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1、实验名称：氢光谱与类氢光谱实验名称：氢光谱与类氢光谱 实验内容实验内容:1.了解平面光栅单色仪的性能和使用方法了解平面光栅单色仪的性能和使用方法2.测量氢氘光谱，了解同位素谱线位移测量氢氘光谱，了解同位素谱线位移3.测量钠原子光谱测量钠原子光谱4.分析辨认钠原子光谱的各个谱线，并计算量子缺，以波数为单位按分析辨认钠原子光谱的各个谱线，并计算量子缺，以波数为单位按比例画出钠原子能级图，并与氢能级图比较。比例画出钠原子能级图，并与氢能级图比较。段炼 实验原理n n光谱线系的规律与原子结构有内在的联系，因此光谱线系的规律与原子结构有内在的联系，因此, ,光谱是研究原子结构的一种重要方法。光谱是研究原
2、子结构的一种重要方法。氢原子结构是所有原子中最简单的，便于从实验上和理论上对它进行充分的研究。早氢原子结构是所有原子中最简单的，便于从实验上和理论上对它进行充分的研究。早在在18531853年年, ,埃格斯特就对氢光谱作了精确的测量。一百多年来，对氢光谱和氢原子结构埃格斯特就对氢光谱作了精确的测量。一百多年来，对氢光谱和氢原子结构的研究从未间断，它是实验研究与理论研究互相促进的典范。碱金属原子的最外层的的研究从未间断，它是实验研究与理论研究互相促进的典范。碱金属原子的最外层的壳层上只有一个容易电离的电子，而内壳层都是满壳层，满壳层上的电子不一电离，壳层上只有一个容易电离的电子，而内壳层都是满壳
3、层，满壳层上的电子不一电离，绕原子核运动，这些电子与原子核形成原子实。因此碱金属属于一种类氢原子，但它绕原子核运动，这些电子与原子核形成原子实。因此碱金属属于一种类氢原子，但它有别于氢原子，它的原子实并不严实，是由有别于氢原子，它的原子实并不严实，是由Z Z个带正电的质子和个带正电的质子和Z Z1 1个带负电的电子个带负电的电子组成，在价电子场的作用下，正负电荷的中心不重合，原子实被极化，这样，价电子组成，在价电子场的作用下，正负电荷的中心不重合，原子实被极化，这样，价电子不仅受到库仑场的作用还将受到偶极矩的作用，类氢原子的能级变为：不仅受到库仑场的作用还将受到偶极矩的作用，类氢原子的能级变为
4、：n nEn=-hcRH(1/ 2)En=-hcRH(1/ 2)n n式中式中 称为有效量子数。称为有效量子数。 n+,n+,则称为量子亏损。则称为量子亏损。 n n钠原子光谱线的波数为钠原子光谱线的波数为 n nVV =R/(n=R/(n + l l )2- R/(n+)2- R/(n+ l)2l)2n n钠原子光谱的线系钠原子光谱的线系钠原子光谱的线系钠原子光谱的线系n n钠原子光谱有四个主要线系：钠原子光谱有四个主要线系： n n主线系主线系 3S3SnP, n3 nP, n3 n n锐线系锐线系 nSnS3P, n4 3P, n4 n n漫线系漫线系 nDnD3P, n3 3P, n3
5、 n n基线系基线系 nFnF3D, n33D, n3 实验数据处理实验数据处理 1.氢氘光谱氢氘光谱扫描范围扫描范围高压高压 出射缝宽出射缝宽 入射缝宽入射缝宽 407nm-411nm 407nm-411nm 900V900V 0.020mm0.020mm 0.050mm0.050mm从实验图所对应的数据读出氢氘光谱的波长分别是：D=408.89nm，H=408.96nm 扫描范围扫描范围高压高压 出射缝宽出射缝宽 入射缝宽入射缝宽 432nm-436nm 432nm-436nm 800V 800V 0.020mm0.020mm0.050mm0.050mm从实验图所对应的数据读出氢氘光谱的波
