氢氘原子光谱
氢与氘原子光谱
氢灯
5）拍摄氢（氘）谱：换上装好底片（药面对光）的暗 盒，调节暗盒在15mm处，拍下氢光谱，曝光时间参考值：30 －60秒 ；（换上氘灯，暗盒调到35mm处，拍下氘光谱，曝 光时间参考值：2-5分钟）。
刻度 暗盒移动旋轮
6）拍摄铁谱：暗盒 移到25、45mm处，打开铁弧，调 节光稳定和光路，拍下铁光谱，曝光时间1－5秒。关闭暗 盒铁皮取下。
d1 、d 2 、d x
λx 为待测谱，
分别为它们的坐标刻度值，则：
λ2 − λ1
d 2 − d1
=
λx − λ1
d x − d1
dx
λx λ2 d2
d x − d1 λx = λ1 + (λ2 − λ1 ) d 2 − d1
λ1 d1
实验装置
小型棱镜摄谱仪 或多功能组合光栅光谱仪
实验内容பைடு நூலகம்步骤
谱片 放大倍数调节 标记点 谱片投影
调焦 标准谱片
(外)左右移动
（内）前后移动
认
标准 谱片
注意:谱片投影 和标准谱片的 谱线波长变化 方向要一致 查标准谱片 找出其波长
谱
特征 谱线 基本 对准
波长越长
铁 谱 谱 片 投 待 影 测 谱
λ1
λ2
λx
标记点
提示:通过查待测量谱线的理论波长 值,在理论值附近找就容易认出谱线.
多功能组合光栅光谱仪
多功能组合光栅光谱仪是一种新型测谱仪,由 单色仪、光接收单元、电控箱、计算机等组成。
显示器 单色仪 接收单元 电控箱 计算机 打印机
键盘、鼠标
多功能组合光栅光谱仪
狭缝调节轮 PMT CCD(背后) 电控箱
DVD
TP RWDS-8型组合多功能光栅光谱仪电控箱
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。
1-2氢-氘原子光谱
1-2 氢－氘原子光谱引言原子光谱的研究，为量子理论的建立提供了坚实的实验基础。
氢原子是结构最简单的原子，其光谱也是最简单的。
1885年，巴尔末（J.J.Balmer ）根据人们的观测数据，总结出了氢原子光谱线的经验公式。
1913年，玻尔（N.Bohr ）在巴尔末研究成果基础上，提出了氢原子的玻尔模型；1925年，海森伯（W.Heisenberg ）提出的量子力学理论，也是建立在原子光谱的测量基础之上的。
现在，原子光谱的观测研究，仍然是研究原子结构的重要方法之一。
20世纪初，人们根据实验预测氢有同位素。
1919年发明质谱仪后，物理学家用质谱仪测得氢的原子量为1.00778，而化学家由各种化合物测得的结果为1.00779。
基于上述微小的差异，伯奇(Birge)认为氢有同位素2H （元素左上角标代表原子量），它的质量约为1H 的2倍，据此他算得1H 和2H 在自然界中的含量比大约为4000：1。
由于里德伯(J.R.Rydberg)常量和原子核的质量有关，因此，2H 的光谱相对于1H 的应该会有位移。
1932年，尤雷(H.C.Urey)将3L 液氢在低压下细心蒸发至1mL 以提高2H 的含量，然后将这1mL 液氢注入放电管中，用它拍得的光谱，果然出现了相对于1H 移位了的2H 的光谱，从而发现了重氢，取名为氘，化学符号用D 表示。
由此可见，对样品的考究，实验的细心，测量的精确，于科学进步非常重要。
预习思考1． 巴尔末总结出来的氢原子光谱线的经验公式是什么？2． 如何利用测量的氢、氘光谱线计算相应的里德伯常数？3． 棱镜摄谱仪、光栅光谱仪是如何实现波长选择的？实验目的1． 加深对氢光谱规律和同位素位移的认识。
2． 通过计算氢、氘原子的里德伯常数，了解精密测量的意义。
3． 掌握利用摄谱仪、光栅光谱仪测量氢、氘原子光谱的方法。
实验原理1885年，巴尔末发现了氢原子光谱的规律，特别是位于可见光区的四条H α，H β，H γ和H δ谱线，其波长可以很准确的用经验公式（巴尔末公式）来表示。
试验原理1氢氘原子光谱氢原子光谱的规律氢光谱由许多谱线
实验原理1、 氢、氘原子光谱(1) 氢原子光谱的规律氢光谱由许多谱线组成，其中巴耳末线系的规律可表示为)121(122nR H -=λ (1.1) 式中，λ为谱线波长，H R 为氢的里德伯常数，n=3,4,5,……巴耳末线系是本实验拍摄和研究的对象．对应于n =3，4，5，…的谱线分别称H α，H β，H γ……它们的波长间隔、谱线强度都随n 的增大而有规律地减小．(2) 氢、氘原子光谱的异同设氢核质量为M H ，同位素氘核质量为M D ．它们的里德伯常数R H 和R D 分别为mM M R R H H H +=∞ (1.2) mM M R R D D D +=∞ 其中，m 为电子质量，R ∞是认为原子核质量无限大时的里德伯常数．以λH 和λD 代表对应于同一n 值的氢和氘谱线的波长，则巴耳末系可表示为)121(122n R H H-=λ )121(122n R D D -=λ (1.3) 由于M D ≠M H ，由式(1.2)知R D ≠R H ，则式由(1.3)可知，对同一n 值，λD ≠λH ．可见，氢、氘原子光谱既有如式(1.3)所示的相同规律，对同一n 值，波长λH 和λD 又有差异．只是其差值一般都小于0.2nm ．所以在谱片上氢、氘谱线总是靠得很近．(3) 关于M D /M H ,由式（1.2）知)/()/(m M M m M M R R H H D D H D ++= 从中解得mM R R R R M M H H D H D H D /)1/(1/--= （1.4） 由式(1.3)知，R D /R H ＝λH /λD ，故式(1.4)可化为mM M M H H D H D H D /)1/(1/--=λλλλ （1.5） 取M H /m ＝1836，对每一对氢氘谱线测得λH 和λD ，由式(1.5)即可求得M D /M H ．