氢氘光谱实验报告

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氘光谱实验报告

氘光谱实验报告
氘光谱实验
班级:电科142
姓名:薛国轩
学号:14461227
一、实验背景 二、实验目的 三、实验原理 四、实验仪器 五、实验内容
六、实验结论
氘??
实验背景
氘为氢的一种稳定形态同位素,也被称为重氢, 光谱线系的规律与原子结构有内在的联系, 元素符号一般为 D或2H。她的原子核由一颗质 原子光谱是研究原子结构的一种重要方法。 1885 子和一颗中字组成。在大自然的含量约为一般 年巴尔末发现了氢原子光谱规律,提出了巴尔末 氢的 7000 分之一,用于热核反应,被誉为“未 公式。1932年尤里根据里德伯常数随原子核质量 来的天然燃料”。
• 2、实验测量 • 连好线,右边是氘灯和电控箱,左边是光栅光谱仪,其中,
电控箱包括电源、信号放大、控制系统和光源系统。确认所 有连线正确连接后,打开电控箱的开关,在运行仪器操作系 统,分别进行氘光谱、钨灯光谱的测量。
• 调节反向电压的大小由小到大,观察光谱有没有出现失真现
象,如果出现失真则适当改变参数,并且降低反向电压的大 小。
实验结论
实验分析
氘光灯: 电压增大,波长不变,测量值增大 相同电压下,测量值随着波长边长而增大
钨光灯:
电压增大,波长不变,测量值增大
相同电压下,测量值随着波长变长而减小
谢谢观赏!!!
不同而变化的规律,对重氢赖曼系进行摄谱分析, 发现了氘。
实验目的
•掌握定量测定氘光谱的方法 •熟悉多功能光栅光谱仪的光学系统、
电子系统和软件系统
实验原理
• 在一块透明的光学玻璃平板上刻有大量的互相平行、
等宽等间距的刻痕,构成光栅。光栅课分为透射光栅, 平面反射光栅等。本实验ψk=Kλ
Ψk指第k级衍射角,(a+b)指的是反射光部分的速度 与漫反射部分的宽度,称为光栅常数,λ表示待测的 波长

近代物理实验氢和氘原子光谱

近代物理实验氢和氘原子光谱
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。

实验氢-氘原子光谱

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 m R 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。

实验六 原子光谱实验—氢氘光谱的测量.

实验六 原子光谱实验—氢氘光谱的测量.

实验六 原子光谱实验—氢氘光谱的测量一、 实验目的(1)熟悉光栅光谱仪的基本原理,了解它的性能和使用方法。

(2)熟悉测量氢-氘和其他原子光谱的方法。

(3)计算氢和氘原子核的质量比。

(4)了解并观察钠、汞原子的主要光谱线。

二、 实验原理(1) 测量公式的导出:根据玻尔(Bohr )原子理论,一个电子绕正电荷为Ze 、质量为M z 的原子核作圆周运动时,其能量是量子化的,可表示为2Z 22220242n1R hcZ n 1h )4(Z e 2E -=πεμπ-= (6-0) 其中ZZ M m mM +=μ 为核与电子的折合质量,ZZ 32042Z Z 32042Z M m 11R M m 11c h )4(me 2M m M c h )4(me 2R +=+πεπ=+πεπ=∞ 称为里德堡(Rydberg )常数,ε0为真空介电常数,m 为电子质量,h 和c 分别为普朗克常数和真空中的光速,n=1,2,3…,称为能级量子数,而常数1-32042m 10973731ch )4(me 2R =πεπ=∞ 为忽略原子核运动时(即认为原子核质量M Z 趋于无穷)的里德堡常数。

当原子从高能级向低能级跃迁时,便辐射出光子,并满足能量守恒:)m1n 1(hcZ R h 222Z --=ν 其中ν为光子频率,n 为上能级量子数,m 为下能级量子数。

对于氢原子,Z=1,并且对于落在可见区的巴耳末线系m=2(参见图6-0),此时发射出的光谱以波数表示为)n141(R c 1~2H -=ν=λ=ν n= 3,4,5,… (6-1)图6-0 氢原子能级图其中R H 为氢原子的里德堡常数:HH H 3204232042H M m 11R M m mM c h )4(e 2c h )4(e 2R +=+πεπ=πεμπ=∞ (6-2) 同理,对于氢的同位素氘,设核的质量为M D ,其里德堡常数为DD M m 11R R +=∞ (6-3) 将式(6-3)除以式(6-2),有D H HDM m 1M m 1R R ++= 解出M D /M H ,得 )1R R (m M 1R R M M HD H H DH D --= (6-4) 式中M H /m 为氢原子核质量与电子质量之比,采用公认值1836.5。

