Описание установки

Для исследования спектра атома водорода используются водородная лампа и монохроматор УМ-2, предназначенный для измерения длин волн в диапазоне от 380 нм до 1000 нм. В состав прибора входят основные части (рис.2).

Рис. 2 Устройство монохроматора УМ-2

- Входная щель 1, снабженная микрометрическим винтом 2, который позволяет открывать щель на нужную ширину.

- Коллиматорный объектив 3, снабженный микрометрическим винтом 4, позволяющим смещать объектив относительно щели для фокусировки спектральных линий.

- Сложная спектральная призма 5, установленная на поворотном столике 6, вращающемся вокруг вертикальной оси при помощи микрометрического винта с барабаном 7. На барабан нанесена винтовая дорожка с градусными делениями (цена деления = 2 градуса), вдоль дорожки скользит указатель поворота барабана. При вращении барабана призма 5 поворачивается и в центре поля зрения появляются различные участки спектра.

- Зрительная труба, состоящая из объектива 8 и окуляра 9, объектив 8 дает изображение входной щели 1 в своей фокальной плоскости, в этой же плоскости расположен указатель 10. Изображение рассматривается через окуляр 9;

- На оптической скамье могут перемещаться рейтеры с источником света и конденсором 11, служащим для концентрации света на входной щели.

Луч света от источника освещает входную щель 1 монохроматора. Узкая полоска света - изображение щели, пройдя объектив, попадает на спектральную призму 5. За счет дисперсии лучи разных длин волн, имеющиеся в пучке, преломляются по-разному и, следовательно, выходят из призмы под разными углами. Таким образом, излучение источника света монохроматором разлагается в спектр. Вращая призму можно направить в зрительную трубу пучок света определенной длины волны.

Источником света является стеклянная трубка с капилляром посередине, наполненная очищенным водородом при давлении около 1 мм. рт. ст. При включении высокого напряжения от индукционной катушки происходит свечение капилляра. Капиллярная часть трубки располагается параллельно вертикальной щели спектрометра.

Выполнение работы

1. Отъюстируйте монохроматор:

-Установите ртутную лампу на расстоянии 40 см от щели монохроматора, а конденсор 11 примерно в 25 см от источника.

-Включите пульт управления, служащий для питания источников Для яркого освещения входной щели перемещайте конденсор вдоль скамьи, стремясь получить на щели резкое изображение источника света. При этом для удобства наводки наденьте на щель белый колпачок с перекрестием. Для получения резких спектральных линий ширина входной щели устанавливается (барабаном 9) равной 0,02 - 0,04 мм.

- Для наблюдения спектра произведите тщательную фокусировку, с тем чтобы указатель 10 и спектральные линии имели четкие, ясные границы. Для этого, вращая кольцо окуляра, получите резкое изображение острия указателя, а вращением микрометрического винта 8 получите резкое изображение спектральных линий.

2. Вращая барабан монохроматора выставьте в окуляре красную область спектра. Поворачивая барабан в одном направлении (спектр смещается влево) определите показания барабана N, соответствующее каждой спектральной линии спектра ртути согласно табл. 1.

Таблица 1.

Цвет линии	Относительная яркость,	, нм	Отсчет по барабану N
Красная	4	623,4
Желтая дублет (левая)	10	579,1
Светло-зеленая	10	546,0
Зелено-голубая	10	491,6
Синяя	10	435,8
Фиолетовая дублет (левая)	7	410,8

3. Выключите ртутную лампу. Уберите ее с оптической скамьи. Установите на скамью водородную лампу на том же расстоянии от входной щели. Перемещая конденсор поперек скамьи, добейтесь попадания светящегося изображения трубки во входную щель. Заготовьте таблицу 2.

Таблица 2.

цвет и индекс линии	отсчет по барабану N	длина волны , нм	квантовое число n	постоянная Ридберга R, м
ярко-красная H
зелено-голубая H
синяя H

4. Вращая барабан 7, проведите отсчет положения линий:

- Найдите ярко-красную линию H_. Следует отметить, что в спектре водородной трубки наряду с линиями атомного спектра наблюдается спектр молекулярного водорода. Поэтому поиск нужных линий следует начинать у наиболее яркой красной линии.

Вторая линия H_- зелено-голубая. В промежутке между ними располагаются несколько красно-желтых и зеленых сравнительно слабых молекулярных полос.

Третья линия H_- фиолетовая. Перед этой линией располагаются две слабые размазанные молекулярные полосы синего цвета. Четвертая линия - фиолетовая - в нашей установке не видна.

Для уменьшения ошибки ширину входной щели 1 делают малой (0,02 + 0,03 мм винтом 9). Для наблюдения слабых линий в крайней фиолетовой области щель приходится расширять до 0,05 + 0,06 мм. Глаз лучше замечает слабые линии в движении, при наблюдении удобно слегка поворачивать барабан в обе стороны до среднего положения.

5. Запишите показания барабана для линий H_ , H_ , H_в таблицу.

6. Выключите водородную лампу. По данным табл. 1 постройте градуировочный график N = f( ). По градуировочному графикуN = f( )и данным табл. 2 определите длины волн_ , _ ,_ . Для определения линии_ график следует экстраполировать в сторону больших длин волн.

7. Вычислите значение постоянной Ридберга в единицах, обратных длине для трех длин волн используя формулу (8) и данные таблицы 2.

8. Вычислите среднее значение <R> и погрешности R , _R(%).

9. Вычислите теоретическое значение постоянной Ридберга по формуле (9). Сравните полученные результаты с экспериментальным значением R.