Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Дослідження видимого спектру атому водню та визначення довжини хвилі випромінювання серії бальмера




_

 

А

М

БЖ

 

+

 

 

Ш З

 

Рисунок 63.3.

В даній роботі досліджується селеновий фотоелемент з запірним шаром. Він складається з залізної пластинки М, яка покрита шаром селену С, на який нанесений зверху напівпрозорий шар золота або іншого металу З. на межі між селеном і шаром золота виникає запірний шар Ш. Якщо шар золота з’єднати через мікроамперметр з залізною пластинкою і освітити селен, то кванти світла


 

 


будуть виривати електрон із селену, напівпровідника з


n - типом провідності і


переводити їх в золото через запірний шар, який виникає на межі напівпровідник (селен) – метал (золото). Селен при цьому заряджається позитивно, контактний залізний електрод отримує позитивний потенціал, а другий електрод – від’ємний. В результаті мікроамперметр покаже наявність струму i в колі від Se до Au. Цей струм називається фотострумом. Електрони можуть переходити з однієї пластинки на іншу лише в одному напрямку - від селену до золота, зворотній перехід для них закритий, звідси і назва – запірний шар.

Інтегральною чутливістю фотоелемента g називається відношення фотоструму i до величини падаючого на нього світлового потоку F.


g = i

F


(63.3)


Інтегральна чутливість вимірюється в мікроамперах на люмен (мкА / лм).


Світовий потік дорівнює


F = E × S, де


S - площа світлочутливого шару


фотоелемента, а


E = I -

r 2


освітленість світлочутливого шару фотоелемента (I -


сила світла джерела світла, в даному випадку лампочки накалювання, r -

відстань від лампочки до світлочутливого шару фотоелемента). Тому


 
g = i r

I S


або


i = g I × S (63.4)

r 2


і розглядати її як функцію виду


y = bx, де


x = I × S,

r 2


y = i,


b = g, що дозволяє


після послідовних вимірювань фотоструму i при різних значеннях відстані від фотоелемента до лампочки Л використати для розрахунку інтегральної чутливості фотоелемента метод найменших квадратів.

Хід виконання

1. Встановити джерело світла на мінімальній відстані ri від фотоелемента і виміряти цю відстань. Включити лампочку, що під’єднана до блоку живлення БЖ (рис. 63.3) і виміряти значення сили струму ii в колі фотоелемента. Занести результати вимірів ri та ii в таблицю 63.1.

2. Збільшуючи ri через кожні 1 – 2 см провести послідовні (не менше 10 – 12 раз) виміри ii.

3. Використовуючи метод найменших квадратів розрахувати інтегральну


чутливість фотоелемента і довірчий інтервал її визначення розрахунків записати у виді


Dg. Результати


g = g


± Dg


Контрольні питання.

1. Фотоелектричний ефект. Види фотоефекту. Закони фотоефекту.

2. Червона границя фотоефекту. Який зміст має поняття роботи виходу?

3. Рівняння Ейнштейну фотоефекту. Квантовий характер фотоефекту.

4. Інтегральна чутливість фотоефекту. Метод вимірювання інтегральної чутливості фотоефекту.

5. Що являють собою фотони?Якими є властивості фотонів?

ПРОТОКОЛ


 

 

вимірювань до лабораторної роботи №О-3

 


Виконав(ла)


Група


 

 

Параметри установки:

Сила струму І = Кд діаметр фотоелемента d= см Площа світлочутливої поверхні

 

см2

 

Таблиця 63.1

і r, см i x = I S i r 2 i y = i, мкА i i
       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
a b = g, мкА / лм e a e = Dg b
       
             

 

Кінцевий результат:

 


Дата


Підпис викладача


 

 

Змістовий модуль 6. АТОМНА ФІЗИКА. (А) Лабораторна робота № А-1 (72).

 

Мета роботи: Експериментально переконатися у тому, що спектр випромінювання атомарного водню є дискретним, ознайомитися з принципом роботи монохроматора УМ-2, визначити сталу довжину хвилі по градуювальному графіку та сталу Рідберга.

Як відомо, саме існування атомів, а також багато їх властивостей, наприклад, лінійчатий характер спектрів випромінювання та поглинання, принципово суперечать законам класичної фізики. Коректну теорію атома дала тільки квантова механіка. Зокрема, згідно з квантовою теорією в атомі існують так звані стаціонарні або квантові стани, перебуваючи в яких атом не випромінює електромагнітної енергії. При цьому енергії стаціонарних станів утворюють дискретний набір значень Еп, і тому при переході із стану з енергією Еп у стан з енергією Ет < En атом випускає квант електромагнітного випромінювання з частотою wпт, що визначається умовою:

 

wnm = En - Em, (72.1)

де ħ = 1,055×10-34Дж×с - стала Планка.