2 测算波长波长无法直接测量，需要寻找一个与波长有关又能直接测量的量． (1) 光栅光谱的特点 光栅摄谱仪的色散率d λ/d l 几近常数．两谱线波长差和距离成正比．这一特点将谱线的波长和谱线的坐标联系在一起．谱线在谱片上的坐标正是一个与波长有关又能直接测量的量．由谱线坐标即可推算其波长．(2) 线性内插法图1.1为光栅摄谱仪拍得的三条谱线．其中左右两条的波长λ1，λ2为已知，且λ2>λ1，中间谱线的波长λ待求．若能测定三条谱线的坐标x 1、x 和x 2，根据光栅光谱的特点应有111212x x x x --=--λλλλ从中解出)(112121x x x x ---+=λλλλ （1.6）由式(1.6)知：在谱片上，对任何一条未知波长的谱线，只要在其周围找到两条波长λ1和λ2已知的谱线，并测定三者的坐标x 1，x 和x 2即可推算出未知波长λ．实验中，常将铁谱和待测谱线上下并排拍在一张谱片上，每条铁谱的波长都可由特制的光谱图查得．应用式(1.6)的条件是波长λ和坐标x 有线性关系．若二者只在很小的范围内接近线性关系，如棱镜摄谱仪拍得的谱片，则在｜x 2-x 1｜较小的条件下也可应用．此时应在待测谱线两侧适当小的范围内选取已知波长的谱线．这就是在光谱实验中经常用以计算波长的“线性内插法”．实 验 装 置平面光栅摄谱仪,交流电弧发生器,氢氘灯,铁电极,阿贝比长计,光谱投影仪和光谱图．(1) 光路原理一般平面光栅摄谱仪的光路如图1.2所示．图中,M 1，M 2是同一大凹球面反射镜的下、上两个不同框形部分．光源A 发出的光，经三透镜照明系统L 1,L 2,L 3后均匀照亮狭缝S ，通过S 的光经小平面反射镜N 反射转向π/2后射向M 1，因S 由N 所成的虚像正好处在M 1的焦面上，所以狭逢上一点S 发出的光经M 1反射后成了微微向上射出的平行光，并正好射到N 后上方的平面反射光栅G 上．G 把入射光向M 2方向衍射．M 2把来自不同刻纹的同一波长的平行衍射光会聚成一点S λ’， S λ’正好落在照相胶版B 上．G 相邻刻纹的衍射光传播到S λ’的程差δ＝d (sin i +sin θ)，图 1.1式中d是光栅常数，I,θ分别是入射光、衍射光相对于G的法线的夹角，sinθ取+号是因为θ，i在法线的同侧．显然，Sλ’要是个亮点，必须δ＝kλ，于是得光栅方程d(sin i+sinθ)＝kλ，式中λ是光波波长，k=0¸±1, ±2,…叫衍射级．除０外，对同一k，因i相同而λ不同则θ将不同，也就是不同波长的像点Sλ＇将落在B的左右不同位置，成为一个单色像Sλ＇．狭缝S是连续的点的集合，所以Sλ＇是一条亮线．对同一k，A发出的所有波长所形成的所有单色像构成A的光谱，用胶版B就可以把它们拍摄下来．图 1.2（2）中心波长和光栅转角的关系．Sλ＇落在B中心线附近的波长λB叫中心波长．显然，这时θ＝i，对1级谱，光栅方程变为２d sin I＝λ0，所以中心波长λ0和i有—一对应关系．光栅安装在一个金属齿盘上，盘底的轴插在机座的轴套上，盘边有一蜗杆和齿轮啮合，蜗杆用一连杆和机壳外的手柄联结；转动手柄就可以转动光栅，并在手柄边上可以读出光栅转角i．仪器色散能力较大，一次摄谱B只能容下相差约100nm的波长范围，所以拍摄不同波段的光谱时，必须把光栅转到相应的i角位置．（3）谱级分离．设B上某点δ=600nm，对λ1=600nm的光波，k=1，得到了加强；对λ2=300nm 的光波，k=2，也得到了加强．这样在B上δ=600nm处出现的谱线，就无法确定它是λ1还是λ2，这叫谱级重叠．但λ2是紫外光，它不能透过玻璃，在狭缝前放一无色玻璃作为滤色片，所有紫外光便都到不了B，从而简单地实现了1级可见光谱和2级紫外光谱的分离，滤色后在δ=600nm处出现的谱线一定是λ1．（4）拍摄比较光谱的操作原则．谱线是狭缝的单色像．让12mm高的狭缝全部露出来被光照亮，可得到12mm 高的一系列谱线；让上端6mm露出，就得到上端6mm高的谱；让下端6mm露出，就得到下端6 mm高的谱．设想用Na（钠）黄光照亮S，先让上端6 mm露出摄谱后，保持胶版B和光栅转角i都不动，再换为下端 6 mm摄谱．这样摄得的4条谱线，一定是后二条在前二条的延长线上，因为它们只是同一狭缝上、下二段成像先后不同而已．Na黄双线的波长大家都很熟悉，由此我们推想：把先摄下的二条谱线看成波长未知的被测谱线，后二条看成“波长标尺”上波长已知的二条刻度线，显然测得的结果非常准确．由此得出操作原则：拍摄互相比较的两列光谱时，不能移动胶版，不能转动色散元件，只能在换光源后换用狭缝的相邻部位摄谱．换用狭缝的不同部位很简单，狭缝前有一金属薄圆盘，叫哈特曼光栏盘，盘上不同位置开了不同高度的方孔，转动盘子让狭缝在所需的孔中露出就行了．“波长标尺”也现成，Fe(铁)的光谱线相当丰富，波长都已知，把Fe的光谱拍在被测光谱的旁边，也就相当于摆上了一把“波长标尺”．Fe光谱可以用电弧发生器激发．(5) 氢氘光谱灯．氢氘光谱灯（或放电管）内所充的纯净氢氘气体，在高压小电流放电时分解成原子并被激发到高能态，在跃迁到低能态的退激过程中发出原子光谱．。
氢与氘原子光谱
调 节
5
2.旋转6使右边圆盘读 数中的0对准指针位置.
