12131

ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРА ИСПУСКАНИЯ АТОМАРНОГО ВОДОРОДА В ВИДИМОЙ ОБЛАСТИ (СЕРИЯ БАЛЬМЕРА)

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа № 16 ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРА ИСПУСКАНИЯ АТОМАРНОГО ВОДОРОДА В ВИДИМОЙ ОБЛАСТИ СЕРИЯ БАЛЬМЕРА Цель работы: определить частоты спектральных линий в видимой части спектра испускания водорода и вычислить значение постоянной Ридберга. Оборудование:

Русский

2013-04-24

69.5 KB

20 чел.

Лабораторная работа № 16

ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРА ИСПУСКАНИЯ АТОМАРНОГО ВОДОРОДА В ВИДИМОЙ ОБЛАСТИ (СЕРИЯ БАЛЬМЕРА)

Цель работы: определить частоты спектральных линий в видимой части спектра испускания  водорода и вычислить значение постоянной Ридберга.

Оборудование: водородная лампа, неоновая лампа, линза, монохроматор УМ-2 или МУМ.

Краткие теоретические сведения

Испускание света атомами происходит порциями – квантами при переходе электрона в атоме из одного стационарного состояния в другое, энергетически более низкое. Энергия кванта равна h, где h – постоянная Планка,
– частота испускаемого излучения.

Согласно квантовой механике, частота зависит от энергии стационарных состояний электрона в атоме следующим образом:

, (1)

где En и Ek – энергии исходного и конечного стационарных состояний атома соответственно; k – номер энергетического уровня атома, на который совершается переход электрона после излучения, n – номер уровня, с которого переходит электрон при излучении атомом электромагнитной энергии. R – постоянная Ридберга; c = 3∙108 м/с – скорость света в вакууме.

Линии спектра водорода  группируются в серии (см. рис.1).

Серия линий Лаймана возникает при переходе электронов из энергетически более высоких стационарных состояний в первое. Для этих линий
k = 1, n = 2, 3,… , а частоты находятся в ультрафиолетовой невидимой  области спектра.

Линии в видимой части спектра – серия Бальмера – характеризуются переходами электронов из состояний с номерами n = 3, 4, 5,… в состояния
с номером
k = 2. Переходу электрона из состояния n = 3 в состояние с k = 2 соответствует красная линия в спектре, переходу из состояния n = 4 в состояние с k = 2 – зелено-голубая линия и переходу из состояния n = 5 в состояние с k = 2 – фиолетовая линия в спектре водорода.

Переходы электронов на уровень с номером k = 3 с более высоких энергетических уровней образуют серию линий Пашена, частоты которых находятся в невидимой инфракрасной области спектра и т. д. Каждой спектральной линии соответствует определенная частота и длина волны , связанные соотношением

с = v.      (2)

 

Рис. 1

В данной работе необходимо экспериментально определить частоты трех наблюдаемых линий серии Бальмера. Пользуясь полученными результатами, вычислить из формулы (1) постоянную Ридберга.

Описание установки

Частоты спектра водорода измеряются с помощью монохроматора УМ-2, оптическая схема которого представлена на рис. 2. Свет от водородной лампы 1 фокусируется линзой 2 на входную щель 3 монохроматора. Щель находится в фокусе линзы 4 и входит в подвижную часть монохроматора, в так называемый коллиматор. Вращая маховичок 5, можно перемещать коллиматор вдоль оптической оси. Пройдя линзу 4, свет параллельным пучком падает на призму 6 и разлагается в спектр. Линза 7 фокусирует спектр в области наблюдения. Наблюдают спектр через окуляр 8. Окуляр имеет накатное кольцо, вращением которого можно добиться наиболее резкой картины наблюдения спектра. В нижней части щели 3 находится микрометрический винт, позволяющий изменять ширину щели.

Картину спектра наблюдают, вводя на середину поля зрения нужную его область. Для этого вращают барабан 9, расположенный справа от зрительной трубы монохроматора. Барабан снабжен шкалой, позволяющей определить повороты в градусах. Цена деления шкалы составляет 2. Отсчет положения спектральной линии производится в момент совмещения линии со стрелкой – указателем в центре поля зрения. Стрелка-указатель и картина спектра должны наблюдаться одинаково резко. Для этого устанавливают окуляр на резкое наблюдение стрелки-указателя, а затем, вращая маховичок 5, добиваются резкой картины наблюдения спектра. Входная щель имеет заслонку 10, прерывающую световой поток. В рабочем положении заслонка должна быть открыта.