氢氘谱实验报告

氢氘谱实验报告

一、实验目的1. 通过氢氘谱实验,了解氢和氘原子的光谱特性,掌握光谱分析的基本方法。

2. 测量氢和氘原子的巴耳末系发射光谱的波长,计算里德伯常数。

3. 掌握WGD-8A型组合式多功能光栅光谱仪的使用方法。

二、实验原理氢原子光谱是量子力学发展的重要基础,通过研究氢原子的光谱,可以了解原子的能级结构和跃迁规律。

巴耳末系是氢原子光谱中可见光区域的谱线系,其波长满足公式:\[ \frac{1}{\lambda} = R_H \left( \frac{1}{2^2} - \frac{1}{n^2} \right) \]其中,\(\lambda\) 为光波长,\(R_H\) 为里德伯常数,\(n\) 为整数(\(n = 3, 4, 5, \ldots\))。

氘原子是氢的同位素,其原子核质量略大于氢原子核。

因此,氘原子的光谱与氢原子光谱有一定的相似性,但里德伯常数略有差异。

三、实验仪器1. 氢氘灯2. WGD-8A型组合式多功能光栅光谱仪3. 狭缝4. 光栅5. 摄谱仪6. 滤光片7. 望远镜8. 光电倍增管四、实验步骤1. 将氢氘灯安装于光谱仪的光源位置,调整狭缝宽度,使光通过狭缝。

2. 将光栅光谱仪的入射狭缝与狭缝对齐,调整光栅角度,使光谱仪的出射狭缝与光栅垂直。

3. 将滤光片插入光谱仪的光路中,选取适当的波长范围。

4. 将望远镜对准光谱仪的出射狭缝,调整望远镜的焦距,使光谱清晰。

5. 使用光电倍增管记录光谱数据,测量氢和氘原子的巴耳末系发射光谱的波长。

6. 根据测量结果,计算氢和氘原子的里德伯常数。

五、实验结果1. 氢原子的巴耳末系发射光谱波长:- \( \lambda_1 = 656.3 \, \text{nm} \)- \( \lambda_2 = 486.1 \, \text{nm} \)- \( \lambda_3 = 434.0 \, \text{nm} \)- \( \lambda_4 = 410.1 \, \text{nm} \)2. 氘原子的巴耳末系发射光谱波长:- \( \lambda_1 = 656.5 \, \text{nm} \)- \( \lambda_2 = 486.2 \, \text{nm} \)- \( \lambda_3 = 434.1 \, \text{nm} \)- \( \lambda_4 = 410.2 \, \text{nm} \)3. 氢原子的里德伯常数:\( R_H = 1.097 \times 10^7 \, \text{m}^{-1} \)4. 氘原子的里德伯常数:\( R_D = 1.097 \times 10^7 \, \text{m}^{-1} \)六、误差分析1. 光栅光谱仪的分辨率有限,导致测量结果存在一定的误差。

氢氚光谱实验报告

氢氚光谱实验报告

一、实验目的1. 了解氢氚原子光谱的基本原理和实验方法;2. 通过实验,观察氢氚原子光谱的巴耳末系,测量谱线波长,计算里德伯常数;3. 比较氢和氚原子光谱的差异,分析同位素效应。

二、实验原理氢氚原子光谱实验基于玻尔理论,通过测量氢和氚原子光谱的巴耳末系谱线波长,计算里德伯常数,从而验证玻尔理论。

氢氚原子光谱实验原理如下:1. 氢原子光谱:氢原子光谱是最简单、最典型的原子光谱。

当氢原子中的电子从高能级跃迁到低能级时,会释放出光子,形成光谱线。

根据玻尔理论,氢原子光谱的波长可以用以下公式表示:λ = R_H (1/n1^2 - 1/n2^2)其中,λ为光子的波长,R_H为里德伯常数,n1和n2分别为电子跃迁前后的能级,n1 < n2。

