ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.01.2021
Просмотров: 1066
Скачиваний: 1
46
Когда
градуировка
производится
по
спектру
ртути
,
на
оптическую
скамью
на
расстоянии
порядка
4
÷
5
см
от
входной
щели
коллиматора
ста
-
вится
ртутная
лампа
ДРШ
(
рис
. 3).
Между
коллиматором
и
ртутной
лам
-
пой
примерно
в
13
см
от
источника
света
ставится
конденсор
(
рис
. 4),
слу
-
жащий
для
фокусировки
света
на
входной
щели
.
Передвигая
конденсор
вдоль
скамьи
,
добиваются
получения
на
щели
изображения
источника
све
-
та
.
При
этом
для
удобства
наводки
на
щель
надевают
белый
колпачок
с
крестом
.
С
ртутной
лампой
следует
обращаться
осторожно
.
Эта
лам
-
па
–
мощный
источник
света
.
Во
время
работы
в
лампе
развивается
давление
до
30
атм
.,
поэтому
ни
в
коем
случае
нельзя
снимать
кожух
с
ртутной
лампы
.
При
градуировке
монохроматора
по
спектру
неона
из
-
за
слабого
све
-
чения
неоновой
лампы
МН
-5 (
рис
. 5)
можно
конденсор
снять
,
придвинув
лампу
непосредственно
к
входной
щели
коллиматора
.
Нормальная
работа
источни
-
ков
света
обеспечивается
пультом
питания
(
рис
. 6).
На
передней
па
-
нели
пульта
расположены
тумбле
-
ры
:
включения
сети
1,
включения
ртутной
лампы
2,
включения
спе
-
циальной
лампы
накаливания
3,
а
также
пусковая
кнопка
4
включе
-
ния
ртутной
лампы
.
На
боковой
панели
пульта
имеются
гнезда
5
для
подключения
ртутной
лампы
ДРШ
,
гнезда
6
для
подключения
не
-
оновой
лампы
МН
-5,
а
также
три
гнезда
7
для
подключения
осветитель
-
ных
ламп
монохроматора
и
специальной
лампы
накаливания
.
При
подготовке
прибора
к
наблюдениям
особое
внимание
следует
обратить
на
тщательную
фокусировку
окуляра
,
с
тем
чтобы
указатель
окуляра
и
спектральные
линии
имели
четкие
,
ясные
границы
.
Для
отсчета
положения
конкретной
спектральной
линии
ее
центр
совмещают
с
острием
указателя
.
Отсчет
производится
по
делениям
ба
-
рабана
.
Для
уменьшения
ошибки
ширину
входной
щели
коллиматора
делают
по
возможности
малой
(0,02–0,03
мм
по
шкале
микрометриче
-
ского
винта
).
Для
лучшего
наблюдения
самых
слабых
линий
в
крайней
фиолетовой
области
щель
рекомендуется
несколько
расширить
(
до
0,05–
0,06
мм
).
Глаз
лучше
замечает
слабые
линии
в
движении
,
поэтому
при
наблюдении
удобнее
слегка
поворачивать
барабан
в
обе
стороны
от
среднего
положения
.
Как
отмечалось
выше
,
градуировка
монохроматора
производится
по
известным
спектрам
.
В
таблице
приведены
длины
волн
спектральных
7
5
6
1
4
2
3
Рис
.6
Рис
. 6
47
линий
ртути
и
неона
в
ангстремах
(
Å
)
с
указанием
их
относительной
яркости
.
После
предварительной
настройки
прибора
,
медленно
вращая
бара
-
бан
,
устанавливают
указатель
окуляра
в
центре
одной
из
крайних
,
наи
-
более
ярких
спектральных
линий
.
Записывают
градусное
показание
шкалы
барабана
φ
и
длину
волны
спектральной
линии
λ
.
Вращают
барабан
до
совмещения
указателя
со
следующей
линией
и
т
.
д
.
Для
каждой
линии
показание
барабана
опре
-
деляют
не
менее
трех
раз
.
Линия
Яркость
относи
-
тельная
(
визуаль
-
ная
оценка
)
Длина
волны
,
А
Линия
Яркость
относи
-
тельная
(
визуаль
-
ная
оценка
)
Длина
волны
,
А
красная
(
крайняя
левая
)
желтая
желтая
зеленая
2
10
8
10
6907
5790,6
5769,6
5460,7
РТУТЬ
голубая
фиолетово
-
синяя
фиолетовая
фиолетовая
1
8
1
2
4916,0
4358,3
4077,8
4046,6
красная
ярко
-
красная
ярко
-
красная
1
3
5
5
5
10
10
5
2
8
3
5
6717,0
6678,3
6598,9
6532,9
6506,5
6402,2
6383,0
6334,4
6304,8
6266,5
6217,3
6163,6
НЕОН
красно
-
оранжевая
оранжевая
желтая
зеленая
сине
-
зеленая
5
3
4
2
2
3
4
10
3
10
5
3
2
5
6143,1
6096,2
6074,3
6030,0
5975,5
5944,8
5881,9
5852,3
5764,4
5400,6
5341,1
5330,8
5031,3
4827,3
Зная
положение
линий
определенной
длины
волны
по
шкале
барабана
монохроматора
,
можно
построить
график
градуировки
шкалы
,
т
.
