Томский государственный университет
систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)
Факультет дистанционного обучения
Кафедра «Промышленная электроника»
Лабораторная работа № 7
по дисциплине «Физика-1»
выполнена по методике Козырева А.В. «Общая Физика»
Выполнил:
студент ФДО ТУСУР
специальности _____
______
______
г. ______
20__г
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью работы является изучение спектра излучения атомов водорода и экспериментальное определение постоянной Ридберга.
2. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА
Для изучения спектра атома водорода используется спектроскоп на основе призменного монохроматора УМ-2. Схема экспериментальной установки приведена на рис.2.1.
1 – источник света, 2 – входная щель спектроскопа, 3 – входной объектив, 4 – сложная спектральная призма, 5 – микрометрический винт с отсчетным барабаном, 6 – входной объектив, 7 – указатель, 8 - окуляр
Рис.2.1 Схема экспериментальной установки
Свет от источника 1 через входную щель 2 и объектив 3 параллельным пучком падает на спектральную призму с высокой дисперсией 4. Призмой свет разлагается в спектр и через объектив 6 направляется в окуляр 8. При повороте призмы в центре поля зрения появляются различные участки спектра. Призму поворачивают при помощи барабана 5, на которой нанесена шкала в градусах. Вращением барабана спектральную линию подводят к стрелке указателя 7, расположенного в окуляре, и фиксируют отсчет по шкале барабана.
Источником света в данной работе являются газоразрядная водородная трубка и ртутная лампа высокого давления ДРШ-250-3.
3. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ
Постоянная Ридберга (угловой коэффициент), расчёт по графику: , где (3.1)
λ – длина волны спектральных линий; n – главное квантовое число.
Вспомогательные формулы для расчёта абсолютной погрешности постоянной Ридберга: (3.2)
(3.3)
(3.4)
(3.5)
(3.6)
(3.7)
(3.8)
Абсолютная погрешность постоянной Ридберга, как абсолютная погрешность углового коэффициента прямой:
, где (3.9)
n – количество точек.
4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ АНАЛИЗ.
Данные градуировки спектроскопа по спектру ртути
Таблица 4.1
Построение градировочного графика
Таблица 4.2
Длины волн спектральных линий ртути, взятые из таблицы 5.1 на стр.8 руководства [1].
Рис. 4.1 Зависимость Φ=f(λ)
Значения длин волн l спектральных линий водорода определяются по градуировочному графику: на оси Y откладываются значения f, а соответствующие им значения на оси X подбираются так, чтобы точка совпала с линией.
Таблица 4.3
Вычисление значений, которые заносятся в таблицу отчёта
Таблица 4.4
*Главные квантовые числа, соответствующие фиолетовым 1 и 2, голубой, красной линиям спектра атома водорода серии Бальмера.
Построение второго графика
Экспериментальные данные спектра атома водорода
Таблица 4.5
Таблица 4.6
Заключительные вычисления
Таблица 4.7
В Excel параметры построенной по заданным точкам прямой можно получить с помощью функции ЛИНЕЙН(), в которой реализован метод наименьших квадратов (МНК). В пособии [2] МНК описан на стр. 12–13 ф. (10.2)–(10.5).
Литература
1. Дырков В.А., Захаров Н.А., Кириллов А.М. Изучение спектра атома водорода. Руководство к лабораторным работам для студентов всех специальностей. – Томск: ТУСУР, 2005. – 10 с.
2. Рипп А.Г. Оценка погрешностей измерений. Методические указания к лабораторному практикуму по курсу физики для студентов всех специальностей. – Томск: ФДО, ТУСУР, 2006. – 13 с.
5. ВЫВОДЫ
В ходе лабораторной работы был изучен спектр излучения атомов водорода. Был построен график линейной зависимости 1/λ(1/n2), по которому удалось определить постоянную Ридберга (R). Погрешность экспериментального определения R составила 1,057 х 105 м-1. Ошибка определения постоянной Ридберга составила 0,98 %.
6. ОТВЕТЫ НА КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Объяснить принцип действия призменного спектроскопа.
2. В чем заключается градуировка спектроскопа?
3. Как задают состояние электрона в атоме водорода в квантовой механике?
4. Какой смысл имеет квадрат модуля волновой функции?
5. Записать стационарное уравнение Шредингера для электрона в атоме водорода.
6. Привести возможные состояния для электрона в атоме водорода с n = 3.
7. Что называют энергией ионизации атома водорода?
8. Доказать, что плотность вероятности нахождения электрона на расстоянии равном боровскому радиусу является максимальной.
9. Какому правилу отбора подчиняется орбитальное квантовое число и почему?
10. Указать типы переходов для серий Лаймана и Пашена.
11. Найти коротковолновую и длинноволновую границы (λ1 и λ∞) для серий Лаймана, Бальмера, Пашена.
7. ПРИЛОЖЕНИЕ К работе прилагается регистрационный файл (*.REG).
|