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
10 6
4 5 6 9 2 8 1 3
5 15
10
1.旋转5将5mm刻度线拉到十 分之一毫米刻度线0的位置.
7
调
节
读数
95
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
0
4 10 2 8
5 6 9 3 1
4
5 30
11. 计算有关量.
氢与氘原子光谱
实验目的
1、通过拍摄氢(氘)、铁原子光谱，或利用多功 能组合光栅光谱仪采集氢（氘）光谱，求出里德伯 常数，以达到初步掌握光谱定性分析的基本方法； 2、测定氘氢原子核质量比； 3、理想精确测量的意义。
实验原理
1.氢光谱巴尔末线系（在可见光区）的规律为
n2 λH = 364.56 2 nm n −4
R∞ RH = (1 + m / M ) R∞ H RA = ⇒ R∞ (1 + m / M A ) RD = (1 + m / M D ) MD m λH = ⋅ M H M H (λD − λH + λD m / M H )
3.比较光谱法测定谱线的波长
λ1 , λ2 分别为标准谱，
6.求谱线波长 6.求谱线波长 测谱线的坐标：谱片放在阿贝比长仪上，读取标 准谱(铁谱) 准谱(铁谱)和待测谱的坐标。
阿贝比长仪
4 10 2 8 1 5 6 9 3
1.工作台 2.导板 3.主标尺 4.视物显微镜 5.微米计转轮 6.微调旋钮 7.微移转轮 8.固定板 9.读数显微镜 10.热辐射屏罩
点击
8. 峰值检索.
1-1 氢(氘)原子光谱
专题实验1 光谱的测量与分析1.1 氢（氘）原子光谱原子光谱是建立量子理论的实验基础。
1885年，巴尔末（J. J. Balmer ）根据已有的观测结果，提出氢光谱线的经验公式。
波尔（N. Bohr ）1913年2月看到这一公式，3月6日就建立了氢原子理论；海森堡（W. Heisenberg ）在1925年提出量子力学理论也是基于原子光谱的实验成就；光谱的精细结构使人们认识到核外电子的运动状态除了存在主能级量子化以外，还有亚能级量子化。
1932年，尤里（H. C. Urey ）将3 liter 液态氢在低压下缓慢蒸发至1 ml 后，注入放电管，拍摄其巴尔末线系光谱，发现在普通氢（氕）每条谱线的短波侧都出现一条弱的伴线，从而证实了氘的存在。
这是原子核质量差异导致里德伯常数发生变化的结果，称为同位素移位。
对于重核，同位素移位并不明显，但是中子数不同会引起核自旋发生改变，光谱结构还是会复杂化，这就是所谓的超精细结构。
今天，原子光谱仍然是研究原子结构的重要方法。
一、实验目的（1）了解光栅光谱仪等常见光谱分析仪器的原理和使用方法； （2）通过测量巴尔末线系的谱线波长，计算氘的里德伯常数。
二、实验原理原子虽然是元素的最小单元，但还具有复杂的核式内部结构，核外是绕核运动的电子。
α粒子散射实验肯定了原子的核式结构，而对核外结构的认识则是从光谱研究开始的。
光谱记录了电磁辐射随波长变化的强度分布，是研究原子结构的重要手段。
通过测量原子发光光谱中各谱线的波长，可以推算出原子的能级结构，从而得到有关原子微观结构的信息。
光谱主要指发射光谱或吸收光谱。
发射光谱是由发光体直接产生的光谱，例如，由炽热的固体、液体和高压气体发光形成的连续光谱和由稀薄气体或者金属蒸汽发光形成的明线光谱都属于发射光谱。
吸收光谱则是连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱。
吸收光谱中的每条暗线都与物质的特征谱线相对应。
在所有的元素中，氢的原子结构最简单，从氢原子明线光谱理解原子的核外结构也最直观。
氢氘原子光谱实验报告
氢氘原子光谱实验报告氢氘原子光谱实验报告引言：光谱实验是物理学和化学学科中一项重要的实验技术，通过观察和分析物质发射、吸收光的特性，可以揭示物质的组成、结构以及性质等信息。
本次实验旨在通过研究氢氘原子的光谱特性，深入了解原子结构和能级跃迁的规律。
实验方法：实验采用了经典的光谱仪装置，包括光源、光栅、光谱仪和探测器等。
首先，我们将氢氘气体注入光谱仪中，利用光源激发氢氘原子，使其发射特定波长的光。
然后，通过光栅的衍射作用，将光分散成不同波长的光谱线。
最后，使用探测器记录光谱线的强度和位置。
实验结果：在实验过程中，我们观察到了氢氘原子发射光谱的多个谱线。
根据经验公式和已知的光谱线数据，我们可以推导出氢氘原子的能级结构。
在可见光区域，我们观察到了红、黄、绿、蓝等不同颜色的谱线。
这些谱线对应着不同的能级跃迁，从而揭示了氢氘原子内部电子的运动规律。
讨论：通过对氢氘原子光谱的研究，我们可以得到一些有趣的结论。
首先，我们发现氢氘原子的能级结构与氢原子类似，但存在一些微小的差异。
