Электрический ток в металлах Астрономия квантовая механика электромагнитная индукция Магнитные моменты атомов Особенности структуры электронных уровней в сложных атомах

Учебник физики Примеры решения задач и лабораторных работ

Закон сохранения электрического заряда. Электрическое поле. Основные характеристики электростатического поля — напряженность и потенциал поля. Напряженность как градиент потенциала. Поток вектора напряженности. Теорема Остроградского — Гаусса и ее при менение к расчету поля. Электрическое поле в веществе. Свободные и связанные заряды в диэлектриках. Электронная и ориентационная поляризации. Поляризованность. Теорема Остроградского — Гаусса для электрического поля в диэлектрике. Электрическое смещение. Диэлектрическая проницаемость среды. Сегнетоэлектрики.

Лабораторная работа № 316

Исследование спектра атомов ртути с помощью стилометра СТ-7

Стилометр представляет собой спектроскоп особой конструкции и предназначен для экспрессного качественного и количественного анализа состава сплавов металлов методом спектрального анализа. С его помощью можно в течение нескольких минут определить количественное содержание добавок в легированных сталях и в цветных металлах. Спектральный анализ более точен и более эффективен, чем химические методы. Другим значительный преиму­ществом стилометра является почти полное отсутствие повреждений пробы при анализах. Это позволяет производить контроль проб во время плавки стали, а также готовых изделий и полуфабрикатов. Стилометр - спектральный прибор высокой чувствительности, большой дисперсии и разрешающей способности, давший возможность находить близко расположенные друг к другу спектральные линии.

Общий принцип действия прибора дан в описании лабораторной работы N 315. Основные части оптической схемы общие для всех спектроскопов: коллиматор, дающий параллель­ный узкий пучок света; диспергирующая система призм, разлагающая пучок света в спектр; фокусирующая система зрительной трубы (Рис.13).

 

 Рис. 13. Оптическая схема СТ-7

Свет от источника света (рис. 13) концентрируется конденсо­ром 1 на щель 2. Пройдя призму 3, световой пучок попадает на коллиматорный объектив 4 и далее разлагается в спектр блоком диспергиру­ющих призм 5, 6, 7. Действительное изображение спектра фокусируется объективом 8 зрительной трубы в плоскости, пересекающей гипотенузную грань призмы 10 (этот объектив закреплен неподвижно). Призма 9 по­ворачивает луч на 180°, причем луч выходит из призмы выше входящего луча. Таким образом, этот луч проходит выше объектива 8 и дисперги­рующей призмы 7 и попадает на призму 10. Назначение призм 10 и 11 состоит в том, чтобы разделить спектр на две части. Небольшой участок спектра призма 10 направляет на фо­тометрический клин 12 и призму 14, а оставшуюся часть спектра про­пускает на призму 11, которая направляет ее на фотометрический клин 13 и призму 10. Затем оба участка спектра фокусируются в поле зре­ния окуляра с помощью оборачивающих систем 15, 16 и 19,20. Призмы 21 и 22 направляют свет вдоль оптической оси окуляра 23, который дает увеличенное мнимое изображение спектра, наблюдаемое глазом.

Стилометр состоит иа корпуса 1 (рис. 14)), основания 2, механиз­ма щели и проекционной насадки 3. Спектр наблюдается в окуляр, при­чем одновременно можно наблюдать большие (200 - 300 Ангстрем) участки ви­димого спектра. Приведение в поле зрения нужного участке опектра осуществляется поворотом блока диспергирующих прием 5, 6, 7 (рис. 14).

