Описание установки

Установка для определения постоянных Планка и Ридберга состоит из: монохроматора УМ-2; ртутной лампы с источником питания; лампы сплошного спектра; водородной газоразрядной трубки, закрепленной в специальном держателе; высоковольтного индуктора с источником питания постоянного напряжения 12 В и кюветы с раствором двухромового кислого калия.

Рис. 17.2.

Монохроматор, ртутная лампа и водородная газоразрядная трубка размещаются на оптическом рельсе 1 (рис. 17.2), жестко скрепленном с монохроматором. Монохроматор состоит из входной трубы 3 со щелью 2, призменного столика 5 с призмой 4, находящихся внутри корпуса, выходной коллимационной трубы 8 и щели 9. Ширина раскрытия щелей регулируется маховиком 10. поворот призмы осуществляется вращением барабана 13. Фокусировка входной трубы производится маховиком 12.

Рис. 17.3.

Положение коллиматора выходной трубы определяется по миллиметровой шкале с нониусом 6. В трубе коллиматора между щелью и окуляром помещен затвор, с помощью которого можно прекратить доступ света в прибор. Управление затвором осуществляется с помощью рукоятки 11.

Оптическая схема монохроматора приведена на рис. 17.3.

Принцип действия монохроматора состоит в следующем: луч света от источника 9 (рис.3) через щель 2 и объектив 3 попадает на диспергирующую призму 4 и разлагается в спектр. Призма поворачивает лучи на 90º. На пути пучка света помещается выходная труба монохроматора, состоящая из окуляра 5 и щели 6. Щели закрываются защитными стеклами 1 и 8.

Включение в сеть ртутной лампы и лампы сплошного спектра осуществляется через блок питания. Водородная трубка питается от высоковольтного индуктора.

Выполнение работы

Устанавливают ртутную лампу на оптический рельс на расстоянии 45 см от входной щели прибора. Между входной щелью и ртутной лампой на расстоянии 13 см от входной щели помещают ахроматический конденсатор с f = 94 мм. На входную щель надевают насадку с линзой с фокусным расстоянием f = 140 мм. Вращением барабана 10 устанавливают ширину входной щели 0,01 – 0,02 мм. Подсоединяют ртутную лампу к блоку питания, включают тумблер питания.

УПРАЖНЕНИЕ I Градуировка шкалы монохроматора

1. Нажатием кнопки на блоке питания включают ртутную лампу.

2. Направляют свет лампы на щель монохроматора. Перемещением линзы по оптическому рельсу фокусируют излучение лампы на щель прибора.

3. Раскрывают щель выходной трубы и устанавливают окуляр таким образом, чтобы видеть спектр ртутных паров.

4. Вращением барабана 13 (рис. 17.2) совмещают визирную линию монохроматора с красной линией спектра и снимают отсчет по шкале барабана 13. Аналогичные отсчеты делают и для других линий спектра ртути.

5. Строят градуировочную кривую монохроматора, откладывая по оси абсцисс длину волны λ, а по оси ординат – деление шкалы N.

Длины волн для спектральных линий ртути приведены в таблице.

Цвет линий	Длина волны λ, Å	Показания барабана N, дел.
Фиолетовый	4062
Синий	4358
Светло-голубой	4916
Зеленый	5461
Желтый	5780
Красный	6234

УПРАЖНЕНИЕ II Определение постоянной Планка

1. Вместо ртутной лампы на оптический рельс устанавливают лампу сплошного спектра и зажигают ее.

2. Между лампой и щелью монохроматора помещают на столике плоскую стеклянную кювету с водным раствором двухромовокислого калия.

3. Фокусируют на нее излучение лампы.

4. Через выходную трубу окуляра наблюдают спектр поглощения двухромовокислого калия (широкую темную полосу).

5. Снимают отсчет по шкале барабана, соответствующий наибольшей длине волны λ, с которой начинается поглощение (2-3 мм от зеленой линии).

6. По градуировочной кривой упражнения 1 находят длину волны λ, соответствующую границе поглощения.

7. По формуле (17.3) вычисляют постоянную Планка.

8. Вычисленное значение h сопоставляют с табличным значением h_m = 6,62 10^34Дж/с и вычисляют относительную погрешность по формуле:

9. Сделать вывод.

УПРАЖНЕНИЕ III Изучение спектра водорода и определение постоянной Ридберга

1. Убирают кювету с раствором двухромовокислого калия.

2. Вместо лампы сплошного спектра на оптический рельс помещают рейтер с водородной трубкой, соединенной с высоковольтным индуктором.

3. Подключают к высоковольтному индуктору источник питания на 12 вольт.

4. Замыкают ключ высоковольтного индуктора и зажигают водородную трубку.

5. Перемещением линзы по оптическому рельсу фокусируют излучение водородной трубки на щель монохроматора.

6. Вращением барабана 13 выводят в поле зрения выходной трубы монохроматора спектр водорода (спектральную серию Бальмера).

7. Совмещают визирную линию монохроматора с красной линией спектра водорода и снимают отсчет по шкале барабана 13.

8. Аналогичные измерения делают для зелено-голубой и фиолетовой линий водорода.

9. Используя градуировочный график, определяют длины волн линий спектра водорода.

10. По формуле (17.18) вычисляют постоянную Ридберга соответственно для: красной длины волны, где m=2, и n=3; зелено-голубой, где m=2, а n=4; фиолетовой, где m=2, а n=5.

Следует помнить, что в формулу (17.18) подставляется λ, определенная из графика для соответствующих линий спектра водорода.

11. Вычисляют среднее значение для постоянной Ридберга , а также относительную погрешность по формуле:

,

где – табличное значение постоянной Ридберга.

12. Сделать вывод.