这是由于氘原子的质量稍大，从而导致了能级的微小变化。
其次，我们发现氢氘原子的光谱线相对较宽，这与氘原子的自旋和核自旋耦合有关。
这种耦合导致了能级的分裂，从而使得光谱线变宽。
此外，我们还观察到了氢氘原子的吸收光谱。
当我们通过光源照射氢氘原子时，一部分光被吸收，导致光谱线的减弱或消失。
通过分析吸收光谱，我们可以得到氢氘原子在不同波长下的吸收截面，从而研究原子与光的相互作用。
结论：通过对氢氘原子光谱的实验研究，我们深入了解了原子的能级结构和能级跃迁的规律。
同时，我们也发现了氢氘原子与光的相互作用的一些特性。
这些研究成果对于理解原子结构、光谱分析以及相关应用具有重要意义。
总结：光谱实验是一项重要的实验技术，通过观察和分析物质发射、吸收光的特性，可以揭示物质的组成、结构以及性质等信息。
本次实验通过研究氢氘原子的光谱特性，深入了解了原子结构和能级跃迁的规律。
实验氢-氘原子光谱
实验氢-氘原子光谱原子光谱的测定与分析，为量子理论的建立提供了坚实的实验基础。
1885年巴尔末（J. J. Balmer ）总结出了氢光谱线的经验公式。
1913年玻尔（N. Bohr ），1925年，海森伯（W.Heisenberg ）建立起他们的理论都是建筑在原子光谱的测量基础之上的。
现在，无论在工业生产部门还是在科学研究领域，原子光谱的观察、测定和分析都是研究原子结构、物质分析的重要方法之一。
在物理学、化学化工、材料、生命科学领域内有广泛的实际应用。
一 实验目的1．掌握WPG-100型平面光栅摄谱仪的工作原理和使用方法，学习摄谱、识谱和谱线测量等光谱研究的基本技术。
2．通过所测得的氢（氘）原子光谱在可见和近紫外区的波长（误差小于0.5Å），验证巴耳末公式并准确测出氢（氘）的里德伯常数。
3．测量氢、氘同位素位移，求出质子与电子的质量比。
二 实验原理1．原子的激发与辐射原子内部的不同能量状态称为能级。
处于基态的原子可以吸收能量而跃迁到较高的能量状态，这个过程称为原子的激发。
原子也可以从较高的能级退到较低的能级或基态而放出能量，如果放出的能量取辐射形式，那么放出的能量就成为一个光子的能量hv ，这个过程称为原子的辐射。
要使原子发光必须先将它激发，原子激发的方式通常分为碰撞激发和光激发两种。
具有一定能量的电子、原子、分子与某原子相碰撞而使后者激发称为碰撞激发；原子吸收一个光子引起的激发称为光激发，即光的吸收过程。
本实验采用碰撞激发，它又分为热激发和电场引起的碰撞激发两种形式，前者指在高温下各原子有较大的运动速度，相互碰撞而产生激发，本实验的铁光谱就是这种方式产生的。
电场引起的碰撞激发是带电粒子在电场作用下加速运动，与原子发生非弹性碰撞使原子激发，氢（氘）光谱就是采用这种方式产生的。
2．氢原子光谱的实验规律早在原子理论建立以前人们就积累了有关原子光谱的大量实验数据，发现氢原子光谱可用一个普通的公式表示，即⎪⎭⎫ ⎝⎛-=2211~n mR v （1）其中：m 取1、2、3、4、5等正整数，每一个m 值对应一个光谱线系，如当m=2时便得到谱线在可见光和近紫外区的巴耳末线系；n 取m+1、m+2、m+3、…等正整数，每一个n 值对应一条谱线；R 称为里德伯常数。
氢氘原子光谱
实验仪器
问题1：如何激发原子光谱？
高压放电
能级跃迁
原子辐射
问题2：如何测量波长？
WGD-6型光学多道分析器
准光镜
M2
M3
物镜
入射狭缝
S1
M1 反射镜 G 光栅 分光镜 M4
S2
S2
CCD
S3
出射狭缝
检索中心波长
问题3：如何定标波长？
汞灯主要光谱
紫色 △404.66 强 紫色△435.84 强 蓝绿色△491.60 强 绿色△546.07 强 黄色 △576.96 强 黄色△579.07 强
2、氢氘灯光强不足，注意调节聚焦，曝光时间， 狭缝宽度。去除背景光。
3、注意灯管高压，以防触电！
思考题：p73页第二题
谢 谢！
手动定标（内插法）
实验步骤 1、将中心波长调至480nm处，通过汞灯的三条光谱， 手动定标，测量出氢、氘的各三条光谱线的波长。
2、将中心波长调至590nm处，通过汞灯的三条光谱， 手动定标，测量出氢、氘的各一条光谱线的波长
3、数据处理得出 RH , RD , M D M H ，及不确定度。
注意事项 1、不能连续点击程序，易导致死机。
H
Hale Waihona Puke 364.56n2 n2
4
H
R
1 22
1 n2
nm
cm1
Rcm1
里德伯常量
3.玻尔能级跃迁理论
常量
原子核 质量
R
2 2me4
40 2 ch3 1 m
M
1 R 1 m
M
氢、氘原子光 谱波长测量
里德伯 常量
原子核 质量比
MD
氢氘原子光谱
原子吸收光谱 红外吸收光谱
紫外吸收光谱
拉曼吸收光谱
一、实验目的
1.
