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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划原子光谱实验报告氢原子光谱摘要：本实验用光栅光谱仪对氢原子光谱进行测量，测得了氢原子光谱巴尔末线系的波长，求出了里德伯常数。最后对本实验进行了讨论。关键词：氢原子光谱，里德伯常数，巴尔末线系，光栅光谱仪1.引言光谱线系的规律与原子结构有内在的联系，因此，原子光谱是研究原子结构的一种重要方法。1885年巴尔末总结了人们对氢光谱测量的结果，发现了氢光谱的规律，提出了著名的巴尔末公式，氢光谱规律的发现为玻尔理论的建立提供了坚实的实验基础，对原子物理学和量子力学的发展起过重要作用。1932年
2、尤里根据里德伯常数随原子核质量不同而变化的规律，对重氢赖曼线系进行摄谱分析，发现氢的同位素氘的存在。通过巴尔末公式求得的里德伯常数是物理学中少数几个最精确的常数之一，成为检验原子理论可靠性的标准和测量其他基本物理常数的依据。2实验目的熟悉光栅光谱仪的性能和用法；用光栅光谱仪测量氢原子光谱巴尔末系数的波长，求里德伯常数；3.氢原子光谱氢原子光谱是最简单、最典型的原子光谱。用电激发氢放电管(氢灯)中的稀薄氢气(压力在10Pa左右)，可得到线状氢原子光谱。瑞士物理学家巴尔末根据实验结果给出氢原子光谱在可见光区域的经验公式?H?0n222n?4式中H为氢原子谱线在真空中的波长。0是一经验常数。取3，4
3、，5等整数。若用波数表示，则上式变为?1?R?1?1?vHH?22?H2n?式中H称为氢的里德伯常数。根据玻尔理论，对氢和类氢原子的里德伯常数的计算，得式中为原子核质量，为电子质量，e为电子电荷，c为光速，h为普朗克常数，0为真空介电常数，z为原子序数。当M时，由上式可得出相当于原子核不动时的里德伯常数(普适的里德伯常数)R?2?mez22423Rz?2?mez23242(4?0)ch(1?m/M)(4?0)ch所以对于氢，有RH?R?(1?m/MH)这里H是氢原子核的质量。由此可知，通过实验测得氢的巴尔末线系的前几条谱线的波长，借助式可求得氢的里德伯常数。里德伯常数是重要的基本物理常数之一，
4、对它的精密测量在科学上有重要意义，目前它的推荐值为R(83)/m。表1为氢的巴尔末线系的波长表。值得注意的是，计算RH和R时，应该用氢谱线在真空中的波长，而实验是在空气中进行的，所以应将空气中的波长转换成真空中的波长。即，氢巴尔末线系前6条谱线的修正值如表2所示。真空空气4.实验仪器实验中用的仪器室WGD-3型组合式多功能光栅光谱仪，其主要由光栅单色仪、接收单元、扫描系统、电子放大器、A/D采集单元、计算机组成。其光学原理图如图所示，入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围0连续可调，光源发出的光束进入入射狭缝，位于反射式准光镜的焦面上，通过入射的光束经反射成平行光束投向平面光栅G上，衍射后的平
5、行光束经物镜成像在上和上，通过可以观察光的衍射情况，以便调节光栅；光通过后用光电倍增管接收，送入计算机进行分析。图光栅光谱仪光学原理图图闪耀光栅示意图在光栅光谱仪中常使用反射式闪耀光栅。如图所示，锯齿形是光栅刻痕形状。现考虑相邻刻槽的相应点上反射的光线。和是以角入射的光线。和是以角衍射的两条光线。和两条光线之间的光程差是，其中是相邻刻槽间的距离，称为光栅常数。当光程差满足光栅方程，时，光强有一极大值，或者说将出现一亮的光谱线。对同一，根据、可以确定衍射光的波长，这就是光栅测量光谱的原理。闪耀光栅将同一波长的衍射光集中到某一特定的级上。为了对光谱扫描，将光栅安装在转盘上，转盘由电机驱动，转动转盘
6、，可以改变入射角，改变波长范围，实现较大波长范围的扫描，软件中的初始化工作，就是改变的大小，改变测试波长范围。5.实验内容1.接通电源前，检查接线是否正确，检查转化开关的位置。2.接通电箱电源，将电压调至500-900V.3.先用氦光源作为标光源，测定氦的原子谱线，调整狭缝，使得谱线的强度在可测量范围内的70%-100%。测量后对已知谱线波长进行比较，基本吻合后关闭电源。4.将光源换上氢灯，同样调整狭缝，调整狭缝时两狭缝要匹配，扫描完后对曲线进行寻峰，读出波长。5.实验数据处理与分析对氢原子光谱进行测量，测得的图像如下图3图3：氢原子光谱实验图对曲线进行寻峰，读出波长如下表3，利用表二中波长的
7、修正值计算真空中氢原子的波长：利用公式RH?11?1?2?4n?可以计算出里德伯常数，如下表5里德伯常数的平均值为R=(+)/4*107=*107m-1利用公式RH?R?(1?m/MH)计算出普适里德伯常数，得出R=*107m-1=*107m-1而R推荐值是R(83)/m，故相对误差为=/=%实验中由于氢光源的寿命有限，注意在不用时关闭灯源。实验过程中突然谱线很乱，怎么调节都调节不行，可能原因是灯源出现问题，换一个氢灯，实验恢复正常。实验中噪音可能对实验产生一定的误差。6.实验讨论(1)氢光谱巴尔末线系的极限波长是多少?由公式?H?0n22n?4可以计算出极限波长，即n时，=(2)谱线计算值具
