15

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Кузбасский государственный технический университет»

Кафедра физики изучение спектра атома водорода

Методические указания

для подготовки к выполнению лабораторной работы № 384

для студентов технических специальностей

Составители Г. И. Зайцев П. Ф. Яковлева

Утверждены на заседании кафедры Протокол № 8 от ......2011 Рекомендованы к печати учебно-методической комиссией специальности 150001 Протокол № . от ………..2011 Электронная копия находится в библиотеке ГУ КузГТУ

Кемерово 2011 лабораторная работа № 384 изучение спектра атома водорода

1. Цель работы: изучение видимой части спектра атомарного водорода и его анализ на основе квантовой теории.

2. Подготовка к работе: прочитать данное описание лабораторной работы, изучить в учебниках 1 §§ 209, 212 и 223, 2 §§ 12 и 28.

В результате подготовки нужно знать:

1. оптическую схему и устройство монохроматора;

2. назначение и порядок проведения градуировки монохроматора;

3. закономерности в спектре атома водорода;

4. стационарное уравнение Шредингера для электрона в атоме водорода; собственные значения энергии и собственные волновые функции;

5. что характеризуют квантовые числа: главное, орбитальное и магнитное;

6. возможные квантовые переходы атома водорода, вытекающие из правил отбора.

3. Описание экспериментальной установки

Установка содержит осветительное устройство ОУ с водородной и ртутной лампами, блок питания ламп БП и универсальный монохроматор УМ-2 (рис. 1).

Водородная лампа представляет собой тонкую стеклянную трубку с двумя электродами, заполненную водородом под малым давлением. Вырабатываемое БП высокое напряжение прикладывается к электродам лампы и ускоряет в ней свободные электроны. Сталкиваясь с атомами и молекулами, они возбуждают их, вследствие чего возникает излучение фотонов. Аналогично работает ртутная лампа, только для ее свечения требуется более низкое напряжение (220 В). С помощью переключателя «ЛАМПА» на БП можно поочередно включать либо ртутную, либо водородную лампу.

Для наблюдения и измерения спектров излучения используется высокоточный оптический прибор – универсальный монохроматор. Световой пучок от лампы собирается линзой L на входную щель 1, ширина которой может регулироваться микрометрическим винтом 2. С помощью коллиматорного объектива 3 пучок затем становится параллельным и попадает на сложную призму 5, склеенную из трех призм. В ней вследствие дисперсии лучи разных длин волн преломляются под различными углами. Призма, установленная на столике 6, может поворачиваться вокруг вертикальной оси с помощью микрометрического винта 7, снабженного отсчетным барабаном. На нем нанесена винтовая канавка с градусными делениями. Вдоль канавки скользит указатель поворота барабана. При вращении барабана призма 5 поворачивается и в поле зрения наблюдателя попадают различные участки спектра. Объектив 8 в своей фокальной плоскости дает цветное изображение входной щели 1. Его рассматривают с помощью окуляра 9. В случае надобности окуляр можно вынести за пределы монохроматора, а на его место поставить выходную щель, которая пропустит одну из линий спектра.

Спектр, полученный с помощью призмы, является нелинейным, т. е. отсчет по шкале барабана не связан с длиной волны прямой пропорциональной зависимостью. Поэтому монохроматор нуждается в предварительной градуировке. С этой целью используется ртутная лампа ДРСк-125, так как длины волн спектра ртути хорошо известны. Если наблюдая в монохроматор ртутный спектр, отметить отсчеты на барабане, соответствующие длинам волн отдельных линий, то можно построить график зависимости отсчета N от длины волны . Этот график можно использовать в дальнейшем при изучении спектра водорода: с его помощью определять по величине отсчета N на барабане.