通过氢氘光谱的测量、氘氢核质量比的测定， 加深对氢光谱规律和同位素位移的认识。
2.
学会使用光谱仪测量未知元素的光谱。
二、实验仪器
1、WGD—8A型组合式多功能光栅光谱仪
待测光源
氢灯电源 实验氢氘灯 电控箱 计算机
天津港东科技发展有限公司生产的光栅光谱仪
7
1 1 1 ~ RH ( 2 2 ) k n
1
k = 1 (n = 2, 3, 4, … ) 谱线系 ——莱曼系 k = 2 (n = 3, 4, 5, … ) 谱线系 —— 巴耳末系 k = 3 (n = 4, 5, 6, … ) 谱线系 ——帕邢系 k = 4 (n = 5, 6, 7, … ) 谱线系 —— 布拉开系
电控箱 光电倍增管
氢灯电源
汞、或钠光源
实验氢氘灯
光栅光谱仪光路
接 受 狭 缝 决 定 光 谱 的 强 度
入 射 狭 缝 决 定 光 谱 的 分 辨 率
S2,3 S1
三 实验原理
1. 氢原子光谱波数表达式及能级跃迁
谱线的波数可表示为
氢光谱的里德伯常量 RH 1.097 373 1 10 m
2×10-2～ 4×10-4
微波
105～102
4×10-4～ 4×10-7
4×10-7～ 4×10-10
射频(无线电波) 1～1000m
100～0.1
光谱测量的意义
1. 研究分子、原子、原子核 结构 2. 分析未知物的成分----定性分析 3. 分析各成分含量----定量分析 等等
发射光谱（钠原子）
1
氢（氘）原子光谱
实验四 氢（氘）原子光谱原子光谱的观测，为量子理论的建立提供了坚实的实验基础。
光谱线的超精细结构曾被认为是不同的同位素发射的谱线。
但现在认为，超精细结构是单一的同位素的光谱线由原子核的自旋而引起的复杂结构，而不同的同位素的光谱差别则称为“同位素移位”。
氢原子同位素移位是可以准确算出的。
1932年尤里（H.C.Urey ）等人用3m 凹面衍射光栅拍摄巴耳末（J.J.Balmer ）线系的光谱，发现在αH 、βH 、γH 和δH 的短波一侧均有一条弱的伴线，测量这些伴线的波长并在实验误差范围内与计算结果比较，从而证实了重氢H 2（氘）的存在。
一、实验目的 （1） 通过测量氢和氘谱线的波长，计算氢与氘的原子核的质量比H D M M /以及里德伯（J.R.Rydberg ）常量)(D H R R 。
（2）加深对氢光谱规律和同位素位移的认识，理解精确测量的重要意义。
（3）掌握WGD-8A 组合式光栅光谱仪的原理和使用方法，并学会用光谱进行分析。
二、 实验原理原子光谱是线光谱，光谱排列的规律不同，反映出原子结构的不同，研究原子结构的基本方法之一是进行光谱分析。
氢原子光谱由许多谱线组成，在可见光区的谱线系是巴耳末系，其代表线为αH 、βH 、γH 、δH …，这些谱线的间隔和强度都向着短波方向递减，并满足下列规律：422-=n n B λ （1） 式中n nm B ,56.364=为正整数。
当6,5,4,3=n 时，上式分别给出αH 、βH 、γH 、δH 各谱线波长，（1）式是瑞士物理学家巴耳末根据实验结果首先总结出来的，故称为巴耳末公式。
若用波数λν/1~=表示谱线，则（1-1）式改写为：⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=22221211214~n R n B H ν（2）式中B R H /4=为里德伯常量，n 取整数。
根据玻尔（Bohr N .）理论对氢原子和类氢原子的里得伯常量计算（诸圣麟，1979），有：Mm R R e /1+=∞ （3） 式中e m 为电子质量，M 为原子核质量。
氢氘原子光谱实验报告
氢氘原子光谱实验报告氢氘原子光谱实验报告引言：光谱实验是物理学中一项重要的实验，通过对物质发射或吸收光的特性进行研究，可以得到物质的结构和性质信息。
本次实验旨在研究氢氘原子的光谱特性，探究其能级结构和能级跃迁的规律。
实验方法：实验采用了氢氘原子光谱仪，该仪器能够将光分解成不同波长的光谱，并通过测量光的强度，得到不同波长光的发射或吸收情况。
实验过程中，我们使用了氢氘原子的气体样品，将其放入光谱仪中，并通过调节仪器的参数，如入射光强度、波长范围等，获取所需的光谱数据。
实验结果：在实验中，我们观察到了氢氘原子在可见光区域的发射光谱。
通过对光谱图的分析，我们发现了一系列明显的发射峰，这些峰代表了氢氘原子的不同能级跃迁。
根据经验公式和理论计算，我们得到了这些能级跃迁对应的波长和能量差。
讨论：根据实验结果，我们可以得出氢氘原子的能级结构和能级跃迁规律。
氢氘原子的能级结构由一系列离散的能级组成，这些能级之间的跃迁会导致特定波长的光的发射或吸收。
这与玻尔模型和量子力学理论的预测一致。
此外，我们还观察到了氢氘原子的光谱中存在一些弱的发射峰，这些峰可能来自于其他能级跃迁或者与氢氘原子相互作用导致的能级变化。
这些弱的发射峰的研究对于理解氢氘原子的复杂行为和相互作用具有重要意义。
结论：通过氢氘原子光谱实验，我们成功地研究了氢氘原子的能级结构和能级跃迁规律。
实验结果与理论预测相符，验证了量子力学理论在描述原子光谱中的有效性。
此外，我们还发现了一些未知的发射峰，这为进一步研究氢氘原子的行为提供了新的线索。
总结：光谱实验是一种重要的手段，可以揭示物质的结构和性质。
本次氢氘原子光谱实验通过观察氢氘原子发射光谱，研究了其能级结构和能级跃迁规律。
实验结果与理论预测相符，验证了量子力学理论的有效性。
未来的研究可以进一步探究氢氘原子的复杂行为和相互作用，并应用于其他领域的研究和应用中。
