Выполнение работы

На компьютере откройте программу «Физика микромира». В её меню – раздел «Спектр атома водорода. Атом Бора». Необходимо последовательно выполнить все задания. (В случае затруднения можно обращаться за помощью – клавиша F1.)

Последовательность компьютерных заданий выглядит следующим образом:

1. Экспериментальное исследование спектра поглощения.

1.1. Схема эксперимента.

1.2. Метод измерения уровней энергии.

1.3. Исследование спектра. Уровни энергии.

1.4. Уровни энергии. Параметрическая зависимость.

2. Обобщённая формула Бальмера. Спектральные серии.

3. Постулаты Бора.

4. Система атомных единиц.

5. Атом водорода.

5.1. Атом Бора.

5.2. Атом Бора – Зоммерфельда.

1. Экспериментальное исследование спектра поглощения

1.1. Схема эксперимента

На экране действующая блок-схема экспериментальной установки с иллюстрацией результатов измерения в виде графиков. Пользователь «управляет» экспериментом, изменяя частоту излучения.

Установка состоит из следующих блоков:

1) источника излучения сплошного спектра и монохрома-тора; эти два блока могут быть заменены лазером с пере-страиваемой в широком интервале частотой;

2) камеры, наполненной атомарным водородом;

3) детектора излучения, регистрирующего интенсивность света после водородной камеры, например, фотоумножителя;

4) анализатора энергии свободных электронов в водородной камере; это может быть простой конденсатор или любая другая система, способная определить энергию электронов.

1.2. Метод измерения уровней энергии

Действующая схема уровней поясняет метод измерения энергий уровней по спектральным линиям фотопоглощения и порогу фотоионизации, определяемому по энергиям свободных электронов, возникших в результате фотоионизации атома. Пользователь имеет возможность изменять энергию квантов.

1.3. Исследование спектра. Уровни энергии

Имитируется эксперимент по измерению длин волн (и энергий квантов излучения) спектральных линий поглощения и энергий свободных электронов – продуктов фотоионизации. В «эксперименте» реализуется метод, изложенный в п. 1.2.

Изменяя частоту излучения, пользователь находит линии поглощения и границу непрерывного спектра поглощения – порог фотоионизации. По оси ординат откладывается интенсивность излучения, прошедшего через камеру, в относительных единицах. Эта величина связана с вероятностью перехода на данной частоте.

По этим «экспериментальным» данным вычисляются энергии уровней и заносятся в таблицу, расположенную в нижней части экрана. В окна [п] и [Е_п] вносятся номер верхнего уровня и значение его энергии, отсчитанной от границы непрерывного спектра. Ограниченная разрешающая способность экрана не позволяет наблюдать и фиксировать линии с большими значениями числа n, поэтому возможные значения его обрываются при n > 7. Предусмотрен переход от окна [п] к окну [Е_п] и ввод чисел в таблицу.

Энергии уровней атома – единственный материал, на котором базируется построение модели атома.

1.4. Уровни энергии. Параметрическая зависимость

В этом разделе работы на основе экспериментальных данных определяются параметры постулированной зависимости уровней энергии от номера – уровни энергии нумеруются в порядке возрастания энергии. Процедура параметризации изложена в разделе «Помощь».

Результаты работы – основа обобщенной формулы Бальмера.

Полученные результаты сохраните.