е
.
выра
-
зить
деления
шкалы
в
длинах
волн
.
48
На
миллиметровой
бумаге
в
крупном
масштабе
строят
график
градуи
-
ровки
шкалы
барабана
,
откладывая
но
оси
абсцисс
деления
шкалы
в
граду
-
сах
,
а
по
оси
ординат
–
длины
волн
наблюдаемых
спектральных
линий
в
ангстремах
.
Полученные
точки
соединяют
плавной
кривой
.
Иногда
при
построении
графика
некоторые
экспериментальные
точки
оказываются
смещенными
от
плавной
кривой
.
Чаще
всего
такие
«
выбро
-
сы
»
свидетельствуют
о
неправильной
расшифровке
наблюдаемой
картины
спектральных
линий
(
главным
образом
для
неона
).
В
этом
случае
необхо
-
димо
более
внимательно
сопоставить
эту
картину
спектра
с
таблицей
и
внести
в
градуировочный
график
необходимые
исправления
.
По
этому
графику
легко
определить
длину
волны
для
любой
линии
спектра
,
если
известно
ее
положение
на
шкале
барабана
монохроматора
.
Дополнительное
задание
Определение
угловой
дисперсии
монохроматора
Угловой
дисперсией
спектрального
прибора
называется
величина
D
,
равная
производной
от
угла
отклонения
лучей
φ
по
длине
волны
λ
:
φ
/d
λ
.
D d
=
Дифференцируя
градуировочный
график
монохроматора
,
определи
-
те
угловую
дисперсию
D
в
разных
частях
спектра
и
постройте
зависимость
D
от
λ
.
Контрольные
вопросы
и
задания
1.
Нарисуйте
принципиальную
оптическую
схему
спектрального
прибора
.
2
.
Расскажите
об
устройстве
монохроматора
и
назначении
его
основ
-
ных
частей
.
3.
Как
сделать
градуировку
монохроматора
?
РАБОТА
№
8 (11)
ИЗУЧЕНИЕ
СПЕКТРА
ИСПУСКАНИЯ
АТОМА
ВОДОРОДА
И
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
НЕКОТОРЫХ
ВНУТРИАТОМНЫХ
КОНСТАНТ
Приборы
и
принадлежности
:
монохроматор
УМ
-2,
водородная
газо
-
разрядная
трубка
,
пусковое
устройство
СУ
-1.
Краткая
теория
В
1911
г
.
Резерфордом
была
предложена
ядерная
(
планетарная
)
мо
-
дель
строения
атома
.
По
этой
модели
весь
положительный
заряд
и
почти
вся
масса
(> 99,94 %)
атома
сосредоточены
в
ядре
,
размеры
которого
име
-
ют
порядок
10
–13
c
м
.
Вокруг
ядра
по
замкнутым
орбитам
вращаются
элек
-
троны
,
образуя
электронную
оболочку
атома
.
Число
электронов
в
атоме
49
должно
равняться
числу
положительных
зарядов
атома
.
Если
в
атоме
есть
Z
электронов
(
порядковый
номер
элемента
в
периодической
системе
Мен
-
делеева
),
то
атомное
ядро
должно
иметь
заряд
+
Z
|
l
|,
где
l
–
заряд
электрона
.
Однако
модель
атома
Резерфорда
имела
свои
недостатки
и
совер
-
шенно
не
согласовывалась
с
законами
классической
электродинамики
.
Согласно
этим
законам
,
всякий
электрический
заряд
,
вращаясь
по
орбите
,
т
.
е
.
двигаясь
с
ускорением
,
должен
непрерывно
излучать
электро
-
магнитные
волны
.
Излучение
,
вызванное
вращением
электронов
вокруг
ядра
,
должно
непрерывно
отбирать
энергию
от
атома
,
в
силу
чего
электроны
будут
при
-
ближаться
к
ядру
.
С
приближением
к
ядру
период
их
обращения
,
а
значит
и
частота
излучения
,
должны
непрерывно
изменяться
.
Таким
образом
,
по
этим
законам
спектр
излучения
атома
должен
быть
сплошным
,
а
на
самом
деле
излучение
атомов
имеет
линейчатый
спектр
.
К
тому
же
вследствие
непрерывной
потери
энергии
электроны
должны
упасть
на
ядро
,
и
поэтому
атом
как
планетарная
система
не
может
долго
существовать
.
