利用棱鏡小型光譜儀拍攝氫原子光譜并計(jì)算其可見(jiàn)光譜波長(zhǎng)

1、利用棱鏡小型光譜儀拍攝氫原子光譜并計(jì)算其可見(jiàn)光譜波長(zhǎng)理論原理在一定條件下，物質(zhì)能發(fā)射或吸收光輻射。光輻射是特定波長(zhǎng)（波數(shù)或頻率）范圍的電磁輻射。利用一定技術(shù)，如色散衍射等，將這些電磁輻射按波長(zhǎng)（波數(shù)或頻率）有序的排列起來(lái)就構(gòu)成了物質(zhì)的發(fā)射或吸收光譜。每一種物質(zhì)發(fā)射或吸收光譜有其固有的特征（波長(zhǎng)及強(qiáng)度分布的不同），即是說(shuō)確定的物質(zhì)有其確定的光譜。每種原子、分子都有其特征光譜。因此分析其特征光譜，對(duì)研究不同原子、分子及其結(jié)構(gòu)有著重大的意義。19世紀(jì)下半葉，人們已經(jīng)了解到線光譜是原子發(fā)射的，因而稱它為原子光譜，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)原子光譜的譜線不是無(wú)規(guī)則排列的，而是按照一定的規(guī)律組成若干線系。以氫原子光譜為例

2、，人們先后發(fā)現(xiàn)它是由巴爾末系、萊曼系、帕邢系、布喇開(kāi)系和普方德系組成。其所有譜線系可統(tǒng)一用一個(gè)簡(jiǎn)單公式表達(dá)：式中：，；，=1.097093是一個(gè)實(shí)驗(yàn)常數(shù)，稱為里德伯常量。后來(lái)玻爾引入量子概念提出的氫原子模型假說(shuō)，給出了氫光譜線系規(guī)律的理論解釋。他提出了三條假定：1.圓周軌道量子化 2.能量量子化 3.氫原子存在基態(tài)及激發(fā)躍遷。玻爾從經(jīng)典力學(xué)出發(fā)，認(rèn)為氫原子的核外電子穩(wěn)定在有心庫(kù)倫力與圓周運(yùn)動(dòng)離心力相等的軌道上，但軌道半徑不是連續(xù)變化的，而是取角動(dòng)量為h/2的整數(shù)倍的值。當(dāng)電子在兩個(gè)軌道之間躍遷時(shí)會(huì)伴隨能量變化，以發(fā)射或吸收一定頻率的電磁波形式，其頻率滿足h=E。實(shí)驗(yàn)原理1.原子受激發(fā)后，核外電

3、子由低能級(jí)被激發(fā)到較高能級(jí)上。處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，在電子從比較高的能級(jí)躍遷到低能級(jí)的過(guò)程中，原子釋放能量發(fā)光，每條譜線對(duì)應(yīng)于從一能級(jí)躍遷到另一個(gè)能級(jí)發(fā)射的光子。氫原子的光譜線在可見(jiàn)光區(qū)共有條，分別用（紅線）、（藍(lán)綠線）、（青線）和（紫線）符號(hào)標(biāo)記。利用高電壓激發(fā)的氫燈來(lái)獲得氫的原子光譜。2.用攝譜儀記錄氫光譜線。小型棱鏡攝譜儀是利用棱鏡的色散作用工作的。其光學(xué)系統(tǒng)及讀譜結(jié)構(gòu)如圖示。從光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)透鏡聚焦在狹縫上，再經(jīng)準(zhǔn)直物鏡準(zhǔn)直成平行光束射向恒偏向棱鏡，由物鏡和組成的攝譜物鏡，把色散后的光束聚焦成像在測(cè)微目鏡或成像底板上。圖棱鏡讀（攝）譜儀光學(xué)系統(tǒng)聚光鏡；狹縫；準(zhǔn)直物鏡；恒偏向棱鏡

4、；出射物鏡；讀譜物鏡；目鏡3.由于鐵譜豐富，一般用它作為光譜分析的標(biāo)尺。試驗(yàn)中用哈德曼光闌的上下孔拍鐵譜，用中孔拍氫譜，根據(jù)譜線的相對(duì)位置求其波長(zhǎng)?！驹囼?yàn)步驟】）調(diào)試儀器（）調(diào)節(jié)日光燈和聚光鏡的位置，使光源成像在狹縫上。調(diào)節(jié)波長(zhǎng)刻度鼓輪至43.5，這時(shí)從目鏡中可觀察到藍(lán)線。找到雙黃線，調(diào)節(jié)狹縫寬度，是雙黃線寬度小于間距，能明顯分開(kāi)。再調(diào)節(jié)波長(zhǎng)刻度鼓輪至43.5。（2）在導(dǎo)軌上調(diào)節(jié)氫光譜燈和聚光鏡的位置，使符合攝譜要求。（3）目測(cè)最佳拍攝位置。在攝譜箱的毛玻璃上看譜，調(diào)節(jié)暗盒傾斜及出射物鏡位置L，使譜線很清晰。最佳位置為（0,L0）2）制定攝譜計(jì)劃0-100+1L0-1鐵 下孔氫 中孔鐵 上孔L0鐵 下孔氫 中孔鐵 上孔L0+1鐵 下孔氫 中孔鐵 上孔3）攝譜安裝底片，依次攝譜，最為關(guān)鍵。4）沖洗及驗(yàn)譜【計(jì)算】把待測(cè)譜線與已知波長(zhǎng)的鐵譜線的相對(duì)位置測(cè)出，利用內(nèi)插法，可計(jì)算出待測(cè)譜線的波長(zhǎng)。在一條待測(cè)譜線附近找出波長(zhǎng)分別為和的兩條已知波長(zhǎng)譜線，因?yàn)樵谙喈?dāng)小的范圍內(nèi)，可以認(rèn)為兩條譜線的波長(zhǎng)差與譜線間的距離成正比，所以于是待測(cè)譜線波長(zhǎng)用內(nèi)插法測(cè)光譜線的波長(zhǎng)氫光譜分析表：能級(jí)名理論波長(zhǎng)(nm)實(shí)驗(yàn)波長(zhǎng)(nm)相對(duì)誤差H486.13H434.05H