Приборы и оборудование:

Общий вид установки приведен на рис. 5:

Рис. 5

На рисунке:

1. Индикатор;

2. Кнопка «Установка»;

3. Кнопка «-»;

4. Кнопка «+»;

5. Кнопка «СБРОС»;

6. Кнопка «ПУСК»;

7. Блок счетчика;

8. Шторка;

9. Набор алюминиевых фильтров;

10. Держатель источника бета частиц.

Установка состоит из объекта исследования и устройства измерительного, соединяемых между собой кабелем.

Объект исследования состоит из счетчика бета частиц с источником питания и устройством формирования импульсов, держателя источника бета частиц и набора алюминиевых фильтров. Держатель источника и набор фильтров устанавливаются на скамье перед счетчиком.

Набор алюминиевых фильтров предназначен для дискретного изменения толщины фильтра при изучении поглощения бета частиц при прохождении через слои алюминия различной толщины.

Из корпуса формирователя выведен кабель с разъемом для подключения объекта исследования к устройству измерительному.

На передней панели устройства измерительного размещены следующие органы управления и индикации:

- кнопка СБРОС - предназначена для установки в исходное состояние перед началом измерения или прерывания измерения с установкой в исходное состояние;

- кнопка ПУСК/ СТОП - предназначена для прерывания измерения без установки в исходное состояние и для включения режима измерения при начале измерения или после остановки измерения;

- кнопка УСТАНОВКА - предназначена для включения и выключения (путем повторного нажатия) режима установки времени измерения;

- кнопки "+" и "-" - предназначены для установки времени измерения (при этом при кратковременном нажатии происходит установка единиц секунд, а при длительном - установка десятков секунд, переключение диапазонов 99,9 и 999 с происходит автоматически);

- индикатор – предназначен для индикации количества частиц при проведении измерения и времени измерения соответственно, а также режимов работы;

На задней панели устройства измерительного расположен выключатель СЕТЬ.

Лабораторная работа №5 изучение спектра атома водорода

Цель работы: Исследовать спектр атомарного водорода, вычислить постоянную Ридберга

Содержание работы

Квантово-механический подход к изучению процессов поглощения света атомами позволяет их исследовать и объяснять. Состояние атома в квантовой механике описывается волновой функцией φ_n, его энергия Е_n . В случае простейшего атома - атома водорода, состоящего из протона и электрона, квантовая механика позволяет получить точные решения волнового уравнения Шредингера (1.)

, (1)

где m - масса электрона, е - его заряд, Е - полная энергия. Его решение для атома водорода дает набор дискретных уровней энергии. Для связанных состояний (E_n < 0):

(2)

где Дж^.с, n = 1,2,3,....- главное квантовое число.

С ростом n уровни энергии атома сближаются, в пределе при n→ ∞ дискретный спектр приближается к непрерывному, а квантовая система к классической. Это и есть принцип соответствия Бора, который позволяет выразить постоянную Ридберга через фундаментальные постоянные. Для простоты Бор принял, что в атоме водорода электроны вращаются вокруг протона по окружности радиусом r с циклической частотой ω:

(3)

Согласно правилу квантования момента импульса электрона в атоме:

(4)

Решение (3), (4) дает выражение для радиусов круговых орбит электронов в атоме водорода:

(5)

Таким образом, при переходе атома водорода из состояния n₂ с энергией Е₂ в состояние n₁ с энергией Е₁ действует правило частот Бора:

(6)

то есть испускается фотон с частотой ω и длиной волны λ:

(7)

(8)

Формула (8) называется формулой Бальмера-Ритца. В этой формуле с увеличением n₂ разность между волновыми числами уменьшается, стремясь при n₂→ ∞ к предельному значению (для n₁ =2, ). При этом линии сближаются, и уменьшается их интенсивность. Совокупность спектральных линий, закономерно меняющих свою интенсивность, называют спектральной серией. Предельное волновое число при n₂ → ∞ называется границей серии. Визуально мы можем наблюдать только серию Бальмера: для водорода - n₁=2, n₂ = 3,4,5... (рис.1)

Рис.1