11421

ВИЗНАЧЕННЯ ПОСТІЙНОЇ ПЛАНКА ЗА СПЕКТРОМ АТОМА ВОДНЮ

Лабораторная работа

Физика

Лабораторна робота №5 ВИЗНАЧЕННЯ ПОСТІЙНОЇ ПЛАНКА ЗА СПЕКТРОМ АТОМА ВОДНЮ Мета роботи: Вивчення методу визначення постійної Планка за спектром водню. Прилади та обладнання: універсальний монохроматор УМ2 ртутнокварцова лампа джерело живлення Спектр1 газороз...

Русский

2013-04-07

191.5 KB

4 чел.

Лабораторна робота №5

ВИЗНАЧЕННЯ ПОСТІЙНОЇ ПЛАНКА

ЗА СПЕКТРОМ АТОМА ВОДНЮ

Мета роботи: Вивчення методу визначення постійної Планка за спектром водню.

Прилади та обладнання: універсальний монохроматор УМ-2, ртутно-кварцова лампа, джерело живлення «Спектр-1», газорозрядна трубка з воднем, випрямляч ВС-24М.

Теоретичні відомості

Перша наукова модель – модель атома Томсона, – яка представляла його як згусток матерії майже сферичної форми розмірами порядку декількох ангстрем (10-10 м) з рівномірно розподіленим по всьому об’єму позитивним зарядом і вкрапленими в нього електронами, в подальшому виявилась неправильною. Дослідами Е.Резерфорда і його співробітників по розсіянню альфа-частинок була створена основа для планетарної (або ядерної) моделі атома: електрони, що рухаються за законами класичної механіки навколо позитивно зарядженого ядра, яке містить майже всю масу атома. Однак і ця модель була далеко недосконалою. Справа в тому, що за законами класичної електродинаміки електрон, який рухається з прискоренням по атомній орбіті, випромінює енергію. Виходить, що через дуже малий проміжок часу він повинен впасти на ядро і атом повинен закінчити своє існування. Однак досліди показують, що атоми являються стійкими системами.

Вихід з такого положення був знайдений в 1913 році датським фізиком Н.Бором, який створив першу некласичну (напівквантову) модель атома. Щоб вийти з цих труднощів ядерної моделі, Бор висунув припущення, які складаються з двох постулатів.

І постулат. Атоми речовини знаходяться в стаціонарних станах (які не змінюються з часом), в яких атоми не випромінюють анергію. Інакше, електрони в атомі рухаються навколо ядра не по нескінченій множині орбіт, а лише по декількох (дискретних), на яких вони не випромінюють електромагнітні хвилі.

Стаціонарними є ті орбіти, на яких момент імпульсу (момент кількості руху) електрона пропорційний постійній Дірака :

,      (1)

– постійна Дірака;  Дж∙с – постійна Планка  – маса електрона;  – радіус -ої орбіти електрона і його швидкість на ній.

II постулат. Випромінювання (поглинання) енергії відбувається у вигляді кванта  під час переходу з одного стаціонарного стану в інший, або інакше, під час переходу електрона з однієї орбіти на іншу. Величина цього кванта дорівнює різниці енергій стаціонарних станів, між якими відбувається перехід

.      (2)

Існування дискретних енергетичних рівнів ,  атома було підтверджено вже в 1913 р. дослідами Франка і Герца. Постулати Бора дозволили одержати теорію атома водню (воднеподібних атомів), яка дала результати, практично точно співпадаючі з дослідом.

Енергія електрона на -тому рівні згідно теорії Бора

, де    (3)

Схема енергетичних рівнів, які визначаються виразом (3), приведена на рис. 1. Під час переходу атома водню із стану  в стан  згідно другого постулату Бора випромінюється квант енергії , або

  (4)

З виразу (4) можна знайти постійну Планка

.    (5)

де  м/с – швидкість світла у вакуумі;  – маса електрона.

Оскільки спостерігається спектральна серія Бальмера, то в усіх розрахунках . Значення  для перших чотирьох ліній цієї серії  будуть відповідно 3, 4, 5 і 6.

Незважаючи на збіг висновків теорії Бора з дослідом, вона мала ряд значних недоліків і перш за все:

  1.  теорія мала напівкласичний характер, тобто не була послідовно ні
    класичною, ні квантовою;
  2.  модель Бора дозволяла обчислювати лише деякі величини, наприклад, частоти (довжині хвиль) спектральних ліній, але не могла визначити їх інтенсивності;
  3.  теорія була створена лише для атома водню і воднеподібних атомів, вона була непридатною вже для атома з двома електронами
    (атом гелію).

Для виміру довжин хвиль спектральних ліній використовуються універсальний монохроматор УМ-2 (рис. 2).

