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实验氢氘光谱第1页，共12页，2023年，2月20日，星期六提要实验背景和目的实验器件原理思考问题注意事项参考文献第2页，共12页，2023年，2月20日，星期六实验背景和目的1实验背景氢原子光谱在可见光和近紫外区有很多条谱线，构成一个很有规律的系统。在1985年，巴耳末(J.J.Balmer)发现了巴耳末公式。1913年，玻尔（N.Bohr）发展了氢原子理论，玻尔理论对原子内部情况的揭示获得了显著的成功。1914年，玻尔进一步讨论了氢核质量不是无穷大的情况下，氢核和核外电子的相互运动后，氢原子光谱的理论计算结果和实验结果获得了更进一步的一致。这一理论也被用来证实了氢的同位素-氘的存在。在1932年，尤雷（H.C.Urey）获得了氘的光谱，发现理论计算结果和实验结果十分符合，这样就肯定了氘的存在。2实验目的测量氢和氘的光谱线波长，并计算电子质量和质子质量之比。第3页，共12页，2023年，2月20日，星期六实验器件

对平面光栅射谱仪进行了改造，利用CCD替代了原来的银盐干板采集光谱信息，利用计算机软件对数据进行采集和处理，具有实时性。体现了利用现代技术对传统实验的改造。第4页，共12页，2023年，2月20日，星期六实验系统DCO1O3SO2MGP图3-3-1WPG-100型平面光栅光谱仪光路图第5页，共12页，2023年，2月20日，星期六计算公式不考虑原子核运动的情况下，氢和类氢原子的巴耳末线系对应的光谱线波数为：其中为电子质量，为电子电荷，为普朗克常数，为真空介电常数，为光速，为原子序数，

第6页，共12页，2023年，2月20日，星期六计算公式此时类氢原子的里德伯常数可写成：表示原子核质量为无穷大时的值。严格说来，在类氢原子问题中，我们应当考虑核的运动，也就是说应当考虑两个粒子（电子和核）在库仑相互作用下的两体运动问题。第7页，共12页，2023年，2月20日，星期六里德伯常数应进一步表示为：氢和氘的里德伯常数和

第8页，共12页，2023年，2月20日，星期六对于氢和氘的巴耳末线系对应的同一条谱线，它们的波长差可以通过下式得到：

为质子质量

第9页，共12页，2023年，2月20日，星期六是和由上式可知，只要从实验中测得氢和氘二对应波长，即可由和算出电子质量和质子质量之比。中的任一个。第10页，共12页，2023年，2月20日，星期六数据处理abλ1λxλ2用“内插法”求未知波长示意图第11页，共12页，2023年，2月20日，星期六思考题:氢的同位素

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