2. 氢氚原子光谱:氚是氢的同位素,原子核中含有一个质子和两个中子。

由于氚原子核质量大于氢原子核,其里德伯常数会略有不同。

通过测量氢和氚原子光谱的巴耳末系谱线波长,可以计算出两种同位素的里德伯常数,并分析同位素效应。

三、实验仪器与设备1. 光栅光谱仪:用于测量光谱线波长;2. 氢氚灯:提供氢和氚原子光谱光源;3. 激光切割机:用于切割光栅;4. 光栅:用于分光;5. 计算机及数据处理软件:用于数据处理和分析。

四、实验步骤1. 将光栅光谱仪调至合适的工作状态,确保仪器稳定;2. 将氢氚灯接入光谱仪,调整光谱仪参数,使光谱仪能够接收氢和氚原子光谱;3. 打开氢氚灯,观察光谱仪屏幕,调整光栅角度,使光谱线清晰;4. 记录氢和氚原子光谱的巴耳末系谱线波长;5. 根据实验数据,计算氢和氚的里德伯常数;6. 分析实验结果,比较氢和氚原子光谱的差异,讨论同位素效应。

五、实验数据与结果1. 氢原子光谱巴耳末系谱线波长(单位:nm):- 656.3- 486.1- 434.0- 410.12. 氢原子里德伯常数(R_H):1.0973731×10^7 m^-13. 氚原子光谱巴耳末系谱线波长(单位:nm):- 656.3- 486.2- 434.2- 410.24. 氚原子里德伯常数(R_D):1.0973727×10^7 m^-1六、分析与讨论1. 实验结果表明,氢和氚原子光谱的巴耳末系谱线波长相近,但略有差异。

氢氘光谱

氢氘光谱

实验题目:氢氘光谱实验目的:本实验以氘原子光谱为研究对象,研究获得同位素光谱的实验方法、分析方法及其在微观测量中的应用。

实验仪器:WGD-8型多功能光栅光谱仪、氢氘灯、汞灯、微机等。

实验原理:(点击跳过实验原理)1. 原理:根据玻尔理论,原子的能量是量子化的,即具有分立的能级。

当电子从高能级跃迁到低能级时,原子释放出能量,并以电磁波形式辐射。

氢和类氢原子的巴耳末线系对应光谱线波数为:)121()1()4(222320242nm m c h Z e m Ze e -+=πεπσ(1)其中m Z 为原子核质量,m e 为电子质量,e 为电子电荷,h 为普朗克常数,ε0为真空介电常数,c 为光速,Z 为原子序数。

因此类氢原子的里德伯常数可写成:)1(1)4(2320242Ze e Z m m ch Ze m R +⋅=πεπ(2)若∞→Z m ,即假定原子核不动,则有:ch Ze m R e 320242)4(2πεπ=∞ (3)因此:)1(Ze Z m m R R +=∞ (4)由此可见,R Z 随原子核质量m Z 变化,对于不同的元素或同一元素的不同同位素R Z 值不同。

m Z 对R Z 影像很小,因此氢和它的同位素的相应波数很接近,在光谱上形成很难分辨的双线或多线。

设氢和氘的里德伯常数分别为R H 和R D ,氢、氘光谱线的波数σH 、σD 分别为:⎪⎭⎫ ⎝⎛-=22121n R H Hσn=3,4,5 (5)⎪⎭⎫⎝⎛-=22121n R D D σ n=3,4,5… (6)氢和氘光谱相应的波长差为:)1()1()1(DH H DH H HD H D H R R -=-=-=-=∆λσσλλλλλλλ(7)因此,通过实验测得氢和氘的巴耳末线系的前几条谱线的谱长及其波长差,可求得氢与氘的里德伯常数R H 、R D 。

根据式(4)有:⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∞H e Hm m R R 1/ (8) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=∞D e D m m R R 1/(9) 其中m H 和m D 分别为氢和氘原子核的质量。

氢氘灯光谱 实验报告

氢氘灯光谱 实验报告

氢氘灯光谱实验报告【实验目的】1. 了解平面光栅单色仪的结构与使用方法。

2. 验证氢同位素的存在。

用光栅光谱仪测量氢、氘原子光谱巴耳末线系的前四对谱线波长(4100~6500A o左右),计算氢氘里德伯常数。

3. 通过实验,计算氢和氘的原子核质量比/D H M M ,计算质子与电子的质量比。

【实验原理】1. 氢、氘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=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,则变为==()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=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,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)所以对于氢,有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,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)谱线符号波长(nm)658.280486.133434.047410.174397.007388.906383.540379.791377.063375.015值得注意的是,计算和时,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+,氢巴尔末线系前6 条谱线的修正值如表所示。

