Порядок выполнения работы и обработки результатов измерений

Ознакомиться с устройством и работой монохроматора УМ-2.

Примечание. Настройка монохроматора производится лаборантом или преподавателем.

Часть 1

1. Установить водородную лампу ТВС-15 перед щелью монохроматора. Включить питание лампы. Лампа должна светиться розовым светом. В поле зрения монохроматора наблюдаются яркие отдельные линии – линии атомарного водорода. В поле зрения могут быть и слабые линии молекулярного водорода.

2. Совместить линии водорода (начиная с красной) с указателем в поле зрения зрительной трубы и произвести отсчет по барабану монохроматора. Эти отсчеты занести в таблицу 1. Измерения произвести не менее трех раз для каждой линии, после чего рассчитать и занести в таблицу 1 среднее из трех измерений.

3. Найти соответствующие длины волн, пользуясь градуировочным графиком, и занести их в таблицу 1.

4. Подсчитать для каждой линии обратную длину волны .

5. Вычислить постоянную Ридберга по опытным данным для каждой линии по формуле (7). Из полученных значений определить среднее значение и подсчитать абсолютную и относительную ошибки.

6. Вычислить теоретическое значение постоянной Ридберга по формуле (4).

7. Свести в таблицу 1полученные опытом и вычислением результаты.

Таблица 1 – Экспериментальные и справочные данные спектра водорода

Цвет и индекс спектральной линии водорода	Отсчет по барабану монохроматора, дел.	Экспериментальные длины волн	Справочные		Квантовые числа	Постоянная Ридберга R, из опыта	Rср, м-1
l, Ǻ	λср, Ǻ	l, Ǻ	интенсивность	m	n
Ярко-красная Нα				6562,8
Зелено-голубая Нβ				4861,3
Сине-фиолетовая Нγ				4340,5
Фиолетовая (слабая линия) Нδ				4101,7

Примечание. Справочные значения интенсивности линий в таблице 1 указаны в относительных единицах.

8. Проверить графически справедливость формулы Бальмера для спектральных линий в видимой части спектра водорода. Построить график зависимости обратной длины волны от . Линейный характер графика будет свидетельствовать о справедливости формулы (1) для серии Бальмера (k = 2). Тангенс угла наклона графика дает значение постоянной Ридберга.

Часть 2

1. Установить перед коллиматором I монохроматора источник света с ртутной лампой. Произвести настройку монохроматора по двум оранжевым линиям (5770 Å и 5790 Å) таким образом, чтобы они были видны раздельно и резко.

2. Снять наиболее интенсивные линии, наблюдающиеся в спектре паров ртути. Данные занести в таблицу 1. Интенсивность линий оценивать качественно по пятибалльной шкале - очень сильная (о. с.), сильная (с.), средняя (ср.), слабая (сл.) и очень слабая (о. сл).

3. Произвести аналогичные измерения для других газов (гелий, неон – по указанию преподавателя). Данные занести в таблицы (1, 2).

4. Установить перед объективом монохроматора лампу накаливания и ознакомиться с характером спектра нагретого твердого тела. Измерить длину волны, соответствующей середине λср каждой области спектра (красной, оранжевой, желтой, зеленой и т.д.). Данные занести в таблицу 3.

На основании полученных данных необходимо провести качественный анализ состава газа в газоразрядных трубках. Химический состав газов в газоразрядных трубках подтверждают, сопоставляя измеренные в работе длины волн с табличными данными спектральных линий элементов (источники света надписаны). Качественный анализ производится, как правило, по наиболее сильным линиям спектров.

Сделать выводы о характере спектров газов, паров и твёрдых тел.

Таблица 2 - Экспериментальные и справочные данные спектров паров ртути и гелия

Пары ртути	Газ - гелий
Эксперимент	Справочник [5]	Эксперимент	Справочник [5]
Деления барабана	l, Å	Интенсивность	Цвет	l, Å	Интен-сивность	Деления барабана	l, Å	Интенсивность	Цвет	l, Å	Интен-сивность

Примечание. Справочные значения интенсивности линий в таблицах 1, 2 указаны в относительных единицах. Жирным шрифтом выделены наиболее сильные линии в спектрах. Для неона указаны только наиболее сильные линии.

Таблица 2 - Экспериментальные и справочные данные спектров неона

Газ - неон	Газ – неон (продолжение)
Эксперимент	Справочник [5]	Эксперимент	Справочник [5]
Деления барабана	l, Å	Интенсивность	Цвет	l, Å	Интен-сивность	Деления барабана	l, Å	Интенсивность	Цвет	l, Å	Интен-сивность

Таблица 3 - Спектр излучения нагретого твердого тела

Цвет	Красный	Оранжевый	Жёлтый	Зелёный	Голубой	Синий	Фиолетовый
λср, мкм

Контрольные вопросы

1. Дать определение понятия «спектр».

2. Перечислить виды спектров и указать их характер.

3. Чем обусловлен линейчатый характер спектров излучения атомов?

4. Чем обусловлен полосатый характер спектра поглощения молекул?

5. На чем основана возможность определения химического состава вещества с помощью спектрального анализа?

6. Формула Бальмера для спектра атома водорода. Постоянная Ридберга. Определяющие ее константы.

7. Дать определение явления дисперсии света. Указать и объяснить порядок следования цветов в дисперсионном спектре призмы.

8. Устройство и работа монохроматора УМ-2.

9. Перечислить области применения спектрального анализа.

Список рекомендуемой литературы

1. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. - 7-е изд., стер. - М.: Высшая школа, 2003.- §§ 209, 210, 212.

2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: Учеб. пособие для втузов.- 2-е изд., испр. И доп. М.: Высшая школа, 1999.- §§ 38.3, 38.4.

3. Савельев И.В. Курс физики: Учеб.: В 3-х т. Т. 3. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. - М.: Наука., 1987. - §§ 22, 29.

4. Грабовский Р.И. Курс физики. - М.: Высшая школа, 1980. - Часть II, §§ 63, 64.

5. А.Н. Зайдель, В.К. Прокофьев, С. М. Райский. Таблицы спектральных линий. – М. – Л.: ГИТТЛ., 1952. 560 с.

6. Физический энциклопедический словарь. / Гл. ред. А.М. Прохоров. Ред. кол. Д.М. Алексеев, А.М. Бонч-Бруевич, А.С. Боровик-Романов и др. – М.: Сов. Энциклопедия, 1984. Атомные спектры с. 41- 42. Молекулярные спектры с. 435 – 437. Спектральные призмы с. 707 – 708. Спектральный анализ с. 708 – 710. Спектры оптические с. 712 – 713. Люминесцентный анализ с. 353 – 354.

7. http://www.bioscorp.ru/ Спектрометр атомно-абсорбционный МГА 915.