 

 

 Рис. 14. Внешний вид СТ-7

 

Вращение пластинки с призмами осуществляется посредством маховичка 4 (Рис.14), находящегося с правой стороны стилометра. Весь спектр просматривается за пять оборотов маховичка. Вращать его нужно ос­торожно, избегая резких движений при подходе к крайним делениям шкалы, чтобы не сбить градуировку прибора. Резкость изображения спектра достигается объективом 4 (см. Рис.13), который перемешает­ся маховичком 5 (см. Рис. 14). Источником света служит ртутная лам­пе ПРК-4. Внутри ее кварцевого корпуса происходит электрический разряд в парах ртути. При этом возбужденные атомы ртути отдает свою энергию в виде световых квантов.

5.2. Порядок выполнения работы 316.

1.В присутствии преподавателя включить систему питания ртутной лам­пы в сеть напряжением 220 В. Если лампа не загорелась, на мгновение нажать кнопку "пуск" 9 (см.Рис.14), Если лампа снова не загорелась, повторить кратковременное нажатие кнопки до загорания лампы.

2. Для предварительного ознакомления со спектром ртутной лампы просмотреть всю область видимого спектра вращением маховичка 4 и за­помнить яркие линии, положение которых необходимо определить. Ра­бочий диапазон прибора от 1,00 до 5,00 делений шкалы барабана ма­ховичка 4.

3. Подвести маховичком в вертикальную прямоугольную рамку (видимую, в середине поля зрения) зеленую спектральную линию и фокусировать ее окуляром 10, поворачивая рифленое кольцо. При дальнейшей работе окуляр не передвигать!

4. Фокусировать зеленую линию спектра коллиматорным объективом, врашая маховичок 5. При переходе от одних участков спектра к другим необходимо подправлять фокусировку спектральных линий объективом, но не окуляром.

5. Если в прямоугольной рамке или сбоку от этой рамки будут видны черные провалы, то необходимо поворачивать маховичок 11 до тех пор, пока вся рамка не будет четко видна без темных провалов.

6. Барабан 4 поставить в такое положение, чтобы отсчет по микромет­рической шкале был 1,00.

7. Передвигая опектральные линии слева направо, произвести отсчеты положения самых ярких линий ртути в каждой части спектра (см. таблицу). Отсчет производить в тот момент, когда линия пройдет левую границу прямоугольной вертикальной рамки и увеличится в размерах по высоте.

8. Результаты занести в таблицу.

9. Выключить установку.

10. По грдуировочному графику (см. на лабораторном столе) определить длины волн линий спектра и сравнить их с взятыми из каталога спектров читых веществ.

 Таблица результатов

Цвет линий

Деления по барабану

Длины волн, определенные по графику

Длины волн, по каталогу

Красный

6234

Красно-оранжевый

6123, 6073

Желтый

5791, 5770

Зеленый

5451, 4916, 4900

Синий

4358, 4347, 4339

Фиолетовый

4108, 4078, 4047

6. Контрольные вопросы к работам 315, 316

1. Объясните схему прибора?

2. Каково назначение и принцип действия стилоскопа?

3. В чем заключается явление дисперсии света?

4. В чем заключается закон преломления света и как он используется в приборе?

5. Зачем в приборе используют несколько призм?

6. Почему в приборе наблюдаются линии, а не какие либо другие изображения?

7. Какие спектры вы анаете? Какова их природа?

8. Раскажите про строение атома водорода и теорию излучения по Бору.

9. Объясните формулу Бальмера-Ритца.

10. Разъясните смысл постулатов Бора. Как с их помовьв объясняется линейчатый спектр атома водорода? 

11. Какие серии спектральных линий наблюдаются для атома водорода?

12. Раскажите про строение атома водорода и теорию излучения согласно квантовой механики.

13. Почему для описания движения электрона в атоме необходимо исполь­зовать волновую функцию? Каким требованиям должна удовлетворять пси-функция? .

14. Чем отличается квантовомеханическая модель атома от строения атома ио Бору?

15. Что такое "собственная функция”? Что характеризуют квантовые числа (главное, орбитальное, магнитное)?

Какие значения могут принимать квантовые числа?

16. Что такое "спин электрона"?