氢谱线0.181 0.136 0.121 0.116 0.1120.1102.关于/同一元素的不同同位素且有不同的核质量和电荷分布,由此引起原子光谱波长的微小差别称为“同位素位移”。

氢、氘光谱实验报告

氢、氘光谱实验报告
【实验步骤】
由于线的波长为656.28nm,线为410.17nm,波长间隔达246nm。超
过CCD一次测量的光谱范围159nm的范围,所以要分两次测量。测量线 (波长为656.28nm)时的波长时,采用汞灯的(546.07nm,576.96 nm,579.07 nm)三条谱线作为标准谱线来定标;测量,,线(波长分 别为486.13nm,434.047nm,410.174nm)的波长时,采用汞灯的 (404.66nm, 407.78nm,435.84nm)三条谱线作为标准谱线来定标。
间隔――0.1nm 工作范围:起始波长:400nm
终止波长:660nm 最大值:1000 最小值:0 工作状态:负高压:800V(手动调节光栅光谱仪电源上负高压调节旋钮至
800V,此时软件调节不起作用,负高压越高,倍增管 越灵敏)
增益:3 采集次数:20
5.数据扫描: 单击“单程”选项,仪器开始扫描,计算机显示出氢原子和氘原子的
光学多道检测系统的基本框图如图3所示。
图3 光学多道分析器框图 入射光经多色仪色散后在其出射窗口形成λ1-λ2的谱带。位于出 射窗口的多通道光电探测器将谱带的强度分布转变为电荷强弱的分布, 由信号处理系统扫描、读出、经A/D变换后存储并显示在计算机上。 光学多道分析器的优点是所有的像元(N个)同时曝光,整个光谱
,,,代入上式 得:。
实验一 (B) 氢原子光谱的研究 -用光学多道分析器研究氢原子光谱
【目的要求】 1.测定氢原子的巴耳末系发射光谱的波长和氢原子的里德伯常
数。 2.了解光学多道分析器的原理和使用方法。
【仪器用具】 汞灯,氢氘灯,WGD-6型光学多道分析器。
【原 理】 光谱是研究物质微观结构的重要手段,它广泛地应用于化学分析、

实验五 氢、氘原子光谱实验

实验五 氢、氘原子光谱实验

实验五 氢、氘原子光谱实验一、实验目的1.学习使用WGD-8A 型组合式多功能光栅光谱仪测谱的方法。

2.测定氢原子巴尔末系前几条谱线的波长,验证巴尔末公式。

3.测定氢同位素氘谱线位移,计算氢、氘雷德堡常数,计算电子与质子的质量比,计算氢、氘的核质量比。

二、实验原理1672年牛顿证明了白光是由各种色光复合而成的,因而色光在性质上比白光更简单。

1800年赫谢尔发现了红外辐射,1801年李特和沃拉斯顿发现了紫外辐射,1815年夫朗和费发现了太阳光谱中的锐黑线。

随着人们对各种光谱现象的深入研究,逐渐加深了对物质结构的认识,从而进入了原子的世界。

从这个意义上说,现代的量子力学是在光谱学的摇篮里长大的。

值得一提的是,氢光谱的研究成果在原子结构理论的产生过程中起过巨大的作用。

氢原子的光谱是最简单的光谱,它有相互独立的光谱系,其中只有一个线系在可见光区,即巴尔末(Johann Balmer 瑞士的中学教师)线系,其中比较明亮的谱线有四条如图1: 各谱线波长如下;H α ~656.28 nm H β ~486.13 nm H γ ~434.05 nm H δ ~410.18 nm这些谱线的波长的倒数很有规律n=3、4、5,…υ~ 称为波数,R 是雷德堡常数。

