Юстировка экспериментальной установки и выполнение измерений

(Примечание: как правило, установка уже готова к работе и не требует юстировки. О необходимости выполнения настройки аппаратуры спросить у преподавателя или лаборанта)

Предупреждение!

1) Строго запрещается касаться рабочей поверхности голографической решетки.

2) Все оптические детали установки (объективы, линзы, лампа) также требую бережного и аккуратного обращения.

 

Задание 1. Наблюдение при помощи дифракционной решетки высокого разрешения спектральных линий атома водорода;

 

1. Включите прибор в сеть

2. Полностью затемните комнату и наблюдайте «на просвет» на полупрозрачном экране спектр атомов водорода.

3. Выставьте лампу Бальмера на оптической оси системы путем поворота универсального зажима и его перемещения по вертикали.

4. Установите линзу осветителя перпендикулярно оптической оси и перемещайте ее вдоль оптической скамьи до тех пор, пока не получите четкое изображение тела разряда в плоскости оптической щели.

5. Камерная линза должна отображать на полупрозрачном экране четкое изображение щели.

6. Сужайте ширину щели до тех пор, пока не будут видны на экране отдельные линии спектра.

7. При необходимости используйте ширму из черной бумаги или материи для устранения прямой засветки экрана излучением от лампы Бальмера.

8. Отметьте на экране положение спектральных линий и нулевого порядка спектра.

Для наглядности на рис. 6 приведен общий вид части эмиссионного спектра водорода (линии Бальмера H_a, H_b и H_g).

а) б)

 

Рис.6. Общий вид части эмиссионного спектра водорода (линии Бальмера H_a, H_b и H_g) а) наблюдаемые линии Бальмера, б) процесс измерения расстояния b между положением нулевого порядка (центральная самая яркая линия) и спектральными линиями.

Задание 2. Измерение длин волн водорода H_a, H_b и H_g в серии Бальмера.

· Рассчитайте расстояние a между решеткой Роуланда и полупрозрачным экраном (см. рис.5) по формуле .

- Расстояние между левыми краями зажимов решетки и экрана a₁ = 275 мм;

- Расстояние от оси держателя решетки до плоскости крепления решетки а₂ = 5 мм;

- Толщина решетки Роуланда d₁ = 2.5 мм;

- Толщина полупрозрачного экрана d₂ = 3 мм.

· Измерьте на экране расстояние b между положением нулевого порядка и спектральными линиями и занесите их в таблицу 1.

 

Таблица 1: Значения b – расстояния между линиями и нулевым порядком для решетки g = 600 штр/мм (g – постоянная решетки). Левый порядок – линии расположенные слева от линии нулевого порядка, правый порядок – линии расположенные справа от линии нулевого порядка.

 

Цвет линии	b, мм
левый порядок	правый порядок
красный
бирюзовый
голубой

 

 

Рис.7 Ход лучей в первом порядке дифракции на дифракционной решетке

Согласно рис. 7

 

.

 

Тогда с учетом (6) получим длину волны: , где -период решетки, или частоту , где c – скорость света в вакууме.

Результаты расчетов заносим в таблицу 2:

Цвет	Линия	λ, нм	ν, ТГц
красный	Ha
бирюзовый	Hb
голубой	Hg

 

Задание 3. Определение постоянной Ридберга R_∞.

Используя значения из таблицы 2, построить график в координатах (ТГц) от для трех спектральных линий (H_a, H_b, H_g). Наклон прямой даст значение постоянной Ридберга (см. формулу (1)). Прямую проводить методом наименьших квадратов (МНК), используя математические пакеты (MatLab, MathCAD и др.) или графические пакеты (SigmaPlot, Origin и др.).

Сравнить с табличным значением и оценить погрешность измерения.

Задание 4. Измеренные значения частот спектральных линий Бальмера необходимо сравнить с соответствующими рассчитанными по формуле (7) значениями.

, m= 3, 4, 5. (7)