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

19966. Методика представления системы уравнений тепловых балансов в матричной форме 30.08 KB
  Познакомить слушателей с методикой представлением системы уравнений тепловых балансов в матричной форме. Отметить, что это представление основывается на предположениях о малых размерах элементов, геометрии рассматриваемой задачи и возможности использования линейных связей между тепловыми потоками и температурой.
19967. Проблема выбора конструкционных материалов для изделий ядерной энерготехники 21.18 KB
  Познакомить слушателей с проблемой выбора конструкционных материалов для изделий, работающих в поле нейтронного излучения. Обратить особое внимание на пострадиационные технологические операции с изделием (в нашем случаем с облучательным устройством) по его радиационно-безопасном «захоронении».
19968. Причины создания реакторного стенда для исследования свойств ядерного топлива при динамическом воздействии реакторного излучения 27.46 KB
  Рассмотреть причины создания реакторного стенда для исследования свойств ядерного топлива при динамическом воздействии реакторного излучения. Познакомить слушателей с реакторным стендом ИРТ-МИФИ для исследования физико-механических свойств ядерного топлива и комплексом задач решаемых на стенде
19969. Взаимосвязи систем и устройств стенда для исследования физико-механических свойств ядерного топлива 25.89 KB
  Рассмотреть взаимосвязи систем и устройств стенда для исследования физико-механических свойств ядерного топлива, технологические операции с облучательными устройствами и испытуемыми образцами. Представить облучательные устройства в составе стенда, их возможности по исследованию свойств ядерного топлива
19971. Жизнь прекрасна Не потрать ее напрасно Здоровье – всему голова русская пословица У кого есть здоровь. 68 KB
  Ход мероприятия Под музыку выходят ведущие 1й ведущий: Здравствуйте дорогие друзья При встрече люди обычно говорят это хорошее доброе слово. 2й ведущий: Здравствуйте Поклонившись мы друг другу сказали Хотя были совсем не знакомы. Отчего же на капельку солнца прибавилось в мире Отчего же на капельку счастья прибавилось в мире...
19972. . Догнал не значит победил неизвестный автор Спорт становится средством воспитания тогда когда он любим 4.5 MB
  1й ведущий: Курение – это втягивание в себя тлеющих растительных продуктов. 2й ведущий: Вызывает особую тревогу то что слабый пол тоже не прочь покурить. Кто же нам теперь поможет Чтобы стать здоровым вновь Чтоб вдыхать нам полной грудью Свежий чистый кислород Чтобы газом ядовитым Не давать нам больше вход 1й ведущий: Табачные компании чтобы найти сбыт своей продукции и получить прибыль пытаются...
19973. Здоровая Россия Сильная Россия Митинг может проходить как на улице так и в зале. 12.6 KB
  Оратор: Ну что Будущее вы готовы Все: Да Оратор: Все знают куда пришли Все: Да Оратор: Нам нужно здоровое общество Все: Да Оратор: Вы хотите жить в счастливом будущем Все: Да Оратор: Вы хотите быть сильными духом людьми Все: Да Оратор: Вы хотите сохранить здоровье своих близких Все: Да Оратор: Я не слышу. Да или нет Все: Да Оратор: А вы любите своих родителей Все: Да Оратор: А свой дом Все: Да Оратор: Вы знаете цену будущему Все: Да Оратор: А цену здоровому миру Все: Да Оратор: Жизнь...
19974. Тема: За здоровый образ жизни Задачи: формирование у детей ценностного отношения к своему здоровью. 1.61 MB
  Наверное потому что главная ценность человека здоровье. А поговорим сегодня о том что нужно делать для того чтобы быть здоровым какого человека можно считать здоровым что зависит в этом случае от человека т. Для начала выясним что на ваш взгляд влияет на здоровье человека положительно. Ребята вы согласны с этим А вот такой пример: у человека ничего не болит но у него плохая память.