  1.  Вхідна щілина 1 з мікрометричним гвинтом 9 дозволяє відкривати щілину на потрібну ширину.
    1.  Коліматорний об’єктив 2 з мікрометричним гвинтом, який дозволяє зміщувати об’єктив відносно щілини під час фокусування на спектральні ліній різних кольорів.
    2.  Спектральна призма 3, що розміщена на обертовому столику 6, складається з трьох склеєних призм , , . Перші дві призми із заломлюючими кутами 30° виготовлені з важкого флінта, з великою дисперсією. Проміжна призма c зроблена з крона. Промені відбиваються від її гіпотенузної грані і повертаються на кут 90°. Завдяки такій будові дисперсії призм  і  складаються.
    3.  Столик 6 обертається навколо вертикальної осі за допомогою мікрометричного гвинта з барабаном 7. На барабані нанесена гвинтова доріжка з поділками. Вздовж доріжки рухається показник повороту барабана. Під час обертання призма повертається, і в центрі поля зору з’являються різні ділянки спектра.
    4.  Зорова труба, що складається з об’єктива 4 і окуляра 5. Об’єктив 4 дає зображення вхідної щілини 1 у своїй фокальній площині. В цій же площині розташований і візир 10. Зображення розглядається через окуляр 5.
    5.  Масивний корпус 11, який захищає прилад від псування і забруднення.
    6.  Оптична лава з джерелами світла.
    7.  Пульт управління живленням джерел світла.

Для вимірювання довжини хвилі лінії її центр суміщають з вістрям візира 10. Відлік ведеться по поділках барабана. Ширину щілини при цьому встановлюють 0,02-0,03 мм. Для спостерігання дуже слабких ліній щілину можна розширювати до 0,05-0,06 мм. Око краще відмічає слабкі лінії в русі, тому під час спостереження зручно злегка повертати барабан в обидві сторони від середнього положення. Спектроскоп УМ-2 потребує попереднього градуювання, яке зручно проводити по випромінюванню ртутно-кварцової лампі. Таблиця спектральних ліній цієї лампи з вказівкою відносної їх яскравості наведена в таблиці 1.

Хід роботи

  1.  Ввімкнути монохроматор і ртутно-кварцову лампу, користуючись відповідними тумблерами на блоці живлення УМ-2. Встановити лампу на відстані близько 30 см від вхідної щілини 1, ширину якої необхідно встановити мікрометричним гвинтом 9 близько 0,05-0,06 мм.
  2.  Включити ртутно-кварцову лампу натисканням кнопки на блоці живлення. За допомогою окуляра 8 зорової труби спостерігати чітке зображення спектра і візира 10 шкали.
  3.  Проградуювати УМ-2, тобто поставити у відповідність поділкам його барабана довжини хвиль із таблиці 1.

Таблиця 1

Спектральні лінії ртуті

Експериментальні дані

колір

яскравість

довжина хвилі λ, Å

поділки

червона

дуже слабка

6907

червона

дуже слабка

6123

жовта

дуже сильна

5791

жовта

дуже сильна

5770

зелена

сильна

5461

блакитна

дуже слабка

4916

синьо-фіолетова

сильна

4358

фіолетова

дуже слабка

4078

фіолетова

дуже слабка

4047

Градуювальну криву побудувати на міліметровому папері. По осі абсцис відкладати поділки барабана, а по осі ординат – довжини хвиль відповідних ліній з таблиці 1. Інколи при побудові графіка деякі експериментальні точки «випадають» із плавної кривої. Частіше все це свідчить про неправильну розшифровку лінійчатого спектру, який спостерігаємо В цьому випадку необхідно більш уважно порівняти спектр з таблицею і внести в графік необхідні виправлення.

  1.  Включити водневу газорозрядну трубку, підключивши високовольтне джерело живлення «Спектр-1» до випрямляча.
  2.  Вивчити спектр водню і записати довжини хвиль, використовуючи градуювальний графік.
  3.  За виміряними величинами  з формули (5) обчислити постійну Планка для  ліній. Результати занести в таблицю 2.
  4.  Визначити середнє значення постійної Планка.

Таблиця 2

Спектральна лінія водню

Постійна Планка
, Дж·с

Колір

Поділки барабана

, м

червона H

зелено-блакитна H

фіолетово-синя H

фіолетова Hδ

Контрольні запитання

  1.  В чому суть моделі атома Резерфорда? Які її недоліки?
  2.  Викласти суть моделі атома Бора.
  3.  Привести математичний вираз постулатів Бора.
  4.  Одержати вираз для постійної Планка на основі теорії атома Бора.
  5.  Які недоліки моделі атома Бора?
  6.  Що являє собою спектр водню?
  7.  Яка будова принцип дії і призначення універсального монохроматора?

4

Е

Е

Е3

Е2

Е1

Рис.1

2

Рис.2.

