ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.08.2019
Просмотров: 9461
Скачиваний: 23
191
c
,
(11.21)
где c = 3 10
8
м/с – скорость света в вакууме, получаем
Дж
10
97
,
3
hc
19
.
(11.22)
Граничное (максимальное) значение длины волны поглощенного
света
rp
может быть найдено по спектру поглощения раствора
К
2
Cr
2
O
7
. По этому значению из формулы (11.22) может быть
экспериментально определена постоянная Планка
]
с
Дж
[
c
10
97
,
3
h
rp
19
(11.23)
Экспериментальная установка
Для
экспериментального определения
постоянной
Планка
предназначена экспериментальная установка, общий вид которой
приведен на рис.11.2.
В установку входят две лампы: ртутно–кварцевая 1 и обычная
лампа накаливания 2, которые зажигаются переключателем 8. Лампы
могут поочередно устанавливаться перед коллиматорной трубой 4
спектроскопа 6 с помощью поворотного кронштейна.
Ртутная лампа 1 предназначена для градуировки шкалы
спектроскопа. С помощью лампы накаливания 2 изучают спектр
поглощения раствора двухромокислого калия 9.
Оптическая схема спектроскопа показана на рис.11.3.
вкл
Рис. 11.2
5
4
9
8
7
3
2
1
6
192
Свет от лампы входит в
спектроскоп
через
щель
1
коллиматорной
трубы,
установленной
в
фокальной
плоскости объектива 2. Проходя
через
объектив
2
свет
параллельным пучком падает на
призму
3,
где
происходит
явление дисперсии, т.е. свет
разлагается в спектр.
Отражаясь от посеребренной
грани призмы 3 пучок света
проходит снова объектив 2 и
поворачивается в окуляр 5 с
помощью
призмы
полного
внутреннего отражения 4. Призму 3 можно поворачивать
микрометрическим винтом, тем самым направляя в поле зрения
окуляра различные участки спектра.
Спектр наблюдают через окуляр 5 спектроскопа (см. рис.11.2), с
помощью микрометрического винта 7 помещая в поле зрения
последовательно различные участки спектра.
Градуировку спектроскопа проводят следующим образом. В
ртутной лампе под действием электрического разряда происходит
свечение разреженных паров ртути. Это свечение имеет линейчатый
спектр линий различного цвета, как показано на рис.11.4.
Обозначение линий на рисунке соответствует их цвету: ж – желтая,
з – зеленая, г – голубая, с – синяя, ф – фиолетовая. 1Å = 10
–10
м.
Совмещая поочередно с визирной линией в окуляре линии спектра
от ртутной лампы, по известным длинам волн можно построить
градуировочный график зависимости длин волн
спектра от
соответствующих им делений шкалы микрометрического винта n, как
это показано на рис.11.5.
Рис. 11.3
5
4
3
2
1
5770
5791
5461
4918
4358
4078
4047
Рис. 11.4
( )
ж
ж
з
г
с
ф ф
193
Затем, пропуская свет от лампы
накаливания
через
раствор
двухромовокислого
калия,
фиксируют
деление
шкалы
микрометрического
винта,
соответствующее
границе
поглощения, и по графику рис.11.7
определяют
граничную
длину
волны
спектра
поглощения
двухромовокислого калия.
Порядок выполнения
работы
1. Включить установку в сеть (220В) и зажечь ртутную лампу
переключателем 8 (рис.11.2).
2. Направить свет лампы на щель коллиматорной трубы 4
спектроскопа и установить окуляр 5 так, чтобы четко видеть спектр
ртутных паров.
3. Совмещая при помощи микрометрического винта визирную
линию окуляра поочередно с различными спектральными линиями,
записать в табл.11.3 цвет спектральных линий и соответствующие им
деления n на шкале винта.
Таблица 11.3
№
п.п
цвет
линии
n
мм
м
1
фиолетовый
2
синий
3
голубой
4
зеленый
5
желтый
4. По рис.11.4 определить и записать в табл.11.3 длины волн
наблюдаемых спектральных линий.