Набір дискретних значень енергії електрона утворює енергетичний спектр атома водню. Число n, що характеризує рівні цього спектру, називається головним квантовим числом, воно співпадає з номером енергетичного рівня. Оскільки будь-яка спектральна лінія виникає при переході з одного енергетичного рівня на іншій, то оптичний спектр атома водню є лінійчатим. Довжини хвиль спектральних ліній описуються узагальненою формулою Бальмера:

 


(


), (72.2)


де R - стала Рідберга, n та m - номера орбіт з якої і на яку відбувається

перехід в атому водню.

Спектральні лінії прийнято групувати в спектральні серії. У кожну серію входять всі лінії з фіксованим пі, тобто те, що відповідають переходу атома (при випромінюванні) на один і той же нижній рівень з різних верхніх. Розташування та назви серій зображені на рисунку 72.1.

Стрілкам, направленим від вищих рівнів енергії до нижчим, відповідають лінії випромінювання; стрілкам, проведеним у зворотному напрямі, - лінії поглинання.


 

 


Серія Лаймана


Серія Бальмера

Серія Пашена


 

Серія Брекета Серія Пфунда

 

 

Рисунок 72.1 – Спектральні закономірності спектру атома водню

 

Для вивчення оптичних спектрів використовується скляно-призматичний монохроматор-спектрометр УМ-2, призначений для спектральних досліджень в діапазоні довжин хвиль від 380 нм до 1000 нм. Оптична схема спектрометра показана на рис. 72.2.

Світло через вхідну щілину 1 потрапляє на об'єктив коліматора і парале- льним пучком потрапляє на диспергуючу призму 3. Вхідна щілина забезпечена мікрометричним гвинтом 2, який дозволяє відкривати щілину на потрібну ве- личину для отримання достатньої інтенсивності ліній. Під прямим кутом до па- даючого пучка світла поміщається вхідна труба спектрометра, що складається з об'єктиву 4 і окуляра 5, у фокальній площині об'єктиву розташований покажчик

8. Повертаючи призматичний столик 6 на різні кути відповідно падаючого пучка за допомогою мікрометричного гвинта 7, спостерігають у вхідній щілині різні ділянки спектру. Мікрометричний гвинт забезпечений відліковим бараба- ном. Для проведення спостережень джерело світла необхідно встановити на оп- тичній лаві так, щоб об'єктив коліматора був рівномірно освітлений. На барабан нанесена гвинтова доріжка з градусними поділками. При обертанні барабана на одну поділку (20) Система призм повертається на 20||.


 

Рисунок 72.2 Схема монохроматора.

Об’єктив коліматора 5, система дисперсируючих призм 6, а також об’єктив зорової труби 7, знаходяться в середині корпусу 8. Відліковим пристроєм приладу являється барабан 9, який з’єднаний з системою дисперсируючих призм. Складна спектральна призма 6 встановлена на поворотному столику 10. Вона складається з трьох склеєних призм Р1, Р2, Р3.Промені відбиваються від її гіпотенузної грані та повертаються на 900. Поворотний столик 10 обертається

навколо вертикальної осі за допомогою мікрометричного гвинта з відліковим барабаном 9. На барабан нанесена гвинтова доріжка з градусними поділками. При обертанні барабана на одну поділку (20) Система призм повертається на 20||. Для визначення положення спектральної лінії в фокальній площині об’єктивом зорової труби встановлено візир рис.72.2 в вигляді трикутника. Індекс освітлюється лампочкою. Окуляр може встановлюватися на різкість зображення індексу і спектральних ліній шляхом обертання.

 

 

Рисунок 72. 2 – Поле зору окуляра (а): 1 – темний фон; 2

– спектральні лінії;


 

 

Щоб виразити показання шкали барабана в довжинах хвиль необхідна градуювання прибору. Для цього застосовується неонова лампа. Спектральні лінії, що дає ця лампа, добре вивчені. В таблиці 1 спектральні лінії представлені з вказівкою їх відносної яскравості.

Хід виконання

ЗАВДАННЯ 1. Градуювання шкали барабана УМ-2 по довжинам

хвиль.

1. Встановити за допомогою мікрометричного гвинта 4 ширину вхідної щілини 0.02 мм.

2. Щільно до вхідної щілини монохроматора встановіть неонову лампу. Ввімкніть джерело струму.

3. Повертаючи барабан, про спостерігати в окуляр весь спектр.

4. Сумістити з індексом окуляра лінії неону від червоної до зеленої лінії, зробити відлік по барабану монохроматора (в градусах) та занести в таблицю 72.1.

5. Повторіть вимірювання з іншого боку, від зеленої до червоної лінії.

6. Щільно встановіть до вхідної щілини монохроматора водневу лампу. Ввімкніть джерело струму.

7. Повторіть операції пунктів 1 - 6 та занесіть данні в таблицю 2.

8. По одержаним значенням обчисліть середній відлік по барабану для кожної спектральної лінії.

