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(jié)構(gòu)有內(nèi)在的聯(lián)系，因此，原子光譜是研究原子結(jié)構(gòu)的一種重要方法。1885年巴爾末總結(jié)了人們對氫光譜的測量結(jié)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(chǔ)。1932年尤里根據(jù)里德伯常數(shù)隨原子核質(zhì)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(xué)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(biāo)準(zhǔn)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?zāi)康膶嶒瀮x器思考問題實驗原理實驗內(nèi)容數(shù)據(jù)處理注意事項實驗?zāi)康?/p>

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(nèi)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(zhǔn)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(zhǔn)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(cè)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(xué)家巴爾末根據(jù)實驗結(jié)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(dāng)n＝3，4，5，6時，所得的譜線分別標(biāo)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(zhì)量，m為電子質(zhì)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(dāng)時，可得里德

伯常數(shù)為：

它的公認(rèn)值為：。應(yīng)用到氫和氘為：實驗內(nèi)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(jié)構(gòu)、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(biāo)，保存定標(biāo)前后的譜圖。

圖6光譜儀汞燈校準(zhǔn)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(guān)死；

2.汞燈校準(zhǔn)后換氫燈測量要注意縫寬的調(diào)節(jié)和負(fù)高壓、增益的調(diào)節(jié)；

3.關(guān)閉光譜儀電源時應(yīng)先刪除USB接口。思考問題1.做汞燈校準(zhǔn)和測量氫原子線系波長時，有時只