Іі. Опис приладів і методика вимірювання

Спектроскоп складається з таких основних частин:

1. коліматора, який являє собою трубу з об’єктивом О₁ на одному кінці і щілиною на Щ на другому. Щілина міститься у фокусі об’єктива О₁, тому промені досліджуваного світла, яким освітлена щілина Щ, вийшовши з коліматора, падають на призму П паралельним пучком;

2. заломлюючої призми П, проходячи через яку світло розкладається у спектр;

3. зорової труби Т, що складається з об’єктива О₂, у фокальній площині якого є тонка (візирна) нитка F; та окуляр Ок, який розташований так, щоб одержаний спектр був у фокальній площині F об’єктива Об і розглядався через окуляр Ок. У полі зору зорової труби Т є також візирна нитка. За допомогою мікрометричного гвинта з лінійкою і шкалою на барабані Б можна повертати зорову трубу Т, наводячи візирну нитку на потрібну лінію спектра. Чіткості ліній спектра добиваються регулюванням ширини щілини Щ і висуванням оправи окуляра труби Т. Візирна нитка повинна розташуватися по всій довжині спектральної лінії.

Спектр утворюється у спектроскопі таким чином: пучок світла від досліджуваного джерела S, пройшовши щілину Щ, виходить з об’єктива О₁ паралельним пучком, що падає на призму П, заломлюється в ній, розділяючись на кілька паралельних монохроматичних пучків з різними довжинами хвиль (на рис.2 зображено тільки три з них), які заломившись у об’єктиві О₂, зберуться кожний у своїх точках у фокальній площині F. Утворений спектр – це кольорові зображення вхідної щілини, число яких дорівнює кількості різних монохроматичних хвиль, які містяться у світловому пучку, що освітлює щілину.

Отже, якщо джерело S випромінює світло, що складається з променів лише декількох довжин хвиль, в окулярі будуть спостерігатися тонкі лінії різного кольору. Якщо джерело світла випромінює промені різних довжин хвиль (біле світло), то відповідні зображення щілини будуть поруч і ми одержимо суцільний спектр.

Для визначення довжин хвиль спектра невідомої речовини необхідно спочатку проградуювати у довжинах хвиль шкалу мікрометричного гвинта вимірного барабана Б спектроскопа. Для цього, повертаючи гвинт вимірного барабана Б, фіксують кути повороту труби Т (у поділках шкали), при яких візирна нитка F в окулярі збігається зі спектральними лініями. За одержаними даними і відповідними значеннями довжин хвиль  будують дисперсійну криву – графік залежності  від показів шкали n.

Ііі. Завдання

1. Навчитися градуювати спектроскоп та визначати довжини хвиль відповідних ліній спектра водню.

2. Обчислити сталу Планка.

IV. Хід роботи

1. Увімкнути живлення до водневої трубки та добитися її свічення вмиканням та вимиканням живлення.

2. Спрямувати випромінювання гелієвої трубки на щілину спектроскопа і добитися чіткості зображення спектральних ліній та візирної нитки.

3. Повертаючи мікрометричний гвинт вимірного барабана Б, сумістити візирну нитку зі спектральними лініями гелію, записавши для кожної лінії покази n (відповідні значення  взяти з таблиці звіту).

4. Побудувати дисперсійну криву (графік: по осі ординат відкласти табличні значення  ліній гелію, по осі абсцис – відповідні покази n мікрометричного гвинта вимірного барабана Б).

5. Замінити гелієву трубку на водневу. Добитися чіткості спектральних ліній та візирної нитки.

6. Суміщаючи візир зі спектральними лініями водню, зняти відповідні покази n мікрометричного гвинта вимірного барабана Б.

7. Користуючись побудованою дисперсійною кривою (п.4), визначити довжини хвиль трьох основних ліній серії Бальмера для водню. Записати значення ₃₂, ₄₂, ₅₂ у таблицю.

8. Обчислити три рази сталу Планка, підставляючи значення довжин хвиль спектральних ліній Н_, Н_, Н_ і відповідні їм значення головного квантового числа n = 3, 4, 5 у формулу (10).

9. Розрахувати середнє значення довжини світлової хвилі h₀, середню абсолютну h₀ та відносну h₀ похибки.

10. Одержані дані записати у звітну табл. 1. До звіту додати дисперсійну криву.

Звітна таблиця 1