Описание экспериментальной установки
Исследование спектра атома водорода проводится в данной работе с помощью универсального монохроматора УМ-2. Устройство и принцип действия монохроматора описаны в лабораторной работе № 13 «Спектры испускания и поглощения».
Предварительная градуировка монохроматора производится по спектру излучения ртутной лампы. В соответствии с этим в комплект приборов входит ртутная лампа со специальным источником питания. Ртутно-кварцевая лампа размещена в кожухе. Часть её светового потока выводится из кожуха через окно, закрытое обычным стеклом в целях защиты от ультрафиолетового излучения. Выходящий световой поток фокусируется на щель монохроматора с помощью собирающей линзы.
Газоразрядная водородная трубка подключается к вторичной обмотке повышающего трансформатора, называемого катушкой Румкорфа. Его первичная обмотка присоединяется к источнику постоянного напряжения в 12-15 В через молоточковый прерыватель. Водородная трубка размещается непосредственно перед щелью монохроматора так, чтобы её средняя часть была параллельна щели.
Измерения и обработка результатов
Упражнение 1. Градуировка монохроматора.
Ознакомьтесь с устройством и принципом действия монохроматора (см. описание лаб. раб. № 13).
Включите ртутную лампу и дайте ей прогреться в течение 2-3 минут. Вращая барабан монохроматора, поворачивающий его диспергирующую призму, ознакомьтесь со спектром излучения лампы. Он состоит из довольно большого числа узких линий. Цвет линий, соответствующая им длина волны и характеристика яркости представлены в прилагаемой таблице. Для построения градуировочного графика можно использовать несколько (10-12) спектральных линий, из тех, которые удается достаточно надежно идентифицировать.
Поиск выбранных спектральных линий проводится с учетом их цвета, яркости и расположения относительно других линий в спектре ртути в совокупности с разностью между длинами волн этих линий.
Определите положение линий в спектре. Для этого, вращая барабан монохроматора, совместите каждую линию с вершиной треугольника, наблюдаемого в поле зрения окуляра, и сделайте соответствующие угловые отсчеты N по шкале барабана в градусах. Данные занесите в таблицу 1:
Таблица 1
Цвет линии |
λ, нм |
N, угл. град. |
|
|
|
Постройте график зависимости N от λ (градуировочный график монохроматора).
Упражнение 2. Изучение спектра атомарного водорода, определение постоянной Ридберга.
Расположите перед щелью монохроматора водородную трубку и попросите лаборанта или преподавателя подать на её клеммы высокое напряжение (около 50000 В) от катушки Румкорфа.
Вращая барабан монохроматора, ознакомьтесь со спектром излучения атомарного водорода. Определите, какому отчету N по шкале барабана соответствует положение каждой линии. По градуировочному графику найдите длину волны этих спектральных линий.
Результаты сведите
в таблицу 2. Здесь же отразите, какому
переходу
по теории Бора соответствует каждая
спектральная линия, а также значение
постоянной Ридберга R,
вычисленное по формуле (6). Найдите
среднее значение R;
оцените погрешность ΔR её измерения.
Таблица 2
Цвет линии |
N |
λ, нм |
n→m |
R, м-1 |
Rср, м-1 |
ΔR, м-1 |
Красная |
|
|
3→2 |
|
|
|
Зелено-голубая |
|
|
4→2 |
|
||
Сине-фиолетовая |
|
|
5→2 |
|
||
Фиолетовая |
|
|
6→2 |
|
Сравните полученное значение постоянной Ридберга с его табличным значением.