Контрольные вопросы. 1. Сформулировать постулаты Бора для

Контрольные вопросы.
1. Сформулировать постулаты Бора для атомных систем. Как с их помощью
объясняется линейчатый характер спектра атома водорода?
2. Сравнить модель атома водорода, предложенную Бором с квантовомеханической
моделью.
3.
Каков физический смысл чисел n1 и n2 в обобщенной формуле Бальмера?
4. Какие состояния атома называют стационарными? Что понимают под основным и
возбужденным состоянием?
5. Что называется спектральной серией? По какому принципу спектральные линии
объединяются в серию?
6.
Что такое граница серии? Каков физический смысл постоянной Ридберга?
7. Что такое квантовые числа, их физический смысл и применение для описания
состояния водорода и водородоподобных атомов?
8. Нарисовать схему энергетических состояний атомного водорода и объяснить
возникновение серии излучения.
9.
Какие источники дают линейчатые, полосатые и сплошные спектры и почему?
10.
Что представляет собой оптическая схема монохроматора?
11.
Что называют градуировочной кривой? Зачем ее строят?
1. Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний) гласит: атомная система
может находится только в особых стационарных или квантовых состояниях, каждому из
которых соответствует определенная энергия En. В стационарных состояниях атом не
излучает.
Второй постулат Бора (правило частот) формулируется следующим образом: при
переходе атома из одного стационарного состояния с энергией En в другое стационарное
состояние с энергией Em излучается или поглощается квант, энергия которого равна
разности энергий стационарных состояний:
Простейший из атомов, 1 электрон.
2
3
4 Стационарное состояние в физике, состояние физической системы, при котором
некоторые существенные для характеристики системы величины (различные в разных
случаях) не меняются со временем.
Возбужденное состояние атома - энергетически нестабильное состояние, в которое атом
переходит, получая энергию извне. В возбужденном состоянии атом может пребывать
лишь короткое время. Возбужденный атом, отдавая энергию, возвращается в основное
состояние.
5 Спектральная серия - набор спектральных линий, которые получаются при переходе
электронов с любого из вышележащих термов на один нижележащий, являющийся
основным для данной серии. Точно также в поглощении при переходе электронов с
данного уровня на любой другой образуется спектральная серия.
Максимальная частота (минимальная длина волны) допустимая для данной серии
называется границей серии. За границей серии спектр становится непрерывным.
6). Спектральная серия – группа линий атомного спектра. Граница серии – последняя
линяя серии. Постоянная Ридберга
где , М - масса ядра, m и е - масса и заряд
электрона, с - скорость света, h - постоянная Планка.
7). Квантовые числа — энергетические параметры, определяющие состояние электрона
и тип атомной орбитали, на которой он находится.
a. Главное квaнтовое число n определяет общую энергию электрона и степень его
удаления от ядра (номер энергетического уровня); оно принимает любые целочисленные
значения, начиная с 1 (n = 1, 2, 3, . . .)
b. Орбитальное (побочное или азимутальное) квантовое число l определяет форму
атомной орбитали. Оно может принимать целочисленные значения от 0 до n-1 (l = 0, 1, 2,
3,..., n-1). Каждому значению l соответствует орбиталь особой формы. Орбитали с l = 0
называются s-орбиталями, l = 1 – р-орбиталями (3 типа, отличающихся магнитным
квантовым числом m), l = 2 – d-орбиталями (5 типов), l = 3 – f-орбиталями (7 типов).
c. Магнитное квантовое число m определяет ориентацию орбитали в пространстве
относительно внешнего магнитного или электрического поля. Его значения изменяются от
+l до -l, включая 0. Например, при l = 1 число m принимает 3 значения: +1, 0, -1, поэтому
существуют 3 типа р-АО: рx, рy, рz.
d. Спиновое квантовое число s может принимать лишь два возможных значения +1/2
и -1/2. Они соответствуют двум возможным и противоположным друг другу
направлениям собственного магнитного момента электрона, называемого спином (от англ.
веретено). Для обозначения электронов с различными спинами используются символы: и
.
8).
Схема энергетических уровней в атоме водорода
9) а. Для наблюдения линейчатых спектров используют свечение паров вещества в
пламени или свечение газового разряда в трубке, наполненной исследуемым газом.
(спектры создаются атомами)
б. Для наблюдения полосатых спектров так же, как и для наблюдения линейчатых
спектров, обычно используют свечение паров в пламени или свечение газового разряда.
(спектры создаются молекулами)
в. Для получения непрерывного спектра нужно нагреть тело (твёрдое/ жидкое/
сильно сжатый газ) до высокой температуры. (определяется не только свойствами
отдельных излучающих атомов, но и в сильной степени зависят от взаимодействия атомов
друг с другом.)