В
действительности
атом
является
очень
устойчивой
системой
.
Эти
недостатки
ядерной
модели
Резерфорда
отметил
Бор
,
который
в
1913
г
.,
основываясь
на
гипотезе
Планка
о
квантовом
характере
излучения
и
поглощении
света
,
сформулировал
законы
движения
электронов
в
атоме
в
виде
следующих
постулатов
.
1.
Электроны
в
атоме
могут
находиться
только
в
некоторых
опреде
-
ленных
устойчивых
состояниях
,
т
.
е
.
могут
двигаться
не
по
любым
орби
-
там
,
а
только
по
орбитам
вполне
определенного
радиуса
,
которые
называ
-
ются
стационарными
.
2.
Из
всех
возможных
состояний
в
атоме
осуществляются
только
те
,
для
которых
момент
импульса
движения
равен
целому
кратному
от
h/
2
π
(
условие
квантования
радиуса
орбит
),
т
.
е
.
2
π
h
mvr
n
=
, (1)
где
m
–
масса
электрона
,
v
–
его
скорость
,
r
–
радиус
орбиты
,
n
–
главное
квантовое
число
(
n
= 1, 2, 3, ...),
оно
определяет
номер
орбиты
,
на
которой
находится
электрон
,
h
–
постоянная
Планка
.
3.
Переход
электрона
с
одной
стационарной
орбиты
на
другую
со
-
провождается
излучением
(
или
поглощением
)
кванта
энергии
.
Величина
кванта
энергии
h
ν
равна
разности
энергий
электрона
в
исходном
состоя
-
нии
Е
1
и
в
конечном
состоянии
Е
2
:
h
ν
=
Е
1
–
Е
2
,
(2)
где
ν
–
частота
вращения
электрона
,
которая
равна
частоте
излученной
(
или
поглощенной
)
электромагнитной
волны
.
Соотношение
(2)
называется
условием
частот
Бора
.
Рассмотрим
с
точки
зрения
теории
Бора
происхождение
спектра
атома
50
водорода
–
простейшего
атома
,
состоящего
из
положительно
заряженного
ядра
(
протона
)
и
одного
электрона
(
Z
= 1).
Масса
электрона
составляет
всего
лишь
1/1836
массы
протона
,
поэтому
можно
считать
,
что
электрон
вращается
вокруг
почти
неподвижного
ядра
.
Бор
считал
,
что
движение
электрона
про
-
исходит
по
круговой
орбите
под
действием
кулоновской
силы
притяжения
электрона
к
ядру
,
обусловливающей
центростремительное
ускорение
.
Тогда
,
воспользовавшись
классическим
вторым
законом
динамики
,
можно
записать
уравнение
движения
электрона
в
виде
2
2
2
0
4
π
ε
V
e
m
r
r
=
,
(3)
где
ε
0
–
электрическая
постоянная
,
равная
8,85·10
–12
Кл
2
/
Н
·
м
2
.
Решая
со
-
вместно
уравнения
(1)
и
(3),
можно
найти
радиусы
стационарных
орбит
атома
водорода
и
скорость
движения
электрона
на
n
-
й
орбите
:
2
2
0
2
ε
,
π
n
h
r
n
me
=
2
0
.
2
ε
n
e
V
n h
=
(4)
Из
формул
(4)
следует
,
что
радиусы
электронных
орбит
увеличива
-
ются
по
мере
удаления
от
ядра
как
квадраты
чисел
натурального
ряда
,
а
скорости
движения
электронов
на
них
убывают
обратно
пропорционально
номеру
орбиты
.
Полная
энергия
атома
водорода
состоит
из
потенциальной
энергии
E
пот
взаимодействия
между
ядром
и
электроном
и
кинетической
энергии
Е
кин
движения
электрона
по
орбите
.
Величину
потенциальной
энергии
можно
рассчитать
с
учетом
того
,
что
работа
электрической
силы
притяже
-
ния
при
удалении
электрона
с
расстояния
r
до
∞
равна
изменению
потен
-
циальной
энергии
с
обратным
знаком
.
Следовательно
,
2
2
2
0
0
,
4
π
ε
4
π
ε
пот
r
e
dr
e
E
r
r
¥
= -
= -
ò
(5)
2
2
0
2
8
π
ε
кин
mV
e
E
r
=
=
. (6)
Полная
энергия
атома
водорода
будет
равна
r
e
E
E
E
кин
пот
0
2
8
pe
-
=
+
=
. (7)
Подставляя
в
(7)
значение
r
из
формулы
(4),
получим
4
2
2 2
0
1
·
.
8
ε
me
E
n
h
= -
(8)
Из
формулы
(8)
следует
,
что
энергия
атома
возрастает
c
увеличением
квантового
числа
n
или
,
что
то
же
,
с
увеличением
радиуса
электронной