Описание лабораторной установки и порядок выполнения работы.

Для исследования видимой части спектра применяют спектроскопы. Спектроскопом называется прибор, служащий для пространственного разделения лучей различных длин волн, причем наблюдение полученного спектра в целом или отдельных спектральных линий производится визуально (см. рис. 1).

Рис. 1. Оптическая схема спектроскопа.

Основной частью спектроскопа является призма, которая разлагает в спектр пучок параллельных лучей немонохроматического света. Правая часть прибора - коллиматорная труба - состоит из узкой щели S и линзы O₁; щель располагается в главной фокальной плоскости линзы O₁. Пучок, исходящий из щели, после прохождения через линзу становится параллельным и падает на призму. Так как лучи разной длины волны отклоняются призмой на разные углы (дисперсия), то из призмы выходят параллельные пучки различных направлений. С помощью второй линзы O₂ параллельные пучки собираются в различных точках ее фокальной плоскости. В результате в фокальную плоскость проектируется ряд изображений входной щели. Если источник света излучает волны всевозможных длин (например, лампочка накаливания), то все изображения входной щели в различных лучах непосредственно примыкают друг к другу, т.е. получается сплошной спектр. При излучении же источником света волн лишь определенных длин волн (газоразрядные трубки), изображения входной щели окажутся пространственно разделенными, и в результате получится линейчатый спектр.

В фокальной плоскости линзы О₂ в спектроскопе устанавливается окуляр О₃ для визуального наблюдения. Если поворачивать призму, то в центре окуляра будут по очереди размещаться лучи с различными длинами волн. Поскольку в спектроскопах поворот призмы осуществляется при помощи барабана с делениями, то каждому положению барабана соответствует определенная длина волны входящего света. Градуировочный график спектроскопа выражает зависимость между длиной волны входящего светового пучка и делениями барабана.

Проградуировать шкалу спектроскопа, это значит найти графическую зависимость между длиной волны спектральной линии и положением линии на шкале спектроскопа. Для градуирования шкалы спектроскопа в данной работе применяется неоновая лампа, длины волн спектральных линий неона известны.

Необходимо:

1. Подключить неоновую лампу в сеть и установить её против щели коллиматора.

2. Перемещением подвижных частей трубы коллиматора добиться отчетливой видимости как линии спектра, так и нити. Вращением лимба установить нить на спектральную линии и записать положение линий на шкале в таблицу.

3. По составленной таблице построить градуировочную кривую для данного спектроскопа, откладывая по оси абсцисс показания шкалы спектроскопа, а по оси ординат – соответствующие длины волн (значения длин волн берут из таблицы).

Чтобы определить длины волн линий водорода, необходимо исследовать свет, испускаемый водородной лампой.

Водородная лампа представляет собой тонкую запаянную стеклянную трубку, наполненную водородом. Внутрь лампы подается высокое напряжение. Благодаря высокой разности потенциалов, в лампе происходит самостоятельный тлеющий газовый разряд. Сталкиваясь с электронами и другими атомами и молекулами, часть атомов водорода переходит в возбужденное состояние. Время пребывания атома в возбужденном состоянии очень мало, обычно порядка 10^–8 с.

Спонтанно (самопроизвольно) переходя из более высокого энергетического состояния в менее высокое (высвечиваясь), атом излучает световой квант. Излученный свет наблюдается с помощью спектрометра.

Для проведения работы необходимо:

1. Подключить в сеть водородную лампу и установить её против щели коллиматора.

2. Наблюдая спектральные линии водорода, определить их положение на шкале и записать их.

3. При помощи градуировочной кривой определить длину волны линий и записать данные в таблицу результатов.

4. Зная длину волны, по формуле вычислить постоянную Планка. Из найденных значений находят среднее значение h_ср, абсолютную и относительную погрешности.