Методика эксперимента
Группа спектральных линий, которые излучаются при переходе электронов в состояние n=1 называется серией Лаймана, в состояние n=2 – серией Бальмера, в состояние n=3 – серией Пашена и т.д. Серия Бальмера содержит видимое глазом человека излучение.
В
данном эксперименте на спектроскопе
(см. приложение) определяются длины волн
спектра водорода (серия Бальмера). При
излучении фотон получает энергию, равную
разнице энергий электрона на уровнях.
В рассматриваемом случае
,
где n
– главное квантовое число возбужденного
уровня.
Используя (42.4), последнюю формулу можно записать в следующем виде
или
(42.18)
где
(для водорода Z=I).
В
формуле (42.18)
-
определяется экспериментально, остальные
все величины известны, поэтому нахождение
одного неизвестного n
не представляет труда. Найдя n
для всех обнаруженных спектральных
линий, можно найти все
,
построить схему уровней (рис. 42.3) и
начертить схемы возможных переходов.
Порядок выполнения работы
-
. Проградуируйте шкалу спектроскопа по известному спектру ртути (таблица длин волн спектра ртути находится на лабораторной установке). Включение ртутной лампы производится следующим образом: вначале напряжение на лампе доводят до максимального, при зажигании лампы ток быстро снижают до 2,5А. Наблюдая спектр через окуляр, запишите значение отсчетов по барабану на шкале под рисунком, который следует перерисовать в конспект.
2. Постройте градуировочную кривую в координатах: по оси ординат значение длин волн в Å, по оси абсцисс – положение их по барабану.
3. Замените ртутную лампу водородной. Наблюдая спектр через окуляр, отметьте положение спектральных линий по шкале. Пользуясь градуировочной кривой, определите длины волн этих линий.
Обработка результатов
Пользуясь формулой (42.18) для серии Бальмера, определите квантовые числа n.
Округлит каждое до целого.
2.
Рассчитайте все значения энергии уровней
в электроновольтах. Для этого в формуле
(42.4) энергию следует разделить на заряд
электрона (т. 1эВ=
Т.е
(42.4).
3. Постройте систему уровней (рис. 3) в масштабе (эВ) и начертите схему возможных переходов для одного из n, обнаруженных экспериментально.
Приложение. Оптическая схема спектрального прибора
В данной работе используется либо спектроскоп. либо стилометр. Оптическая схема спектроскопа изображена на рис. 42.6
Рис. 42.6 Оптическая схема спектроскопа.
На рис. 42.6 1 – лампа (ртутная или водородная в данном эксперименте), 2,4 – конденсор и коллиматор (система линз), 3 – щель, 5 – диспергирующая призма, 6 – собирающая линза, 7 – изображение шкалы, даваемое отсчетным приспособлением – 9, 8 – объектив.
Принцип работы прибора следующий. Оптической системой 2,3,4 создается узкий пучок света от источника 1.
В
призме 5 лучи с различной длинной волны
-
отклоняется под разными углами. Линза
6 собирает эти лучи в своей фокальной
плоскости. Также в фокальной плоскости
находится изображение шкалы 9. Через 8
наблюдают расположение спектральных
линий относительно шкалы.