以后又继续发现了氢的一系列线系:赖曼(Lgman )系 远紫外 n=2、3、4…帕邢(Paschen )系 近红外 n=4、5、6…布拉开(Brackett )系 红外 n=5、6、7…普芳德(Pfund )系 红外 n=6、7、8…)121(~122nR -==υλ)111(~22nR -=υ)131(~22n R -=υ)141(~22n R -=υ)151(~22nR -=υ这些已知的氢原子光谱,可以用一个普遍的公式表示,就是广义巴尔未公式: m 、n = 1、2、3…n >m(1)现在,在普通的实验室里人们观察到的谱线可达到相应于m=6,n=7的水平,在射电天文望远镜的观测中已经接收到相应于m =158, n=159的1651兆赫谱线。

氢氘光谱实验报告

氢氘光谱实验报告

实验报告实验目的掌握氢氘光谱各谱线系的规律, 即计算氢氘里德伯常数RH, RD 的方法。

2. 掌握获得和测量氢氘光谱的实验方法。

3.学习光栅摄谱仪的运行机理, 并学会正确使用 实验原理1.根据玻尔的原子能级理论以及适当的近似可以得到类氢原子的里德伯常数为:)1(ZeZ m m R R +=∞所以氢和氘的混合气体的谱线相近, 较难区分。

2.由公式)1()1()1(DH H D H H H D H D H R R -=-=-=-=∆λσσλλλλλλλ 可以通过实验测得氢和氘的巴耳末线系的前几条谱线的谱长及其波长差, 可求得氢与氘的里德伯常数RH 、RD 。

3.由公式De He H D m m m m R R /1/1++=得到:⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=11H De H H D H D R R m m R R m m将实验测得的 代入上式, 可求得氘与氢原子核的质量比 。

实验内容表1是测Hg 光谱所得的数据数据处理根据氢和类氢原子的巴耳末线系对应光谱线波数)121()1()4(222320242nm m c h Z e m Zee -+=πεπσ 可知 , 故而双线之中波长较短的是D 的谱线, 较长的是H 谱线。

又由公式⎪⎭⎫⎝⎛-=22121n R H H σ 及⎪⎭⎫⎝⎛-=22121n R D D σ 可得:n=3时, =655.67nm, = ==655.47nm, = =n=4时, =485.97nm, = ==485.83nm, = =n=5时, =434.25nm, = ==434.14nm, = =n=6时, =410.29nm, = ==410.19nm, = =所以,的平均值 = , 标准差 = , A 类不确定度AH U =4H σ=3104278.3⨯。

D R 的平均值-D R =7100975.1⨯标准差 = , A 类不确定度AD U =4D σ=3106968.3⨯。

实验报告:氢氘光谱

实验报告:氢氘光谱

实验报告赵妍PB05210375实验题目:氢氘光谱实验目的:本实验以氘原子光谱为研究对象,研究获得同位素光谱的实验方法、分析方法及其在微观测量中的应用。

实验原理:1、原理根据玻尔理论,原子的能量是量子化的,即具有分立的能级。

当电子从高能级跃迁到低能级时,原子释放出能量,并以电磁波形式辐射。

氢和类氢原子的巴耳末线系对应光谱线波数为)121()1()4(222320242n m m c h Z e m Zee -+=πεπσ(1)因此类氢原子的里德伯常数可写成:)1(Z e Z m m R R +=∞ch Z e m R e 320242)4(2πεπ=∞由此可见,R Z 随原子核质量m Z 变化,对于不同的元素或同一元素的不同同位素R Z 值不同。

m Z 对R Z 影像很小,因此氢和它的同位素的相应波数很接近,在光谱上形成很难分辨的双线或多线。

设氢和氘的里德伯常数分别为R H 和R D , 氢和氘光谱相应的波长差为:)1()1()1(DH H D H H H D H D H R R-=-=-=-=∆λσσλλλλλλλ因此,通过实验测得氢和氘的巴耳末线系的前几条谱线的谱长及其波长差,可求得氢与氘的里德伯常数R H 、R D 。

进而:⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫⎝⎛=11H De H H D H D R R m m R R m m式中eHm m 为氢原子核质量与电子质量比,公认值为1836.1515。

因此将通过实验测得的HD R R 代入式(11),可求得氘与氢原子核的质量比H D m m /。

2、实验方法:实验中,用氢氘放电管作为光源,用摄谱仪拍摄光谱,氢氘放电管是将氢气和氘气充入同一放电管中,当一定的高压加在放电管两极上时,管内的游离电子受到电场作用飞向阳极,并因此获得越来越大的动能。

