4 Порядок виконання роботи

1 Увімкнути освітлювач. Переконайтесь, що він створює паралельний пучок світла, який падає на дифракційні ґратки перпендикулярно. Зорієнтуйте освітлювач так, щоб незабарвлена біла смуга нульового порядку знаходилась в центрі екрана із шкалою 4.

2 Період дифракційної ґратки вважається відомим. Запишіть його значення до таблиці 5.1.

3 Виміряйте відстань від ґратки до екрана L (див. рис. 5.3). Результат вимірювань занесіть до таблиці 5.1.

4 Визначте відстані h від середини дифракційного максимуму до центра дифракційної картини (середина білої смуги нульового порядку в центрі екрана 4). Вимірювання провести для трьох кольорів (червоний, зелений, фіолетовий) першого та другого порядків спектра. Візьміть до уваги, що вимірювання потрібно провести для спектрів, розташованих як зліва, так і справа від центра дифракційної картини. У розрахунках використовувати середнє значення h_середн=(h_зліва+h_справа)/2. Це дозволить уникнути систематичної похибки у разі незбігу центра дифракційної картини з центром шкали. Результати занесіть до таблиці 5.1.

Таблиця 5.1

Колір спектра	Порядок спектра	Відстані h, м				Довжина хвилі λ, м	Δλ, м
		hзліва	hсправа	hсередн	Δh
Червоний	m=1	0,033	0,03	0,0315	0,5*10-3	696*10-9	348*10-9
	m=2	0,061	0,06	0,0605	0,5*10-3	663*10-9	305*10-9
Зелений	m=1	0,028	0,024	0,026	0,5*10-3	575*10-9	287*10-9
	m=2	0,049	0,05	0,0495	0,5*10-3	544*10-9	115*10-9
Фіолетовий	m=1	0,02	0,019	0,0195	0,5*10-3	431*10-9	216*10-9
	m=2	0,039	0,037	0,038	0,5*10-3	419*10-9	209*10-9
d=<d>±Δd=0,01*10-3±0,005*10-3;
L=<L>±ΔL=0,452±0,5*10-3.

4 Визначити похибку вимірювання відстані Δh як напівширину спектральної лінії відповідного порядку. Результат занести до таблиці 5.1.

5 Визначити шукані довжини хвиль за допомогою формули (5.5). Визначити похибки Δλ, використовуючи співвідношення

. (5.6)

Результати занесіть в таблицю 5.1.

6. За результатами лабораторної роботи зробіть висновки.

ВИКОНАННЯ РОБОТИ:

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3

Вивчення серіальних закономірностей у спектрі атома водню і визначення постійної Рідберга

1 МЕТА РОБОТИ

1.1 Експериментально вивчити серіальні закономірності у спектрі атома водню.

1.2 Визначити постійну Рідберга.

2 ПРИЛАДИ і матеріали

2.1 Монохроматор УМ-2.

2.2 Заповнена воднем спектральна капілярна трубка.

2.3 Індукційна високовольтна котушка (джерело високої напруги).

2.4 Випрямляч.

2.5 Графік для визначення довжини хвилі за показником шкали барабана монохроматора (дисперсійна крива).

3 ОПИС ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЇ УСТАНОВКИ ТА МЕТОДУ ДОСЛІДЖЕННЯ

Як показує дослід, спектр атомарного водню, світіння якого збуджується в розрядній трубці при низькому тиску, є лінійчастим з деякою правильною послідовністю спектральних ліній. Ці закономірності описуються узагальненою формулою Бальмера

. (7.1)

Тут – довжина хвилі випромінювання; n та k – цілі числа (n < k); R – постійна Рідберга (1,097·10⁷ м^-1). Це співвідношення було отримане як узагальнення експериментальних досліджень.

Вираз (7.1) описує різні спектральні серії:

при n=1 – серію Лаймана в ультрафіолетовій частині спектра;

при n=2 – серію Бальмера у видимій частині спектра;

при n=3 – серію Пашена в інфрачервоній частині спектра і т.д.

Вперше теоретичне пояснення серіальних закономірностей у спектрі атома водню було дано Н.Бором. У основу теорії Бора покладено такі два постулати:

1 Атом може перебувати не у всіх станах, які допускаються класичною механікою, а тільки в деяких вибраних (квантових) станах, що характеризуються визначеними дискретними значеннями енергії , , . У цих станах, всупереч класичній електродинаміці, атом не випромінює електромагнітні хвилі. Такі стани називають стаціонарними.