Лабораторная работа "Наблюдение сплошного и линейчатого спектров излучения" 11 класс

Лабораторная работа.

Наблюдение сплошного и линейчатого спектров излучения.

Цель работы: сформировать представление о различных видах спектров излучения светящихся тел, о зависимости вида спектра излучения тела от его агрегатного состояния.

Оборудование: рейка с брусками, упор, лампа накаливания на подставке, лампа неоновая на подставке, экран со щелью и шкалой, два соединительных провода, комплект дифракционных решеток в слайд-рамке, источник тока типа ВС-4,5.

Теоретический материал.

Из теории Бора следует, что излучение электромагнитных волн происходит при переходе атома из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией. Частота излучаемой волны напрямую зависит от разности энергий этих состояний. Электромагнитные волны оптического диапазона имеют частоты порядка 10¹⁶ Гц. Чтобы вещество могло «светиться», то есть испускать электромагнитные волны, воспринимаемые глазом человека как свет, его атомам необходимо сообщить определенный запас энергии.

Передать энергию атому можно различными способами. Энергия атомов возрастает при нагревании вещества. С повышением температуры увеличивается средняя скорость хаотического движения его частиц. В результате столкновений друг с другом им и передается дополнительная энергия, которая может быть впоследствии израсходована атомом на излучение. Причем чем выше температура вещества, тем больший запас энергии может получить атом и тем с большей частотой он сможет испускать волну. Этим объясняется тот факт, что при постоянном нагревании нити лампы накаливания она начинает светиться вначале красноватым светом, но по мере прогрева к красному цвету добавляются цвета соответствующие более высоким частотам. Ее цвет постепенно желтеет, затем становится белым. Известно, что в белом свете присутствуют электромагнитные волны всех частот видимого спектра.

Увеличить запас энергии атомов вещества можно также пропуская через него электрический заряд (благодаря этому светятся газы, например, при тлеющем или искровом разряде), за счет энергии химических реакций, облучая вещество электромагнитными волнами (явление люминесценции) и другими способами.

Атом каждого химического элемента имеет свой строго определенный набор энергетических состояний или уровней, в которых он может находиться. Поэтому переходя из одного состояния в другое он может испускать электромагнитные волны строго определенных частот.

Спектры, состоящие из отдельных линий называют линейчатыми. Такие спектры дают вещества находящиеся в газообразном состоянии. Газ должен быть разрежен и состоять из отдельных атомов вещества. В этом случае атомы практически не взаимодействуют друг с другом и в состоянии излучать только те частоты, которые свойственны данному химическому элементу. Для получения линейчатых спектров используют, как правило, свечение газового разряда или раскаленных паров.

В излучении веществ, атомы которых сильно взаимодействуют друг с другом, присутствуют все частоты оптического диапазона. Спектр такого излучения представляет собой цветную радужную полоску, где цвета плавно переходят от красного к фиолетовому и называют непрерывным. Непрерывные спектры дают сильно сжатые газы, раскаленные жидкости и твердые тела, а также высокотемпературная плазма.

Для изучения спектров применяют специальные приборы – спектроскопы и спектрографы. С помощью спектроскопа осуществляют визуальные исследования спектрального состава света. Спектрограф служит для фотографирования спектров. В зависимости от конструкции приборов разложение света на спектральные составляющие происходит в них либо с помощью призмы, либо дифракционной решеткой. Призма дает неравномерный спектр: он сжат в длинноволновой части и растянут в коротковолновой. Дифракционный спектр равномерный. В данной лабораторной работе спектры получают с помощью дифракционной решетки.

Ход работы.

Лампа накаливания.

1. Наблюдая спектр, определите, из каких основных цветов он состоит, в какой последовательности эти цвета чередуются в спектре. Ответьте на вопрос: почему наблюдаемый спектр называют непрерывным или сплошным? Укажите, какое физическое тело, и в каком состоянии является источник света, спектр которого вы наблюдали.

2. Пронаблюдайте спектры второго и последующих порядков через дифракционные решетки с меньшим числом штрихов и дайте объяснения полученным результатам.

3. Зарисуйте в тетради вид спектра лампы накаливания, соблюдая последовательность расположения основных цветов. Сравните полученный спектр со спектром солнечного света.

Для неоновой лампы выполнить п.п.1-3

Дополнительное задание. Определите границы спектральной чувствительности глаза человека. Для этого определите длины волн крайних участков спектра красной и фиолетовой областей непрерывного спектра.