近代物理实验氢和氘原子光谱
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近代物理实验氢和氘原子光谱
实验目的
1、测量氢和氘的巴尔末线系的波长，并分别 求其里德堡常数，从而求出氢和氘原子核的 质量比。
2、在初步了解平面光栅摄谱仪的结构和工作 原理的基础上，学会正确使用，并了解相关 测量仪器的使用方法 。
实验仪器及装置
31WI型平面光栅摄谱仪、氢和氘光谱管及电源、 电弧发生器、投影仪、映谱仪、铁电极一对、 铁光谱标准图一套、洗相设备一套。
⒈熟悉平面光栅摄谱仪的结构、工作原理以及正确的使用方法。 仪器的光路图挂在实验室的墙壁上。根据教师的讲解，拟定好摄谱计划、
摄谱条件。 ⒉暗室处理 摄完谱后，将暗盒拿到暗室中进行洗相，显定影时间由教师指定。暗室
处理。 ⒊波长测定 将已处理好的光谱干板置于映谱仪上，将摄得的铁谱与标准的铁谱比较，
实验原理
v~
2 2e4m 1 (4 0 )2 h3c 1 m / M
1
n
2 f
1 n2
（2）
根据（3）式式可中知氢为氘的e里电德堡子常数电为：荷，h为普朗克常数，c为光速，m为电子质
量，M为氢原子核的质量，ε 为真空中的介电常数。（2） 氢原子光谱的巴尔末线系的可见光波段有条比较明亮的谱线，如下图所示。
本实验是以氢氘光谱管作为拍摄氢氘光谱的光源，以纯铁电弧作为0拍摄铁光谱的光源，用31WI型平面光栅摄谱仪拍摄氢氘与铁的光谱
式中的n 对于已知一线系取一定的整数，而n= 线。
如将通过实验测得的RD/RfH值代入(6)式，即可得氘核对氢核质量比，比值约为2。
nf
+1，
n=
（2）式中的nf对于已知一线系取一定的整数，而n= nf +1， n= nf +2 ， n= nf +3 ，……等为取值从比大1的整数开始的一系列整数。
根据教师的讲解，拟定好摄谱计划、摄谱条件。
1896年里德伯(Rydberg)引用波长的倒数——波2数将4 巴尔末经验公式改写成光谱项概念的形式：
R 2 e m 1 R （3） 式中为e电子电荷，h为普朗克常数，c为光速，m为电子质量，M为氢原子核的质量，ε0为真空中的介电常数。
（2）
23
(4 ) h c 1 m / M 1 m / M 氢原子光谱谱线的规律性，促使人们去寻找一个0 表示这些谱线波长的以验公式。
仪器的光路图挂在实验室的墙壁上。
2
⒊狭缝是光谱仪的重要部件之一，调节时，不要把鼓轮转到负值，以防刀口损伤。
在（这6）些经验公式λ的1基础上，玻尔（Bohr）利用普朗λ克x （Planck）的量子假设和经典物理理论建立了氢原子理论。
实验原理
氢原子光谱谱线的规律性，促使人们去寻找一个表示这些谱线波
长的以验公式。1885年巴尔末提出经验公式，表示这些谱线的波
长大小：
364.56
n2 n2
4
nm
1896年里德伯(Rydberg)引用波长的倒数——波数将巴尔末经验
公式改写成光谱项概念的形式：
v~
1
R
1 22
1
n2
（1）
式中R为里德伯常数。此式完全是从实验中得到的经验公式，然 而它在实验误差范围内与测定值的符合是非常惊人的。在这些经 验公式的基础上，玻尔（Bohr）利用普朗克（Planck）的量子假 设和经典物理理论建立了氢原子理论。根据玻尔理论，原子的能 量是量子化的，即原子具有能级。每条光谱线的产生，都是处于 相同状态的原子中的电子从一个能级跃迁到另一个较低的能级时 释放出能量的结果。将玻尔关于氢原子理论推广到视原子核的质 量与电子质量相比为有限且原子核与电子都绕它们的质心转动的 情况时，可用下式表示氢原子光谱各线系每条谱线的波数：
n +2 ， n= n +3 ，……等为取值从比大1的整数开始的一 2．同位素效f应与MD/MH
f
系列整数。当=2时，（2）式变为巴尔末公式。将两式比 在这些经验公式的基础上，玻尔（Bohr）利用普朗克（Planck）的量子假设和经典物理理论建立了氢原子理论。
较得： ⒈熟悉平面光栅摄谱仪的结构、工作原理以及正确的使用方法。
实验原理
1．巴尔末公式与里德伯常数 氢原子光谱的巴尔末线系的可见光波段有条比较明亮的谱
