fizpr

	λ =		1					(3)
		R × (	1		-	1	)
			n2			m 2

Из этой формулы можно определить постоянную Ридберга:

R =			1				(4)
					1
	λ × (	1		-		)
					m 2
		n 2

В данной работе необходимо исследовать серию Бальмера (видимая область спектра) для атомов ртути и водорода.

Для проведения исследований спектров атомов используется установка, схема которой приведена на рис. 2. Для наблюдения спектров используют монохроматор-спектрометр УМ-2. Световой поток от лампы поступает через щель и линзу на призму, разлагающую свет по длинам волн. Поворотом призмы Р в щель S2 можно поместить любую цветную линию спектра. Поворот этот осуществляется при помощи барабана с делениями. Каждому положению барабана соответствует определенная длина волны выходящего из щели S2 света.

Рисунок 2.

241

Ртутная лампа испускает лишь определенные длины волн, поэтому в данной работе наблюдается линейчатый спектр - цветные линии пространственно разделены Зависимость длины волны λ света в щели S2 от делений барабана N призмы Р называется градуировочным графиком спектроскопа.. Если построить такой градуировочный график по линиям спектра ртутной лампы, то по этому графику можно определять длины волн в спектре излучения любого другого источника света, определив по барабану соответствующее значение N.

Порядок выполнения работы

1.Ознакомиться с рабочей схемой и приборами.

2.С разрешения преподавателя включить питание ртутной лампы.

3.Вращая барабан спектроскопа, просмотреть весь спектр. Отыскать в нем линии, указанные в прилагаемой таблице, определить их положение по шкале барабана, помещая каждую из линий в центр визирной рамки и записать соответствующее значение N.

4.Отключить питание лампы.

5.По значениям λ линий, приведенным в таблице, и

соответствующим N построить градуированный график N = f (λ).

6.Включить водородгую трубку, найти наиболее интенсивные линии спектра и определить для них показания N на барабане.

7.По градуировочной кривой определить значения λ для всех видимых линий спектра водорода.

8.По формуле (4) вычислить постоянную Ридберга и сравнить полученное значение с табличной величиной.

242

Таблица 1 -		Результаты			измерений и вычислений
Линии спктра					Линии спектра водорода
ртути										R
цвет	λ,		N		цвет	n	m	N	λ, нм
	нм								по графику
Красная	690			Ярко-красная		2	3
Желтая	579			Зелено-голубая		2	4
Зеленая	546			Синяя		2	5
Голубая	491			Фиолетовая		2	6
Синяя	436
Фиолетовая	408

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Сформулируйте постулаты Бора.

2.В чем заключается принцип квантования?

3.Что определяет главное квантовое число?

4.Что определяет формула Бальмера?

5.Почему спектр атомов линейчатый?

6.Что такое спектральная серия?

7.По какой формуле можно определить длину волны линии спектра излучения в видимой области и в невидимой области?

8.Почему спектр поглощения атома водорода содержит только серию Лаймана?

9.Что такое градуировочный график ?

243

Лабораторная работа № 702

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЛИНЕЙНОГО КОЭФФИЦИЕНТА

ПОГЛОЩЕНИЯ γ - ЛУЧЕЙ

Цель работы: изучение механизма поглощения гамма лучей различными материалами.

Приборы и принадлежности: источник гамма излучения,

счетчик Гейгера, пересчетное устройство ПСО 2-4, металлические пластинки известной толщины.

Основные требования к теоретической подготовке: При подготовке к данной лабораторной работе необходимо проработать раздел "Радиоактивное излучение" общего курса физики, а также методические указания к данной работе.

Теория метода и описание установки

Гамма излучение представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение с малой длиной волны λ < 10 -10 м. Гамма излучение не является самостоятельным видом радиоактивности, а только сопровождает α- и β- распады или возникает при ядерных реакциях. Гамма излучение испускается дочерним, (а не материнским) ядром. При γ-излучении А и Z ядра не изменяется, поэтому оно не описывается правилами смещения.

Поскольку длина волны очень маленькая, волновые свойства γ- излучения проявляются очень слабо, и на первый план выступают его корпускулярные свойства. Поэтому γ-излучение часто рассматривают как поток частиц (γ-квантов).

244

γ-кванты не имеют электрического заряда, поэтому они не отклоняются электрическим и магнитным полями, обладают относительно слабой ионизирующей способностью и очень большой проникающей способностью. При внешнем облучении именно гаммаизлучение является наиболее опасным для человека. Предельно допустимая доза облучения человеческого организма составляет 0,05 Гр в год (1 Грэй = Дж /кг). Дозы облучения больше 2 Гр вызывают лучевую болезнь.

