Материал: КФ №2

Таблица 3.1

7. Тумблер 4 на лицевой панели источника питания 3 поставить в положение «ВЫКЛ».

8. Выключить из сети вилку сетевого шнура источника питания 3.

4. Обработка результатов

1. Найти значения длин волн для каждой из линий спектра водорода (красная), (голубая), (фиолетовая) с помощью градуировочного графика и значений , полученных в эксперименте (таблица 3.1). Значения также занести в таблицу 3.1.

2. Определить среднее значение для каждой длины волны , , .

3. Произвести расчет ошибок в определении длин волн (). Найти среднее значение (). Записать в таблицу 3.1.

4. По полученным значениям длин волн построить цветным карандашом спектрограмму серии Бальмера (подобно рис.1.1).

5. Сравнить значения , определенные экспериментально, с их табличными значениями (таблица 1.1).

6. Начертить схему энергетических уровней атома водорода и стрелками отметить переходы, соответствующие линиям , , . (рис. 1.2).

7. Найти постоянную Ридберга, используя формулу (1.4) и найденные в эксперименте значения длин волн для красной, голубой и фиолетовой линии (, , ).

8. Найти среднее значение постоянной Ридберга по формуле:

.

9. Сравнить полученные значения с табличным значением постоянной Ридберга . Определить относительную погрешность эксперимента.

10. Определить по найденной массу электрона, используя формулу (1.10).

5. Требования к оформлению отчета

Отчет должен содержать:

1. Цель работы.

2. Список приборов и оборудования с указанием точности используемого прибора.

3. Основные расчетные формулы.

4. Таблицу 1.3 с внесенными в нее экспериментальными результатами.

5. Рассчитанные из эксперимента средние значения длин волн для красной, голубой и фиолетовых линий спектра излучения атома водорода.

6. Построенную цветным карандашом спектрограмму серии Бальмера.

7. Схему энергетических уровней атома водорода (рисунок 1.2) с изображенными на ней стрелками переходов, соответствующих линиям , , , .

8. Таблицу 5.1 с экспериментально полученными значениями постоянной Ридберга для красной, голубой и фиолетовых линий спектра.

Таблица 5.1

9. Средние значения постоянной Ридберга и массы электрона т_е, полученную из формулы (1.10) и их квадратичную ошибку.

10. Сравнение полученных результатов и т_е с их теоретическими значениями.

11. Выводы.

6. Контрольные вопросы

6. Записать формулу, описывающую длины волн спектральных линий в серии Бальмера.

7. Как рассчитать коротковолновую границу серии Бальмера ?

8. Рассказать о квантовых числах и физических величинах, которые они определяют.

9. Указать физический смысл постоянной Ридберга.

10. Каким образом изменяется (увеличивается, уменьшается) расстояние между соседними энергетическими уровнями DЕ в атоме водорода с ростом главного квантового числа?

11. Показать, используя энергетическую диаграмму, что серии Лаймана соответствуют наиболее энергичные кванты.

12. При каких энергетических переходах наблюдаются: красная линия , голубая линия , фиолетовая линия серии Бальмера?

13. Какие серии наблюдаются в спектре излучения водорода?

14. Какие серии наблюдаются в спектре поглощения водорода?

15. Каким образом в данном эксперименте сообщается атомам энергия, необходимая для их возбуждения?

7. Литература

1. Савельев И.В. Курс общей физики [Текст]/ И.В. Савельев.– т. 3. – С.П.б: Изд-во «Лянь», 2006, 512 с.

2. Иродов И.Е. Квантовая физика. Основные законы [Текст]/ И.Е. Иродов.– М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001–256 с.

Приложение элементарная боровская теория водородного атома

Первая попытка построения неклассической теории атома была предпринята Бором. В теории Бора не содержалось принципиального отказа от описания поведения электрона в атоме при помощи законов классической физики. Бор считал модель атома Резерфорда правильной. Цель его теории состояла в освобождении этой модели от противоречий. В постулатах, лежащих в основе теории, Бор показал, от каких положений классической физики следует отказаться, чтобы устранить противоречия между теорией и экспериментом. Постулаты Бора построены так, чтобы объяснить:

а) устойчивость атома;

б) сериальный характер спектров.

Формулируются постулаты следующим образом:

1. Из бесконечного множества электронных орбит, возможных с точки зрения классической механики, в действительности осуществляются лишь некоторые дискретные орбиты, удовлетворяющие определенным квантовым условием. Электроны, находящиеся на одной из этих орбит, не излучают.

2. При переходе из одного стационарного состояния в другое атомы испускают или поглощают излучение в виде кванта энергии . Величина кванта энергии равна разности энергий тех стационарных состояний, между которыми совершается квантовый переход:

. (1)

Согласно квантовому условию Бора, из всех круговых орбит электрона в атоме водорода, возможных с точки зрения классической механики, осуществляются лишь те, для которых момент импульса равен целому кратному постоянной Планка

, (2)

где т_е – масса электрона; – его скорость; – радиус орбиты; п – главное квантовое число.

На электрон, движущийся в поле атомного ядра с зарядом , действует сила Кулона:

, (3)