线，如下图所示。
谱线名称
Hα Hβ Hγ Hδ Hε Hζ
量子数
3 4 5 6 7 8
颜色
红 深绿
青 紫 紫 紫
波长（单位：nm）
656.279 486.133 434.047 410.147 397.007 388.905
根据玻尔理论，原子的能量是量子化的，即原子具有能级。
式中为e电子电荷，h为普朗克常数，c为光速，m为电子质量，M为氢原子核的质量，ε0为真空中的介电常数。
用“内插法”求未知波长示意图
b λ （3）
（2）式中的nf对于已知一线系取一定的整数，而n= nf +1， n= nf +2 ， n= nf +3 ，……等为取值从比大1的整数开始的一系列整数。
/ RH
1)
MH m
（6）
式 认中值M18H3/m6.为15氢。原如子将核通质过量实与验电测子得质的量RD之/R比H值，代可入采(用6)公式， 即可得氘核对氢核质量比，比值约为2。
实验内容
本实验是以氢氘光谱管作为拍摄氢氘光谱的光源，以纯铁电弧作为拍摄 铁光谱的光源，用31WI型平面光栅摄谱仪拍摄氢氘与铁的光谱线。采用 Ⅱ型光谱干板，经暗室处理后在投影仪上识谱，使谱片上的铁谱与标准 铁谱图片进行比较，找出待测谱线邻近的铁谱线，然后用台式投影仪测 出MD氢/M和H。氘巴尔末线系的前三、四条谱线的波长，进而求出RD和RH，以及
其中R∞代表将原子核的质量与电子质量相比视为无穷大 （即假定核固定不动）时的里德伯常数。
实验原理
2．同位素效应与MD/MH 根据（3）式可知氢氘的里德堡常数为：
RH＝ R∞ /(1+m/MH) (4)
RD＝ R∞ /(1+m/MD) (5)
将两ห้องสมุดไป่ตู้相除，可得到
MD MM
RD / RH
1 (RD
找出要测量的氢氘巴尔末线系的各个谱线，并测出各线的坐标位置，用 内插法求出各线的波长。
用“内插法”求未知波长示意图
1896年里德伯(Rydberg)引用波长的倒数——波数将巴尔末经验公式改写成光谱项概念的形式：
（6）
a 31WI型平面光栅摄谱仪、氢和氘光谱管及电源、电弧发生器、投影仪、映谱仪、铁电极一对、铁光谱标准图一套、洗相设备一套。
实验目的
1、测量氢和氘的巴尔末线系的波长，并分别 求其里德堡常数，从而求出氢和氘原子核的 质量比。
2、在初步了解平面光栅摄谱仪的结构和工作 原理的基础上，学会正确使用，并了解相关 测量仪器的使用方法 。
实验仪器及装置
31WI型平面光栅摄谱仪、氢和氘光谱管及电源、 电弧发生器、投影仪、映谱仪、铁电极一对、 铁光谱标准图一套、洗相设备一套。
⒈熟悉平面光栅摄谱仪的结构、工作原理以及正确的使用方法。 仪器的光路图挂在实验室的墙壁上。根据教师的讲解，拟定好摄谱计划、
摄谱条件。 ⒉暗室处理 摄完谱后，将暗盒拿到暗室中进行洗相，显定影时间由教师指定。暗室
处理。 ⒊波长测定 将已处理好的光谱干板置于映谱仪上，将摄得的铁谱与标准的铁谱比较，
实验原理
v~
2 2e4m 1 (4 0 )2 h3c 1 m / M
1
n
2 f
1 n2
（2）
根据（3）式式可中知氢为氘的e里电德堡子常数电为：荷，h为普朗克常数，c为光速，m为电子质
量，M为氢原子核的质量，ε 为真空中的介电常数。（2） 氢原子光谱的巴尔末线系的可见光波段有条比较明亮的谱线，如下图所示。
本实验是以氢氘光谱管作为拍摄氢氘光谱的光源，以纯铁电弧作为0拍摄铁光谱的光源，用31WI型平面光栅摄谱仪拍摄氢氘与铁的光谱
式中的n 对于已知一线系取一定的整数，而n= 线。
如将通过实验测得的RD/RfH值代入(6)式，即可得氘核对氢核质量比，比值约为2。
nf
+1，
n=
（2）式中的nf对于已知一线系取一定的整数，而n= nf +1， n= nf +2 ， n= nf +3 ，……等为取值从比大1的整数开始的一系列整数。
根据教师的讲解，拟定好摄谱计划、摄谱条件。
1896年里德伯(Rydberg)引用波长的倒数——波2数将4 巴尔末经验公式改写成光谱项概念的形式：
R 2 e m 1 R （3） 式中为e电子电荷，h为普朗克常数，c为光速，m为电子质量，M为氢原子核的质量，ε0为真空中的介电常数。
