Тема: «Наблюдение сплошного и линейчатого спектров»

Цель работы:

учебная: пронаблюдать сплошной и линейчатый спектры;

профессиональная: выяснить, как осуществляется люминесцентный анализ пищевых продуктов.

Должен знать: понятия: спектр, спектральный анализ, люминесценция; виды спектров, устройство спектроскопа;

уметь:отличать сплошной спектр от линейчатого, наблюдать спектры излучения с помощью призмы и спектроскопа;

Оборудование: спектральные трубки с разными газами; блок питания, прибор для зажигания спектральных трубок; стеклянная пластина со скошенными гранями; спектроскоп, лампа накаливания, лампа дневного света.

Краткая теория:

Все спектры, как показывает опыт, можно разделить на три типа.Непрерывные спектры дают тела находящиеся в твёрдом или жидком состоянии, а также сильно сжатые газы. В спектре нет разрывов, можно видеть сплошную разноцветную полосу. В непрерывном спектре представлены с различной интенсивностью все длины волн. Для получения непрерывного спектра нужно нагреть тело до высокой температуры. Линейчатые спектры дают все вещества в газообразном атомарном состоянии. Каждый из них - это частокол цветных линий различной яркости разделённых широкими тёмными полосами. Обычно для наблюдения линейчатых спектров используется свечение паров вещества в пламени или свечение газового разряда в трубке. Полосатые спектры создаются молекулами не связанными или плохо связанными между собой. Полосатый спектр состоит из отдельных полос, разделённых тёмными промежутками. Для наблюдения молекулярных спектров так же, как и для наблюдения линейчатых спектров, используют сечение паров в пламени или сечение газового разряда.

Порядок выполнения работы:

1. Наблюдение сплошного (непрерывного) спектра:

а) солнечный;

б) от лампы накаливания;

в) от лампы дневного света.

2. Наблюдение линейчатых спектров, зарисовать основные линии:

а) гелий – Не

б) водород – Н

в) криптон – Кг

г) неон – Nе

Основные правила техники безопасности:

1. Аккуратно обращайтесь со стеклянными призмами, не допускайте их падения.

2. Не дотрагивайтесь руками до прибора для зажигания спектральных трубок (там высокое напряжение!).

Контрольные вопросы:

1) Что является причиной электролюминесценции, катодолюминесценции?

2) Что является основным элементом спектрального аппарата?

3) Зависят ли длины волн линейчатого спектра от способа возбуждения атомов?

4) Какие операции нужно проделать с крупицей вещества, чтобы узнать ее химический состав при помощи спектрального анализа?

Лабораторная работа №9

Тема: «Изучение треков заряженных частиц (по готовым фотографиям)»

Цель работы:

учебная: изучить треки заряженных частиц;

профессиональная: познакомиться с методами определения радиоактивности пищевых продуктов.

Должен знать: основные методы регистрации ионизирующих излучение, как зависит длина трека от энергии частицы, толщина трека от скорости частицы;

уметь: определять удельный заряд частицы;

Оборудование: готовые фотографии треков, калька, линейка.

Краткая теория:

При помощи камеры Вильсона наблюдают и фотографируют треки (следы) движущихся заряженных частиц. Трек частицы представляет собой цепочку из микроскопических капелек воды или спирта, образовавшихся вследствие конденсации пересыщенных паров этих жидкостей на ионах. Ионы же образуются в результате взаимодействия заряженной частицы с атомами и молекулами паров и газов, находящихся в камере.

При прочих одинаковых условиях трек толще у той частицы, которая имеет больший заряд. Например, при одинаковых скоростях трек а-частицы толще, чем трек протона и электрона.

Если частицы имеют одинаковые заряды, то трек толще у той, которая имеет меньшую скорость, движется медленнее. Отсюда очевидно, что к концу движения трек частицы толще, чем вначале, так как скорость частицы уменьшается вследствие потери энергии на ионизацию атомов среды.

Если камера Вильсона помещена в магнитное поле, то на движущиеся в ней заряженные частицы действует сила Лоренца, которая равна (для случая, когда скорость частицы перпендикулярна линиям поля): ,

где Ze = q – заряд частицы, V – скорость и В – индукция магнитного поля. Правило левой руки позволяет показать, что сила Лоренца направлена всегда перпендикулярно скорости частицы и, следовательно, является центростремительной силой: ,

где m – масса частицы, R – радиус кривизны ее трека. Отсюда .

Если частица имеет скорость, много меньшую, чем скорость света (т.е. частица не релятивистская), то соотношение между величиной ее кинетической энергии и радиусом кривизны будет:

.

1. Радиус кривизны трека зависит от массы, скорости и заряда частицы. Радиус тем меньше (т.е. отклонение частицы от прямолинейного движения тем больше), чем меньше масса и скорость частицы и чем больше ее заряд. Например, в одном и том же магнитном поле при одинаковых начальных скоростях отклонение электрона будет больше, чем отклонение протона, и на фотографии будет видно, что трек электрона – окружность с меньшим радиусом, чем радиус трека протона. Быстрый электрон отклоняется меньше, чем медленный. Атом гелия, у которого недостает одного электрона, (ион Не⁺) отклонится слабее, чем а-частица, так как при одинаковых массах заряда а-частицы больше, чем заряд однократно ионизированного атома гелия. Из соотношения между энергией частицы и радиусом кривизны трека видно, что отклонение от прямолинейного движения больше в том случае, когда энергия частицы меньше.

2. Так как скорость частицы к концу пробега уменьшается, то уменьшается и радиус кривизны трека (увеличивается отклонение от прямолинейного движения). По изменению радиуса кривизны можно определить направление движения частицы – начало ее движения там, где кривизна трека меньше.

3. Измерив, радиус кривизны трека и зная некоторые другие величины, можно вычислить для частицы отношение ее заряда к массе. Это отношение служит важнейшей характеристикой частицы и позволяет определить, что это за частица, или, как говорят, «идентифицировать» частицу, т.е. установит ее идентичность (отождествление, подобие) известной частице.

Чтобы определить направление вектора индукции магнитного поля, нужно воспользоваться правилом левой руки: четыре вытянутых пальца расположить по направлению движения протона, а отогнутый большой палец – в направлении радиуса кривизны трека (вдоль него направлена сила Лоренца). По положению ладони, в которую должны входить силовые линии, находим их направление, т.е. направление вектора индукции магнитного поля.

Порядок выполнения работы:

1. Определите радиус кривизны трека.

Радиус кривизны трека частицы определяют следующим образом. Наложите на фотографию листок прозрачной бумаги и переведите на нее трек. Начертите, как показано на рисунке, две хорды и восстановите к этим хордам в их серединах перпендикуляры. На пересечении перпендикуляров лежит центр окружности, ее радиус кривизны трека. Например, радиус кривизны на фотографии 3,2 см., а отрезок 0,4 см. на вашем чертеже соответствует истиной длине в 1 см.

0,4 см – 1 см

3,2 см – х

Значит, радиус кривизны трека частицы равен

2. Выполните задание по вариантам.

Вариант I: Отношение заряда частицы III к ее массе (удельный заряд частицы) находят по формуле: , где - удельный заряд протона.

Вариант II: Из формулы: - найдите массу электрона. Энергия электрона связана с его массой соотношением: .

Вариант III: Относительное увеличение массы протока равно отношению его кинетической энергии к энергии покоя - масса покоя протока.

Контрольные вопросы

1. Как направлен вектор магнитной индукции относительно плоскости фотографии треков частиц?

2. Почему радиусы кривизны на разных участках трека одной и той же частицы различны?

3. Каков принцип действия приборов для регистрации элементарных частиц?