用光学多道分析器研究氢原子光谱

1、用光学多道分析器研究氢原子光谱俞维民（物理科学与技术学院物理学基地班学号：2008301020001）摘要：使用光学多道分析器测定氢原子巴尔末系中HHHH波长，并利用所测的波长拟合计算出氢原子的里德伯常量。关键词：光学多道分析器，氢原子光谱，巴尔末系，里德伯常量THESTUDYOFHYDROGENATOMICSPECTRUMWITHOPTICALMULTICHANNELANALYZERAbstract:ByusingtheOMA,thisarticlewillmeasureoutthewavelengthofHHHHintheBalmerspectrum,andworkouttheRydber

2、gconstantofhydrogenatombyusingthewavelengthabove.Keywords:OpticalMultichannelAnalyzer,Hydrogenatomspectrum,Balmerspectrum,Rydbergconstant1.引言：下图为氢原子的能级图.根据玻尔理论，氢原子的能级公式为：4则=-2£("13$)附凤丁(34-1)式中称为约化质量，me为电子质量，M为原子核质量.氢原子的等于1836.15。工1号工1?-18-激发态可见比诺 巴尔末系hv为两能级间的能量差红外范围 可见光范圉 紫外范围 能 ，> >

3、; J1LI Jx izr- 700虹&0o500绿蓝品 - - 电子从高能级跃迁到低能级时，发射的光子能量ft r =n I m)n如以波数仃=¥工表示,则上式为he= rini-rM = Rfij_2/ 投1式中RH称为氢原子的里德伯常数, RH可得氢原子各能级的能量单位是m1,T（n）称为光谱项，它与能级E（n）是对应的.£(/?)Rjjch-15式中h=4.1356710eVs,c_8-12.99792 10 msg 二 R这就是1885年巴耳末发现并总结的经验规律，称为巴耳末系.2.实验原理：由于H 线波长为656.28nm, H 波长为410.17nm,

4、波长间隔246nm超过CCD-帧159nm范围，无法在同屏中观察到，故需分两次观察测量。第一次测量H H H三条线，第二次单独测量H 线。第一次测量使用汞灯的546.07nm （绿光）、435.84nm （蓝光）、404.66nm （紫光）三条谱线作为标准谱线手动定标；第二次用汞灯的546.07nm （绿光）、576.96nm （黄光）、579.07nm （黄光）及三条紫外光的二级光谱线312.567 X 2=625.13nm、313.17 X 2=626.34nm、334.17 X 2=668.34nm 来定标。3.实验步骤：1）将多色仪起始波长调到 390nm,入射狭缝S1宽度调为约0.1

5、mm,调节时注意不要将狭缝调得过窄以致难以将狭缝分开。2）以笔形汞灯作为光源，调节 L、S与多色 仪共轴，并令光源S成大像于入射狭缝处。此时在多色仪的观察屏上可观察到清 晰明亮的水银谱线。图34-3 OUL充路国U机景物 »«见3） 转动M 4使光谱照到CCDlh,在软件界面上观察谱线图像，若谱线无明显峰值，则应继续调节L、S与多色仪相对位置直至出现明显峰值，调节入射狭缝，使谱线变锐，设置合适的曝光时间、平均次数、累加次数、最大最小值，截图获得清晰尖锐的光谱图。从能级图可知，从m3至n2的跃迁.光子波长位于可见光区.其光谱符合规律4）选择线性定标，用汞灯的三条标准光谱线手动

6、定标，使横坐标表示波长（nnm。事切同3J手堀逮1rnits-： 中心性长巫*，京和工贰此吸点'Ji? Hu 亲垃'ria r麻血皿1:fief密 U。景小3XD! *4 r * r 地图亨危诗芸.3J手由JI KcTlt IiJL 一"u u .u Q I Au- IL .3 事 6.3z后8凶四H8国四四口口齐q黑 DQ.QQ HLDO HO«5 g B m fl.Ki GW 01 I10JSUQ DD曰正戏包M瓦R-回气邪口便图网第一次定标（线性定标）5）改用氢灯，转动M4,使谱线成像在观察屏P上，调节氢灯的位置，使谱线强度最强1 rrnif-L，.1

7、 啪3| WiSa卡诙噌遭f J-45J! |卷洲H*. OCe二M大后白：糖£ a.S?值：1券IDWK 肛*Hq事方7rj5Mx网XKMHSM Mol因凶国区因凶K区总 醴口 m mhmm2Eh ?氢光灯HHH三条线对应图中1,2,3号谱线6）转动M4使光谱照到CCDk,将中心波长设定为460nm在软件界面上观察谱线图像，若谱线无明显峰值，则应继续调节L、S与多色仪相对位置直至出现明显峰值，在定标后的图上使用寻峰功能找到HHH三条线对应波长记录下7）将多色仪起始波长设定为650nm,选择二次定标，用汞灯的三条标准谱线和紫外光的三条二级谱线手动定标，使横坐标表示波长（nmi)。3

8、MM.当'1 ' I7 .36,L-tfT 1H 曲优士:中心电i方式产iql神海g5凶凶8(3区08闰凶 岫0888四laaHaH m !_!匚 )口 O'lBK 1.| KECi Kmh M 极K疗"| 科明I.rlHam Barm EjH D顿口 l?d1 0tjt-c.他 LiL U第二次定标（二次定标）8）改用氢灯，转动M4,使谱线成像在观察屏P上，调节氢灯的位置，使谱线强度最强拶第世Hl，|，？口切H4工-a工C中力不梯£右彝T4W*田WtfS-L«Ui£lB鼻叩初幅3 |也由乳10工喟口 Ma电而式=：&.：

9、* rm*也 9蚪i.口j牙再冒耐量小修d5日凶凶凶凶凶凶凶国因 区区区区S国区X 出口口口匚口 ff'N< IIh>> (I：图中即为H谱线对应波长9)转动M4使光谱照到CCDk,在软件界面上观察谱线图像，若谱线无明显峰值，则应继续调节L、S与多色仪相对位置直至出现明显峰值，在定标后的图上使用寻峰功能找到H谱线对应波长记录4.实验数据记录如下HHHHm3456/nm656.70485.91436.22408.90/m11.5231062.0581062.2921062.446106117/4m0.1390.1880.2100.22211以为纵坐标-一2为横坐标经过Origin拟合后4mBLinear Fit of B2.5B2.00.150.180.21AirrterceptSlopeStat