Экспериментальная установка

Лабораторная установка включает в себя стеклянно - призменный спектрометр – монохроматор УМ – 2, водородную газоразрядную трубку с источником питания.

Прибор УМ – 2 предназначен для исследований в спектральном диапазоне от 0,38 до 1,0 мкм. Прибор состоит из следующих частей

(рис. 7.2).

1. Входной щели 1, снабженной микрометрическим винтом 9, позволяющим открывать щель на нужную ширину. Обычная

рабочая ширина щели равна 0,02 ÷ 0,03 мм.

2. Коллиматорного объектива 2, снабженного микрометрическим винтом 8. Винт позволяет смещать объектив относительно щели

Рис.7.2

при фокусировке спектральных линий различных цветов.

2. Сложной спектральной призмы 3, установленной на поворотном столике 6. Призма 3 (призма Аббе) состоит из трех склеенных призм Р₁, Р₂, Р₃. Призмы Р₁и Р₂ с преломляющими углами 30⁰ изготовлены из тяжелого стекла – флинта, обладающего большой дисперсией. Промежуточная призма Р₃ сделана из легкого стекла – крона. Гипотенузная грань призмы Р₃ зеркальная. Достоинством призмы Аббе является то, что для лучей любой длины волны, проходящих параллельно основаниям полупризм, угол отклонения лучей после прохождения призмы всегда равен 90⁰.

3. Поворотного столика В, вращаемого при помощи микрометрического винта с отчетным барабаном 7. На барабане имеется винтовая шкала с градуировочными делениями. Вдоль шкалы скользит указатель поворота барабана. При вращении барабана призма поворачивается и в центре поля зрения появляются различные участки спектра.

4. Зрительной трубы, состоящей из объектива 4 и окуляра 5. Объектив 4 дает изображение входной щели 1 в своей фокальной плоскости. В этой плоскости расположен указатель 10. Изображение рассматривается через окуляр 5.

5. Массивного корпуса 11, предохраняющего прибор от повреждений и загрязнений.

6. Оптической скамьи, на которой могут перемещаться рейтеры с источниками света S и конденсором К, служащим для фокусировки света на входной щели.

УПРАЖНЕНИЕ 1. Градуировка спектрометра – выполняется

инженером лаборатории.

Градуировка спектрометра заключается в установлении связи между делениями винтовой шкалы барабана 7, с помощью которого поворачивается столик с призмой и устанавливается определенный участок спектра в центре поля зрения окуляра, и длиной волны спектральной линии, расположенной напротив указателя 10. Для градуировки используют источник света с точно известными спектральными линиями излучения. Градуировочный график зависимости длины волны λ от делений отсчетной шкалы барабана в данной работе получен с использованием ртутной лампы ПРК – 4. Длины волн линий излучения атомов ртути хорошо известны и имеются в справочниках.

Прилагаемая градуировочная кривая построена в крупном масштабе для удобства определения длин волн наблюдаемых линий излучения атомов водорода. Длины волн отложены по вертикальной оси в мкм (1 мкм = 10^-6м), деления барабана – по горизонтальной.

УПРАЖНЕНИЕ 2. Изучение сериальных закономерностей в спектре

атома водорода.

1. Установить рейтер с водородной трубкой.

2. Провести юстировку прибора, добиваясь резкого изображения спектральных линий водорода.

3. Определить показания барабана, соответствующие спектральным линиям водорода Н_α (красная линия), Н_β (зелено-голубая), Н_γ (фиолетово-синяя), Н_δ (фиолетовая). Последняя линия у некоторых экземпляров водородных трубок не наблюдается.

4. Пользуясь градуировочным графиком , определить длины волн наблюдаемых линий в мкм, а затем перевести в м.

5. Для каждой из наблюдаемых линий водорода вычислить значение постоянной Ридберга по формуле, вытекающей из (7.4):

6. Пользуясь формулой (7.5) вычислить теоретическое значение постоянной Ридберга, сравнить ее с значением, полученным в работе и сделать выводы относительно справедливости боровской теории атома водорода.

7. Все экспериментальные и расчетные данные представить в следующей таблице

Спектральная линия водорода	Длина волны		Показания винтовой шкалы барабана	Квант. число		Постоянная Ридберга, м^-1
	мкм	м		к	n
Ярко-красная Зелено-голубая Фиолетово-синяя Фиолетовая

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Каковы основные положения теории Бора?

2. Чем объяснить линейчатость спектров атомов (определенность частот для каждого сорта атомов)?

3. Как определить границы спектральных серий для водорода?

4. Что значит проградуировать спектрометр?

5. С чем связано ухудшение видимости спектральных линий по мере уменьшения длины волны?

ЛИТЕРАТУРА

1. Дерябин В.М., Борисенко В.Е. Физика: Тюмень, Изд-во ТГУ, 2001.

2. Борисенко В.Е. и др. Лабораторный практикум по Физике: Тюмень, Изд-во ТГУ, 2002.

3. Савельев И.В., Курс общей физики: т.3, Москва, Наука, 1986.

4. Ландсберг Г.С. Оптика, Москва, Наука, 1976.