小型棱镜摄谱仪拍摄氢原子光谱及其可见光谱波长的计算.doc

小型棱镜摄谱仪拍摄氢原子光谱及其可见光谱波长的计算 化学与化工学院2006级 20061101025 高砚秀一、实验目的 1.掌握小型棱镜摄谱仪的使用方法2.利用小型棱镜摄谱仪拍摄氢原子光谱并分析其光谱特点3.根据拍摄的铁及氢光谱计算出氢可见光谱（巴耳末线系）波长二、实验原理1.氢原子光谱光谱线波长是由产生这种光谱的原子能级结构所决定的，每一种元素都有自己特定的光谱，即原子的标识光谱。J.J.Balmer(巴尔末,1825-1898)发现，在可见光区，氢原子谱线可以由下面公式确定： 式中，n是大于2的整数，是实验常数，称为里德伯(Rydberg)常数。由上式确定的氢谱线为巴尔末线系，当3，4，5，6时，所得的谱线分别标记为、。根据玻尔理论，当原子从高能级跃迁到低能级时，以光子的形式释放能量。氢原子n能级上的能量为（n是正整数），所以光子的波数 式中，=1，2，3，= +1，+2，+3。根据玻尔模型得到里德伯常数的理论值为 代入各常数值计算，RH1.097 373 153 4107m12.横偏向棱镜三棱镜的光谱实验一般在最小偏向角附近进行。由于不同波长的光和不同材料棱镜折射的最小偏向角不同，测量时要先寻找各种波长的光的最小偏向角，为此本实验所用的摄谱仪中采用的是恒偏向角棱镜，其结构如图示。ABD是三棱镜，光线以i角入射，在三棱镜中作一正方形ACEC,同时形成了一个包含在原三棱镜内的四边形ACDE。以AE为对称轴，得到与ACDE对称的四边形ACDE。ABCDE是一五边棱镜。入射光在AE面上发生全发射，这样原经HIJ出射的光线现经HIJ出射，。当满足三棱镜的最小偏向角条件时，ii0，所以入射光和折射光偏转角度恒为90。3. 小型棱镜摄谱仪本实验选用小型棱镜摄谱仪，小型棱镜摄谱仪的光路见下图：鼓轮测微目镜从照相底版上无法直接读出各谱线的波长，为了测量某谱线的波长，我们必须在待测谱线的上方或下方并排拍摄一已知波长的光谱，叫做比较光谱，如图所示，比较光谱一般为铁光谱，铁谱通过纯铁电极的电弧放电得到。 拍摄上、下两排比较光谱时，应该选择不同的曝光时间，以得到所有波段都较为清晰的谱线。图44 摄谱仪狭缝前的哈特曼光栏4. 哈特曼光栏拍摄待测谱线与比较谱线时，要注意不要将照相底版盒移动。因为任何微小的移动都会引起两个光谱的相对移动，此时用内插法计算时便失去实际意义。为了保证不移动底版盒就可以并排拍摄两个或两个以上的光谱，在摄谱仪的平行光管的狭缝前面装有一个光栏，叫哈特曼光栏。如图所示，在哈特曼光栏上并排有三个小孔，保持底版盒的位置不动，移动哈特曼光栏让光分别通过不同高度的孔，就可以拍摄底片上不同高度的光谱。通常用中间孔用来拍摄待测光谱，而用上、下两孔拍摄比较光谱。三、实验步骤1.调整光路摄谱仪的内部光路一般已按前面所述的方法调整好，因此只需调节外光路，即调节光源（铁电弧）与透镜L，使光均匀照亮入射狭缝。2.拍摄氢光谱将氢灯放于狭缝前，通过毛玻璃观察谱线，调整氢灯的位置，使观察屏上显示出四条谱线，装好干板，拍摄氢光谱，曝光时间数十秒。3.拍摄比较光谱打开电弧，待其稳定后，打开狭缝前的光门，曝光12秒钟。4.用“线性内插法”测量和计算氢光谱线的波长a 为每一条氢光谱线选定一组合适的比较光谱和两条合适的铁光谱线。b 把在照相底片上位于这些氢光谱线附近的铁光谱与实验室提供的铁光谱图做对比， 根据铁光谱线的相对强度和相对间距等特点，在铁光谱图上找出被选定的铁光谱线并读出其波长值。c 对每根氢光谱线，用阿贝比长仪测出与的值，算出氢光谱、的波长。5.求里德堡常数的值，并与的公认值进行比较。四、数据处理1.确定对应于每根氢光谱线的值和值：首先算出每根氢光谱线的波数的值，然后根据公式，先假设的值，定出对应于各个的的可能值，做曲线，得到截距，由此确定的正确值和各个的值。2. 求里德堡常数的平均值。3. 用