Сценарии

ПРОВЕДЕНИЯ

ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

ЧАСТЬ 1 Работы №№ 1, 4, 5 – 8, 13, 19

Лабораторный практикум

«Спектры атомов и молекул»

Москва 2008

С О Д Е Р Ж А Н И Е

Работа 1. Изучение основных законов внешнего фотоэффекта 3

Работа 4. Опыт Франка и Герца 21

Работа 5. Оптические спектры атомов водорода и ртути 31

Работа 6. Изучение спектра натрия 45

Работа 7. Изотопический сдвиг спектральных линий атома водорода 57

Работа 8. Изучение спектра поглощения молекул йода 65

Работа 13. Эффект Зеемана 88

Работа 19. Тепловое излучение нагретых тел 103

Р а б о т а 1

ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЗАКОНОВ

ВНЕШНЕГО ФОТОЭФФЕКТА

Цель: исследование основных закономерностей внешнего фотоэлектрического эффекта, измерение постоянной Планка, определение основных характеристик фотоэлектронного умножителя.

Введение

Электромагнитное излучение имеет двойственную корпускулярно-волновую природу. Явления интерференции, дифракции, поляризации характеризуют волновые свойства излучения. Корпускулярная природа излучения в большей степени проявляется в фотоэлектрическом эффекте и комптоновском рассеянии. В данных явлениях излучение ведет себя как поток особых частиц – фотонов, обладающих нулевой массой и движущихся со скоростью, равной скорости света. Энергия  и импульс p фотона в вакууме связаны с частотой  и длиной волны  следующим образом: ,, гдеДжс – постоянная Планка, а c – скорость света в вакууме.

Противоречия классической теории электромагнитного излучения были впервые обнаружены при попытке объяснить спектр теплового излучения тел. Для теоретического обоснования эмпирического спектрального распределения энергии теплового излучения немецкий физик М. Планк в 1905 г. выдвинул предположение о том, что энергия теплового излучения может поглощаться в виде дискретных порций , названных им квантами. В 1905 г. идея М. Планка получила дальнейшее развитие в виде гипотезы световых квантов, выдвинутой А. Эйнштейном. Согласно этой гипотезе дискретность изменений энергии при поглощении и испускании электромагнитного излучения вытекает из дискретности самого излучения, состоящего из неделимых «квантов энергии, поглощаемых или испускаемых только целиком». Исходя из этих предположений, А. Эйнштейн объяснил ряд закономерностей фотоэффекта, люминесценции и фотохимических реакций. За работы в области теоретической физики и, в частности, за объяснение законов фотоэлектрического эффекта, А. Эйнштейну в 1921 г. была присуждена Нобелевская премия.

Корпускулярные свойства электромагнитного излучения были обнаружены в ряде опытов. В 1922 г. в экспериментах американского физика А. Комптона по рассеянию рентгеновского излучения на свободных электронах наблюдалось изменение частоты рассеянного излучения. Это явление могло быть объяснено только упругим соударением электрона и частицы с энергией и импульсом. В 1929 г. американский физик Г. Льюис назвал эту частицу «фотоном». Дальнейшие эксперименты подтвердили двойственную корпускулярно-волновую природу электромагнитного излучения. В 1924 г. французский физик Л. де Бройль выдвинул гипотезу о существовании волновых свойств не только у фотонов, но и у всех других микрочастиц. Эта гипотеза легла в основу квантовой механики.