 |
|
Порядок виконання роботи.
Завдання №1. Покази призмового монохроматора залежать від матеріалу призми. Тому перед роботою монохроматор треба проградуювати відповідно відомому спектру ртутної пари (або гелію).
Градуювання шкали монохроматора здійснюється у такому порядку.
1. Ввімкнути в електричну мережу ртутну лампу.
2. За допомогою окуляра монохроматора домогтись чіткого зображення спектра ртуті і візира у полі зору.
3. Послідовно суміщаючи візир монохроматора з відповідними лініями спектру, визначити з точністю до половини поділки шкали барабана положення спектральних ліній.
4. Результати вимірювання записати у табл. 1.
| Спектральна лінія газу гелія | Поділка шкали | Довжина хвилі, нм |
| Червона Оранжева Жовта Зелена Зелено-голуба Голуба Синя Фіолетова | ||
| Спектральна лінія парів ртуті | Поділка шкали | Довжина хвилі, нм |
| Червона Оранжева Жовта Зелена Голуба Фіолетова |
5. За допомогою даних таблиці побудувати градуювальний графік. По осі абсцис відкласти поділки шкали, по осі ординат, відповідно, довжини хвиль.
Завдання №2.
1. Відключити ртутну лампу і запалити наповнену воднем газорозрядну трубку.
2. За допомогою візира та градуювального графіка шкали знайти довжину хвилі для кожної спектральної лінії атому водню. Результати занести у таблицю 2.
| Спектральна лінія водню | Поділка шкали | Довжина хвилі, нм |
3. За допомогою формул (1) та (8) для всіх ліній знайти 
та сталу Планка.
4. Знайти середнє значення та 
, а також абсолютну похибку. Результат подати у вигляді:
і порівняти з табличними даними для цих величин.
Контрольні запитання.
1. Що дає для науки дослідження спектрів?
2. Які основні труднощі зустрічала класична фізика при інтерпретації спектра водню?
3. Який вихід запропонував Бор?
4. В чому полягають недоліки теорії Бора?
5. Принцип дії, будова та призначення спектроскопа.
| Варіант | ||||||||||
| Номер задачі |
[1] – [4], [12]
Лабораторна робота №54
ВИЗНАЧЕННЯ ЕФЕКТИВНОГО ДІАМЕТРУ АТОМА КСЕНОНА
Мета роботи: визначення перерізу розсіяння ксенону або його ефективного діаметру.
Обладнання: газонаповнена електронна лампа (тіратрон ТГЗ-0,1/1,3) панель з вмонтованим вольтметром та потенціометром, універсальний блок живлення УИП-2, цифровий авометр Щ-43-10, який використовується як мікроамперметр.
Робота повторює експеримент Рамзауера, що був виконаний у 1921 році для вимірювання ефективного перерізу розсіяння атомів. Згідно класичним уявленням, цей переріз повинен монотонно зменшуватися по мірі зростання швидкості електронів, які налітають на атом. Але експеримент дає чіткий мінімум, коли енергія електронів дорівнює 0,7 еВ (рис. 1). Цей ефект вперше спостерігав Рамзауер.
Рис.1
Пояснити ефект дозволяють уявлення про хвильовий характер руху мікрочастинок.
Потенціальна енергія електрона, як функція від координат має сферичну симетрію і її залежність від радіуса може бути представлена кривою, що зображена на рис. 2 суцільною лінією. Але ця крива апроксимується прямокутною ямою, що зображена на тому ж малюнку пунктиром.
Рис. 2
Коли хвилі де Бройля проходять через цю потенціальну яму, вони зазнають відбиття від стінок ями і після проходження ями повинно мати місце явище інтерференції. У цьому явищі приймають участь дві хвилі: первинна хвиля та хвиля, що двічі відбивається від передньої та задньої стінок потенційної ями.
Тому роль потенційної ями аналогічна ролі тонкої плівки, у якій спостерігається інтерференція світла. При нульовому куті падіння світла на плівку інтерференційний максимум у світлі, що проходить, спостерігається при умові 
, де 
– довжина хвилі, 
– показник заломлення плівки, 
– товщина плівки, 
. Використовуючи цю умову до хвиль де Бройля, які описують налітаючи на атом електрони, одержимо, що переріз розсіювання буде мінімальним при умові (вважаємо, що 
, 
):
 .
| (1) |
Швидкість електрона 
у внутрішньому атомному просторі, а також довжина хвилі можуть бути знайдені за допомогою формул:
 ,
| (2) |
де – стала Планка, 
– маса електрона, 
– початкова кінетична енергія, 
– глибина потенційної ями. На підставі (1), (2) одежимо:
 .
|
Так за допомогою порівняно простих експериментів можна оцінити розміри атома.
Опис установки.
Схема установки представлена на рис. 3. Електрони проходять з катода тіратрона, наповненого ксеноном, та рухаються під дією невеликої прискорюючої різниці потенціалів, яка регулюється потенціометром 
і вимірюється вольтметром V. Із зростанням напруги анодний струм, вимірюваний міліамперметром, зростатиме і досягне максимуму при 
.
Тоді кінетична енергія електронів буде задовольняти співвідношенню (2). Далі, незважаючи на подальше зростання прискорюючої різниці потенціалів, анодний струм зменшується завдяки збільшенню переріза розсіяння атомів Xe, коли енергія електронів задовольняє нерівності 
.
Приблизна залежність сили анодного струму від анодної напруги зображена на рис. 4.
Рис.3
Рис.4