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1、用光学多道分析器研究氢原子光谱俞维民（物理科学与技术学院物理学基地班 学号：2008301020001）摘要：使用光学多道分析器测定氢原子巴尔末系中 波长，并利用所测的波长H拟合计算出氢原子的里德伯常量。关键词：光学多道分析器，氢原子光谱，巴尔末系，里德伯常量THE STUDY OF HYDROGEN ATOMIC SPECTRUM WITH OPTICAL MULTICHANNEL ANALYZERAbstract: By using the OMA, this article will measure out the wavelength of in the Balmer spectrum
2、, and work out the Rydberg constant of Hhydrogen atom by using the wavelength above.Keywords: Optical Multichannel Analyzer, Hydrogen atom spectrum, Balmer spectrum, Rydberg constant1. 引言：下图为氢原子的能级图根据玻尔理论，氢原子的能级公式为：（34-1）式中称为约化质量，m e为电子质量，M 为原子核质量氢原子的等于 1836.15。电子从高能级跃迁到低能级时，发射的光子能量 h 为两能级间的能量差如以波数
3、表示，则上式为式中 RH称为氢原子的里德伯常数，单位是 m-1，T(n)称为光谱项，它与能级 E(n)是对应的从 RH可得氢原子各能级的能量式中 -1584.3670,2.9710-1h=eVssc从能级图可知，从 至 的跃迁光子波长位于可见光区其光谱符合规律mn这就是 1885 年巴耳末发现并总结的经验规律，称为巴耳末系2. 实验原理：由于 线波长为 656.28nm， 波长为 410.17nm，波长间隔 246nm 超过 CCD 一帧 159nmHH范围，无法在同屏中观察到，故需分两次观察测量。第一次测量 三条线，第二H次单独测量 线。第一次测量使用汞灯的 546.07nm（绿光） 、43
4、5.84nm（蓝光） 、404.66nm（紫光）三条谱线作为标准谱线手动定标；第二次用汞灯的 546.07nm（绿光） 、576.96nm（黄光） 、579.07nm（黄光）及三条紫外光的二级光谱线312.5672=625.13nm、313.172=626.34nm、334.172=668.34nm 来定标。3. 实验步骤： 1) 将多色仪起始波长调到 390nm，入射狭缝 宽度调为约 0.1mm，调节时注意不1S要将狭缝调得过窄以致难以将狭缝分开。2) 以笔形汞灯作为光源，调节 L、S 与多色仪共轴，并令光源 S 成大像于入射狭缝处。此时在多色仪的观察屏上可观察到清晰明亮的水银谱线。3) 转
5、动 使光谱照到 CCD 上，在软件界面上观察谱线图像，若谱线无明显峰值，则应4M继续调节 L、S 与多色仪相对位置直至出现明显峰值，调节入射狭缝，使谱线变锐，设置合适的曝光时间、平均次数、累加次数、最大最小值，截图获得清晰尖锐的光谱图。4) 选择线性定标，用汞灯的三条标准光谱线手动定标，使横坐标表示波长（nm） 。第一次定标（线性定标）5) 改用氢灯，转动 ，使谱线成像在观察屏 P 上，调节氢灯的位置，使谱线强度最强4M氢光灯 三条线对应图中 1，2，3 号谱线H6) 转动 使光谱照到 CCD 上，将中心波长设定为 460nm 在软件界面上观察谱线图像，4M若谱线无明显峰值，则应继续调节 L、
6、S 与多色仪相对位置直至出现明显峰值，在定标后的图上使用寻峰功能找到 三条线对应波长记录下H7) 将多色仪起始波长设定为 650nm，选择二次定标，用汞灯的三条标准谱线和紫外光的三条二级谱线手动定标，使横坐标表示波长（nm） 。第二次定标（二次定标）8) 改用氢灯，转动 ，使谱线成像在观察屏 P 上，调节氢灯的位置，使谱线强度最强4M图中即为 谱线对应波长H9) 转动 使光谱照到 CCD 上，在软件界面上观察谱线图像，若谱线无明显峰值，则应4M继续调节 L、S 与多色仪相对位置直至出现明显峰值，在定标后的图上使用寻峰功能找到 谱线对应波长记录H4. 实验数据记录如下 HHm3 4 5 6/n656.70 485.91 436.22 408.90165210.625810.62910.2410.240.139 0.188 0.210 0.222以 为纵坐标 为横坐标经过 Origin 拟合后21m0.150.180.211.52.02.5BABLinear Fitof B可见斜率即为里德伯常量相对误差为 0.4357HR=1.024参考文献：周殿清主编.2009.基础物理实验 北京.科学出版社
