Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лаб атомная физика.docx
Скачиваний:
49
Добавлен:
16.03.2016
Размер:
8.36 Mб
Скачать

Экспериментальная установка

Установка ЛКК-4 (рис. 34) состоит из измерительной системы 1 (ИСК-2), блока источников света 2, монохроматора 3 и зрительной трубы 4.

Рис. 34. Внешний вид установки ЛКК-4

Измерительная система ИСК-2 обеспечивает:

– питание источников света;

– задание и измерение токов и напряжений источников света;

– измерение токов фотоприёмников с разрешением от 10–11 А;

– создание и измерение нужных напряжений на фотоприёмниках;

– нагрев и термостатирование кюветы с йодом;

– создание и измерение тока электромагнита.

Блок источников света позволяет получить излучение различных источников света и содержит ртутную лампу, водородную лампу, натриевую лампу, неоновую лампу, лампу накаливания и светодиод.

Монохроматор необходим для разложения света в спектр и содержит оптический ввод, сферическую дифракционную решётку, боковой и задний выходы излучения и механизм поворота решетки, связанный со шкалой отсчёта длины волны излучения.

Зрительная труба необходима для наблюдения спектров излучения и содержит объектив, окуляр и визирный крест.

Свет от оптических источников излучения (спектральных ламп) поступает на вход (объектив) 5 монохроматора (рис. 35).

Рис. 35. Монохроматор. Вид сверху

Монохроматор (см. рис. 35) имеет сферическую дифракционную решетку 6, боковой выход 3, задний выход 1, механизм 8 поворота решётки и связанный с ним механизм 7 отсчёта длины волны излучения с приводом от вала с ручкой 9. На входе и на выходах имеется возможность устанавливать сменные щели.

Излучение, вошедшее во входную щель 5, направляется на дифракционную решётку 6 неподвижным зеркалом 4. Длина волны излучения, отражённого от решётки в направлении выхода монохроматора, зависит от ориентации решетки. Поворот решётки осуществляется вращением ручки 9.

Длина волны отсчитывается по шкале 7 отсчётного устройства. Шкала имеет три барабана, показывающие значение длины волны в нанометрах. Правый барабан имеет дополнительную шкалу с ценой деления 0,2 нм, отсчёт по которой производится по горизонтальной визирной линии. Выбор выхода монохроматора осуществляется с помощью подвижного зеркала 2, перемещаемого штоком 10.

Шкала монохроматора уже откалибрована в показаниях длин волн, однако для повышения точности измерений рекомендуется провести более точную калибровку шкалы монохроматора с помощью ртутной спектральной лампы.

Выполнение работы

1. Включите установку в сеть с напряжением 220 В. Переключатель «СЕТЬ» на блоке питания при этом должен находиться в положении «ВЫКЛ».

2. Поставьте переключатель «СЕТЬ» в положение «ВКЛ», переключатель «ЛАМПА» – в положение «Hg» (ртутная). При этом должен начаться процесс розжига дугового разряда в ртутной лампе. Дайте лампе прогреться 3–5 мин.

3. Поставьте щели, обеспечивающие возможность поиска и четкого изображения спектральных линий. Для этого рекомендуется на входе зрительной трубы монохроматора поставить щели 0,05 мм в положение II (римская цифра II на щелях обращена наружу).

4. Наблюдение спектра ртути рекомендуется начинать с синей области. Вращением ручки 1 монохроматора (рис. 36) установите длину волны 435,1 нм, что соответствует синей линии спектра ртути.

Рис. 36. Внешний вид шкалы монохроматора

5. Наблюдая синюю линию спектра ртути, проведите юстировку монохроматора. Для этого получите резкое изображение спектральной линии перемещением окуляра зрительной трубы вдоль своей оси и резкое изображение визирного креста вращением окуляра. Далее, вращением зрительной трубы вокруг своей оси и юстировочных винтов 1 и 2 (рис. 37) добейтесь совпадения спектральной линии с вертикальной линией визирного креста (вертикальная линия визирного креста должна точно совпадать со спектральной линией).

После проведения юстировки монохроматора юстировочные винты 1 и 2 вращать нельзя.

Рис. 37. Внешний вид окуляра зрительной трубы

и юстировочных винтов

6. Ещё раз проверьте экспериментально соответствие голубой, зелёной, 1-й жёлтой и 2-й жёлтой линий спектра ртути их длинам волн (см. табл. 8) и на шкале монохроматора.

7. Выключите ртутную лампу тумблером «Hg» и включите натриевую лампу тумблером «Na». Прогрейте натриевую лампу в течении 5 мин.

8. Направьте свет от натриевой лампы при помощи устройства выбора источника света на входную щель монохроматора.

9. Вращением ручки 1 монохроматора (см. рис. 36) установите длины волн основных ярких линий спектра натрия.

10. Найдите наиболее интенсивную жёлтую линию натрия, соответствующую главной серии. В действительности эта линия является дублетом (рис. 38).

Таблица 8

Линии спектра ртути

Окраска

линии

Относительная

яркость

Длина волны (табличная),

нм

Синяя

8

435,83

Голубая

1

491,60

Зелёная

10

546,07

Жёлтая 1-я

8

576,96

Жёлтая 2-я

10

579,07

Рис. 38. Вид дублета натрия в зрительном окне монохроматора

11. Медленно вращая ручку монохроматора против часовой стрелки, добейтесь чёткого расположения одной линии компоненты дублета в центре объектива монохроматора.

12. Измерьте значения 1-й и 2-й жёлтых линий и запишите полученные данные в таблицу (табл. 9).

В табл. 9 одновременно приводятся значения квантовых чисел электрона на энергетическом уровне, с которого осуществляется данный переход (п' и l') и на который выполняется переход (п и l), значения постоянных экранировки этих уровней (nl и n'l'), а также табличные значения длин волн, соответствующих данному переходу.

13. Проведите наблюдение спектра натрия Na и найдите его жёлто-зелёный дублет. Запишите длины волн линий, считывая показания со шкалы прибора.

Таблица 9

Видимые дублеты спектра натрия

Серия

n

l

nl

n'

l'

n'l'

Табличные

значения ,

нм

Экспе-

римен-

тальные

значения

,

нм

Главная (жёлтая)

1-я линия

2-я линия

3

0

9,156

3

1

9,583

589,0

589,6

Диффузная (жёлто-зелёная)

1-я линия

2-я линия

3

1

9,583

4

2

9,997

568,8

568,3

14. Выполните расчёт экспериментального значения расщепления энергии уровня Е21 эксп по формуле

.

15. Вычислите теоретическое значение расщепления энергии Е21 теор по формуле

,

воспользовавшись при этом значением обобщённой справочной поправки тонкой структуры т.с , приведённым в табл. 10.

16. Вычислите экспериментальное значение постоянной тонкой структуры эксп по формуле

и сравните его с табличным значением табл (см. табл. 10).

17. Оцените ε – относительную ошибку измерения постоянной тонкой структуры  – по следующей формуле:

.

18. Все выполненные измерения и вычисления внесите в итоговую таблицу (табл. 10).

Таблица 10Образец отчётной таблицы

λ2,

нм

λ1,

нм

ΔЕ21 эксп ,

эВ

σт.с

ΔЕ21 теор ,

эВ

αэксп

αтабл

ε

7,445

0,007297