_{МИНОБРНАУКИ РОССИИ}

«ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»)

Физический факультет

Кафедра физики

отчет

по лабораторной работе №4

Тема: Спектр атома водорода и определение постоянной Ридберга

ВЫПОЛНИЛ СТУДЕНТ
Агеев А.А.
Академическая группа	ФФ-304	Курс	3
(подпись) « » 2024г.
ПРОВЕРИЛ
Воронин Д.С.
ОЦЕНКА:
(подпись) « » 2024г.

Челябинск

2024

Цель работы: Изучение и градуировка монохроматора УМ-2, измерение с его помощью длин волн видимой части спектра, исследование спектральных закономерностей и экспериментальная проверка теории атома водорода.

Экспериментальная установка (рис. 1) состоит из входной 5 и выходной 10 труб, расположенных под прямым углом друг к другу. Установлен УМ-2 на двух рельсах. Лучи от источника света 1 фокусируются конденсорной линзой 2 на выходной щели 3. Коллиматорный объектив 6 формирует идущие через щель 3 лучи в параллельный пучок и направляет их на диспергирующую систему 9. Последняя представляет собой сложную систему призм, работающих как призма постоянного отклонения. После ее прохождения лучи разлагаются в спектр, поворачиваются на 90° и попадают в выходную трубу. Объектив выходной трубы 11 собирает параллельные лучи в фокус линзы 15 окулярной насадки 12 (или в плоскости выходной щели 17, если в выходную трубу вставлена съемная щелевая насадка 16). Съемный окуляр имеет в фокальной плоскости линзы 15 стрелку-указатель 13, которая освещается лампочкой 14.

Диспергирующая система призм расположена на поворотном столике. При повороте в выходную щель попадает та или иная часть спектра. Линии тем уже, чем уже выходная щель. Поворот призмы осуществляется барабаном 8, имеющим градусные деления. Ширина входной щели 3 регулируется головкой 4. Продольные перемещения входной щели, необходимые для фокусировки спектра, осуществляются головкой 7. Ширина входной щели регулируется головкой 18.

Окулярная линза 15 может перемещаться вращением ее оправы для фокусировки стрелкиуказателя до четкой видимости.

Рис. 1 – Схема устройства монохроматора УМ-2

Общие сведения.

Водород представляет собой простейший атом, так как состоит из ядра и одного электрона. У водорода самый простой спектр. Расстояния между линиями в видимой части спектра уменьшаются в соответствии с законом, найденным в 1885 г. швейцарским школьным учителем и одновременно доктором Базельского университета Иоганном Бальмером,

где вместо n следует подставлять целые числа 3, 4, 5 и 6, а B – эмпирическая константа. Закономерность, выражаемая формулой Бальмера, становится особенно наглядной, если записать ее для частот линий (Ридберг, 1890 г.)

где R – постоянная Ридберга.

Расчет энергий атома водорода для состояний с разными главным квантовыми числами n дает следующее:

где е - заряд электрона, m – приведенная масса атома, ₀=8.8510^-12 Ф/м –электрическая постоянная; h - постоянная Планка.

Если электрон совершает переход между состояниями с квантовыми числами n1 и n2, то частота кванта излучения будет

или для волнового числа

Мы получили формулу, подобную формуле Ридберга. Числа n1 и n2 в формуле Ридберга имеют смысл главного квантового числа, а постоянный коэффициент перед скобкой есть теоретическое значение постоянной Ридберга

Протокол наблюдений

Лабораторная работа № 4

«Спектр атома водорода и определение постоянной Ридберга»

Выполнил студент группы аааааааааа аааааааааааааааааааааааа

Таблица 1. Наиболее яркие линии спектра ртути.

Линии спектра	Длина волны в ангстремах	Отсчет по шкале барабана (n)
Первая фиолетовая	4046
Вторая фиолетовая	4078
Синяя (самая яркая)	4358
Первая голубая	4916
Вторая голубая	4940
Зелёная яркая	5461
Первая жёлтая	5770
Вторая жёлтая	5790
Красная (последняя из красных)	6907

Таблица 2. Спектральные линии водорода.

N	Цвет линии	n	Отсчет по шкале	Длина волны , нм	1/	1/n²

Таблица 3.

NN	Цвет линии	Отсчет по барабану