氢氘原子光谱
上式的
2π 2 m e 4 RA = m ( 4 π ξ 0 ) ch 3 1 + MA
是元素A的理论里德伯常量 A
z是元素A的核电荷数，n1、n2为整数，m和e是电子的质量 ξ 和电荷， 0 是真空介电中的光速，h是普朗克常量, M A是核的 RA 质量，显然，随A不同略有变化，当 M A趋近于无穷时，便 2π 2 me 4 得到里德伯常量 R∞ =
(1)
式中 λH 为氢光谱线的波长，n取3，4，5等整数 若改为波数表示谱线，由于 则式（1）变为 式中109678 cm
−1
ν = 1/ λ
（2）
1 1 −1 ν H = 109678 × 2 − 2 cm 2 n
叫氢的里德伯常量。
二、实验原理
由玻尔理论或量子力学得出的类氢离子光谱规律为
MD m λH = i M H M λD − λH + λD m / M H
式中m/ M H ＝1/1836.1572是已知值。
三、实验仪器
计算机、光栅摄谱仪、氖光灯、氢氘光谱灯
计算机 多组放电灯
光栅摄谱仪
氢氘光谱灯
四、实验内容
1、准备工作 、
确认设备的工作软件已经正确安装；USB的驱动程序已正 确安装，且USB设备工作正常。 打开实验装置和光源，预热15分钟，将装置电压调到 500v—1000v，
( 4πξ0 ) ch3
二、实验原理
所以
RA = R∞ 1+ m / M A
RH = R∞ 1+ m / M H
应用到H和D有
RD =
氢(氘)原子光谱
氢（氘）原子光谱姓名：唐方学号：091120119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。
1883 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 年尤里（H .C.Urey）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，发现氧的同位素——氚的存在。
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。
WGD-3 型光栅光谱仪用于近代物理实验中的氢（氘）原子光谱实验，一改以往在大型摄谱仪上用感光胶片记录的方法，而使光谱既可在微机屏幕上显示，又可打印成谱图保存，实验结果准确明了。
实验目的1．熟悉光栅光谱仪的性能与用法。
2．用光栅光谱仪测量氢原子光谱巴尔末线系的波长，求里德伯常数。
实验原理1．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102 Pa左右），可得到线状氢原子光谱。
瑞士物理学家巴尔未根据实验结果给出氢原子光谱在可见光区域的经验公式=(2.5-1)式中为氢原子谱线在真空中的波长，＝364.57 nm 是一经验常数；n取3,4,5等整数。
若用波数表示，则(2.5-1)式变为==() (2.5-2) 式中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=(2.5-3)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，为真空介电常数，Z为原子序数。
当时，由(2.5-3)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）(2.5-4) 所以(2.5-5)对于氢，有(2.5-6)这里是氢原子核的质量。
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(2.5-6)式可求得氢的里德伯常数。
氢氘原子光谱讲解
H
364.56
n2 n2
4
H
R
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1 22
1 n2
nm
cm1
Rcm1
里德伯常量
3.玻尔能级跃迁理论
常量
原子核 质量
R
2 2me4
40 2 ch3 1 m
M
1 R 1 m
M
氢、氘原子光 谱波长测量
里德伯 常量
原子核 质量比
MD
2、将中心波长调至590nm处，通过汞灯的三条光谱， 手动定标，测量出氢、氘的各一条光谱线的波长
3、数据处理得出 RH , RD , M D M H ，及不确定度。
注意事项 1、不能连续点击程序，易导致死机。
2、氢氘灯光强不足，注意调节聚焦，曝光时间， 狭缝宽度。去除背景光。
3、注意灯管高压，以防触电！
近代物理实验：氢与氘原子光谱
1. 氢原子光谱线
实验原理
谱线名称
Hα Hβ Hγ Hδ Hε Hζ
量子数（n）
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
2.巴耳末公式与里德伯常量
m
常量，P70
H
真空波长，P70
M H M H D H Dm / M H
实验仪器
问题1：如何激发原子光谱？
高压放电
能级跃迁
原子辐射
问题2：如何测量波长？
WGD-6型光学多道分析器
氢氘原子光谱
氢氘原子光谱
实验步骤
1. 启动仪器，选择合适参数，读取汞原子在350~600nm 段的光谱，记录各谱线波长值。
2. 换用氢氘灯，调整参数，读取氢氘巴尔末线系四对谱线波长，记录数据。
3. 数据处理与分析。
数据分析 1. 汞光谱定标
将利用光谱仪测得的汞光谱与汞原子理论谱线波长比较，对光谱仪进行线性修正
拟合得到修正曲线方程λ实=1.00071×λ测−0.18629
