Контрольні питання.

1. Фотоелектричний ефект. Види фотоефекту. Закони фотоефекту.

2. Червона границя фотоефекту. Який зміст має поняттяроботи виходу?

3. Рівняння Ейнштейну фотоефекту. Квантовий характер фотоефекту.

4. Інтегральна чутливість фотоефекту. Метод вимірювання інтегральної чутливості фотоефекту.

5. Що являють собою фотони?Якими є властивостіфотонів?

ПРОТОКОЛ

вимірювань до лабораторної роботи№О-3

Виконав(ла)

Група

Параметри установки:

Сила струму І= Кддіаметр фотоелемента d= см Площа світлочутливої поверхні

см²

Таблиця 63.1

і	r , см i		x I S i r 2 i		y i , мкА i i
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
a		b , мкА/ лм		 a		 b

Кінцевий результат:

Дата

Підпис викладача

Змістовий модуль 6. Атомна фізика. (а) Лабораторна робота № а-1 (72). Дослідження видимого спектру атому водню та визначення довжини хвилі випромінювання серії бальмера.

Мета роботи: Експериментально переконатися у тому, що спектр випромінювання атомарного водню є дискретним, ознайомитися з принципом роботи монохроматора УМ-2, визначити сталу довжину хвилі по градуювальному графіку та сталуРідберга.

Як відомо, саме існування атомів, а також багато їх властивостей, наприклад, лінійчатий характер спектрів випромінювання та поглинання, принципово суперечать законам класичної фізики. Коректну теорію атома дала тільки квантова механіка. Зокрема, згідно з квантовою теорією в атомі існують так звані стаціонарні або квантові стани, перебуваючи в яких атом не випромінює електромагнітної енергії. При цьому енергії стаціонарних станів утворюють дискретний набір значень Е_п , і тому при переході із стану з енергією Е_п у стан з енергією Е_т < E_n атом випускає квант електромагнітного випромінювання зчастотою _пт, що визначається умовою:

_nm E_n E_m , (72.1)

де ħ = 1,05510^34 Джс стала Планка.

Набір дискретних значень енергії електрона утворює енергетичний спектр атома водню. Число n, що характеризує рівні цього спектру, називається головним квантовим числом, воно співпадає з номером енергетичного рівня. Оскільки будь-яка спектральна лінія виникає при переході з одного енергетичного рівня на іншій, то оптичний спектр атома водню є лінійчатим. Довжини хвиль спектральних ліній описуються узагальненою формулою Бальмера:

(

), (72.2)

де R - стала Рідберга, n та m - номера орбіт з якої і на яку відбувається

перехід в атому водню.

Спектральні лінії прийнято групувати в спектральні серії. У кожну серію входятьвсі лінії зфіксованим п_і, тобто те, що відповідають переходу атома (при випромінюванні) на один і той же нижній рівень з різних верхніх. Розташування та назви серій зображені на рисунку 72.1.

Стрілкам, направленим від вищих рівнів енергії до нижчим, відповідають лінії випромінювання; стрілкам, проведеним у зворотному напрямі, - лінії поглинання.

Серія Лаймана

Серія Бальмера

Серія Пашена

Серія Брекета Серія Пфунда

Рисунок 72.1 – Спектральні закономірності спектру атома водню

Для вивчення оптичних спектрів використовується скляно-призматичний монохроматор-спектрометр УМ-2, призначений для спектральних досліджень в діапазоні довжин хвиль від 380 нм до 1000 нм. Оптична схема спектрометра показана на рис. 72.2.

Світло через вхідну щілину 1 потрапляє на об'єктив коліматора і парале- льним пучком потрапляє на диспергуючу призму 3. Вхідна щілина забезпечена мікрометричним гвинтом 2, який дозволяє відкривати щілину на потрібну ве- личину для отримання достатньої інтенсивності ліній. Під прямим кутом до па- даючого пучка світла поміщається вхідна труба спектрометра, що складається з об'єктиву 4 і окуляра 5, у фокальній площині об'єктиву розташований покажчик

8. Повертаючи призматичний столик 6 на різні кути відповідно падаючого пучка за допомогою мікрометричного гвинта 7, спостерігають у вхідній щілині різні ділянки спектру. Мікрометричний гвинт забезпечений відліковим бараба- ном. Для проведення спостережень джерело світла необхідно встановити на оп- тичній лаві так, щоб об'єктив коліматора був рівномірно освітлений. На барабан нанесена гвинтовадоріжка з градусними поділками. При обертанні барабана на одну поділку (2⁰) Системапризм повертається на 20^||.

Рисунок72.2 Схемамонохроматора.

Об’єктив коліматора 5, система дисперсируючих призм 6, а також об’єктив зорової труби 7, знаходяться в середині корпусу 8. Відліковим пристроєм приладу являється барабан 9, який з’єднаний з системою дисперсируючих призм. Складна спектральна призма 6 встановлена на поворотному столику 10. Вона складається з трьох склеєних призм Р₁, Р₂, Р₃.Промені відбиваються від її гіпотенузної грані та повертаються на 90⁰. Поворотний столик 10 обертається

навколо вертикальної осі за допомогою мікрометричного гвинта з відліковим барабаном 9. На барабан нанесена гвинтова доріжка з градусними поділками. При обертанні барабана на одну поділку (2⁰) Система призм повертається на 20^||. Для визначення положення спектральної лінії в фокальній площині об’єктивом зорової труби встановлено візир рис.72.2 в вигляді трикутника. Індекс освітлюється лампочкою. Окуляр може встановлюватися на різкість зображенняіндексуі спектральних ліній шляхом обертання.

Рисунок 72. 2 – Поле зору окуляра (а): 1 – темний фон; 2

– спектральні лінії;

Щоб виразити показання шкали барабана в довжинаххвиль необхідна градуювання прибору. Для цього застосовується неонова лампа. Спектральні лінії,що дає ця лампа, добре вивчені. В таблиці 1 спектральні лінії представлені з вказівкою їх відносної яскравості.

Хід виконання

ЗАВДАННЯ 1. Градуювання шкали барабана УМ-2по довжинам

хвиль.

1. Встановити за допомогою мікрометричного гвинта 4 ширину вхідної щілини 0.02 мм.

2. Щільно довхідної щілини монохроматора встановіть неонову лампу. Ввімкнітьджерело струму.

3. Повертаючибарабан, про спостерігатив окуляр весь спектр.

4. Сумістити з індексом окуляра лінії неону від червоної до зеленої лінії, зробити відлік по барабану монохроматора (в градусах) та занести в таблицю 72.1.

5. Повторіть вимірювання з іншого боку, від зеленої до червоної лінії.

6. Щільно встановіть до вхідної щілини монохроматора водневу лампу. Ввімкнітьджерело струму.

7. Повторіть операції пунктів 1 - 6 та занесітьданні в таблицю 2.

8. По одержаним значенням обчисліть середній відлік по барабану для кожної спектральної лінії.

9. Використовуючи данні таблиць 1 побудуйте на міліметровому папері графік за допомогою якого можна градуювати. По осі ординат відкладають показники монохроматора, відлічені по барабану, по осі абсцис – відповідні довжини хвиль . Масштаб повинен дозволяти визначити довжину хвилі з точністю до 2 нм.

10.Визначити довжинихвиль для спектру водню Н_α, Н_β, Н_γ, Н_δ. 11.Розрахувати теоретичні значення довжини хвилі для ліній спектру водню

Н_α, Н_β,Н_γ, Н_δ, використовуючи формулу 72.2 дляn= 2 та m=3,4,5,6.