17. Почему для нахождения пси-функций используют стационарное уравне­ние Шредингера?

  18. Чем определяется форма, размеры и ориентация электронного облака в атоме водорода?

  19. Объясните линейчатый спектр атома водорода в рамках квантово-механической модели. Поясните правила отбора.

20. Раскажите про строение многоэлектронных атомов и про особенности излучения ими электромагнитного излучения.

 21. Какие среды испускают линейчатый, сплошной, полосатый спектр?

22. Каково назначение методов спектрального анализа вещества?

42.Однородное электрическое  поле напряженностью 20 кВ/м и однородное магнитное напряженностью 3200 А/м взаимно  перпендикулярны. В этих полях прямолинейно движется электрон. Определить скорость электрона.

43. Индуктивность колебательного контура 5 мкГн. Он настро ен на длину волны 100 м. Определить электроемкость контура.

44. Колебательный  контур состоит из катушки, имеющей 10 витков на 1 см и объем 30 см3, и плоского конденсатора, расстоя ние между обкладками которого 0,5 см. Площадь обкладок по 15 см2. Диэлектриком служит воздух. На какую длину волны бу дет резонировать этот контур?

45. Какова наименьшая толщина мыльной пленки, если при на блюдении под углом 30° к поверхности мыльной пленки в отражен ном свете она окрашивается в фиолетовый цвет? Длина волны па дающего света λ = 0,4мкм.

46. На дифракционную решетку, имеющую 500 штрихов на 1 мм, падает свет с длиной волны 600 нм. Определить наибольший порядок спектра, который можно получить данной решеткой.

47. Угол между спектрами вторых порядков равен 36°. Опре делить длину волны света, падающего на дифракционную решетку с=4 мкм.

48. Найти угол полной поляризации  при отражении от черно го зеркала. Показатель преломления его n =1,327.

49. Под каким углом к горизонту должно находиться Солнце, чтобы поляризация солнечного света, отраженного от поверхности воды, была максимальной?

50. Определить показатель преломления стекла, если при отра жении света от этого стекла отраженный свет будет полностью по ляризован при угле преломления 30°.

51. Во сколько  раз уменьшится интенсивность естественного света при прохождении его через два николя, плоскости поляриза ции которых составляют 60°?

52. Красная граница  фотоэффекта для некоторого металла 0,66 мкм. Металл освещается светом, длина волны  которого 0,4 мкм. Определить максимальную скорость электронов, выбиваемых светом из металла.

53. Фотон с энергией 0,500 МэВ рассеялся на свободном элек троне под углом 60°. Найти энергию рассеянного фотона, кине тическую энергию и  импульс отдачи. Считать, что кинетической энергией электрона до соударения можно пренебречь.

 54. Определить массу и импульс фотона, энергия которого равна  10 кэВ.

55. Энергия электрона возбужденного атома водорода 0,85 эВ. Вычислить длину волны де Бройля для электрона.

56. Определить частоту света, излучаемого двукратно ионизи рованным атомом лития при переходе электрона на уровень с глав ным квантовым числом 2, если радиус орбиты электрона изменил ся в 9 раз.

57. Вычислить дефект массы и энергию связи ядра  .

Поле внутри проводника и у его поверхности. Распределение зарядов в проводнике. Электроемкость уединенного проводника. Кон денсаторы. Энергия заряженного уединенного проводника, конденса тора. Энергия электростатического  поля. Объемная плотность энергии. Постоянный электрический ток, его характеристики и условия существования. Классическая электронная теория электропроводно сти металлов.  Вывод закона Ома в дифференциальной форме из электронных представлений. Обобщенный закон Ома в интегральной форме. Разность потенциалов, электродвижущая сила, напряжение. Границы применимости закона Ома. Ток в газах. Плазма. Дебаевский радиус экранирования. Работа выхода электронов из металла. Термоэлектронная эмиссия.
Теория Максвелла для электромагнитного поля