Файл: Физика изучение спектра излучения атома водорода Методические указания к лабораторной работе Электронный учебный материал Минск 2020.docx

Составители: доктор физ.-мат. наук, профессор Зенькевич Э.И.канд. физ.-мат. наук, доцентКачанС.М.канд.физ.-мат.наук,доцентМитькинаН.Н.Рецензент: докторфиз.-мат.наук,профессоркафедры "Лазернаяфизикаиспектроскопия"БГУВоропай Е.С.Визданиипредставленыметодическиеуказанияквыполнениюлабораторнойработыпофизикевразделе"Оптикаиатомнаяфизика"длястудентовтехническихспециальностей университетов, включающиев себя теоретическую часть, контрольныевопросы и порядок выполнения работы, заключающейся в наблюдении серии Бальмера вспектреизлученияатомаводородаспомощьюпризменногомонохроматораиопределениидлинволннаблюдаемойсериикакэкспериментально,такитеоретически.Белорусский национальный технический университет.Факультетинформационныхтехнологийиробототехники.ул.Б.Хмельницкого,9,г. Минск,РеспубликаБеларусьТел.:(017) 292-71-53E-mail: tf@bntu.byhttp://www.bntu.by/fitr.htmlРегистрационный№БНТУ/ФИТР47-74.2020СодержаниеКонтрольные вопросы4

1. 
   Введение 5
   
2. 
   Постулаты Бора 8
   
3. 
   Атом водорода по Бору 10
   
4. 
   Спектральные серии атома водорода 13
   
5. 
   Атом водорода в квантовой механике 14
   
6. 
   Определение длин волн спектральных линий в серии Бальмера спектра излучения атома водорода 17
   

---

Описание установки17Порядок проведения измерений и обработкарезультатов19Градуировка монохроматора20Определение длин волн в серии Бальмера с помощьюпризменного монохроматора21Список литературы23Цельработы.

1. 
   Изучить теорию атома водорода в модели Бора и в рамках квантовой механики.
   
2. 
   Экспериментально определить длины волн в видимой области спектра излучения атома водорода и сопоставить их с теоретическими значениями.
   

Приборыипринадлежности

1. 
   Водородная лампа
   
2. 
   Ртутная лампа
   
3. 
   Призменный монохроматор УМ-2
   
4. 
   Миллиметровая бумага формата А4
   

ПорядоктеоретическойподготовкиквыполнениюработыИзучитьтеоретическийматериализаконспектироватьвтетрадьответы наконтрольныевопросы.Контрольныевопросы

1. 
   Атом водорода по Резерфорду. Постулаты Бора.
   
2. 
   Атом водорода по Бору. Какие физические величины, определяющие состояние электрона в атоме, принимают дискретные значения?
   
3. 
   Энергия электрона в атоме водорода. Схема энергетических уровней атома водорода. Основное и возбужденные состояния атома водорода.
   
4. 
   Определение энергии ионизации атома водорода и формула для ее оценки.
   
5. 
   Определение спектральных серий в спектрах излучения атома водорода. Какая серия в спектре атома водорода расположена в видимой части спектра?
   
6. 
   Стационарное уравнение Шредингера для электрона в атоме водорода.
   
7. 
   Квантовые числа, их связь с физическими величинами.
   
8. 
   Принципиальная схема призменного монохроматора.
   
9. 
   В чем заключается градуировка монохроматора?
   
   1. 
      Введение
      

---

Согласнофилософскомуучениюдревнихгреков,всематериальныевещи состоят из химически неделимых частиц – атомов. Сами атомы грекисчиталимельчайшими,невозникающимиинеисчезающими,качественнооднородными, непроницаемымичастицами, обладающимиопределённойформой.ВXVIIIвекеА.Лавуазье,М.В.Ломоносов,М.Фарадей,Д.И.Менделеевидругиеученыедоказалиреальностьсуществованияатомов.Однако вопрос об их внутреннем устройстве даже не возникал. Прошли векаивплоть до XIXвекаученыепредполагали,чтоатомявляетсянеделимым.Первые модели строения атома появились лишь в концеXIX - началеXXвеков.Так,в1897г.молодойанглийскийфизикДж.Дж.Томсон,исследуяповедениекатодныхлучейподвоздействиеммагнитногоиэлектрическогополейоткрылэлектрониизмерилотношениезарядаэлектрона к массе e/m. После этого открытия стало ясно, что электроныдолжнысуществоватьвсоставеатомов,нонесмотрянаприсутствиеотрицательнозаряженныхэлектронов,атомвцеломдолженбытьэлектронейтральным.

---

тоговремени,чемдругиегипотезы.Внастоящеевремяонаимеетлишьисторический интерес как одно из звеньев в цепи развития представлений остроенииатомов.В1909–1911гг.первыепрямыеэкспериментыпоисследованиюстроенияатомовбыли выполненыЭ. Резерфордоми его сотрудниками Э. МарсденомиХ.Гейгером.Вэтихэкспериментахатомымишени(тонкойфольгиизтяжелогометалла - золота, серебра, меди идр.)бомбардировалисьα-частицамискинетическойэнергиейоколо5МэВ(скорость10⁷ м/с). Отметим, что α-частицы – это дважды ионизированные атомы гелия,массаα-частицприблизительнов7300разбольшемассыэлектрона,аположительныйзаряд равенудвоенномуэлементарномузаряду.ВэкспериментахРезерфордаисследовалисьзакономерностирассеяния,тоестьизменения

---

направлениядвиженияα-частицприихстолкновении с мишенью (схема опыта приведена на рисунке 2). Вылетая изисточника,находящегосявзащитномсвинцовомконтейнере,α-частицыдостигали мишени (тонкая металлическая фольга). Рассеянные от мишени α-частицы попадали на экран, покрытый слоем кристаллов сульфида цинка,способных светиться в виде коротких вспышек под ударами быстрых частиц.Этивспышки(сцинтилляции)наэкраненаблюдалисьглазомспомощьюмикроскопа,которыйустанавливалсяподразличнымиугламиφкпервоначальному направлению пучка α-частиц. В ходе этих экспериментовбыли установлены следующие принципиальные факты: 1) большинствоα-частицпроходитчерезтонкийслойметалла,практическинеиспытываяотклонения; 2) небольшая часть частиц отклоняется на значительные углы,превышающие30°;3)воченьредкихслучаях(приблизительноодиннадесятьтысячнаблюдений)α-частицыиспытывалиотклонениенауглы,близкиек180°,т.е. практическирассеивалисьназад.

---