Учебное пособие по экспериментальной физике составлено в соответствие с программой по общему курсу физики и по физическому практикуму для студентов очного и заочного обучения инженерно-технических специальностей нефтегазовых университетов.
Скачать 2.09 Mb.
|
Список литературы1. Трофимова Т.И. Курс физики. 2. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Курс физики. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6-6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ ПЛАНКА Цель работы – изучение спектров испускания и поглощения, определение постоянной Планка.
Постановка задачи Постоянная Планка - одна из важнейших констант атомной физики. Знание этой величины требуется для расчета энергии атома, энергии светового фотона, энергии рентгеновских лучей и т.д. В данной работе постоянная Планка определяется с помощью спектра поглощения водного раствора хромпика (K2Cr2O7). Различают сплошные, линейчатые и полосатые спектры. Сплошные спектры получаются при свечении раскаленных твердых и жидких тел, линейчатые - при свечении газов и паров, состоящих из атомов, а полосатые - при свечении газов, состоящих из молекул. Линейчатые спектры состоят из отдельных линий, разделенных темными промежутками. Наличие этих промежутков указывает на то, что источник света излучает свет не всех частот, а только тех, которые соответствуют спектральным линиям данного вещества. Полосатые спектры испускания состоят из множества линий, настолько близко расположенных, что они сливаются в полосы. Спектры поглощения получаются в том случае, когда на пути лучей от источника, дающего сплошной спектр, ставится какое-либо вещество, поглощающее те или иные длины волн. Спектр поглощения имеет темные линии или полосы на тех участках, которые соответствуют поглощенному свету. Характер поглощения определяется природой и строением поглощающего вещества. Спектры поглощения, как и спектры испускания, делятся на сплошные, линейчатые и полосатые. Линейчатые спектры получаются при поглощении света веществом, состоящим из атомов, полосатые - при поглощении веществом, состоящим из молекул, сплошные - связаны с поглощением света веществом, находящимся в конденсированном состоянии. Постоянную Планка можно определить по спектру поглощения. По представлениям квантовой теории ионы и молекулы испускают и поглощают свет квантами. Под действием квантов света в веществе происходят различные химические превращения. С этим явлением связано выцветание красок, разложение галогенидов серебра в фотоматериалах и т.д. При этом каждому поглощенному кванту энергии соответствует разложение одной молекулы, поглотившей свет. Вызвать диссоциацию могут только кванты, энергия которых больше или равна энергии диссоциации. Рассмотрим раствор хромпика K2Cr2O7 в воде. Вследствие электролитической диссоциации его молекулы распадаются на ионы по следующей схеме: так, что в растворе имеются ионы Cr2O72- и K+. Если через раствор хромпика пропустить свет, то он может вызвать химические превращения вещества, называемые фотохимическими реакциями. К числу таких реакций относится разложение иона Cr2О72- на составные части при поглощении им кванта света : . Теплота этой реакции на один моль известна из опыта и равна . Тогда энергия , необходимая для диссоциации одного иона Cr2O72- , равна , (1) где – число Авогадро, число молекул, содержащихся в 1 моле ( ). Для каждой фотохимической реакции существует красная граница - некоторая минимальная частота (или максимальная длина волны ), начиная с которой свет становится химически активным, т. е. способным вызвать фотохимическое превращение. Это связано с квантовым характером поглощения. Квант света может вызвать превращение, если его энергия . В большинстве случаев каждый фотон, поглощённый веществом, может вызвать фотохимическое превращение только одной поглотившей его молекулы. При пропускании через раствор белого света будет поглощаться, т.е. вызывать диссоциацию, лишь та часть сплошного спектра белого света, энергия фотонов которого удовлетворяет условию . Определив частоту света (или длину волны ), на которой поглощение прекращается (край полосы поглощения), можно вычислить значение постоянной Планка: , или . Поскольку ( - скорость света), то с учетом (1) получаем расчетную формулу для : . (2) Из этого уравнения следует, что для определения постоянной Планка необходимо знать длину волны света , соответствующую краю полосы поглощения. Энергия квантов света с длиной волны достаточна для диссоциации иона Cr2O72-. При меньшей длине волны (большей энергии фотона) диссоциация, разумеется, также будет иметь место, но в этом случае энергия поглощенного кванта расходуется не только на диссоциацию, но и на сообщение продуктам реакции кинетической энергии, т.