Краткая теория
Спектр излучения является важной характеристикой вещества, которая позволяет установить его состав, некоторые параметры его строения, свойства атомов и молекул.
Атомы газа испускают линейчатые спектры, состоящие из групп отдельных спектральных линий, называемых спектральными сериями. Для спектра излучения атома водорода длины волн спектральных линий определяются формулой Бальмера:
, (1)
где λ – длина волны спектральной линии; R – постоянная Ридберга; n – номер энергетического уровня, на который переходит электрон после излучения; m – номер энергетического уровня, с которого переходит электрон.
Каждой серии спектра атома водорода соответствует определенное значение n; m принимает значения от n+1 до + ∞.
В спектре излучения водорода были обнаружены следующие серии:
Серия Лаймана (n = 1) – ультрафиолетовая часть спектра:
.
Серия Бальмера (n = 2) – видимая часть спектра:
.
Серия Пашена (п = 3) – инфракрасная часть спектра:
Серия Брэкета (п = 4) – инфракрасная часть спектра:
.
Серия Пфунда (n = 5) – инфракрасная часть спектра:
.
В данной работе изучаются четыре первые линии серии Бальмера. Они имеют следующие обозначения:
Нα – красная линия (m = 3),
Hβ – сине-голубая (m = 4),
Нγ - голубая (m = 5),
Нδ - фиолетовая (m = 6).
Описание установки
Источниками излучения являются: 1. газоразрядная трубка с гелием, используемая для градуировки и 2. исследуемая газоразрядная трубка с водородом с блоками питания. Монохроматор со стеклянной призмой служит для
наблюдения спектральных линий и определения длины волны.
Выполнение работы на компьютере
1. Из списка виртуальных лабораторных работ по Физике-2 выбрать ОТТ-17К и двойным нажатием на левую кнопку мыши открыть эту работу. В появившемся титульном листе можно последовательно ознакомиться с основным меню, включающим краткую теорию, тесты допуска и тесты защиты,
выполнение лабораторной работы.
Задание 1. Градуировка шкалы монохроматора
2.1 Выбрав в меню пункт «Выполнение лабораторной работы», подключить в качестве источника газоразрядную трубку с гелием.
2.2 Установить барабан на деление 2450, при этом должна наблюдаться желтая линия спектра.
2.3 Последовательно совмещая с индексом линии гелия от красной до фиолетовой, делать отсчеты по барабану монохроматора. Всего должно быть 11 линий (см. таблицу 2).
2.4 Результаты наблюдений и вычислений представить в виде таблицы 1.
2.5 Построить градуировочный график зависимости показаний барабана от длин волн.
Таблица 1 – Данные для градуировочной кривой
| № опыта | Цвет линии | Длина волны, нм | Показания барабана, дел. |
| Красная | 728,1 | ||
| Красная | 706,5 |
Таблица 2 – Длины волн линий гелия
| Цвет | Длина волны, нм |
| 1. Красная линия | 728,1 |
| 2. Красная линия | 706,5 |
| 3. Красная линия | 667,8 |
| 4. Желтая линия | 587,6 |
| 5. Зеленая линия | 501,6 |
| 6. Зеленая линия | 492,2 |
| 7. Голубая линия | 471,3 |
| 8. Синяя линия | 447,1 |
| 9.Фиолетовая линия | 438,8 |
| 10. Фиолетовая линия | 412,1 |
| 11. Фиолетовая линия | 402,6 |
2.6 Заменить газоразрядную трубку с гелием на газоразрядную трубку с водородом.
Задание 2. Изучение линий серии Бальмера и определение постоянной Ридберга
3.1 Повторить для исследуемой газоразрядной трубки с водородом п.2.3, т.е. пройти от красной до фиолетовой линии весь видимый спектр излучения атомарного водорода, относящийся к серии Бальмера.
3.2 Занести в таблицу 3, полностью совпадающую с таблицей 1, значения отсчетов по барабану монохроматора для четырех наиболее ярких линий спектра атомарного водорода Нα, Hβ, Нγ, Нδ серии Бальмера.
3.3 По градуировочному графику, построенному ранее в соответствии с данными таблицы 1, определить длины волн линий.
3.4 По формуле (1) для четырех линий серии Бальмера вычислить четыре значения постоянной Ридберга. Найти среднее значение постоянной, оценить погрешность результата и сделать выводы.
Контрольные вопросы
1. В каком состоянии должен находиться водород для получения его линейчатого спектра?
2. Какие серии в спектре излучения атомов водорода имеют место?
3. Сколько серий существует в видимой части спектра излучения Н?
4. Что обозначают квантовые числа n и m в формуле Бальмера?
5. Какое практическое значение имеет постоянная Ридберга?
Литература
1. Лабораторный практикум по физике. Под редакцией А.С. Ахматова. -
М.: Высшая школа, 1980, 360 с.