钠原子光谱理科物理实验报告实验原理数据分析分析讨论

物理试验报告物理试验报告钠原子光谱 试验报告一、 试验目的与试验仪器1、了解钠原子光谱的试验规律以及与原子构造的关系；2、测定钠原子光谱；学会识别同一线系的钠原子光谱线，由波长计算光谱项、量子缺和主量子数，并绘制钠原子能级图；3、依据钠原子双黄线波长差，估算钠原子有效电荷数和内部磁场，加深对自旋轨道耦合的生疏。仪器：WGD-8A型组合式多功能光栅光谱仪，钠光谱灯，汞灯等二、试验原理〔400字以内，试验原理图须用手绘后贴图的方式〕其中n和轨道量子数l有关的修正钠原子光谱有类似于氢原子的规律，但是由于作用于价电子上的电场与点电荷有显著不同，所以光谱项是用有效量子数其中n和轨道量子数l有关的修正nn不是很大时，量子缺的大小主要取决于轨道量子数l，本试验近似认为与n无钠原子光谱线的波数或其中表示下能级的有效量子数，表示上能级的有效量子数。假设固定下能级，而转变上能级，则得到一系列值，构成一个光谱线系。在各它表示电子从上能级其中表示下能级的有效量子数，表示上能级的有效量子数。假设固定下能级，而转变上能级，则得到一系列值，构成一个光谱线系。在各它表示电子从上能级跃迁到下能级放射的光谱线的波数。谱线系中，不变，称为固定项，记作谱线系中，不变，称为固定项，记作。光谱中常用这种符号表示一个线系，并且分别用表示。磁矩相互作用，产生了附加能，磁矩相互作用，产生了附加能，此处取的方向为z方向，由于电子磁矩，故谱线发生分裂，消灭精细构造，此处取的方向为z方向，由于电子磁矩，故谱线发生分裂，消灭精细构造，,从而由此可以估算出原子内部的磁场大小。谱线双层能级的间隔可用波数差表示：其中，为里德伯常数，α为精细构造，z其中，为里德伯常数，α为精细构造，z为原子的有效电荷数，n为主量子数，l为轨道量子数，假设α、 、l、n、和波数差，就可以计算出原子的有效电荷数z。1、把光栅光谱仪上的接收方式选择开关扳到光电倍增管位置，接通光栅光谱仪电源，接通500-800V之间，在掌握计算机上启动WGD-8A型软件。选择“光电倍增管接收2、把汞灯放于入射狭缝处，适当调整入射狭缝宽度和出射狭缝宽度，翻开汞灯电源。3、设置相关参数。4、单程扫描，获得汞的光谱的强度分布曲线，适当调整狭缝宽度和扫描参数，再次扫描，直到获得适宜的光谱曲线。5、修正波长。6、更换钠灯。适当调整狭缝宽度和调整扫描参数，利用单程扫描功能进展扫描。7、猎取抱负的钠原子谱线后，读取数据，记录数据，保存文件，打印曲线。四、数据处理计算双线的平均波长及对应波数：序号1/nm2/nm所属线系15S-3P615.49614.82锐线系23P-3S589.16588.6主线系34D-3P568.42567.81漫线系46S-3P515.9515.01锐线系55D-3P498.11497.65漫线系67S-3P475.13474.61锐线系76D-3P466.72466.36漫线系结果汇总如下表序号1/nm2/nm波长平均值/nm 波数/ 所属线n系1615.49614.82615.1616256.07锐线系52589.16588.6588.8816981.39主线系33568.42567.81568.1217602.07漫线系44515.9515.01515.4619400.34锐线系65498.11497.65497.8820235.16漫线系56475.13474.61474.8721058.39锐线系77466.72466.36466.5421434.39漫线系61、计算量子缺、锐线系1、计算量子缺1、4、6谱线属于锐线系相邻的三条谱线，可分为两组计算出两个量子缺，求平均值作为该线系的量子缺。、漫线系量子缺2、求固定项3、5、7谱线属于漫线系相邻的三条谱线，可分为两组计算出两个量子缺，求平均值作为该线系的量子缺。2、求固定项、锐线系1、4、6谱线属于锐线系相邻的三条谱线，可分为两组计算出锐线系的两个固定项，求平均值作为该线系的固定项。、漫线系3、5、7谱线属于漫线系相邻的三条谱线，可分为两组计算出漫线系的两个固定项，求平均值作为该线系的固定项。3、绘制钠原子/氢原子能级图4、计算原子实有效电荷和内部磁场五、分析争论验证强度和定理：1、主线系：主线系上能级是双重，下能级是单重，依据强度和定则得：从图中看得出主线系谱线双黄线符合的很好。2、锐线系：锐线系上能级是单重，下能级是双重，由强度和定则得：漫线系上下能级均为双重，理论上谱线为三条，其中和谱线很难分开，所以5S-3P谱线符合得不好，另外两条谱线符合得很好。漫线系上下能级均为双重，理论上谱线为三条，其中和谱线很难分开，所以合成一条谱线，依据强度和定则，漫线系的两条谱线强度比为1：2。从谱线图可以看出与试验符合得很好。以漫线系数据为例利用Excel单变量求解快速求得量子缺1、输入线系各谱线的波长、主量子数等数据，并计算平均波长和波数。2H2H3=HH4单元格。在G2单元格输入“=F2+109737.31/〔I2-H2〕^2”,得固定项初值，复制此式至G3:G4。在J3=ABS(G2-G3〔初值。选定J3J3$H$，确定后得到漫线系量子缺。繁琐。而迭代法需要对迭代次数和误差进展必要的预设值。锐线系量子缺六、试验结论锐线系量子缺漫线系量