е. идет на нагревание раствора. Наибольшую длину волны света , необходимую для диссоциации ионов Cr2O72-, экспериментально находим по спектру поглощения раствора. Край полосы поглощения со стороны длинноволновой части, который граничит с частично поглощенной зеленой полосой видимой части спектра, и будет соответствовать наибольшей длине волны. Практическая часть
В данной работе для изучения спектров испускания и поглощения используют спектроскоп. Внешний вид спектроскопа представлен на рис.1, схема хода лучей в нем - на рис. 2. Спектроскопсостоит из треножной подставки (1), стойки (2), столика (3), микровинта (4), подвижного кронштейна (5), коллиматорной трубки (6), стеклянной треугольной призмы (7), зрительной трубы (8) и защитного колпачка (не показан). Кронштейн (5) находится под действием микровинта (4) с одной стороны и пружины с другой. Коллиматорная трубка (6) служит для направления на призму параллельного пучка лучей от узкой щели. Для этого щель установлена в фокальной плоскости объектива параллельно преломляющему ребру призмы. Щель образуется двумя плоскопараллельными металлическими пластинками. Ширина щели . Трехгранная стеклянная призма (7) служит для разложения света на составляющие по длинам волн. Луч света из коллиматорной трубки 6 падает на переднюю грань призмы (схема на рис.2). За счет дисперсии свет разлагается в призме и выходит параллельными пучками разных цветов и направлений в зависимости от длины волны. На рис.2 показан ход только крайних лучей из видимого спектра - красных и фиолетовых. Красные лучи, оставаясь параллельными, падают на объектив зрительной трубы (8) и дают изображение щели в точке K, находящейся в фокальной плоскости объектива. Фиолетовые лучи (они тоже параллельны) дают изображение той же щели в другой точке Ф. Наблюдатель рассматривает эти изображения через окуляр зрительной трубы (8). Таких изображений очень много, что соответствует разным длинам световых волн. Щель делается узкой, поэтому изображения получаются в виде линий, называемых спектральными линиями. В окуляре зрительной трубы (8) имеется металлическая визирная нить. С помощью микровинта зрительная труба может вращаться вокруг оси, проходящей через центр призмы. Микровинт состоит из винта с шагом в 1 мм и барабанчика, на котором нанесены 50 делений. Цена 1 деления – 0,02 мм. Наблюдатель с помощью окуляра видит одновременно и спектральную линию, и визирную нить. При наблюдении спектральной линии необходимо совместить ее с визирной нитью, вращая зрительную трубу микровинта. По шкале микровинта (4) можно определить показание спектроскопа для наблюдаемой спектральной линии. Поворот зрительной трубы в горизонтальной плоскости составляет . С помощью микровинта (4) проводится градуировка спектроскопа. Для градуировки применяют ртутную лампу (заполненную парами ртути), для которой известны длины волн спектральных линий. Строят градуировочный график, график зависимости между показаниями микровинта спектроскопа и длинами волн спектральных линий , . По градуировочному графику можно найти длину волны света для любой неизвестной линии. 2. Порядок выполнения работы и обработка результатов измерения 1. Поставить перед щелью спектроскопа ртутную лампу. Включить ее. 2. Глядя через окуляр зрительной трубы, с помощью визирной линии и микровинта спектроскопа измерить положение всех видимых линий . Значения и занести в табл. 1. 3. По данным табл. 1 построить градуировочный график, . 4. Заменить ртутную лампу на лампу накаливания, спектр испускания которой сплошной. Включить ее. Наблюдать сплошной спектр. 5. Между щелью спектроскопа и лампой установить стеклянную кювету с водным раствором хромпика. Визуально отметить, какие цвета спектра поглощаются хромпиком. 6. Совместить визирную линию с краем полосы поглощения (со стороны длинных волн). Записать показания микровинта спектроскопа . Измерения повторить пять раз. Результаты измерений занести в таблицу 2. 7. По градуировочному графику определить длину волны света , соответствующую краю полосы поглощения . 8. По формуле (2) вычислить постоянную Планка, сравнить с табличным значением. 9. Сделать выводы. Внимание! При работе с ртутной лампой следует оберегать глаза от прямого действия ультрафиолетовых лучей, которые могут вызвать ожог глаз. Запрещается снимать экран с лампы и смотреть в щель лампы. Повторное зажигание лампы возможно после некоторого ее охлаждения. Таблица 1 Цвет линииИнтенсивностьДлина волны, , нм Показания микровинта , мм 1ЖелтаяЯркая5782Желто-зеленаяЯркая54б33еленаяСлабая4714СиняяЯркая4475Фиолетовая (1)Слабая4366Фиолетовая (2)Яркая434 Таблица 2 № п/пПоказания микровинта для края полосы поглощения , мм 12345Среднее