9. Використовуючи данні таблиць 1 побудуйте на міліметровому папері графік за допомогою якого можна градуювати. По осі ординат відкладають показники монохроматора, відлічені по барабану, по осі абсцис – відповідні довжини хвиль l. Масштаб повинен дозволяти визначити довжину хвилі з точністю до 2 нм.

10.Визначити довжини хвиль для спектру водню Нα, Нβ, Нγ,Нδ. 11.Розрахувати теоретичні значення довжини хвилі для ліній спектру водню

Нα,Нβ, Нγ,Нδ, використовуючи формулу 72.2 для n = 2 та m =3,4,5,6.

Контрольні запитання

1. Які серії випромінювання, крім серії Бальмера, ще має спектр випромінювання атом водню?

2. Який фізичний зміст мають квантові числа m і n у формулі (72.2)?

3. Сформулюйте постулати Бора. Як з їх допомогою пояснити лінійчатий характер спектру випромінювання атома водню?

4. Квантова теорія атома водню?

5. Знайдіть частоту та період обертання електрона в атомі водню.

6. Хвильова функція та її фізичний зміст. Рівняння Шредінгера.

7. Виведіть формулу, яка визначає повну енергію електрона в атомі водню.

8. Квантові числа та їх фізичний зміст.


 

 

ПРОТОКОЛ

вимірювань до лабораторної роботи №А-1

 


Виконав(ла)


Група


 

 

Колір лінії неону l нм Кількість поділок шкали монохроматора, n
1. Яскраво-червона, ліва з двох близьких. 640.2  
2. Червоно-жовтогаряча, ліва з двох близьких. 614.3  
3. Жовтогаряча, права з двох близьких. 594.5  
4. Жовта яскрава одинока. 585.2  
5. Світло-зелена, яскрава одинока. 576.0  
6. Зелена, ліва з двох однакових ліній. 540.0  
7. Зелена, права з двох однакових ліній. 533.0  
     

 

Параметри установки: Таблиця 72.1

 

 

Таблиця 72.2

 

 

  Колір лінії   n Кількість поділок шкали монохроматора, n довжина хвилі за показниками монохроматора λ, нм довжина хвилі за формулою Бальмера λ, нм Стала Рідберга або похибка Δλ, нм
Червоний Нα        
Зелено- блакитний Нβ        
Синій Нγ        
Слабко- фіолетовий Нδ        

 

 


Дата


Підпис викладача


 

 

Література

 

1. Куліш В.В., Соловйов А.М., Кузнєцова О.Я., Кулішенко В.М. ФІЗИКА для інженерних спеціальностей, кредитно-модульна система: навчальний посібник. – т. 1. – К:НАУ, 2004. – 456 с.

2. Куліш В.В., Соловйов А.М., Кузнєцова О.Я., Кулішенко В.М. ФІЗИКА для інженерних спеціальностей, кредитно-модульна система: навчальний посібник. – т. 2. – К:НАУ, 2005. – 380 с.

3. Кучерук І.М., Горбачук І.Т., Луцик П.П. Загальний курс фізики: Навчальний посібник. –Т. 1.: Механіка. Молекулярна фізика і термодинаміка. – К.: Техніка, 1999. – 536 с.

4. Кучерук І.М., Горбачук І.Т., Луцик П.П. Загальний курс фізики: Навчальний посібник – Т. 2.: Електрика і магнетизм. – К.: Техніка, 2001. – 452 с.

5. Кучерук І. М., Дущенко В.П., Загальна фізика. Оптика. Квантова фізика.

– К.: Вища школа, 1991.

 

ЗМІСТ

 

Загальні положення …………………………………………………………3 Змістовний модуль 1 (М) ……………………………………………………12

Лабораторна робота М1 ………………………………………………12 Лабораторна робота М2 ………………………………………………17 Лабораторна робота М3 ………………………………………………21 Змістовний модуль 2 (Мл) …………………………………………………..25 Лабораторна робота Мл1 ……………………………………………..25 Лабораторна робота Мл2 ……………………………………………..29 Змістовний модуль 3 (Е) ……………………………………………………..33 Лабораторна робота Е1 ………………………………………………..33 Лабораторна робота Е2 ………………………………………………..38 Змістовний модуль 4 (Мг) ……………………………………………………41 Лабораторна робота Мг1 ………………………………………………41 Лабораторна робота Мг2 ………………………………………………45 Змістовний модуль 5 (О) ……………………………………………………..50 Лабораторна робота О1 ………………………………………………..50 Лабораторна робота О2 ………………………………………………..56 Лабораторна робота О3 ………………………………………………..61 Змістовний модуль 6 (А) ……………………………………………………..66 Лабораторна робота А1 ………………………………………………..66 Література ………………………………………………………………..……71




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-10-15; Просмотров: 1644; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.077 сек.