Рис. 2

Шкала барабана градуируется в частотах. Для этого используется хорошо изученный спектр излучения неона, описание которого приведено в табл. 1.

                                                                                                                Таблица 1

Описание спектра испускания неона

Номер линии

Цвет и положение спектральной линии

Частота

(x1012 Гц)

Интенсивность (отн. ед.)

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

Красная, наиболее яркая среди красных линий

Красно-оранжевая, левая из двух близких линий

Желтая, самая яркая линия

Зеленая, левая из двух ярких линий

Зеленая, правая из двух ярких линий (дублетная)

Зеленая, правая из пяти равноудаленных линий

Сине-зеленая

Синяя

Сине-фиолетовая

Сине-фиолетовая

Сине-фиолетовая

468

490

515

556

563

596

621

645

685

701

711

20

10

20

20

10

5

10

3

1,5

1

1

Примечание. Для облегчения наблюдения красной линии 1, красно–оранжевой линии 2 и желтой линии 3 вся красно-желтая часть спектра неона представлена на отдельном рисунке на лабораторном стенде.


Порядок выполнения работы

1. Установить на оптическом рельсе неоновую лампу и направить ее излучение на входную щель монохроматора. Установить минимальную ширину щели. Наблюдая через окуляр спектр неона, совместить со стрелкой-указателем каждую из линий, описанных в табл. 1. Значение угла поворота по шкале барабана и длину волны из табл. 1 для каждой линии занести
в табл. 2. Переходя от ярких красных, оранжевых и желтых линий к слабым линиям в зеленой и синей областях спектра, следует постепенно увеличивать ширину щели.

Таблица 2

Номер линии спектра неона

Частота

(x1012 Гц)

Угол поворота

барабана (град)

2. Пользуясь данными табл. 2, построить градуированый график зависимости угла поворота от частоты. При построении графика придерживаться следующих масштабов. На оси «частота» 1 см должен соответствовать 10∙1012 Гц, на оси «угол поворота» 1 см должен соответствовать 100 поворота барабана.

3. Установить на оптическом рельсе водородную лампу и направить ее излучение на щель. Установить минимальную ширину щели. Вращая барабан, просмотреть всю видимую часть спектра. Определить по барабану положение следующих наиболее ярких линий: красной, зелено-голубой и фиолетовой, принадлежащих серии Бальмера. Помимо этих линий  в спектре могут наблюдаться посторонние линии, принадлежащие спектру излучения  буферного газа, которым, наряду с водородом,  заполнена газоразрядная трубка. Посторонние линии тоньше и слабее водородных. По этому признаку такие линии  следует отличать от водородных и игнорировать.    

4. Занести в табл. 3 показания шкалы барабана, соответствующие каждой из наблюдаемых линий спектра водорода.

5. Пользуясь построенным градуировочным графиком, определить частоты линий спектра водорода.

6. По рис. 1 установить номера уровней n и k исходного и конечного состояний электрона для каждой линии спектра водорода. Результаты занести в табл. 3.

7. По формуле (1) вычислить постоянную Ридберга для каждой линии серии Бальмера. Найти среднее значение постоянной Ридберга и сравнить его с табличным значением R = 1,097∙107 м-1.

Таблица 3

Спектральная линия водорода

(цвет)

Угол поворота барабана  (град)

Частота

v (Гц)

Номер верхнего уровня   n

Номер нижнего уровня

k

Постоянная

Ридберга
R-1)

Средн. значен.

R-1)

Красная

Зелено-голубая

Фиолетовая

Контрольные вопросы

1. Почему для градуировки берется спектр неона? Можно ли использовать спектр излучения другого элемента?

2. Перечислить серии спектра водорода. Какому переходу соответствует головная линия в каждой серии?

3. Чем определяется граница серии? Почему к границе серии интенсивность уменьшается?

4. Каким переходам соответствуют линии видимой части спектра водорода? Какая это спектральная серия?

Библиографический список

к лабораторной работе № 16

1. Савельев, И. В. Курс общей физики: учеб. пособие / И. В. Савельев. – СПб.: Лань, 2005. – Т. 3. – § 59.

2. Савельев, И. В. Курс общей физики. Волны. Оптика: учеб. пособие для втузов / И. В. Савельев. – М.: Астрель, 2003. – Т. 5. – гл. 3 § 3.6, 5.1.

