50234

Вивчення серіальних закономірностей в спектрі випромінювання водню і визначення сталої Планка

Лабораторная работа

Физика

Найбільш вивченим є спектр атома водню. Частоти випромінювання атома водню можна описати узагальненою формулою Бальмера у вигляді 4.4: 1 де частота випромінювання атома водню при його переході з го енергетичного рівня на й енергетичний рівень...

Украинкский

2014-01-18

428.5 KB

6 чел.

Лабораторна робота №44

Вивчення серіальних закономірностей в спектрі випромінювання водню і визначення сталої Планка

Мета роботи

Експериментально дослідити видиму частину спектра випромінювання атомів водню, за результатами вимірювань розрахувати сталу Планка

Для виконання лабораторної роботи студенту попередньо необхідно: знати серіальні закономірності формування спектра випромінювання атома водню та вміти їх пояснити

за теорією Бора (§4.1)

Прилади і матеріали

Монохроматор типу УМ–2, неонова лампочка, прилад СПЕКТР–1

Теоретичний відомості і опис установки

Як відомо спектр кожного газу складається з окремих спектральних ліній або груп (серій) близько розташованих ліній. Найбільш вивченим є спектр атома водню. Частоти випромінювання атома водню можна описати узагальненою формулою Бальмера у вигляді (4.4):

                                                              ,                                                         (1)

де   частота випромінювання атома водню при його переході з го енергетичного рівня на й енергетичний рівень;   стала Рідберга;  і цілі числа (, а  набуває значень

і т.д.).

Стала Рідберга  у формулі (1) визначається співвідношенням (4.7) (див. §4.1)

 ,                                                                   (2)

де порядковий номер атома водню (=1); m=9,11·10-31 кг – маса електрона; е=1,6·10-19 Кл – заряд електрона; =8,85·10-12 Ф/м – електрична стала; с=3·108 м/с – швидкість світла у вакуумі;   стала Планка.

Кожному значенню  в (1) відповідає серія спектральних ліній. Для видимої частини спектра атома водню =2.

Формулу (1) з урахуванням (2) можна записати таким чином:

                       .                                                    (3)

Виражаючи частоту випромінювання  через довжину хвилі  з (3) одержуємо вираз для визначення сталої Планка:

    .                                                       (4)

З врахуванням того, що для атома водню =1  вираз (4) перепишемо у вигляді

.                                                             (5)

Перехід атомів газу із основного стану в збуджений легко здійснити за допомогою електричного розряду в розрідженому газі. Перехід атомів із збудженого стану в основний проходить спонтанно (самовільно) з випромінюванням ліній усіх серій.

В даній лабораторній роботі визначають наступні лінії в спектрі випромінювання водню, які лежать у видимій частині спектру і становлять 400600 нм:

  •  червону лінію , (= 3);
  •  зелено-голубу лінію , (= 4);
  •  фіолетово − синю лінію , (= 5);
  •  фіолетову лінію , (= 6).

Експериментальна установка зібрана на основі монохроматора УМ–2, який використовується як спектроскоп. Оптична схема установки наведена на рис. 1.

Рис. 1

1 − воднева газорозрядна трубка; 2 − блок живлення трубки; 3 – збиральна лінза; 4 − вхідна щілина;

5 − об’єктив коліматора; 6 − дисперсійна призма; 7 − об’єктив зорової труби; 8 − візир; 9 − окуляр;

10 – захисний кожух неонової лампочки; 11 неонова лампочка.

На вхідну щілину 4 монохроматора направляють світло від неонової лампочки 11 в кожусі 10 або газорозрядної водневої трубки 1 пристрою СПЕКТР –1.

Загальний вигляд установки зображений на рис. 2.

Рис. 2

1 монохроматор; 2 воднева газорозрядна трубка в захисному кожусі; 3 блок живлення трубки;

4 неонова лампочка в захисному кожусі; 5 барабан довжин хвиль монохроматора;

6 і 7 регулювальні гвинти окуляра монохроматора; 8 окуляр.