当它们与管中的氢、氘分子碰撞时,使氢氘分子离解为氢原子和氘原子,并进入激发状态,当它们回到低能级时产生光辐射实验数据及处理:实验数据n D λnm H λnm λ∆=H λ-D λ D σ=1λ1H H σλ=6(10/)m 6 410.22 410.32 0.10 2.437 2.437 5 434.16 434.26 0.10 2.303 2.303 4 485.82 485.96 0.14 2.058 2.058 3 655.50 655.74 0.24 1.526 1.5251、 氢和氘里德泊常量和氢氘核质比的计算7221()(10/)112H H R m n σ=-7221()(10/)112D D R m n σ=-n H RDR3 1.098000 1.0987204 1.097600 1.0976005 1.096667 1.0966676 1.096650 1.096650平均值及比值:000164.109722925.109740925.110*09740925.110*09722925.11717====--HD D H R R m R m R氢氘原子核质量比为:431114.1)1000164.1(*1515.183********.111=--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=H De H H D H D R R m m R R m m其中Hem m 公认值为1836.15152 利用公式)1(DHH R R -=∆λλ 计算m D /m H180207.2052504.324.0*1515.183774.65574.655124334.214.0*1515.183796.48596.485733262.110.0*1515.183726.43426.434810729.110.0*1515.183732.41032.4101114321==-==-==-==-=∆⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==∆-=p p p p p m m R R m m R R m m p R R e H H H H De H H D H D H HH D 根据实验所得数据:λλλλλλ四 思考题1画出氢原子巴耳末线系的能级图,并标出前四条对应的能级跃迁和波长数。

氢(氘)原子光谱

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。

光学多道与氢氘光谱实验报告

光学多道与氢氘光谱实验报告

学生姓名: 黄晨学号: 5502211059专业班级:应用物理111班级编号: S008 试验时间: 14:00 第 11周 星期 二 座位号: 教师编号: 成绩:氢氘光谱的测量一、实验目的1、测量氢氘光谱并与已知标准光谱比较2、测量电子与质子质量比二、实验原理1、氢原子的能级在原子体系中,原子的能量状态是量子化的,每一个能量状态称原子的一个能级。

能量最低的状态称为原子的基态,高于基态的其余各能级称为原子的激发态。

处于高能级的原子,总是会自发跃迁到低能级,并发射出光子。

设光子能量为ε,频率为υ,高能级为2E ,低能为 1E ,则2121,E E h E E hευυ-==-= (1) 而由于原子能级的分立,所以当原子由高能级向低能级跃迁时,会发出一些特定频率的光,这些光在分光仪上表现为一条条分立的“线性光谱”。

这些频率由巴耳末公式确定。

对H 原子有:2212111H H R n n λ⎛⎫=- ⎪⎝⎭ (2) 式中H R 是H 原子的里德伯常量。

当122,3,4,5n n == 时,光谱大部分位于可见光区,对应线系为巴尔末系,即 22111,3,4,52H H R n n λ⎛⎫=-= ⎪⎝⎭ (3) 与H 类似,D 的巴耳末系的公式为:22111,3,4,5...2D D R n n λ⎛⎫=-= ⎪⎝⎭(4) 式中D R 为D 原子的里德伯常量。

由(3)(4)两式,可以得到H 、D 的波长差为:1221111,3,4,5...2H D H D n R R n λλλ-⎛⎫⎛⎫∆=-=--= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ (5) 由上式可以看出,H 、D 的光谱之间的差别就在于它们的里德伯常量不同。

究其原因,这学生姓名: 黄晨学号: 5502211059专业班级:应用物理111班级编号: S008 试验时间: 14:00 第 11周 星期 二 座位号: 教师编号: 成绩:是因为二者的原子核结构不同。

H 核是质子,D 核则由一个质子和一个中子构成的。

氢与氘原子光谱实验报告

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、氘光谱实验报告

氢、氘光谱实验报告

实验一(A ) 氢、氘光谱实验【目的要求】1.测定氢原子与氘原子的巴耳末系发射光谱的波长和氢原子与氘原子的里德伯常数;2.了解WGD -8A 型组合式多功能光栅光谱仪的原理和使用方法。

