Изучение спектра излучения атома водорода - файл n1.doc

Изучение спектра излучения атома водорода
скачать (225.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc226kb.06.11.2012 13:57скачать

n1.doc

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
Лабораторная работа № 3.8
Тема:
«Изучение спектра излучения атома водорода»


Выполнил:

Проверил:








Минск, 2010

  1. Цель работы.

а) Наблюдение спектра испускания атомарного водорода и измерение длин волн видимой области.

б) Проверка формулы Бальмера.

в) Определение постоянной Ридберга, энергии ионизации и уровней энергии атома водорода.


  1. Теоретическое введение.

Атом водорода представляет собой связанное состояние двухчастичной системы, состоящей из протона и электрона. Ключевыми для квантовых представлений понятиями являются: стационарное состояние, уровни энергии и переходы из одного стационарного состояния в другое, называемые также квантовыми переходами. Состояние атома с наименьшим значением энергии называют основным. Так же называют и соответствующий ему уровень энергии. Остальные состояния атома называются возбужденными. Если при переходе атома из одного стационарного состояния с энергией в другое с энергией происходит излучение света, то его частота, согласно условию частот Бора, определяется следующей формулой:
. (1)
Учитывая, что и , получаем обобщенную формулу Бальмера:
, (2)

где
(3)

– постоянная Ридберга.

В данной работе изучается серия Бальмера в спектре испускания атома водорода. Длины волн линий этой серии определяются формулой Бальмера:
, (4)

где - длина волны испускания; - постоянная Ридберга; - главное квантовое число. Для первых четырех линий серии Бальмера, лежащих в видимой области спектра, квантовое число принимает значения 3, 4, 5 и 6. Эти линии обозначаются соответственно , , и .


  1. Описание установки. Лабораторные принадлежности.

Экспериментальная установка состоит из монохроматора типа МУМ, водородной лампы ТВС-15 в кожухе и источника питания лампы. Монохроматор и лампа крепятся с помощью рейтеров на двойном рельсе. Оптическая схема установки представлена на рисунке 1. Универсальный монохроматор МУМ представляет собой спектральный прибор с вогнутой отражательной дифракционной решеткой (10) и входной щелью (5) постоянной ширины 0,05 мм. Вместо выходной щели в монохроматоре установлены окуляр (9) и указатель (8) в виде острия, на которое при сканировании спектра можно выводить нужную спектральную линию. Сканирование спектра производится поворотом решетки с помощью рукоятки (11), находящейся на боковой стенке справа. При этом длина волны спектральной линии, совмещенной с указателем (8), определяется непосредственно по цифровому механическому счетчику (12) с точностью до 0,2 нм. Водородная лампа (1) устанавливается перед конденсорной линзой (4), закрепленной в блоке входной щели монохроматора Поступающее в щель излучение направляется зеркалом (6) на дифракционную решетку (10), где разлагается на монохроматические компоненты и, отразившись от зеркала (7), попадает в окуляр (9). Источник питания водородной лампы содержит следующие узлы: повышающий трансформатор 220 В 3000 В, блок конденсаторов, предназначенных для повышения устойчивости горения лампы, выключатель и индикатор включения. Кожух лампы обеспечивает безопасное подключение высокого напряжения и свободное перемещение лампы вдоль рельса.



Рисунок 1: Лабораторная установка.

  1. Ход работы. Результаты измерений.

  1. Задание 1. Расчет постоянной Ридберга.


Линия









n

3

4

5

6

, нм

658

502

465

436

Цвет

красный

зелено-голубой

сине-фиолетовый

фиолетовый

, *107 м-1

1,094

1,062

1,024

1,032
Таблица 1: Измерение длин волн. Расчет постоянной Ридберга.
Выражая из формулы (4) постоянную Ридберга, рассчитаем ее значения для каждой из четырех спектральных линий и внесем полученные данные в таблицу 1:
м-1;

м-1;

м-1;

м-1.
Рассчитаем среднее арифметическое значение постоянной Ридберга и оценим среднее квадратичное отклонение от :
м-1;

м-1.

Тогда экспериментально вычисленная постоянная Ридберга примет значение:
м-1.
Сравним с теоретически полученным по формуле (3) значением:
м-1.
Вывод: Экспериментальный результат немного меньше теоретического значения за счет погрешностей вычисления и неточности измерений.


  1. Задание 2. Энергетический расчет.

По экспериментальному значению постоянной Ридберга вычислим значение атомной единицы энергии
эВ.
Сравним с теоретическим значением атомной единицы энергии :
эВ

%.
Вычислим энергии восьми нижних уровней, результаты внесем в таблицу 2:

Таблица 2: Энергии восьми нижних уровней атома водорода.


n

1

2

3

4

5

6

7

8

, эВ

-13,056

-3,264

-1,451

-0,816

-0,522

-0,363

-0,266

-0,204



эВ;

эВ;

эВ;

эВ;

эВ;

эВ;

эВ;

эВ.
По данным таблицы 2 построим диаграмму уровней энергии атома водорода (см. рисунок 2).



Рисунок 2: Уровни энергии атома водорода.
Вычислим энергию ионизации атома водорода:
эВ.
Резонансная энергия атома водорода составляет от энергии ионизации и равна 3,264 эВ.


  1. Вывод.


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации