3. Порядок виконання роботи

1. Ознайомитись з лабораторною установкою для спектральних вимірювань. Звернути увагу на будову спектроскопа та котушки Румкорфа, з’ясувати мі-сця розміщення на робочому столі ртутної і водневої трубок та джерел їх живлення. Перевірити надійність підключення з’єднувальних провідників.

26

Кафедра інформаційно-вимірювальних технологій, метрології та фізики

Фізика атома, атомного ядра та фізика твердого тіла

2. Спрямувати об’єктив коліматорної трубки спектроскопа на вертикальне ві-конце у захисному кожусі ртутної трубки, встановивши його на одному рів-ні з віконцем на відстані 1…2 см від нього.

2. З дозволу та під керівництвом викладача або лаборанта ввімкнути ртутну трубку.

Увага! Джерело живлення ртутної трубки слід підключати до мережі з напругою 127 В.

4. Плавно обертаючи рукоятку барабана спектроскопа, встановити у полі зору окуляра зображення зеленої лінії спектра ртуті, після чого, зміщуючи вхід-ну щілину коліматорної трубки “вправо-вліво”, домогтися максимальної яскравості лінії у полі зору. Впевнитись, що спектральні лінії розташовані у полі зору вертикально. В разі потреби відрегулювати положення вхідної щілини спектроскопа.

4. Повільно обертаючи рукоятку барабана, переглянути увесь спектр випро-мінювання ртутної трубки, після чого перейти до вимірювань дисперсійної кривої. При вимірюваннях середину кожної спектральної лінії (дивись Таб-лицю 33.1) слід сумістити із спеціальною трикутною позначкою в полі зору окуляра, після чого записати відповідний відлік по шкалі барабана. Після закінчення вимірювань відключити ртутну трубку від джерела живлення.

4. Побудувати на міліметровому папері градуювальну (дисперсійну) криву спектроскопа.

4. З дозволу та під керівництвом викладача або лаборанта ввімкнути водневу трубку. Пам’ятайте, що котушка Румкорфа, від якої живиться розряд у тру-бці, підключається до низьковольтного випрямляча (6 – 12 В), але напруга на виході котушки сягає 10 – 15 кВ!

4. Наведіть об’єктив спектроскопа на середню частину водневої трубки (капі-ляр) і знайдіть лінії спектра водню. Починати пошук ліній треба з найбільш інтенсивної червоної лінії (головної лінії серії Бальмера). Для кожної з спе-ктральних ліній водню записати відповідний відлік по шкалі барабана. Слід відзначити, що в спектрі водневої трубки поряд з окремими лініями атом-ного спектра спостерігається смугастий спектр молекулярного водню, на який під час вимірювань не слід звертати уваги.

4. Обробка результатів вимірювань

1. За допомогою градуювальної кривої знайти для кожного відліку п.8

розділу 3.3 довжину хвилі для червоної, блакитної та фіолетових ліній в спе-

ктрі водню.

2. Для кожної із знайдених ліній визначити на діаграмі (рисунок 33.1) номери енергетичних рівнів відповідних квантових переходів і, користуючись фор-мулою (33.7), розрахувати значення сталої Рідберга.

2. Знайти середнє значення сталої Рідберга і оцінити похибку вимірювань.

2. За одержаним середнім значенням R , на основі формули (33.8), розрахувати

27

Кафедра інформаційно-вимірювальних технологій, метрології та фізики

Фізика атома, атомного ядра та фізика твердого тіла

масу m електрона.

5. Записати кінцеві результати вимірювань. Зробити висновки.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Назвіть найбільш суттєві положення моделі атома Резерфорда. Поясніть, які саме спостереження у дослідах Резерфорда підтверджують ці положення.

2. Чому атоми, побудовані за моделлю Резерфорда, не можуть бути стабільними з класичної точки зору? Як це протиріччя вирішується у теорії Бора?

3. Як теорія Бора пояснює походження лінійчатих спектрів випромінювання атомів?

4. Поясніть, чому теорію Бора іноді називають напівкласичною, а саме, які по-ложення теорії:

узгоджуються із законами класичної фізики; не можуть бути обґрунтовані законами класичної фізики?

5. Які атоми називають воднеподібними? У чому схожі та у чому відмінні спек-три випромінювання атомарного водню та воднеподібних атомів?

5. Чи будуть спостерігатися у спектрах атомарного водню та воднеподібного ге-лію He⁺ деякі лінії з однаковими частотами?

6. Що таке основний стан атома? Чому дорівнює мінімальна енергія, яку здатен поглинути атом водню в основному стані?

5. Що таке енергія іонізації атома? Чому дорівнює енергія іонізації воднеподіб-ного гелію He⁺; літію Li⁺?

6. Нехай атом здійснює випромінювальний квантовий перехід між енергетич-

ними рівнями з номерами k та n k n . Виходячи з формули (33.7), напишіть відповідні формули для визначення:

частоти _kn та циклічної частоти _kn кванта випромінювання; енергії та імпульсу кванта випромінювання.

10. Що таке спектральна серія; головна лінія серії; границя серії? Скільки спект-ральних ліній містить (теоретично) спектральна серія? Скільки спектральних серій містить (теоретично) спектр випромінювання водню?

10. Які процеси призводять до збудження випромінювання ртутної або водневої трубки електричним розрядом? З якою метою використовується у даній робо-ті ртутно-кварцова трубка?

28

Кафедра інформаційно-вимірювальних технологій, метрології та фізики

Фізика атома, атомного ядра та фізика твердого тіла