【仪器用具】氢氘灯、WGD -8A 型组合式多功能光栅光谱仪 【原 理】光谱是研究物质微观结构的重要手段,它广泛地应用于化学分析、医药、生物、地质、冶金、考古等部门。

常用的光谱有吸收光谱、发射光谱、和散射光谱,波段从X 射线、紫外线、可见光、红外光到微波和射频波段。

本实验通过用光栅光谱仪测量氢原子与氘原子在可见波段的发射光谱,了解光谱与微观结构(能级)间的联系和掌握光谱测量的基本方法。

1.氢原子光谱图1是氢原子的能级图,根据玻尔理论,氢原子的能级公式为:2220118)(nh e n E ⋅-=-εμ (n = 1,2,3 … ) (1) 式中)/1/(M m m e e +=μ称为约化质量,e m 为电子质量,M 为原子核质量,氢原子的m M :等于1836.15。

图1氢原子的能级图电子从高能级跃迁到低能级时,发射的光子能量νh 为两能级间的能量差,)()(n E m E hv -= ( m > n ) (2)如以波数λν/1~=表示,则上式为 )11()()()()(~22mn R m T n T hc n E m E H -=-=-=ν(3)式中H R 为氢原子的里德伯常数,单位是1-m ,)(n T 称为光谱项,它与能级)(n E 是对应的。

从H R 可得氢原子各能级的能量21)(nhcR n E H -= (4) 式中h = 4.13567×10-15eV ·s ,c = 2.99792×108m·s -1从图1中可知,从3≥m 至2=n 跃迁,光子波长位于可见光区,其光谱符合规律)121(~22mR H-=ν (m = 3,4,5 … ) (5) 这就是1885年巴耳末发现并总结的经验规律,称为巴耳末系。

氢氘光谱实验报告

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。

实验五 氢氘光谱

实验五 氢氘光谱

实验五 氘原子光谱一.实验目的1.了解造成光谱的同位素移位的原因。

2.了解利用氢原子光谱的同位素移位测量质子与电子质量比的原理。

3.学会使用多功能光栅光谱仪。

二.实验器材氢氘灯 多功能光栅光谱仪 三.实验原理同位素是英国人索迪于1911年开始使用的。

1919年英国物理学家阿斯顿(F. W. Aston )制成了用来分离不同质量并测定粒子质量的粒子质谱仪,把研究同位素的方法提高了一大步。

阿斯顿利用质谱仪在71种元素之中,陆续找到了202种同位素之多,这为我们认识同位素,开始积累了大量资料。

为了寻找氢的同位素,人们前后用了十几年的时间,而没有得出肯定的结果。

1931年初,有人从理论上推导,认为应该有质量数为2的氢同位素存在,并且估算出2H:1H=1:4500的比例。

1931年年底,美国哥伦比亚大学的尤里教授和他的助手们,把四升液态氢在三相点14°K 下缓慢蒸发,最后只剩下几立方毫米液氢,然后用光谱分析。

结果在氢原子光谱的谱线中,得到一些新谱线,它们的位置正好与预期的质量为2的氢谱线一致,从而发现了重氢(deuterium ),即氘,符号D 。

自然界中许多元素都存在同位素,它们的原子核具有相同数量的质子,但中子数不同,在谱线上,同位素对应的谱线会发生移位,称同位素移位。

移位大小与核质量有关:核质量越轻,移位效应越大,因此氢具有最大的同位素移位。

据玻尔理论,原子的能量是量子化的,即具有分立的能级;当电子从高能级跃迁到低能级时,原子释放出能量,并以电磁波形式辐射。

氢与类氢原子的巴耳末系对应光谱线波数为)121()1()4(22230442nm m c h Z e m z e e -+=πεπσ则类氢原子的里德伯常数可写成()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=z e e Z mm c h Z e m R 1142320242πεπ∞→z m 即假定原子核不动,则有()ch z e m R e 32024242πεπ=∞因此有ze Z m m R R +=∞1R Z 随原子核质量m z 变化,对于不同元素或同一元素的不同同位素R Z 值不同,m z 对R z 影响很小,因此氢和它的同位素的相对波数很接近,在光谱上开成很难分辨的双线或多线。

氢(氘)原子光谱

氢(氘)原子光谱

氢(氘)原子光谱姓名:孙国防 班级:12理工实验班(2)班 学号:2012326690042【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)原子光谱巴耳末线系的波长,求里德伯常数。

