Экспериментальная часть

Для наблюдения спектра атома водорода и определения его энергетических уровней используется экспериментальная установка, внешний вид которой представлен на рис.2. В ее состав входят наполненная водородом газоразрядная лампа 1 в защитном чехле (спектральная трубка), которая закреплена изолирующими держателями на штативе, источник высокого напряжения 2, дифракционная решетка 3, имеющая 600 штр/мм, измерительная шкала с курсорами 4, измерительная рулетка.

К электродам трубки, расположенным на ее концах, присоединяются провода от источника высокого напряжения, позволяющего подавать напряжение в диапазоне 0 – 10 кВ. В спектральной трубке молекулы водорода при столкновениях друг с другом распадаются на атомы, и поэтому спектр испускаемого электромагнитного излучения соответствует атомарному водороду.

Схема эксперимента показана на рис.3. Непосредственно за трубкой располагается измерительная шкала. Дифракционная решетка устанавливается строго параллельно измерительной шкале на одной высоте со щелью в кожухе спектральной трубки. Расстояние между решеткой и шкалой s устанавливается в пределах от 40 до 50 см.

Рис.2. Экспериментальная установка для исследования спектра атома водорода.
1 – спектральная трубка; 2 – источник высокого напряжения;
3 – дифракционная решетка; 4 – измерительная шкала.

Рис.3. Схема эксперимента.

При падении возбуждаемого в трубке излучения на дифракционную решетку происходит дифракция: для излучения с длиной волны λ максимумы интенсивности наблюдаются для углов дифракции α, определяемых соотношением

, (8)

где – период решетки, – порядок дифракционного максимума.

Слегка затемнив помещение (так, чтобы была различима шкала), следует наблюдать трубку и измерительную шкалу сквозь дифракционную решётку, как это показано на Рис.3. При таких условиях наблюдатель должен увидеть наложение четкой дифракционной картины на измерительную шкалу. Пара линий одного цвета справа и слева от трубки должна быть видна глазу без поворота головы. Это позволяет измерить расстояние между ними 2 l.

Исходя из геометрических построений (рис.3) при имеем

где – расстояние от шкалы до дифракционной решетки, а – половина расстояния между максимумами первого и минус первого порядков для одной и той же длины волны. Подставив в (8), получим выражение для длины волны:

. (9)