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目的：ＣＤ（コンパクトディスク）ＬＤ（レーザーディスク）による光の回折

　　　現象を利用して、水素原子のスペクトルの波長を測定する。

　

準備：Ｎａ放電管、Ｈ放電管、放電管用電源装置（または誘導コイル）、ＣＤ

　　　（またはＬＤ）放電管用スタンド、鉄製スタンド、リード線、巻き尺、

　　　セロテープ、紙片、はさみ

　

　　　　　　　　　　 原理： ＣＤは、円周方向に平行スリットをもつ反射型の

　　　　回折格子に相当する。図のように放電管に垂直に

　　　　入射した光のうちθ方向に進む光は、ＣＤ上の小

　　　　さな溝（ピットという）の間隔をｄ、光の波長を

　　　　λとしたとき

　

　　　 　　　ｄ・ｓｉｎθ＝ｍλ　

　　　　　　　　　　　（ｍ＝０、１、２・・・）

　

　　　　　　の条件によって明線が観察される。

方法： １．放電管の後方にＣＤをス

　　　　　 タンﾄﾞを使って垂直に立

　　　　　 てる。ＣＤと放電管の距

　　　　　 離は、約１０ｃｍでよい。

　　　 ２．放電管の手前から放電管

　　　　　 とＣＤ上に写っている放

　　　　　 電管の像が重なる位置を

　　　　　 ＣＤ上に見つけてその位

　　　　　 置に△形に切った紙片を

　　　　　 貼り付ける。この点をＰ

　　　　　 とする。

　　　 ３．放電管の手前（約０．５ｍ）から放電管とＣＤを見て放電管とＰ点が

　　　　　 重なって見える位置をＱ点とする。ＰＱ間の距離Ｌを測定する。

　　　 ４．次にＱ点から自分の目の位置をＣＤと放電管を結ぶ直線に垂直に移動

　　　　　 しＰ点の印の場所に線スペクトルが最初に見える位置Ｒ点を探す。

　　　　　 ＱＲ間の距離Ｘを測定する。

　　　　　 このとき、波長λ、角度θの間には

　

　　　　　 ｄ・ｓｉｎθ＝λ

　

　　　　　 の関係が成り立っている。

　　　　　 さらに、Ｌ、Ｘを用いると

　

　

　　　　　となる。

　

結果： �@ Ｎａのスペクトルについて

　

　　　 �A Ｈのスペクトルについて

　

考察：１．結果�@の値から、式（１）によってＣＤ上のピット間の距離ｄを求め

　　　　　なさい。ただし、ＮａのＤ線（黄色）の波長は、５．８９×１０^ー７

　　　　　［ｍ］とする。

　

　

　

　　　２．考察１で求めたｄの値を使って、結果�Aの値からＨα（赤）、Ｈβ

　　　　（青緑）、Ｈγ（青紫）の波長を求めなさい。

　

　

　

感想：

　

　

　

　

資料：　 Ｈのスペクトルについて

　

教師用　　実験　水素原子のスペクトル

　

目的：ＣＤ（コンパクトディスク）ＬＤ（レーザーディスク）による光の回折

　　　現象を利用して、水素原子のスペクトルの波長を測定する。

　

準備：Ｎａ放電管、Ｈ放電管、放電管用電源装置（または誘導コイル）、ＣＤ

　　　（またはＬＤ）放電管用スタンド、鉄製スタンド、リード線、巻き尺、

　　　セロテープ、紙片、はさみ

　

　　　　　　　　　　 原理： ＣＤは、円周方向に平行スリットをもつ反射型の

　　　　回折格子に相当する。図のように放電管に垂直に

　　　　入射した光のうちθ方向に進む光は、ＣＤ上の小

　　　　さな溝（ピットという）の間隔をｄ、光の波長を

　　　　λとしたとき

　

　　　 　　　ｄ・ｓｉｎθ＝ｍλ　

　　　　　　　　　　　（ｍ＝０、１、２・・・）

　

　　　 　　　　　　の条件によって明線が観察される。

方法： １．放電管の後方にＣＤをス

　　　　　 タンﾄﾞを使って垂直に立

　　　　　 てる。ＣＤと放電管の距

　　　　　 離は、約１０ｃｍでよい。

　　　 ２．放電管の手前から放電管

　　　　　 とＣＤ上に写っている放

　　　　　 電管の像が重なる位置を

　　　　　 ＣＤ上に見つけてその位

　　　　　 置に△形に切った紙片を

　　　　　 貼り付ける。この点をＰ

　　　　　 とする。

　　　 ３．放電管の手前（約０．５ｍ）から放電管とＣＤを見て放電管とＰ点が

　　　　　 重なって見える位置をＱ点とする。ＰＱ間の距離Ｌを測定する。

　　　 ４．次にＱ点から自分の目の位置をＣＤと放電管を結ぶ直線に垂直に移動

　　　　　 しＰ点の印の場所に線スペクトルが最初に見える位置Ｒ点を探す。

　　　　　 ＱＲ間の距離Ｘを測定する。

　　　　　 このとき、波長λ、角度θの間には

　

　　　　　 ｄ・ｓｉｎθ＝λ

　

　　　　　 の関係が成り立っている。

　　　　　 さらに、Ｌ、Ｘを用いると

　

　

　　　　　となる。

　

結果： �@ Ｎａのスペクトルについて

　

　　　 �A Ｈのスペクトルについて

　

考察：１．結果�@の値から、式（１）によってＣＤ上のピット間の距離ｄを求め

　　　　　なさい。ただし、ＮａのＤ線（黄色）の波長は、５．８９×１０^ー７

　　　　［ｍ］とする。

　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ｄ＝１５．５×１０^−７［ｍ］

　

　　　２．考察１で求めたｄの値を使って、結果�Aの値からＨα（赤）、Ｈβ

　　　　（青緑）、Ｈγ（青紫）の波長を求めなさい。

　

　　　　　Ｈα・・６．２３　 Ｈβ・・４．９５　 Ｈγ・・４．２１

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　単位　×１０^−７［ｍ］

感想：

　

　

　

　

資料：　 Ｈのスペクトルについて

　

　

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