10)
Оптическая схема монохроматора: 1. - источник света; 2. - входная щель; 3. - объектив
входного коллиматора; 4. - диспергирующая призма, призма Аббе, состоит из трех призм
Р1, Р2 и Р3, являются спектральными, приклеенными к граням равнобедренной
прямоугольной отражательной призмы Р2. Такая система обеспечивает угол отклонения
90 градусов для лучей, проходящих призму; 5. - объектив зрительной трубы; 6. - съемная
выходная щель; 7. - окуляр
11). Градуировочная кривая – с требуемой точностью должна отражать связь эффекта
на выходе прибора с величиной, подводимой к входу. Для определения длин волн
излучения.
Порядок выполнения работы.
407,7
404,6
435,8
434,7
433,9
491,6
546,0
576,9
579,0
607,2
612,3
623,4
671,6
690,7
1. Зажечь ртутную лампу ДРШ. Для этого включить тумблер «сеть» на источнике
питания ЭПС-Ш, включить тумблер «лампа ДРШ» и нажать кнопку «пуск».
2. Убедиться, что лампа хорошо освещает входную щель монохроматора.
Установить ширину входной щели 0,1 мм. Размер входной щели устанавливается с
помощью микрометрического винта, расположенного под входной щелью. Цена деления
шкалы = 1 мм, цена деления на микрометрическом винте = 0,01 мм.
В окуляр должны быть видны спектральные
линии ртути. Для начала лучше
Рис. 5
поставить в поле зрения желтые и зеленые линии.
Включить подсветку указателя и вращением окуляра (впереди монохроматора
светлое кольцо с насечкой) добиться резкого изображения указателя. Цвет указателя
подбирается по желанию изменением светофильтра, поворотом темного кольца с
насечкой над окуляром. Если указатель виден резко, а спектральные линии размыты, то
чтобы получить их резкое изображение. нужно передвинуть объектив коллиматора (за
барабаном длин волн имеется винт и шкала в окошечке). Резкое изображение получается в
пределах от 5 до 15 делений по шкале.
3. Просмотреть весь спектр ртути, сравнив его с рисунком.
4. Снять градуировочную кривую монохроматора по спектру ртути.
Отградуировать барабан длин волн монохроматора по известному спектру ртути.
Для этого, начиная с красных линий, совмещать последовательно все линии ртути с
указателем и отмечать их положение по барабану длин волн. (Из пяти красных линий,
линия с длиной волны 671,6 нм самая слабая). Градуировочная кривая монохроматора –
зависимость угла поворота m призмы монохроматора от длины волны  спектральной
линии
5. Поставить перед монохроматором водородную трубку, открыть входную щель
до 0,4 мм. Обозначив длины волн линий водорода 1 ,  2 и  3 , снять отсчет их положения
m по барабану длин волн. У водорода в видимой области спектра четыре линии: красная
(яркая), голубая (менее яркая), две слабые фиолетовые (последняя фиолетовая почти не
видна, поэтому в данной лабораторной работе не снимается).
Водородная трубка включается лишь на время измерений, так как при длительной
работе она быстро выходит из строя.
6. По построенной градуировочной кривой определить длины волн линий спектра
водорода.
7. Рассчитать волновые числа для полученных длин волн спектра водорода,
построить график зависимости v~ , см-1 от 1 n 2 , где n – соответствующее главное
квантовое число.
8. Найти постоянную Ридберга: а) по угловому коэффициенту кривой; б) из
графика по значению R 4 . Сравнить с теоретическим значением, рассчитанным по
формуле (7).
9. Определить энергию ионизации атома водорода, находящегося в основном
состоянии.
Контрольные вопросы.
1. Сформулировать постулаты Бора для атомных систем. Как с их помощью объясняется
линейчатый характер спектра атома водорода?
2. Сравнить модель атома водорода, предложенную Бором с квантовомеханической
моделью.
3. Каков физический смысл чисел n1 и n2 в обобщенной формуле Бальмера?
4. Какие состояния атома называют стационарными? Что понимают под основным и
возбужденным состоянием?
5. Что называется спектральной серией? По какому принципу спектральные линии
объединяются в серию?
6. Что такое граница серии? Каков физический смысл постоянной Ридберга?
7. Что такое квантовые числа, их физический смысл и применение для описания
состояния водорода и водородоподобных атомов?
8. Нарисовать схему энергетических состояний атомного водорода и объяснить
возникновение серии излучения.
9. Какие источники дают линейчатые, полосатые и сплошные спектры и почему?
10. Что представляет собой оптическая схема монохроматора?
11. Что называют градуировочной кривой? Зачем ее строят?