3. Белонучкин, В. Е. Основы физики / В. Е. Белонучкин, Д. А. Заикин, Ю. М. Ципенюк. – М., 2001. –Т. 2. – ч. 4 гл. 9. § 9.2.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

36632. Инкапсуляция. Уровень абстракции (программирование) 425 KB
  Компилируемые программы. Утверждается что известные визуальные средства разработки приложений Windows также компилируют программы однако это не совсем верно в действительности происходит компиляция только части программы и последующая компоновка программыинтерпретатора и Ркода в исполняемый модуль. Например Delphi не использует ни интерпретатор ни Ркод и создаёт действительно откомпилированные программы готовые для использования. Поэтому программы Delphi быстры и могут могут поставляться в виде единственного используемого модуля...
36633. Конспект сюжетного физкультурного занятия для детей старшего дошкольного возраста 34.5 KB
  Упражнять детей в подбрасывании мяча вверх двумя руками и ловле его в ходьбе отбивании мяча в ходьбе по гимнастической скамейке двумя руками ведении мяча змейкой между предметами поочередно каждой рукой добиваться ритмичности и четкости выполнения движений на каждый таг формировать чувство мяча соотносить силу удара с высотой полета мяча. Проводится комплекс общеразвивающих упражнений с мячами. В: прокатывание мяча между ладонями 6 7 раз. В: прыжки вокруг мяча в чередовании с ходьбой на месте 5x3 раза.
36634. Как устроен компьютер 50.5 KB
  Организационный момент психологический настрой 1 мин: На доске запущена презентация с загадкой: Напишу и сосчитаю ошибку укажу Я и музыку сыграю И картинку покажу Я хотя росточком мал Но большой универсал компьютер Тема нашего урока Как устроен компьютер слайд 2 Постановка целей урока 3 мин Что такое компьютер это универсальное устройство для хранения обработки и передачи информации Из каких устройств состоит компьютер системный блок монитор клавиатура мышь и др....
36635. Количество информации, как мера уменьшения неопределенности знаний 37.5 KB
  Тип урока: комбинированный Цели: Обучающая дать определение единицы измерения информации; развивающая развивать интерес к изучаемой теме логическое мышление; воспитывающая воспитывать у ребят дисциплинированность и внимательность на уроке. Тема нашего сегодняшнего занятия Количество информации как мера уменьшения неопределенности знаний. Процесс познания окружающего мира приводит к накоплению информации в форме знаний.
36636. Інструкція з безпеки праці 46.5 KB
  Тому дайте будьласка відповіді на такі питання: Назвіть основні положення кодексу законів про працю Назвіть основний закон що гарантує право громадян на безпечні та нешкідливі умови праці Що зобовязаний роботодавець забезпечити Які створює держава умови Які Ви знаєте законодавчі акти з охорони праці Активізація нового матеріалу: А темою уроку є Інструкція з безпеки праці. На уроках Виробничого навчання ми застосовуємо безпосередньо отриманні знання з охорони праці адже уявлення безпеки праці і виховування вміння до...
36637. Економічна інформатика 1.16 MB
  Інформаційні технології - технологічні процеси, що охоплюють інформаційну діяльність управлінських працівників, повязану з підготовкою і прийняттям управлінських рішень. Являють собою сукупність методів і прийомів розвязання типових задач обробки даних. Включають збір, зберігання, передачу, обробку інформації.
36638. Предмет і задачі вірусології 484.5 KB
  Історія вірусології досить незвичайна. Перша вакцина для попередження вірусної інфекції — віспи була запропонована англійським лікарем Є. Дженнером в 1796 г., майже за сто років до відкриття вірусів, друга вакцина — антирабічна була запропонована засновником мікробіології Л. Пастером в 1885 г.— за сім років до відкриття вірусів.
36639. Охорона праці в галузі загальні Міжнародна економіка 475.5 KB
  Охорона праці в галузі загальні вимоги Конспект лекцій для напряму підготовки 6. МІЖНАРОДНІ НОРМИ І ЗАКОНОДАВСТВО УКРАЇНИ В ГАЛУЗІ ОХОРОНИ ПРАЦІ Лекції № 1 1. Стан безпеки праці в світі 2. Європейський Союз і законодавство з охорони праці 6.
36640. СТАНДАРТИЗАЦІЯ ТА СЕРТИФІКАЦІЯ ТОВАРІВ І ПОСЛУГ 171.1 KB
  Тому проблема забезпечення і підвищення якості продукції актуальна для всіх країн і підприємств. При цьому необхідно врахувати те що підвищення якості продукції задача довгострокова і безперервна. Рівень якості продукції не може бути постійною величиною. Тому вирішувати її традиційними методами тобто лише шляхом контролю якості готової продукції практично не можливо.