5. Построить градуировочную кривую (см.рис.11.5), откладывая по
оси ординат длины волн спектральных линий, а по оси абсцисс –
соответствующие им деления шкалы микрометрического винта n.
6. Выключить ртутную лампу и зажечь лампу накаливания.
7. С помощью поворотного кронштейна установить лампу
накаливания напротив щели спектроскопа.
8. Наблюдая сплошной спектр лампы накаливания, поместить на
полочку 3 (рис.11.2) флакон с двухромовокислым калием 9.
n(дел)
(м)
n
гр
гр
Рис. 11.5
194
Установить визирную линию на границу поглощения (зеленый цвет) и
записать деление
гр
n шкалы микрометрического винта, соответствующее
граничной длине волны
rp
, с которой начинается поглощение.
9. Выключить установку из сети.
10. По градуировочному графику определить значение
rp
и по
формуле (11.23) вычислить постоянную Планка.
11. Рассчитать относительную погрешность измерений
%
100
h
h
h
тeop
тeop
.
Контрольные вопросы
1. Для какой цели в работе служат ртутная лампа и лампа накаливания?
2. Почему при пропускании света через раствор двухромовокислого
калия в спектре исчезают длины волн от зеленого до фиолетового
цвета, а не красного или желтого?
3. Зачем в работе строят градуировочный график?
Вопросы по разделу 11
1. Основные положения теории Бора.
2. В чем заключается правило квантования орбит по Бору?
3. Написать систему уравнений, необходимую для расчета
параметров электрона в атоме по теории Бора.
4. Получить выражения для скорости и радиуса орбиты электрона в
атоме по теории Бора.
5. Спектр атома водорода. Изобразить энергетическую схему.
6. Виды спектров излучения и поглощения.
7. Уравнение Шредингера для атома водорода, статистический
смысл волновой функции.
8. Квантование энергии, момента импульса и проекции момента
импульса электрона в атоме.
9. Квантовые числа электрона в атоме и их возможные значения.
10. Принцип запрета Паули.
11. Многоэлектронные атомы, заполнение оболочек и подоболочек.
195
Р А З Д Е Л 12
Физика твердого тела
Все твердые тела по их способности проводить электрический ток
делятся на проводники (металлы), диэлектрики (изоляторы) и
полупроводники. Электропроводность твердых тел объясняется в
современной физике на основе зонной теории.
Из квантовой механики известно, что энергия электронов в атоме не
может принимать произвольные значения. Определенные дискретные
разрешенные
значения
энергии
называются
энергетическими
уровнями. Уровни энергии изолированного атома отличаются от
уровней энергии атома, входящего в состав кристаллической решетки.
При образовании твердого тела (т.е. при сближении отдельных
атомов) каждый уровень энергии изолированного атома превращается
в энергетическую зону. Расстояние между уровнями в зоне
пренебрежимо мало по сравнению с тепловой энергией электронов,
поэтому энергетический спектр электронов в пределах зоны можно
считать непрерывным.
Заполнение энергетических уровней зон электронами происходит в
соответствии с законами квантовой статистики. Так как внутренние
оболочки атомов заполнены полностью, то и внутренние зоны,
которые из них образуются, также будут заполнены полностью.
Уровни, на которых располагаются внешние (валентные)
электроны, образуют валентную зону (ВЗ). Находящиеся в этой зоне
электроны чаще всего связаны каждый со своим атомом.
Следующая за ней более высокая зона энергии образована из
свободных уровней и называется зоной проводимости (ЗП). На уровнях
этой зоны электроны обобществляются всем объемом кристалла.
Схемы энергетических зон для металла, диэлектрика и
полупроводника изображены на рис.12.1 (где Е – энергия электрона).
Металлы имеют или частично заполненную валентную зону или
полностью заполненную валентную зону, но перекрывающуюся с
зоной проводимости. И в том и в другом случае валентные электроны
металлов могут участвовать в механизме электропроводности, так как
даже при низких температурах (Т 0К) большое число электронов
находится в зоне проводимости. При повышении температуры металла
число электронов проводимости практически не меняется.
В диэлектриках и полупроводниках валентная зона и зона
проводимости разделены запрещенной зоной (ЗЗ).