Выполнение работы

1. Сделайте градуировку монохроматора по известным спектрам ртути или неона (см. работу № 10).

2. Отключите пульт питания, снимите c оптической скамьи лампу, по которой производилась градуировка, и установите газоразрядную водородную трубку вблизи входной щели монохроматора.

Реостат пускового устройства, от которого питается водородная лампа, поставьте в положение "меньше". Включите тумблер «сеть» и регулируя напряжение реостатом, добейтесь наиболее яркого свечения в водородной трубке.

Следует отметить, что в спектре водородной трубки наряду с линиями атомного спектра наблюдается спектр молекулярного водорода. Поэтому начинать поиск нужных линий необходимо с наиболее интенсивной красной линии H_α. Вторая линия H_β - зелено-голубая. В промежутке между H_α и H_β располагаются несколько красно-желтых и зеленых сравнительно слабых молекулярных полос. Третья линия Н_γ - фиолетово-синяя. Перед этой линией располагаются две слабые размазанные молекулярные полосы синего света. Четвертая линия H_δ - фиолетовая. Ее удается наблюдать в излучении лишь некоторых экземпляров водородных трубок.

3. По шкале барабана монохроматора сделайте отсчет положения этих линий в спектре водорода и по градуировочной кривой определите их длины волн. λ_α, λ_β, λ_γ.

4. По каждому из значений измеренных длин волн, найдите постоянную Ридберга и определите ее среднее значение. Для этой цели используйте формулу (10) и соотношение ν=c/λ , где с = 3 10⁸ м/с.

5. Найдите массу электрона, подставив среднее значение постоянной Ридберга в формулу (9),.

6. Определите радиус первой боровской орбиты и скорость электрона на этой орбите по формулам (4), используя полученное в п. 5 значение массы электрона.

7. По формуле (8) определите полную энергию электрона в атоме водорода на нормальном уровне в электроновольтах.

(1 эВ = 1,6 10^-19 Дж).

Контрольные вопросы

1. Объясните, к каким затруднениям привела модель атома Резерфорда?

2. Сформулируйте постулаты Бора.

3. Как получается одна линия в спектре излучения?

4. Каков физический смысл в отрицательном знаке в формуле полной энергии атома водорода?

5. Получите выражение для частоты излучения атома водорода.

6. Что называется серией линий?

4. Опишите основные серии линий спектра атомарного водорода.

Приложение. Изучение нониусов

Часто при измерении длины какого-либо тела длина его не укладывается в целое число делений масштаба. Для того чтобы можно было поручиться при линейных измерениях и за десятые доли масштаба (а иногда и за сотые), пользуются нониусом.

Нониус – это дополнительная шкала к основному масштабу (линейному или круговому), позволяющая повысит точность измерения с данным масштабом в 10,20 и более число раз.

Нониусы бывают линейные и круговые, прямые и обратные, нерастянутые и растянутые.

Линейный нониус представляет собой небольшую линейку (шкалу), скользящую вдоль большей масштабной линейки (рис. 1).

Как видно из рис.1, 10 делений нониуса соответствуют 9 делениям основного масштаба. В случае прямого нерастянутого нониуса, который мы рассматриваем, одно деление нониуса короче одного деления масштаба на величину Δ, которая называется точностью нониуса. Точность нониуса Δ является разностью длин делений основного масштаба и нониуса и легко может быть определена, если мы знаем число делений нониуса n и длину наименьшего деления масштаба α_m

_.

Длина отрезка, измеряемая при помощи нониуса, будет равна числу целых делений масштаба до нуля нониуса плюс точность нониуса, умноженная на номер его деления, совпадающего с некоторым делением масштаба. На рис. 2 длина тела равна 13 – ти целым и 3-м десятых, так как совпадает с делениями масштаба 3 – е деление нониуса.

Погрешность, которая может возникнуть при таком методе отсчета, будет обуславливаться неточным совпадение деления нониуса с одним из делений масштаба, и величина ее не будет превышать, очевидно, .

Таким образом, можно сказать, что погрешность нониуса равна половине его точности.

В обратном нониусе длина одного деления нониуса больше длины одного деления масштаба на величину точности нониуса. Техника измерения с обратным нониусом такая же, что и с прямым, с той лишь разницей, что обратный нониус прикладывается к концу измеряемого отрезка таким образом, чтобы числа делений нониуса убывали в сторону возрастания делений основного масштаба.

Чтобы легче было заметить, какое деление нониуса совпадает с каким- либо делением основной шкалы, на практике делают нониусы растянутыми. Прямой растянутый нониус получится, если длина одного деления нониуса будет короче не одного наименьшего деления масштаба (как мы полагали до сих пор), а двух, трех и т.д. наименьших делений его.

Точность нониуса в этом случае определяется по той же формуле.