2. 氢氘光谱分析
由巴尔末线系公式ν =R 1
4−
1n 2
∝R ∝M ，即λ∝1
M ，双线中波长较小的为D 线，较长的为H 线。
利用光谱仪修正曲线进行修正
由R=1
λ/(1
4
−1
n
)及M D
M H
=m e
M H
λH
λD−λH+λD m e
M
∴
R H=10970331m−1
R D=10973422m−1
M D
H
=2.08
思考题
1.会影响到分辨率和光强。
狭缝越窄，分辨率越高，光强越弱。
2.需要提高光谱仪分辨率和光源强度。
氢与氘质量比约为2，其他元素同位素质量比
小于2，分辨双峰结构要比氢氘光谱困难，所以需要更高的分辨率。
3.将λ
真空=n×λ
空气
修正带入数据中计算得
R H=10973512 m−1
R D=10976604m−1
M D/M H不变，为2.08。
氢与氘原子光谱实验报告
氢与氘原子光谱实验报告一、实验背景和目的原子光谱是研究原子结构的重要工具，而氢与氘原子光谱实验则是探究氢和氘这两种轻元素原子结构及光谱特性的重要手段。
本实验旨在通过观察氢与氘原子光谱，学习原子光谱的基本原理，理解原子能级的跃迁原理，并比较不同原子光谱的差异。
二、实验原理与方法原子光谱的产生原理是基于原子能级的跃迁。
当原子受到外部能量激发时，原子中的电子会从低能级跃迁到高能级，当电子从高能级返回到低能级时，会释放出一定波长的光。
通过测定这些光的波长，我们可以确定原子的能级结构。
本实验采用激光激发原子光谱法。
具体方法是将氢或氘原子置于一个电场中，通过激光束照射，当激光能量与原子能级差相匹配时，原子会被激发并放射出光子。
通过测量这些光子的波长，我们可以得到原子的光谱。
三、操作过程准备实验器材：氢或氘原子、激光器、单色仪、光电倍增管、电源等。
将氢或氘原子置于电场中，调整激光器的波长，使激光能量与原子能级差相匹配。
打开激光器，照射氢或氘原子，并调整激光器的功率，使原子产生明显的光谱。
通过单色仪测量光子的波长，并记录数据。
重复步骤2-4多次，以获取足够的数据进行分析。
四、实验数据与分析通过实验，我们得到了氢与氘原子光谱的数据。
通过对比氢与氘原子的光谱，我们可以发现它们在波长和强度上存在差异。
这表明不同元素的原子具有不同的能级结构和光谱特性。
通过分析数据，我们可以使用Rydberg公式等理论公式来计算原子的能级和光谱波长。
通过比较理论计算与实验数据的差异，我们可以评估实验的准确性。
同时，我们还可以讨论影响实验结果的可能参数，例如激光功率、电场强度等。
五、误差来源和计算在本实验中，可能存在以下误差来源：激光器波长稳定性：如果激光器波长不稳定，将导致激发的原子数目减少，影响实验结果。
可以通过采用稳频激光器来减小此误差。
电场强度：电场强度不均匀可能导致原子激发效率不一致，影响光谱强度。
可以通过优化电场分布来减小此误差。
氢氘原子光谱实验报告
氢氘原子光谱实验报告氢氘原子光谱实验报告一、引言光谱实验是研究光的波动和粒子性质的重要手段之一，对于深入了解原子结构和化学反应机理至关重要。
氢和氘原子光谱实验是一项经典的实验，通过研究氢和氘原子发射的光谱线，可以揭示出原子的结构和特性，为量子力学提供了有力支持。
本实验旨在通过观察氢氘原子的光谱现象，得出对应原子能级的信息，进一步深入研究原子的性质。
二、实验方法1. 实验仪器：使用光谱仪和不同波长的光源，例如氢氘灯。
2. 实验过程：a. 将氢氘灯与光谱仪连接，调整光谱仪，确保其工作在最佳状态。
b. 通过调节仪器，使光源尽可能均匀地照射到光谱仪上。
c. 观察并记录下每个波长下的光谱现象，特别注意氢氘原子产生的谱线。
三、实验结果通过实验观察和记录，我们得到了如下实验结果：1. 在可见光波段，氢和氘原子表现出不同的光谱线，具有各自特征的谱线分布。
2. 氢原子的光谱线位于可见光谱中的红、绿、蓝三个区域，其中最明显的是红色和蓝色的谱线。
3. 氘原子的光谱线与氢原子相比，在波长上发生了较大的位移，整体往长波方向移动。
四、数据分析与讨论1. 通过对实验结果的观察，我们可以得出结论，不同的原子具有不同的光谱线，这表明了原子的结构和能级分布与光谱现象的关系。
2. 氢原子的光谱线表现出离散特性，这与波尔模型相符，即氢原子的电子只存在于特定的能级上，能级之间的跃迁会导致相应波长的光谱线出现。
而氘原子的光谱线位移说明了核子质量的影响。
3. 光谱实验的结果与理论模型相吻合，这进一步验证了波尔模型的正确性，并为原子结构研究提供了更加深入的理论支持。
五、实验结论通过本次氢氘原子光谱实验，我们得出了以下结论：1. 氢原子和氘原子在可见光谱中具有各自特征的光谱线分布。
2. 氢原子的光谱线呈现出离散特性，与波尔模型相符。
3. 氘原子的光谱线位移较大，与核子质量的差异有关。
4. 光谱实验结果与理论模型相吻合，为原子结构研究提供了有效支持。
氢氘光谱实验报告
氢氘光谱实验报告氢氘光谱实验报告引言光谱学是研究物质与电磁辐射相互作用的科学。
氢氘光谱实验是光谱学中的重要实验之一，通过观察氢氘原子在不同波长的光照射下的发射和吸收现象，可以了解原子内部结构和能级分布的信息。
本实验旨在通过测量氢氘原子在可见光范围内的光谱，探索其能级结构和能级间的跃迁。
实验装置和原理实验装置主要包括氢氘光源、光栅、光电倍增管和光谱仪。
当氢氘原子受到激发后，会发射出特定波长的光线，形成光谱线。
光栅的作用是将光线分散成不同波长的光谱，而光电倍增管则用于检测和放大光信号。