8、有唯一的波长，但实测谱线有一定宽度，其主要原因是什么?氢原子光谱一实验目的1熟悉光栅光谱仪的性能和用法2用光栅光谱仪测量氢原子光谱巴尔末系数的波长，求里德伯常数二实验原理氢原子光谱是最简单、最典型的原子光谱。用电激发氢放电管(氢灯)中的稀薄氢气(压力在102Pa左右)，可得到线状氢原子光谱。瑞士物理学家巴尔末根据实验结果给出氢原子光谱在可见光区域的经验公式n2?H?02n?4式中?H为氢原子谱线在真空中的波长。?0是一经验常数。n取3,4,5等整数。若用波数表示，则上式变为?式中RH称为氢的里德伯常数。?11?RH?2?2?H?2n?1根据玻尔理论，对氢和类氢原子的里德伯常数的计算，得RZ?2
9、?2me4Z2?4?0?2ch?1?m/M?3式中M为原子核质量，m为电子质量，e为电子电荷，c为光速，h为普朗克常数，?0为真空介电常数，Z为原子序数。当M?时，由上式可得出相当于原子核不动时的里德伯常数(普适的里德伯常数)R?2?2me4Z2?4?0?2ch3所以RZ?R?1?m/MR?1?m/MH对于氢，有RH?这里MH是氢原子核的质量。由此可知，通过实验测得氢的巴尔末线系的前几条谱线j的波长，借助式可求得氢的里德伯常数。里德伯常数R?是重要的基本物理常数之一，对它的精密测量在科学上有重要意义，目前它的推荐值为R?=?83?/m表1为氢的巴尔末线系的前四条波长表表1氢的巴尔末线系波长值得
10、注意的是，计算RH和R?时，应该用氢谱线在真空中的波长，而实验是在空气中进行的，所以应将空气中的波长转换成真空中的波长。即?真空?空气?1，氢巴尔末线系前6条谱线的修正值如表2所示。表2真空空气波长修正值三实验仪器实验中用的实验仪器有WGD-3型组合式多功能光栅光谱仪，计算机示意图如下：图1四实验内容1接通电源前，检查接线是否正确，检查转化开关的位置。2接通电箱电源，将电压调至5003启动计算机并进行初始化。4先用氦光源作为标光源，测定氦的原子谱线，调整狭缝，使得谱线的强度在可测量范围内的70%900V。90%。5换成氢光源，同样调整狭缝，调整狭缝时两狭缝要匹配，扫描完后对曲线进行寻峰，读出波
11、长，记录数据。五实验图像与数据处理1氦原子光谱的测量实验数据。氦原子光谱的实验数据与标准值如表3所示：表3氦原子谱线波长数据修正。测量值与真空中氦的实际谱线有一定偏差，若要以氦原子的谱线数据作为基准，要对数据进行修正。15测量值与标准值的平均偏差?i?，为减小平均偏差，将每个数据减去，5i?1得到新的谱线：表4氦原子谱线波长修正值152还有一种方法是使得修正后的数据与标准值的方均偏差?i?最小。5i?1此时若记修正值为x，则方均误差的表达式为152f?x?i?x?5i?115易知该函数的最小值在x?i处取到，故结果与第一种处理方法一致。5i?1修正结论。综上可知，以氦原子真空状态为基准时要把波
12、长数据减去以减小平均误差。2氢原子光谱的测量实验数据。氢原子光谱的测量数据与标准值如表6所示表5氢原子谱线波长数据修正。若以氦原子的真空状态测量为基准，则每个数据需要减去偏差值，得到新的数据：表6氢原子谱线波长修正值新数据的平均误差减小为0，所以对氢原子的数据进行修正是有效的。需要指出的是，修正后的氢原子数据代表了氢原子在真空中的峰值波长，若要得到氢原子在空气中的峰值波长，要根据表2进行修正。#学院近代物理实验实验报告实验项目：钠原子光谱实验地点：班级：姓名：座号：实验时间：年月日一、实验目的：本实验通过对钠原子光谱的观察、拍摄与分析，加深对碱金属原子的外层电子与原子实相互作用以及自旋与轨道运
13、动相互作用的了解，在分析光谱线系和测量波长的基础上，计算钠原子的价电子在不同轨道运动时的量子缺，绘制钠原子的部分能级图二、实验仪器设备：1用一般的玻璃棱镜摄谱仪，可拍摄到可见光区的谱线；石英棱镜摄谱仪和光栅摄谱仪则可拍摄到紫外、可见、红外光区的全部谱线2哈特曼光栏是摄谱仪的重要附件，利用光栏的A部分可以改变摄谱仪的狭缝高度；还可以利用哈特曼光栏B部分的三个小孔和固定底片盒,并排拍摄铁谱和钠谱，以便测定钠谱线的波长3利用光谱投影仪或比长仪和铁光谱标准图对比，可以辨认及测量出钠原子光谱各线系谱线的波长4为了冲洗所拍摄的光谱底片，在暗房中备有整套的冲洗工具：定时钟、显影及定影药水等5里德伯表三、实验原理：在原子物理中，氢原子光谱的规律告诉我们：当原子在主量子数n2与n1的上下两能级间跃迁时,它们的谱线波数可以用两光谱项之差表()式中R为里德伯常数(109cm-1)当n1=2,n2=3,4,5,则为巴尔末线系对于只有一个价电子的碱金属原子(Li，Na，K.)其价电子是在核和内层电子所组成的原子实的库仑场中运动,和氢原子有点类