Джерело світла

а

3

в

с

6

11

4

5

10

7

8

9

1

  1.  

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

34528. Проблематика общества потребления и её воплощение в французской литературе (Ж. Перек) 18.44 KB
  Жорж Перек 1936 1982 стал известен благодаря публикации романа Вещи 1965. Перек сначала написал роман Исчезновение 1969 в котором рассказывается о всевозможных исчезновениях но самым главным остается исчезновение буквы е из текста романа. Вслед за тем появился роман Возвращающиеся 1972 где наряду с другими возвращающимися обнаружилась буква е употребляемая где попало лишнее е и в названии романа. Перека относится к шозизму характерному для 60 х годов французской литературы 20 века рассмотрим концепт романа и его...
34529. Своеобразие драматургии Пиранделло 19.53 KB
  в том же году писатель женится на Антуаньетте Портулато дочери компаньона отца от брака с которой у него было двое сыновей и дочь. Теоретические и эстетические взгляды на искусство писатель изложил в двух книгах 1908 г. писатель работал в основном в жанре романа и новеллы: однако после 1915 г. Писатель срывал со своих персонажей маски освобождал от иллюзий придирчиво исследовал их интеллект и личность.
34530. Литературный процесс 1 половины 20 в. Общие тенденции развития 15.11 KB
  20 века изобилие экспериментов в литературе изобретаются новые формы новые приемы новые религии. Модернизм 20 века вступает в новую стадию которая называется авангардизм. Реализм 20 века отличается тем что использует ранее несовместимые приемы. В литературе складывается концепция человека.
34531. Своеобразие критического реализма первой половины 20 века 16.97 KB
  Литература стремится проникнуть в сферу иррационального подсознания. Массовая литература=паралитература Она не является искусством это популярная коммерческая литература приносящая моментальный доход является удобным средством манипулирования сознанием. Массовая литература оказала сильное влияние на реализм благодаря развитию книгопечатания. Масс литература превратила духовные ценности в массовый товар рассчитана на массовость и примитивность.
34532. Модернизм, его философские и эстетические основы 18 KB
  Термин модернизм присущ только отечественной искусствоведческой школе в западных источниках это термин modern. Так как в русской эстетике модерн означает художественный стиль предшествующий модернизму необходимо различать эти два понятия дабы избежать путаницы. Модернизм как идеологическое явление противопоставляется идеологии традиционного общества основанной вопервых на доминировании традиции над инновацией а вовторых опирающейся на религиозное или мифологическое оправдание этой традиции.
34533. Социалистический реализм 16.34 KB
  Интеллигенция была к ним восприимчива этим и было обусловлено влияние политика на искусство это вело к художественным потерям. Искусство для искусства требования безответственности ибо искусство не может отстаивать роскошь в мире безмерных страданий не рискуя стать ложью. Искусство соцреализма искусство пропаганды. Розовая библиотека искусство не отражает действительность а искажает ее.
34534. Тема ясности в Творчестве А. Барбюса 17 KB
  Герой романа автобиографичен: на пути прощания с ложными иллюзиями он проходит сквозь очищающий огонь к ясности что в лексиконе писателя означает истину и правду. Многие участники войны до того считавшие что ими двигал патриотизм и жажда справедливости теперь увидели в героях романа свою собственную судьбу. Главный замысел романа прозрение солдатской массы реализуется преимущественно в публицистическом ключе подзаголовок романа дневник взвода. Персонажи романа называют себя палачами и не хотят чтобы о них говорили как о...
34535. Жанровое и стилевое своеобразие Прозы М. Пруста. Повествовательная организация романа В сторону Свана 16.84 KB
  цикл В поисках утраченного времени т. Герой испытывает подлинный интерес к литературе и искусству но его собственные творческие попытки в течение долгого времени безрезультатны. Лишь в последнем романе цикла Обретённое время герой начинает писать роман о своей жизни ибо убеждается в том что только художественное творчество основанное на интуиции сообщает смысл человеческому существованию утраченному времени . привлекают внимание к явлениям субъективного восприятия пространства и времени и особенно непроизвольной памяти; внутренняя...
34536. Традиция семейного романа во франц. л-ре 20 в. (Р. Роллан, Ф. Мориак, Э. Базен) 15.92 KB
  Приступая к рассмотрению многотомных семейных циклов которые продолжают появляться во французской литературе послевоенного периода следует поставить вопрос о характере этого жанра как такового.Прежде всего надо отметить что то обстоятельство что сюжеты этих циклов связаны рамками одного или нескольких семейств отнюдь не означает их асоциальности. Во Франции например начиная с РугонМаккаров вплоть до Семьи Тибо и до нынешних послевоенных семейных циклов все это подчеркнуто социальные произведения которые выходят далеко за пределы...