利用棱镜小型光谱仪拍摄氢原子光谱并计算其可见光谱波长

1、利用棱镜小型光谱仪拍摄氢原子光谱并计算其可见光谱波长理论原理在一定条件下，物质能发射或吸收光辐射。光辐射是特定波长（波数或频率）范围的电磁辐射。利用一定技术，如色散衍射等，将这些电磁辐射按波长（波数或频率）有序的排列起来就构成了物质的发射或吸收光谱。每一种物质发射或吸收光谱有其固有的特征（波长及强度分布的不同），即是说确定的物质有其确定的光谱。每种原子、分子都有其特征光谱。因此分析其特征光谱，对研究不同原子、分子及其结构有着重大的意义。19世纪下半叶，人们已经了解到线光谱是原子发射的，因而称它为原子光谱，同时也发现原子光谱的谱线不是无规则排列的，而是按照一定的规律组成若干线系。以氢原子光谱为例

2、，人们先后发现它是由巴尔末系、莱曼系、帕邢系、布喇开系和普方德系组成。其所有谱线系可统一用一个简单公式表达：式中：，；，=1.097093是一个实验常数，称为里德伯常量。后来玻尔引入量子概念提出的氢原子模型假说，给出了氢光谱线系规律的理论解释。他提出了三条假定：1.圆周轨道量子化 2.能量量子化 3.氢原子存在基态及激发跃迁。玻尔从经典力学出发，认为氢原子的核外电子稳定在有心库伦力与圆周运动离心力相等的轨道上，但轨道半径不是连续变化的，而是取角动量为h/2的整数倍的值。当电子在两个轨道之间跃迁时会伴随能量变化，以发射或吸收一定频率的电磁波形式，其频率满足h=E。实验原理1.原子受激发后，核外电

3、子由低能级被激发到较高能级上。处于激发态的原子是不稳定的，在电子从比较高的能级跃迁到低能级的过程中，原子释放能量发光，每条谱线对应于从一能级跃迁到另一个能级发射的光子。氢原子的光谱线在可见光区共有条，分别用（红线）、（蓝绿线）、（青线）和（紫线）符号标记。利用高电压激发的氢灯来获得氢的原子光谱。2.用摄谱仪记录氢光谱线。小型棱镜摄谱仪是利用棱镜的色散作用工作的。其光学系统及读谱结构如图示。从光源发出的光经过透镜聚焦在狭缝上，再经准直物镜准直成平行光束射向恒偏向棱镜，由物镜和组成的摄谱物镜，把色散后的光束聚焦成像在测微目镜或成像底板上。图棱镜读（摄）谱仪光学系统聚光镜；狭缝；准直物镜；恒偏向棱镜

4、；出射物镜；读谱物镜；目镜3.由于铁谱丰富，一般用它作为光谱分析的标尺。试验中用哈德曼光阑的上下孔拍铁谱，用中孔拍氢谱，根据谱线的相对位置求其波长。【试验步骤】）调试仪器（）调节日光灯和聚光镜的位置，使光源成像在狭缝上。调节波长刻度鼓轮至43.5，这时从目镜中可观察到蓝线。找到双黄线，调节狭缝宽度，是双黄线宽度小于间距，能明显分开。再调节波长刻度鼓轮至43.5。（2）在导轨上调节氢光谱灯和聚光镜的位置，使符合摄谱要求。（3）目测最佳拍摄位置。在摄谱箱的毛玻璃上看谱，调节暗盒倾斜及出射物镜位置L，使谱线很清晰。最佳位置为（0,L0）2）制定摄谱计划0-100+1L0-1铁 下孔氢 中孔铁 上孔L0铁 下孔氢 中孔铁 上孔L0+1铁 下孔氢 中孔铁 上孔3）摄谱安装底片，依次摄谱，最为关键。4）冲洗及验谱【计算】把待测谱线与已知波长的铁谱线的相对位置测出，利用内插法，可计算出待测谱线的波长。在一条待测谱线附近找出波长分别为和的两条已知波长谱线，因为在相当小的范围内，可以认为两条谱线的波长差与谱线间的距离成正比，所以于是待测谱线波长用内插法测光谱线的波长氢光谱分析表：能级名理论波长(nm)实验波长(nm)相对误差H486.13H434.05H