1. Трофимова Т.И. Курс физики. 2. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Курс физики. Содержание Часть 1. ВОЛНОВАЯ ОПТИКА ……………….…………………...3ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5-1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ АБСОЛЮТНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВА С ПОМОЩЬЮ РЕФРАКТОМЕТРА ……………......3ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5-2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИУСА КРИВИЗНЫ ЛИНЗЫ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ …………………………………………………10ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5-3
ИЗУЧЕНИЕ ДИСПЕРСИИ ТВЁРДЫХ ТЕЛ ……………………………….24ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5-5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРА ПРИ ПОМОЩИ САХАРИМЕТРА ………………………………………………….………………29ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5-6 ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ВОЗДУХА ОТ ДАВЛЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОГО РЕФРАКТОМЕТРА ……………………………………………..............36Часть 2. КВАНТОВАЯ ФИЗИКА …………………….……………43ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6-1 ИЗУЧЕНИЕ ВНЕШНЕГО ФОТОЭФФЕКТА ……………………………...43ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6-2 ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ФОТОРЕЗИСТОРА ……………………………...51ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6-3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ РИДБЕРГА ПО СПЕКТРУ АТОМАРНОГО ВОДОРОДА ………………………………………………..............61ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6-4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНОЙ СТЕПЕНИ ЧЕРНОТЫ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПРОВОДНИКА ……….…………………………….69ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6-5 ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ГЕЛИЙ-НЕОНОВОГО ЛАЗЕРА …………….....76ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6-6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ ПЛАНКА ……….……………………..88 Для заметок Учебное издание Федюкина Галина Николаевна Исакова Наталья Петровна
КВАНТОВАЯ ФИЗИКА В авторской редакции Подписано в печать 11.05.2010. Формат 60х90 1/16. Усл. печ. л. 6,0. Тираж 300 экз. Заказ № 151.
«Тюменский государственный нефтегазовый университет». 625000, Тюмень, ул. Володарского, 38. Отдел оперативной полиграфии издательства. 625039, Тюмень, ул. Киевская, 52. |
Похожие:
 | Учебное пособие по английскому языку для студентов заочного обучения экономических специальностей |  | Учебное пособие предназначено для студентов заочного отделения, обучающихся по направлению подготовки 43. 03. 03 Гостиничное дело.... |
| Методические указания предназначены для самостоятельного изучения предмета, выполнения контрольной работы и подготовки к экзамену... | | Методическое пособие для выполнения контрольной работы по курсу «Психология и педагогика» составлено старшим преподавателем Л. В.... |
| Учебно-методическое пособие предназначено для студентов очной и заочной форм обучения для всех специальностей, предусматривающих... | | Учебное пособие предназначено для подготовки студентов экономико-управленческих специальностей по программе группового проектного... |
| Ч 15. English Grammar (Term I): Учебное пособие по грамматике английского языка для студентов всех специальностей очной и очно-заочной... | | Учебное пособие предназначено для студентов специальности 270105 Городское строительство и хозяйство, может быть использовано для... |
| Методические рекомендации предназначены для студентов и выпускников всех специальностей очного и заочного обучения, могут использоваться... | | Методические рекомендации предназначены для студентов и выпускников всех специальностей очного и заочного обучения, могут использоваться... |