氢与氘原子光谱实验

1、氢与氘原子光谱实验氢与氘原子光谱实验普通物理普通物理( (近代物理近代物理) )实验实验背景简介 光谱线系的规律与原子结构有内在的联系，因此，原子光谱是研究原子结构的一种重要方法。1885年巴尔末总结了人们对氢光谱的测量结果，发现了氢光谱的规律，提出了著名的巴尔末公式，氢光谱规律的发现为玻尔理论的建立提供了坚实的实验基础。1932年尤里根据里德伯常数随原子核质量不同而变化的规律，对重氢赖曼线系进行摄谱分析，发现氢的同位素氘的存在。通过巴尔末公式求得的里德伯常数是物理学中少数几个最精确的常数之一，成为检验原理论可靠性的标准和测量其它基本物理常数的依据。氢与氘原子光谱实验氢与氘原子光谱实验实验目的

2、实验目的实验仪器实验仪器思考问题思考问题实验原理实验原理实验内容实验内容数据处理数据处理注意事项注意事项实验目的实验目的 1. 了解光栅光谱仪的工作原理，掌握其使用用法； 2. 用光栅光谱仪测量氢（氘）原子光谱巴尔末线系的波长，求里德伯常数。实验仪器 图1 光栅光谱仪系统组成1.光谱仪主机 2.控制箱 3.光源 4.光电倍增管 5. 计算机12345 GM1M2M3M4S1S2S3S* 图2 光栅光谱仪内部光路 S光源； G闪耀光栅； S1狭缝，光线由此入射； M1平面镜，改变光线方向； M2凹面反射镜，具有会聚和准值作用，光线经 M2 入射到光栅 G 上； M3凹面反射镜，具有会聚和准值作用

3、，衍射光经M3入射到M4上； M4平面反射镜，经会聚的衍射光线改变方向， 可在S2狭缝 观察到衍射光； S3出射光狭缝，移去平面镜 M4 ,衍射光线直接会聚在 S3 外侧放置的光电倍增管上。图3 玻尔描述的氢原子光谱实验原理图4 氢原子光谱与电子跃迁 一、闪耀光栅工作原理： 图5 闪耀光栅工作原理0m1m1m a. 平面光栅0m 1m2mb. 闪耀光栅 , 2, 1, 0 ,sinsinkkd二、氢（氘）原子光谱：氢（氘）原子光谱是最简单、最典型的原子光谱。瑞士物理学家巴尔末根据实验结果给出氢原子光谱在可见光区域的经验公式为：式中为氢原子谱线在真空中的波长，H364.56Bnm3,4,5n 可

4、见光区域氢光谱谱线称为巴尔末线系，其分布规律为：221112HRn（）2:24HnBn是实验常数，称为里德伯(Rydberg)常数。 HR 由上式确定的氢谱线为巴尔末线系，当n3，4，5，6时，所得的谱线分别标记为 、 、 、 。HHHH 根据波尔理论，可得出氢和类氢原子的里德伯常数为：24444223300224411zRe ze zmRmmh ch cMM 其中：M为原子核质量，m为电子质量，e为电子电荷，C为光速，h为普朗克常数， 0为真空介电常数，z为原子序数。当M 时，可得里德 伯常数为： 24423024me zRh c 它的公认值为：110973731.568549Rm。应用到氢

5、和氘为：1HHRRm M1DDRRm M实验内容.测量氢（氘）光谱的谱线，通过“寻峰”求 出巴尔末线系前3-4条谱线的波长。保存谱 图，计算各谱线的里德伯常数，然后求出平 均值。.计算普适里德伯常数，并与推荐值比较，求相对误差。图7 汞光谱线参考波长.熟悉WGD-3型多功能光栅光谱仪的结构、工作原理及软件操作系统。.按如图6软件操作界面，用汞灯对光栅光谱仪进行定标，保存定标前后的谱图。 图6 光谱仪汞灯校准谱线图6 氢原子光谱线656.11nm486.01nm433.93nm410.062nm数据处理 1. 测量氢（氘）原子光谱线； 2. 求里德堡常数。 谱线参考波长 波长测量值 RH值656.11nm486.01nm433.93nm410.062nmchzmeR32044242注意事项 1. 狭缝不得开得过大或关死； 2. 汞灯校准后换氢灯测量要注意缝宽的调节和负高压、增益的调节； 3.关闭光谱仪电源时应先删除USB接口。思考问题1.做汞灯校准和测量氢原子线系波长时，