实验步骤1. 将氢氘光源接通电源，使其开始发光。
2. 调节光栅的角度，使得光线能够通过光栅并被分散。
3. 将光电倍增管与光栅对准，使得光线能够被光电倍增管接收。
4. 使用光谱仪观察和记录光电倍增管输出的光谱图像。
实验结果通过实验，我们观察到了氢氘原子在可见光范围内的光谱线。
根据光谱图像，我们可以看到一系列明亮的谱线，每条谱线对应着氢氘原子的一个能级跃迁。
讨论与分析1. 能级结构根据实验结果，我们可以推测氢氘原子的能级结构。
氢氘原子的能级由电子的能量决定，而电子的能量与其所处的能级有关。
每条光谱线对应着一个能级跃迁，从高能级到低能级的跃迁会释放出特定波长的光线。
通过测量光谱线的波长，我们可以计算出氢氘原子不同能级之间的能量差。
2. 能级间距氢氘原子的能级间距可以通过测量光谱线的波长来计算。
根据波长和光的速度，我们可以使用公式λ = c / ν计算出光的频率，进而计算出能级间距。
通过实验数据的分析，我们可以得到氢氘原子能级间距的近似数值。
3. 能级跃迁不同的能级跃迁对应着不同的光谱线。
通过观察光谱图像，我们可以推测氢氘原子的能级跃迁规律。
根据量子力学理论，我们知道能级跃迁是由电子的能量变化引起的。
因此，通过研究光谱线的强度和位置，我们可以进一步了解氢氘原子内部电子的能级分布和跃迁过程。
结论通过氢氘光谱实验，我们成功地观察到了氢氘原子在可见光范围内的光谱线。
氢-氘-光-谱
氢氘光谱光谱线系的规律与原子结构有内在的了解，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年尤里（Ｈ．Ｃ．Ｕｒｅｙ）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。
ＷＧＤ-8A型光栅光谱仪用于近代物理实验中的氢(氘)原子光谱实验，一改以往在大型摄谱仪上用感光胶片记录的方法，而使光谱既可在微机屏幕上显示，又可打印成谱图保存，实验结果准确明了。
[实验目的]1.熟悉光栅光谱仪的性能与用法。
2.用光栅光谱仪测量氢(氘)原子光谱巴尔末线系的波长，求氢(氘)的里德伯常数。
[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（4.1）式中为氢原子谱线在真空中的波长。
＝364.57ｎｍ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（4.2）式中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（4.3）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，ε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0子核不动时的里德伯常数(普适的里德伯常数)（4.4）所以（4.5）对于氢，有（4.6）这里是氢原子核的质量。
图1 氢原子能级由此可知，通过实验测得氢的巴尔末线系的前几条谱线的波长，借助（4.6）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，对它的精密测量在科学上有重要意义，目前它的推荐值为＝10973731.568549（83）ｍ－１表4-1为氢的巴尔末线系的波长表。
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真空波长，P70 MD m 常量，P70 H M H M H D H D m / M H
实验仪器
问题1：如何激发原子光谱？
高压放电
能级跃迁
原子辐射
问题2：如何测量波长？
WGD-6型光学多道分析器
入射狭缝
S1
准光镜
M2
M1
G
反射镜 光栅
S2
S2
M3
分光镜
M4
物镜
S3
思考题：p73页第二题
谢
谢！
2
nm
1 1 H R 2 2 2 n
cm
1
Rcm
1
里德伯常量
3.玻尔能级跃迁理论
常量
2 4
1 R R 2 3 1 m M 4 0 ch 1 m M
氢、氘原子光 谱波长测量 里德伯 常量 原子核 质量比
2 me
原子核 质量
近代物理实验：氢与氘原子光谱
实验原理
1. 氢原子光谱线
谱线名称 Hα Hβ Hγ Hδ
量子数（n） 3 4 5 6
颜色 红 深绿 青 紫
波长（单位： nm） 656.279 486.133 434.047 410.147
Hε
Hδ
7
8
紫
紫
397.007
388.905
2.巴耳末公式与里德伯常量
n H 364.56 2 n 4
2、将中心波长调至590nm处，通过汞灯的三条光谱， 手动定标，测量出氢、氘的各一条光谱线的波长
3、数据处理得出
RH , RD , M D M H ，及不确定度。
注意事项
1、不能连续点击程序，易导致死机。
2、氢氘灯光强不足，注意调节聚焦，曝光时间， 狭缝宽度。去除背景光。
3、注意灯管高压，以防触电！
CCD 出射狭缝
检索中心波长
问题3：如何定标波长？
汞灯主要光谱
紫色 △404.66 强 紫色△435.84 强 蓝绿色△491.60 强
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
绿色△546.07 强
黄色 △576.96 强 黄色△579.07 强
手动定标（内插法）
实验步骤
1、将中心波长调至480nm处，通过汞灯的三条光谱， 手动定标，测量出氢、氘的各三条光谱线的波长。