохроматор, спектроскоп, спектральная трубка, наполненная водородом, выпрямитель, катушка Румкорфа.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА.

ТЕОРИЯ МЕТОДА И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

О птическая схема установки представлена на рис. 2. Свет от источника 1 попадает на входную щель 3 монохроматора 2, которая находится в фокусе линзы 4. Призма 5 разлагает свет в спектр, который наблюдается в фокаль

ной плоскости линзы 6. Источником света является возбужденный газ (водород), помещенный в спектральную трубку под давлением около 1 мм рт. ст. Возбуждение газа проводится при помощи высоковольтного электрического разряда.

Наблюдая спектр, можно зафиксировать положение спектральных линий по шкале барабана монохроматора и по градуировочной кривой определить их длины волн. Так как водород – это газ, большинство атомов которого объединены в молекулы, то в монохроматоре одновременно будут наблюдаться полосы спектра молекулярного водорода и линии спектра атомарного водорода. Нас интересует атомарный спектр, так как сериальные закономерности касаются именно его, и, в частности, серии Бальмера.

Первая головная линия этой серии Н_α – ярко красная, вторая Н_β – зелено – голубая. В промежутке между этими линиями мы увидим ряд слабых красно – желтых и темно – зеленых полос молекулярного спектра (их во внимание не брать). Третья линия атомарного спектра Н_γ – синяя, ей предшествуют две слабо размазанные фиолетовые полосы молекулярного спектра. Четвертая линия Н_δ – слабо – фиолетовая (видна плохо).

ЗАДАНИЯ

Определить длины волн Н_α, Н_β, Н_γ, Н_δ – линий и на основе полученных результатов оценить значение всех тех параметров атома водорода, для которых это возможно

Выполнить основное задание данного исследования

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Напишите обобщенную формулу Бальмера для расчета длин волн линий спектральных серий. Какой смысл имеют входящие в нее числа «n» и «m»?

Сформулируйте постулаты Бора и на их основании получите и объясните физический смысл формул:

- частот спектральных линий атомов;

- Бальмера;

- для расчета постоянной Ридберга;

- для расчета ионизационного потенциала атома водорода;

- для расчета радиуса первой орбиты атома водорода;

- для расчета энергии атома водорода.

Объясните явление нормального изотопического дефекта массы. Можно ли, используя данную экспериментальную установку, различить спектры водорода, дейтерия и трития?

4.1.3. Исследование спектральной чувствительности фотоэлемента

Цель работы: изучить возможности применения электронных устройств в спектроскопических исследованиях.

Приборы и принадлежности: фотоэлемент, монохроматор, амперметр.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА.

ТЕОРИЯ МЕТОДА И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

На оптической скамье установлены: монохроматор УМ-2, лампа накаливания в кожухе, линза, фокусирующая излучение лампы на входную щель монохроматора. Вблизи выходной щели укреплен фотоэлемент, соединенный с микроамперметром (рис.1).

Работать с приборами необходимо в следующем порядке:

1. Входная щель монохроматора должна быть закрыта колпачком, затвор поставить в положение «закр.».

2. Включить лампу накаливания и сфокусировать ее нить на центр колпачка входной щели.

3. Установить ширину входной щели 3мм, выходной – 1,4мм.

4. Установить предел измерения микроамперметра 100 пА, нажать кнопку «шкала 0-100».

5. Определить цену деления микроамперметра по верхней шкале.

6. Установить барабан длин волн монохроматора в крайнее положение.

7. Включить микроамперметр. Снять колпачок с входной щели, затвор монохроматора перевести в положение «откр.».

8. Устанавливая барабаном необходимые длины волн, снимать показания микроамперметра.

9. По окончании работы включить лампу и микроамперметр, монохроматор привести в исходное положение.

ЗАДАНИЯ

Определить вид спектральной чувствительности фотоэлемента (в табличной и графической формах).

Выполнить основное задание данного исследования

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Что такое количественный и качественный спектральный анализ

Какую основную задачу надо решать в рамках количественного спектрального анализа В чем сложность ее решения

Что такое спектральная чувствительность фотоприемника Почему необходимо ее использование

Что такое фотоэффект Раскройте его основные законы и закономерности.

Объясните методику экспериментального исследования вида спектральной чувствительности фотоэлемента.

Пусть в спектре некоторого элемента мы видим довольно яркую желтую спектральную линию и весьма тусклую – фиолетовую. Можно ли и почему сделать вывод о том, что интенсивность желтой линии больше, чем фиолетовой

Чем, вообще, по Вашему мнению, определяется интенсивность линий, которые Вы наблюдаете в спектре излучения некоторого вещества Интегральной или спектральной является данная характеристика?