2. Описание экспериментальной установки

Принципиальная схема установки для исследования спектра атома водорода приведена на рис. 2. Исследуется излучение водорода, находящегося в газоразрядной трубке 1 при давлении около 1 Па. Атомы водорода возбуждаются электронным ударом в процессе так называемого тлеющего разряда (электронами, ускоренными электрическим полем, которое создается в трубке 1 подачей высокого напряжения с генератора 2).

Для наблюдения спектра используется призменный монохроматор УМ-2 с окулярной головкой 3 для визуального наблюдения спектра. Монохроматор работает в диапазоне длин волн 360 –  1000 нм и, следовательно, позволяет визуально наблюдать те линии серии Бальмера, которые находятся в видимой области спектра.

Излучение водорода в газоразрядной трубке 1 фокусируется конденсором О1 на плоскость входной щели Щ1 монохроматора. Конденсор представляет собой короткофокусную линзу или систему линз, как правило, большого диаметра. Благодаря наличию конденсора увеличивается интенсивность света, входящего в щель Щ1 монохроматора. Излучение в виде спектральных линий наблюдается визуально через окуляр 3. Наведение прибора на спектральную линию осуществляется вращением барабана 4 поворота призмы 5.Настройка резкости изображения спектральных линий достигается регулировкой ширины входной щели и перемещением объектива 7 коллиматора. Для более точного наведения на спектральную линию окуляр 3 снабжен указателем 6 с подсветкой.

3. Порядок выполнения работы

1. Перед входной щелью монохроматора устанавливается и подключается к источнику питания блок с газоразрядной трубкой.

2. Перемещением блока с газоразрядной трубкой, достигается максимальная яркость линий спектра.

3. Перемещением объектива 7 коллиматора с помощью маховичка, находящегося на корпусе монохроматора и одновременным уменьшением ширины входной щели от 2 мм до 0,1 мм, получить резкое изображение спектральных линий.

4. Вращением барабана 4 с одновременным наблюдением в окуляр монохроматора спектральной линии совместить выбранную линию с указателем и снять отсчет соответствующего угла φ по шкале барабана. Отсчет угла φ необходимо снимать против риски на флажке отсчетного устройства, скользящего по спиральной канавке барабана. Подводить спектральную линию к указателю необходимо всегда с одной стороны, т.е. либо справа, либо слева, чтобы избежать влияния люфтов поворотного устройства. Первая линия спектра атомарного водорода слева – красная, вторая – голубая. В промежутке между этими линиями расположены слабые красно-желтые и зеленые полосы спектра молекулярного водорода. Третья линия спектра атомарного водорода – сине-фиолетового цвета. Для повышения точности измерения повторяются три раза, начиная либо с красной, либо с сине-фиолетовой линии.

4. Обработка результатов измерений

1. По измеренным значениям угла поворота барабана монохроматора  определяются длины волн, соответствующие всем трем наблюдаемым спектральным линиям серии Бальмера – красной, голубой и сине-фиолетовой. Градуировочный график λ(φ) находится в лаборатории.

2. По схеме энергетических состояний атома водорода на рис. 1 для каждой из трех наблюдаемых спектральных линий Бальмера находятся соответствующие значения квантового числа n₂ и вычисляются значения величин 1/λ и .

3.На координатную плоскость, на которой по оси абсцисс отложена величина 1/λ, а по оси ординат – величина , наносятся экспериментальные точки. Постоянная Ридберга определяется как угловой коэффициент в уравнении прямой аппроксимирующей экспериментальные точки. Полученное значение постоянной Ридберга сопоставляется с теоретическим значением.

4. Рассчитывается погрешность экспериментального значения постоянной Ридберга. Результат записывается в стандартном виде.