При прохождении γ-квантов сквозь вещество они либо поглощаются, либо рассеиваются им. При этом энергия γ-квантов не меняется, но в результате столкновений с атомами происходит уменьшение их интенсивности:

		I = I 0 × e-μ×x					(1)
	где I –	интенсивность излучения, прошедшего слой вещества
	толщиной x;
	I0 - интенсивность излучения в отсутствии поглотителя;
	µ –	линейный коэффициент поглощения.
	Величина µ зависит от четырех слагаемых:
		µ = µя + µф + µк + µп					(2)
где	µя	- коэффициент поглощения γ-лучей					при неупругих
взаимодействиях с атомными ядрами;
µф	- коэффициент фотопоглощения (энергия γ-лучей расходуется на
фотоэффект, то есть на выбивание электронов);
µк –	коэффициент комптоновского рассеивания;
µп	– коэффициент образования пар					(электрон-позитрон, протон-
антипротон и др., например γ →			+1	e0 +	-1	e0 ).
			245

Интенсивность излучения І пропорциональна скорости счета импульсов, поэтому из уравнения (1) можно получить выражение для определения линейного коэффициента поглощения:

			N x = N 0 × e -μ×x					(3)
где N0 –	число частиц (импульсов), зарегистрированных прибором
без преграды;
N x –	число частиц, прошедших через слой вещества
	толщиной х за такое же время.
Из уравнения (3) получим выражение для коэффициента
поглощения:
			μ =	1	ln	N o		(4)
				x		N x
	ln	N0				1
		Nx
						2
				α1			α2
							х, мм

Рисунок 1

Если зависимость (4) представить графически (рис.1),

откладывая по оси абсцисс толщину слоя х, а по оси ординат ln N 0 ,

N x

получим прямую линию. Тангенс угла наклона этой прямой к оси

246

абсцисс равен коэффициенту поглощения µ. На рис 1 показаны зависимости для двух разных материалов.

Схема установки для регистрации гамма-излучения показана на рис.2.

1	2	4
	3
		5

1 – источник излучения

2 – поглотитель

3 – счетчик Гейгера

4 – усилитель

5 – пересчетное устройство Рисунок 2

Радиоактивный препарат помещают в свинцовый кожух с окошком, через которое излучение направляется на поглотитель (тонкие металлические пластинки). Регистрируют излучение счетчиком Гейгера. Он представляет собой диод, заполненный разреженным газом. Между катодом и анодом создается высокое напряжение. Попадая в пространство между катодом и анодом, γ-лучи производят ионизацию молекул газа. Образовавшиеся ионы и электроны направляются полем к электродам и отдают им свой заряд,

247

возникает кратковременный импульс тока, который усиливается и регистрируется пересчетным устройством.

Порядок выполнения работы

1.Ознакомиться с рабочей схемой и приборами.

2.С разрешения преподавателя включить установку и дать ей прогреться несколько минут.

3.С помощью пересчетного устройства определить число импульсов N0 без поглотителя за время t, указанное преподавателем и выставленное на пересчетном устройстве. Результаты измерений занести в таблицу.

4.Открыть металлический кожух, поместить свинцовую пластину поглотителя толщиной х между препаратом и счетчиком и определить число импульсов Nх за такое же время . t. Результаты измерений занести в таблицу.

5.Складывая свинцовые пластины друг с другом, увеличить толщину х и определить в каждом случае Nх. Результаты измерений занести в таблицу.

6.Пункты 4 и 5 повторить для пластин из другого материала, например, алюминия.

7.Выключить установку.

8.По формуле (4) определить коэффициент поглощения γ-лучей для каждого опыта.

9.Построить график зависимости ln N0 = f (x) для каждого из

N x

248

материалов. Определить коэффициенты поглощения µ1 и µ2 как тангенс угла наклона линий графика (рис.1) и сравнить их с расчетными значениями.

Таблица 1 - Результаты измерений и вычислений

Вид	№	N0	x,	Nx		N0		ln	N0		µ,
материалау	п/п		мм			N x			N x		1/мм
	1
	2
	3
	1
	2
	3

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что такое γ-излучение? Каковы его природа и свойства?

2.Как происходит взаимодействие γ-излучения с веществом?

3.Как изменяется интенсивность γ-излучения при прохождении его через вещество?

4.В чем состоит графический метод определения коэффициента поглощения?

5.От чего зависит коэффициент поглощения?

249

Лабораторная работа № 703

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ПРОБЕГА α- ЧАСТИЦЫ

Цель работы: изучение закономерностей радиоактивного распада и экспериментальное определение длины пробега α– частицы.

Приборы и принадлежности: радиоактивный препарат,

торцевой счетчик Гейгера, пересчетное устройство.

Основные требования к теоретической подготовке: При подготовке к данной лабораторной работе необходимо проработать раздел "Радиоактивное излучение и его виды" общего курса физики, а также методические указания к данной работе.

Теория метода и описание установки

Радиоактивность – это самопроизвольное превращение неустойчивых ядер одного элемента в ядра другого элемента. Такое превращение сопровождается испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц. Существует три вида радиоактивного излучения: α-излучение (поток α-частиц), β- излучение (поток быстрых электронов) и γ-излучение (поток γ- квантов).

α-Частица представляет собой ядро атома гелия (2Не4), состоит из двух протонов и двух нейтронов, прочно связанных между собой. Она обладает положительным зарядом, который равен +2е, поэтому отклоняется электрическим и магнитным полями. α-Частицы обладают высокой ионизирующей способностью, но малой проникающей способностью (легко поглощаются тонким слоем вещества)

250