Послідовність виконання роботи

ЗАВДАННЯ 1. Градуювання монохроматора

Для цього (див.рис.2):

  1.  Розмістити близько до вхідної щілини монохроматора 1 неонову лампочку 4, яка розміщена в захисному кожусі, і увімкнути її в мережу 220 В.
  2.  Встановити ширину вхідної щілину монохроматора ~ 0,22 мм.
  3.  Досягнути чітке зображення спектральних ліній в окулярі 8 монохроматора за допомогою

регулювальних гвинтів 6 та 7, а оптимальну ширину спектральних ліній – незначним регулюванням ширини вхідної щілини монохроматора.

  1.  Плавно обертаючи барабан 5 довжин хвиль монохроматора, суміщати з візиром монохроматора видимі в окуляр 8 спектральні лінії випромінювання неону та встановлювати відповідність між значеннями  і відносними поділками  шкали барабана довжин хвиль (для спектру випромінювання неону значення  вказані на робочому місці).
  2.  Результати вимірювань записати в таблицю 1.
  3.  Вимкнути з мережі 220 В неонову лампочку і зняти її з оптичної лави.
  4.  Побудувати графік залежності  (графік градуювання монохроматора), відкладаючи по осі Х відносні поділки  шкали барабана 5 довжин хвиль, а по осі Y − довжини хвиль  відповідних ліній.

, Å

n, відн. од.

                                                                                                                                               Таблиця 1

ЗАВДАННЯ 2. Визначення довжин хвиль спектральних ліній випромінювання атомів  

                         водню та сталої Планка

  1.  Розмістити на місці неонової лампочки прилад СПЕКТР – 1.
  2.  Увімкнути прилад СПЕКТР–1 в мережу 220 В і встановити перемикач на ньому в положення “H2”.
  3.  Переміщаючи окуляр 8 зорової труби монохроматора 1 за допомогою регулювальних гвинтів 6 і 7 добитися чіткого зображення ліній випромінювання атомів водню в окулярі.
  4.  Дивлячись в окуляр монохроматора, встановлювати почергово поворотом барабана 5 довжин хвиль спектральні лінії випромінювання водню навпроти візира монохроматора і проводити відліки, що відповідають цим лініям, за шкалою барабана монохроматора. Візуальний пошук ліній необхідно починати з найбільш інтенсивної червоної  лінії. Одержані результати записати в таблицю 2.

УВАГА! В спектрі водневої трубки поряд з лініями атомного спектру спостерігається спектр молекулярного водню.

Таблиця 2

Колір і індекс лінії

n,

відн.од.

λ,

нм

Квантові числа

h·1034,

Дж·с

Δh·1034,

Дж·с

δh, 100%

n

k

Яскраво−червона,

H

2

3

Зелено−голуба,

H

2

4

Фіолетово−синя,

H.

2

5

Фіолетова,

2

6

Сер.

хххх

хххх

хххх

хххх

  1.  Користуючись кривою градуювання монохроматора визначити довжини хвиль кожної з ліній випромінювання водню.
  2.  Розрахувати за формулою (5) сталу Планка, використовуючи довжини  хвиль ліній випромінювання водню: , ,і .
  3.  Дані, які одержані в п.п. 5−6, записати в таблицю 2.
  4.  Проаналізуйте одержані результати і зробіть висновки.

Контрольні запитання

  1.  Які серії випромінювання, крім серії Бальмера, ще має спектр випромінювання атом водню?
  2.  Який фізичний зміст мають квантові числа  і  у формулі (1)?
  3.  Сформулюйте постулати Бора. Як з їх допомогою пояснити лінійчатий характер спектру випромінювання атома водню?
  4.  Які фізичні величини необхідно знати для того, щоб розрахувати постійну Планка в даній роботі?
  5.  Знайдіть частоту обертання електрона в атомі водню.
  6.  Виведіть формулу, яка визначає повну енергію електрона в атомі водню.

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

73048. Типы классификаций кадастра 18.85 KB
  Типы классификаций кадастра –- земельный недвижимости градостроительный природных ресурсов. Объектом государственного земельного кадастра являются все земли территории независимо от форм собственности целевого назначения и характера их использования.