Лабораторный журнал, часть III(старый вариант) (Лабораторный журнал по физике 3 семестр), страница 4

Воспользовавшись постулатами Бора, можно получить выражения для энергий электрона, находящегося в стационарном состоянии:

. (5.3)

Подставив (5.3) в (5.2) и выразив частоту через длину волны и скорость света ( ) для (5.1) получим значение постоянной Ридберга, использующейся при вычислении длины волны:

(5.4)

При вычислении частоты используется другое значение постоянной.

В
невозбужденном состоянии атом водорода находится на нижнем энергетическом уровне (рис.14 ). При возбуждении атома он может перейти на один из вышележащих уровней энергии ( и т.д.). Такое состояние атома является неустойчивым и он должен вернуться или опять на первоначальный уровень ( ) или перейти на любой другой уровень ( ). Серия Бальмера представляет собой переходы на второй энергетический уровень ( ); этим переходам соответствует электромагнитное излучение в видимой части спектра ( ). Так, при переходе электрона с третьего энергетического уровня ( ) на второй ( ) излучается квант энергии , что соответствует частоте (длине волны) красного света ( ).

Переходы с более высоких уровней ( ) приведут к излучению квантов более высоких энергий (частот). В результате в окуляре монохроматора будут наблюдаться отдельные линии спектра водорода: - ярко-красная, , , - зелено-голубая, , ,

- синяя, , , - фиолетовая, , .

3. Экспериментальная часть

3.1. Краткое описание экспериментальной установки и оборудования

Установка состоит из монохроматора, спектральной трубки с водородом и источника питания. Основными частями монохроматора УМ-2 являются: призма в корпусе прибора, коллиматор, выходная труба с окуляром, с помощью которого наблюдается исследуемый спектр. Градуировочный барабан, по которому снимаются показания, приводит в движение столик с призмой, тем самым устанавливается в поле зрения та или иная линия спектра. На градуировочном барабане нанесены деления в угловых градусах. Для непосредственного определения длины волны наблюдаемой линии рядом с установкой находится градуировочный график, показывающий зависимость длины волны от показаний барабана. График составлен по известным наблюдаемым линиям спектра атомов ртути.

3.2. Методика проведения измерений

3.2.1. Настроить установку (выполняется лаборантом).

3.2.2. Вращая барабан монохроматора, подвести к указателю в окуляре красную линию спектра. Снять показания барабана и занести его в таблицу. То же проделать для остальных линий спектра указанных в таблице.

3.3. Обработка результатов измерений

3.3.1. Используя полученные значения длин волн по формуле (5.1) вычислить значение постоянной Ридберга для каждой длины волны и сравнить с теоретическим значением (5.4).

3.3.2. Найти среднее значение и определить погрешность измерений.

4. Контрольные вопросы:

1. Ознакомится с материалом лекции 11 и решить соответствующие домашние задачи.

1. 2. Сформулируйте постулаты Бора.

2. 3. Вывести формулу (5.3).

Работа зачтена

Авторы

работы N 401 Боднарь О.Б., Захарова А.Я., Кашин А.А..

работы N 402 Боднарь О.Б., Галечян М.Г.

работы N 403 Боднарь О.Б., Тенякова О.А.

работы N 407 Кашин А.А., Нурлигареев Д.Х.

работы N 410 Бородько В.Н., Гайворон В.Г. .

работы N 505 Кашин А.А., Коломийцева Е.А., Нурлигареев Д.Х.

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКЗАМЕНУ ПО ФИЗИКЕ КУРС II, ЧАСТЬ 3

1. Волны в упругих средах. Продольные и поперечные волны Уравнение гармонической бегущей волны, ее график, фазовая скорость, длина волны, волновое число (1.1, 1.3).

2. Фронт волны, волновые поверхности, фазовая скорость, волновое уравнение (1.3, 1.4).

3. Принцип суперпозиции волн. Групповая скорость. Энергия бегущей волны. Вектор плотности потока энергии – вектор Умова (1.5, 1.6).

4. Электромагнитные волны. Волновые уравнения. Уравнение плоской гармонической волны (2, 2.1, 2.2).

5. Энергия электромагнитной волны. Поток энергии. Вектор плотности потока энергии – вектор Пойнтинга (2.3).

6. Излучение электрического диполя. Шкала электромагнитных волн (2.4, 2.5).

7. Интерференция света. Монохроматичность и когерентность волн. Расчет интерференции двух волн (3.1.1 – 3.1.3).

8. Методы получения когерентных волн (3.2).

9. Оптическая длина пути и оптическая разность хода (3.3).

10. Интерференция света в тонких пленках. Просветление оптики. Интерферометры (3.4, 3.5).

11. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля (4.1, 4.2).

12. Дифракция Френеля на круглом отверстии и диске (4.3).

13. Дифракция Фраунгофера на одной щели (4.4).

14. Дифракционная решетка (4.5).

15. Дифракция на пространственной решетке. Формула Вульфа-Брэгга (4.6).

16. Разрешающая способность оптических приборов. Понятие голографии (4.7, 4.8).

17. Взаимодействие света с веществом. Поглощение света. Закон Бугера. Рассеяние света. Закон Релея (6.1 – 6.3).

18. Дисперсия света. Электронная дисперсия света. Нормальная и аномальная дисперсия (6.4).

19. Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса (6.5).

20. Поляризация света при отражении и преломлении. Закон Брюстера (6.6).

21. Двойное лучепреломление. Искусственная оптическая анизотропия. Вращение плоскости поляризации (6.7, 6.8).

22. Тепловое излучение. Характеристики теплового излучения. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа (7.1 – 7.3).

23. Распределение энергии в спектре абсолютно черного тела. Законы Стефана-Больцмана и Вина (7.4 – 7.6).

24. Формула Релея-Джинса. «Ультрафиолетовая катастрофа». Гипотеза Планка. Формула Планка. Связь формулы Планка с законами Стефана-Больцмана и Вина (7.7).

25. Фотон. Энергия, масса и импульс фотона. Давление света (8.1, 8.2).

26. Фотоэффект. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта (8.3).

27. Эффект Комптона. Корпускулярно-волновой дуализм электромагнитного излучения (8.4, 8.5).

28. Гипотеза де Бройля. Опытное обоснование корпускулярно-волнового дуализма материи. Опыт Девиссона-Джермера (9.1).

29. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Невозможность классического задания состояния микрочастиц (9.2).

30. Волновая функция и ее статистический смысл (9.3).

31. Уравнение Шредингера для стационарных состояний. Собственные функции и собственные значения. Свободная частица (9.4, 9.5).

32. Частица в одномерной прямоугольной «потенциальной яме» (9.6).

33. Классический и квантовый осцилляторы (9.7).

34. Модель атома Резерфорда (11.1).

35. Постулаты Бора (11.2).

36. Линейчатый спектр атома водорода (11.3).

37. Атом водорода согласно квантовой механики. Квантовые числа электрона в атоме (11.4).

38. Принцип Паули (11.5).

39. Поглощение, спектральное и вынужденное излучение (12.1).

40. Принцип работы лазера (12.2).

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ №5

Т. И. Трофимова, Сборник задач по курсу физики.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ №6

Т. И. Трофимова, Сборник задач по курсу физики.