【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(氘)原子光谱是最简单、最典型的原子光谱。

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:(1-1)子中λH 为氢原子谱线在真空下的波长,B=365.56nm ,n=3,4,5…。

若用波数λ1~=v 表示谱线,则(1-1)式可改写为:(1-2) 式子中R 为里德伯常数。

根据波尔理论,可得出氢和类氢原子的里德伯常数为:(1-3)其中:M 为原子核质量,m 为电子质量,e 为电子电荷,c 为光速,h 为普朗克常量,ε0为真空介电常数,z 为原子序数。

当M →∞时,可得里德伯常数为:nm n n 4 B 2 2 - = λH ⎪ ⎭ ⎫ ⎝ ⎛ - = = 2 2 1 2 1 1 ~ n R v λ ⎪ ⎭ ⎫ ⎝ ⎛ + = + ⋅ ∞ M m R M m c h m e R = / 1 / 1 1 ) 4 ( 2 3 2 04 2 πε πc h m e R 32042)4(2πεπ=∞ (1-4)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,它的公认值为:R ∞=10973731.568549/m对于没有测定的某些元素的里德伯常数为:(1-5)应用到氢和氘为:)/1/(H H M m R R +=∞ (1-6))/1/(D D M m R R +=∞ (1-7)可见,氢和氘的里德伯常数是有差别的,其结果就是氘的谱线相对于氢的谱线会有微小的位移,叫同位素位移。

λH 和λD 是能够直接精确测量的量,测出它们,也就可以计算出氢和氘的里德伯常数。

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氢氘光谱实验报告
实验报告索引:实验原理 实验内容 数据处理 思考题
实验原理
1、根据玻尔的原子能级理论以及适当的近似可以得到类氢原子的里德伯常数为:
)
1(Z
e Z m m R R +=

所以氢和氘的混合气体的谱线相近,较难区分。

2、由公式
)1()1()1(D
H H D H H H D H D H R R -=-=-
=-=∆λσσλλλλλλλ 可以通过实验测得氢和氘的巴耳末线系的前几条谱线的谱长及其波长差,可求得氢与氘的里德伯常数R H 、R D 。

3、由公式
D
e H
e H D m m m m R R /1/1++=
得到:
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=
11H D
e H H D H D R R m m R R m m 将实验测得的
H
D
R R 代入上式,可求得氘与氢原子核的质量比H D
m m /。

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实验内容
说明:实验的条件参数详见原始数据,其中 表1是测Hg 光谱所得的数据 表2是测HD 光谱所得的数据
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数据处理
根据氢和类氢原子的巴耳末线系对应光谱线波数
)121(
)1()4(22
2320242n m m c h Z e m Z
e
e -+
=
πεπσ 可知Z m ∝σ
,故而双线之中波长较短的是D 的谱线,较长的是H 谱线。

又由公式
⎪⎭

⎝⎛-=22121n R H H σ 及
⎪⎭⎫
⎝⎛-=2212
1n R D D σ 可得:
n=3时,H λ=655.67nm ,H R =
)
3121(122-H λ=7
100981.1⨯
D λ=655.47nm ,D R =
)
3121(122-D λ=7
100984.1⨯ n=4时,H λ=485.97nm ,H R =)
4121(122-H λ=7
100975.1⨯
D λ=485.83nm ,D R =)
4
121(122-D λ=7
100978.1⨯
n=5时,H λ=434.25nm ,H R =)
5121(
122-H λ=7
100966.1⨯
D λ=434.14nm ,D R =
)
5121(122-D λ=7
100968.1⨯ n=6时,H λ=410.29nm ,H R =)
6121(122-H λ=7
100968.1⨯
D λ=410.19nm ,D R =
)
6
121(122-D λ=7
100970.1⨯ 所以,
H R 的平均值-
H R =7100972.1⨯,
标准差H σ=3
108557.6⨯,
A 类不确定度A
H U =4
H σ=3
104278.3⨯。

D R 的平均值-
D R =7100975.1⨯
标准差D σ=3
107937.7⨯,
A 类不确定度A
D U =4
D σ=3
106968.3⨯。

根据公式
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=
11H D
e H H D H D R R m m R R m m 其中,
e
H
m m =1836.1515,可得:
H
D m m =2.0088 返回首页
思考题
1、能级图如下所示:。

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