（2）
23
(4 ) h c 1 m / M 1 m / M 氢原子光谱谱线的规律性，促使人们去寻找一个0 表示这些谱线波长的以验公式。
仪器的光路图挂在实验室的墙壁上。
2
⒊狭缝是光谱仪的重要部件之一，调节时，不要把鼓轮转到负值，以防刀口损伤。
在（这6）些经验公式λ的1基础上，玻尔（Bohr）利用普朗λ克x （Planck）的量子假设和经典物理理论建立了氢原子理论。
实验原理
氢原子光谱谱线的规律性，促使人们去寻找一个表示这些谱线波
长的以验公式。1885年巴尔末提出经验公式，表示这些谱线的波
长大小：
364.56
n2 n2
4
nm
1896年里德伯(Rydberg)引用波长的倒数——波数将巴尔末经验
公式改写成光谱项概念的形式：
v~
1
R
1 22
1
n2
（1）
式中R为里德伯常数。此式完全是从实验中得到的经验公式，然 而它在实验误差范围内与测定值的符合是非常惊人的。在这些经 验公式的基础上，玻尔（Bohr）利用普朗克（Planck）的量子假 设和经典物理理论建立了氢原子理论。根据玻尔理论，原子的能 量是量子化的，即原子具有能级。每条光谱线的产生，都是处于 相同状态的原子中的电子从一个能级跃迁到另一个较低的能级时 释放出能量的结果。将玻尔关于氢原子理论推广到视原子核的质 量与电子质量相比为有限且原子核与电子都绕它们的质心转动的 情况时，可用下式表示氢原子光谱各线系每条谱线的波数：
n +2 ， n= n +3 ，……等为取值从比大1的整数开始的一 2．同位素效f应与MD/MH
f
系列整数。当=2时，（2）式变为巴尔末公式。将两式比 在这些经验公式的基础上，玻尔（Bohr）利用普朗克（Planck）的量子假设和经典物理理论建立了氢原子理论。
较得： ⒈熟悉平面光栅摄谱仪的结构、工作原理以及正确的使用方法。
实验原理
1．巴尔末公式与里德伯常数 氢原子光谱的巴尔末线系的可见光波段有条比较明亮的谱
线，如下图所示。
谱线名称
Hα Hβ Hγ Hδ Hε Hζ
量子数
3 4 5 6 7 8
颜色
红 深绿
青 紫 紫 紫
波长（单位：nm）
656.279 486.133 434.047 410.147 397.007 388.905
根据玻尔理论，原子的能量是量子化的，即原子具有能级。
式中为e电子电荷，h为普朗克常数，c为光速，m为电子质量，M为氢原子核的质量，ε0为真空中的介电常数。
用“内插法”求未知波长示意图
b λ （3）
（2）式中的nf对于已知一线系取一定的整数，而n= nf +1， n= nf +2 ， n= nf +3 ，……等为取值从比大1的整数开始的一系列整数。
/ RH
1)
MH m
（6）
式 认中值M18H3/m6.为15氢。原如子将核通质过量实与验电测子得质的量RD之/R比H值，代可入采(用6)公式， 即可得氘核对氢核质量比，比值约为2。
实验内容
本实验是以氢氘光谱管作为拍摄氢氘光谱的光源，以纯铁电弧作为拍摄 铁光谱的光源，用31WI型平面光栅摄谱仪拍摄氢氘与铁的光谱线。采用 Ⅱ型光谱干板，经暗室处理后在投影仪上识谱，使谱片上的铁谱与标准 铁谱图片进行比较，找出待测谱线邻近的铁谱线，然后用台式投影仪测 出MD氢/M和H。氘巴尔末线系的前三、四条谱线的波长，进而求出RD和RH，以及
其中R∞代表将原子核的质量与电子质量相比视为无穷大 （即假定核固定不动）时的里德伯常数。
实验原理
2．同位素效应与MD/MH 根据（3）式可知氢氘的里德堡常数为：
RH＝ R∞ /(1+m/MH) (4)
RD＝ R∞ /(1+m/MD) (5)
将两ห้องสมุดไป่ตู้相除，可得到
MD MM
RD / RH
1 (RD
找出要测量的氢氘巴尔末线系的各个谱线，并测出各线的坐标位置，用 内插法求出各线的波长。
用“内插法”求未知波长示意图
1896年里德伯(Rydberg)引用波长的倒数——波数将巴尔末经验公式改写成光谱项概念的形式：
（6）
a 31WI型平面光栅摄谱仪、氢和氘光谱管及电源、电弧发生器、投影仪、映谱仪、铁电极一对、铁光谱标准图一套、洗相设备一套。