6、长分别是：D=432.97nm，H=433.05nm 扫描范围扫描范围高压高压 出射缝宽出射缝宽 入射缝宽入射缝宽 485nm-490nm 485nm-490nm 1000V 1000V 0.010mm 0.010mm 0.010mm0.010mm从实验图所对应的数据读出氢氘光谱的波长分别是：D=485.26nm，H=485.34nm 根据实验所得到的数据，我们可以得到在409nm-411nm之间的H=408.89nm而实验的参考值是（D）0=410.18nm，于是波长修正为（）=+1.29nm把波长修正应用到每个测得的波长中并组合列表，得到：n=6n=6n=5 n=5 n=4n=4D/nm
7、D/nm 410.18 410.18 434.26 434.26 486.55 486.55 H/nm H/nm 410.25410.25434.34434.34486.63 486.63 根据公式，1/=R(1/22-1/n2)，把3组H和n的值代入，并把1/作为Y轴 ， -1/n2作 为 X轴 ， 用 软 件 进 行 线 性 拟 合 ， 得 到 直 线 的 斜 率 为1.103（*107/m-1）：实验结论：n n直线的斜率即为R=1.103*107/m-1 与推荐值进行比较R0=1.097*107/m-1n n误差为=（R-R0）/R0*100=0.547，比较精确2.钠原子光谱扫描范围
8、扫描范围 高压高压 出射缝宽出射缝宽 入射缝宽入射缝宽300nm-660nm300nm-660nm 1000V1000V 0.250mm0.250mm 0.750mm0.750mm从钠原子的全谱谱线中可以发现，不同波长下的钠原子光谱能量落差很大，所以再在不同的波长下进行分别的扫描扫描范围扫描范围 高压高压 出射缝宽出射缝宽 入射缝宽入射缝宽480nm-500nm480nm-500nm 800V800V0.250mm0.250mm 0.750mm0.750mm扫描范围扫描范围 高压高压 出射缝宽出射缝宽 入射缝宽入射缝宽530nm-650nm530nm-650nm 600V600V0.250mm
9、0.250mm 0.750mm0.750mm通过这张图可以发现580nm-600nm范围的谱线还是没有完全显示出来，于是再对580nm-600nm范围的谱线进行一次扫描扫描范围扫描范围 高压高压 出射缝宽出射缝宽 入射缝宽入射缝宽580nm-600nm580nm-600nm 800V 800V 0.250mm0.250mm 0.750mm0.750mm从各个不同的扫描范围的钠原子光谱中获得属于不同线系的钠光谱的各个波长，有：锐线系锐线系 1=514.82nm1=514.82nm11 =514.82nm=514.82nm6S6S3P3P2=615.40nm 2=615.40nm 22 =615.
10、73nm=615.73nm5S5S3P 3P 616.06nm 616.06nm 主线系主线系 1=328.46nm1=328.46nm11 =328.51nm =328.51nm 3P3P3S3S 328.56nm 328.56nm 2=588.72nm 2=588.72nm 22 =589.02nm =589.02nm 4P4P3S3S 589.32nm 589.32nm 漫线系漫线系 1=497.66nm1=497.66nm11 =497.66nm=497.66nm5D5D3P3P2=568.10nm2=568.10nm22 =568.35nm=568.35nm4D4D3P3P 568.60nm 568.60nm 实验结论n n把以上的数据代入公式：(1/1)-(1/2)=R1/(n+s)2-1/(n+1+s)2n n利用几何画板解方程可得钠的各个线系的量子亏损：n n锐线系：锐线系：s=-1.3605n n主线系：主线系：p=-0.7657n n漫线系：漫线系：d=-0.0783总结n n实验结论：实验结论：n n里德堡常数里德堡常数R=1.103*107/m-1n n钠原子的量子亏损：钠原子的量子亏损： n n锐线系：锐线系：s=-1.3605n n主线系：主线系：p=-0.7657n n漫线系：漫线系：d=-0.0783
