ЛР6 2. Отчет по лабораторной работе 6 Серия Бальмера. Определение постоянной Ридберга
 Скачать 0.75 Mb.
|
|
ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ  МИНИСТЕРСТВО науки и высшего ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра общей и технической физики ОТЧЕТ по лабораторной работе № 6 Серия Бальмера. Определение постоянной Ридберга. По дисциплине: Физика (наименование учебной дисциплины согласно учебному плану) Выполнил: студент гр. ВД-21 Вокин Д. А. (шифр группы) (подпись) (Ф.И.О.) Дата: Проверил: (должность) (подпись) (Ф.И.О.) I. Цель работы Исследовать спектр излучения атомов водорода с помощью дифракционной решётки. Определить энергетические уровни электронов в атоме водорода, соответствующие серии Бальмера, и рассчитать постоянную Ридберга. II. Краткое теоретическое содержание Явление, изучаемое в работе: дифракция Определение основных физических понятий, объектов, процессов и величин Дифракция – явление перераспределения энергии переносимой волной в результате сложения (наложения) колебаний от (двух или более) волн когерентных источников, расположенных непрерывно. Дифракционная решетка – совокупность большого числа одинаковых, отстоящих друг от друга на одно и то же расстояние щелей. Дисперсия света – зависимость абсолютного показателя преломления вещества от частоты (длины волны) света. Спектром испускания (поглощения) называется распределение по частотам интенсивности электромагнитного излучения, испускаемого (поглощаемого) телом. Законы и соотношения, описывающие изучаемые процессы, на основании которых получены расчетные формулы Длина световой волны – расстояние, которое проходит световая волна за время равное периоду.  (1)где  - скорость световой волны, [ ] = м/с;T – период колебаний, [T] = c. Уравнение дифракционной решетки  (2)где k – порядок дифракции;  – длина световой волны; – угол дифракции.Период дифракционной решетки – расстояние между серединами соседних щелей.  (3)где a – ширина прозрачных щелей; b – ширина непрозрачных штрихов. Синус угла дифракции  (4)где x – расстояние от дифракционной решетки до экрана, [x] = м; l – половина расстояния между двумя дифракционными линиями одной длины волны и одного порядка дифракции, [l] = м. Формула для всех серий в видимой части спектра  (5)где  – постоянная Ридберга, =  ; – длина волны, [ ] = м; m – номер орбиты, на которой находится электрон (определяет серию); n – номер орбиты, с которой переходит электрон (определяет отдельные линии данной серии). Схема установки  Рис. 1. Вид экспериментальной установки где: 1 – источник высокого напряжения; 2 – измерительная шкала; 3 – держатели для трубок; 4 – спектральная трубка с ртутью; 5 – спектральная трубка с водородом; 6 – дифракционная решётка 7 – пара курсоров. Расчетные формулы Длина волны (из условия максимума для дифракционной решетки)  (6)где d – постоянная дифракционной решетки, [d] = м; x – расстояние от дифракционной решетки до экрана, [x] = м; l – половина расстояния между двумя дифракционными линиями одной длины волны и одного порядка дифракции, [l] = м; m – порядок дифракции. Постоянная Ридберга для серии Бальмера  (7)где – длина волны, [ ] = м;n — номер орбиты, с которой переходит электрон. Разность энергий атомных уровней  (8)где – длина волны, [ ] = м;h – постоянная Планка, h =  ;c – скорость света, с =  .Формулы для расчёта погрешностей косвенных измерений Абсолютная погрешность косвенных измерений длины волны  (9)Абсолютная погрешность косвенных измерений постоянной Ридберга  (10)Абсолютная погрешность косвенных измерений разности энергий атомных уровней  (11)Погрешности прямых измерений Абсолютная погрешность прямых измерений расстояния от решётки до экрана  Абсолютная погрешность прямых измерений расстояния между двумя дифр. линиями  Таблицы Таблица 1 Результаты измерений и вычислений
Примеры расчетов физических величин Исходные данные Плотность штрихов дифракционной решетки:  Вычисления Длина волны (из условия максимума для дифракционной решетки)   Постоянная Ридберга  Разность энергий атомных уровней  Относительная погрешность косвенных измерений длины волны  Абсолютная погрешность косвенных измерений постоянной Ридберга  Абсолютная погрешность косвенных измерений разности энергий атомных уровней  Относительная погрешность косвенных измерений  Энергия третьего атомного уровня водорода  Энергия четвертого атомного уровня водорода  Энергия пятого атомного уровня водорода  Энергия шестого атомного уровня водорода  Результаты Длина волны зелёного цвета  Длина волны фиолетового цвета  Длина волны жёлтого цвета  Энергия перехода электрона в опыте с зелёным цветом  Энергия перехода электрона в опыте с фиолетовым цветом  Энергия перехода электрона в опыте с жёлтым цветом  Постоянная Ридберга в опыте с зелёным цветом  Постоянная Ридберга в опыте с фиолетовым цветом  Постоянная Ридберга в опыте с жёлтым цветом  Сравнение экспериментальных и табличных значений Сравнительная оценка результата постоянной Ридберга для зелёного цвета  Сравнительная оценка результата постоянной Ридберга для фиолетового цвета  Сравнительная оценка результата постоянной Ридберга для жёлтого цвета  Сравнительная оценка энергии перехода электрона для опыта с зелёным цветом  Сравнительная оценка энергии перехода электрона для опыта фиолетовым цветом  Сравнительная оценка энергии перехода электрона для опыта с жёлтым цветом  Вывод В данной лабораторной работе был исследован спектр излучения атомов водорода с помощью дифракционной решетки и рассчитана постоянная Ридберга. В ходе работы была проведена сравнительная оценка экспериментального и справочного значений постоянной Ридберга. Отклонения для разных экспериментов составили 2,7%, 2,8% и 12,2%. Отклонение от табличных значений в среднем составило примерно 5,9% для постоянной Ридберга, 47,9% для энергии перехода электрона. Таким образом, полученные значения входят в интервал допустимых отклонений, обусловленных человеческим фактором, некоторым несовершенством лабораторного оборудования. Санкт-Петербург 2023 |
, нм
, эВ
