氫與氘原子光譜實驗

氫與氘原子光譜實驗普通物理(近代物理)實驗背景簡介光譜線系的規(guī)律與原子結構有內在的聯(lián)系，因此，原子光譜是研究原子結構的一種重要方法。1885年巴爾末總結了人們對氫光譜的測量結果，發(fā)現(xiàn)了氫光譜的規(guī)律，提出了著名的巴爾末公式，氫光譜規(guī)律的發(fā)現(xiàn)為玻爾理論的建立提供了堅實的實驗基礎。1932年尤里根據(jù)里德伯常數(shù)隨原子核質量不同而變化的規(guī)律，對重氫賴曼線系進行攝譜分析，發(fā)現(xiàn)氫的同位素——氘的存在。通過巴爾末公式求得的里德伯常數(shù)是物理學中少數(shù)幾個最精確的常數(shù)之一，成為檢驗原理論可靠性的標準和測量其它基本物理常數(shù)的依據(jù)。氫與氘原子光譜實驗實驗目的實驗儀器思考問題實驗原理實驗內容數(shù)據(jù)處理注意事項實驗目的

1.了解光柵光譜儀的工作原理，掌握其使用用法；

2.用光柵光譜儀測量氫（氘）原子光譜巴爾末線系的波長，求里德伯常數(shù)。實驗儀器圖1光柵光譜儀系統(tǒng)組成1.光譜儀主機2.控制箱

3.光源4.光電倍增管5.計算機12345

GM1M2M3M4S1S2S3S

圖2光柵光譜儀內部光路

S—光源；

G—閃耀光柵；

S1—狹縫，光線由此入射；

M1—平面鏡，改變光線方向；

M2—凹面反射鏡，具有會聚和準值作用，光線經(jīng)M2入射到光柵G上；

M3—凹面反射鏡，具有會聚和準值作用，衍射光經(jīng)M3入射到M4上；

M4—平面反射鏡，經(jīng)會聚的衍射光線改變方向，可在S2狹縫觀察到衍射光；

S3—出射光狹縫，移去平面鏡M4,衍射光線直接會聚在S3外側放置的光電倍增管上。圖3玻爾描述的氫原子光譜實驗原理圖4氫原子光譜與電子躍遷一、閃耀光柵工作原理：

圖5閃耀光柵工作原理a.平面光柵b.閃耀光柵

二、氫（氘）原子光譜：

氫（氘）原子光譜是最簡單、最典型的原子光譜。瑞士物理學家巴爾末根據(jù)實驗結果給出氫原子光譜在可見光區(qū)域的經(jīng)驗公式為：式中為氫原子譜線在真空中的波長，

可見光區(qū)域氫光譜譜線稱為巴爾末線系，其分布規(guī)律為：是實驗常數(shù)，稱為里德伯(Rydberg)常數(shù)。

由上式確定的氫譜線為巴爾末線系，當n＝3，4，5，6時，所得的譜線分別標記為、、、。根據(jù)波爾理論，可得出氫和類氫原子的里德伯常數(shù)為：其中：M為原子核質量，m為電子質量，e為電子電荷，C為光速，h為普朗克常數(shù)，為真空介電常數(shù)，z為原子序數(shù)。當時，可得里德

伯常數(shù)為：

它的公認值為：。應用到氫和氘為：實驗內容３.測量氫（氘）光譜的譜線，通過“尋峰”求出巴爾末線系前3-4條譜線的波長。保存譜圖，計算各譜線的里德伯常數(shù)，然后求出平均值。４.計算普適里德伯常數(shù)，并與推薦值比較，求相對誤差。圖7汞光譜線參考波長１.熟悉WGD-3型多功能光柵光譜儀的結構、工作原理及軟件操作系統(tǒng)。２.按如圖6軟件操作界面，用汞燈對光柵光譜儀進行定標，保存定標前后的譜圖。

圖6光譜儀汞燈校準譜線圖6氫原子光譜線α656.11nmβ486.01nmγ433.93nmδ410.062nm數(shù)據(jù)處理

1.

測量氫（氘）原子光譜線；

2.

求里德堡常數(shù)。

譜線參考波長波長測量值

RH值α656.11nmβ486.01nmγ433.93nmδ410.062nm注意事項

1.狹縫不得開得過大或關死；

2.汞燈校準后換氫燈測量要注意縫寬的調節(jié)和負高壓、增益的調節(jié)；

3.關閉光譜儀電源時應先刪除USB接口。思考問題1.做汞燈校準和測量氫原子線系波長時，有時只