钠原子光谱
原子光谱实验及数据处理
里德伯表插值法
(高铁军，朱俊孔，《近代物理实验》，山东大学出版社，2000年)
里德伯表插值法
0.64 0.62 a12 0.64 *(3185.27 3174.44) 0.635 3185.27 3138.65
所以(m+a) = n’ = 3.635 ;
因此n1’ = 3.635 n2’ = 4.635 即量子缺Δ l = 1.365。 由于n-Δ l=m+a, 令n=5，得Δ l = 1.365
单变量求解法（Excel软件处理）
“单变量解”是一组命令的组成部分，这些命令有时也称
作假设分析工具。如果已知单个公式的预期结果，而用于 确定此公式结果的输入值未知，则可使用“单变量求解” 功能，通过单击“工具”菜单上的“单变量求解”即可使 用“单变量求解”功能。
R R A3s v1 v2 2 2 (3 p) (4 p)
Na原子光谱实验及数据处理
王承悦 07300720365
一、基本结构与概念
碱金属原子结构模型：外层一个价电子围绕原子实
运动，原子实的净电荷Z是1。 在价电子场的作用下，正、负电荷的中心不再重合， 原子实被极化，价电子受库电场和偶极距的共同作 用。 2 2 e e 价电子的势能： V C
1 1 v1 16238.51/ cm T1 615.82nm
1 1 v2 19412.95 / cm T1 515.12nm
| v1 v2 | 3174.44 / cm
查里德伯表可知，这个值介乎于3138.65nm和3185.27nm， 即n’介乎于3.64与3.66之间。 利用线性插值法可知：
三、数据处理
由于个谱线都有一个固定项，因此，同一谱线系中的
钠原子光谱
碱金属最外壳层上有一个容易电离的电子，称为价电子。 满壳层电子和原子核看成原子实。
原子实极化
V
e2 r
C
e2 r2
电子轨道能量变小
价电子轨道贯穿
量ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ亏损
碱金属原子光谱
主量子数不大时，量子亏损效应才显著。（电子离原子核近） 量子亏损效应与角动量量子数有关
n2S R / (n s )2 n2P R / (n p )2 n2D R / (n d )2 n2F R / (n f )2
由总谱我们得到钠光谱各谱线系中的各个谱线，结果如下
主线系 589.9nm 3P→3S 330.0nm 4P→3S
锐线系 615.5nm 5S→3P 515.0nm 6S→3P 474.9nm 7S→3P
漫线系 568.3nm 4D→3P 498.0nm 5D→3P 466.6nm 6D→3P 449.5nm 7D→3P
s 1.36 p 0.883 d 0.01
实验总结与讨论
测得了钠原子的的光谱 得到钠原子能级图 计算量子亏损
钠原子光谱测量与分析， 杨帆， 马世红
漫线系 568.3nm 4D→3P 498.0nm 5D→3P 466.6nm 6D→3P 449.5nm 7D→3P
氩气激发谱线，还是钠原子的6D→3P？
实验总结与讨论
1. 谱线距离较远 2. Ar的连续谱本底 3. 谱线形状
Na光谱
参考文献
1. 近代物理实验，戴乐山 戴道宣， 高等教育出版社 2. 钠原子光谱测量与分析， 杨帆， 马世红
谢谢！
基线系 红外频段，测量不到
钠光谱各线系
钠原子光谱
近代物理实验题目钠原子光谱的观测与分析班级09物理学号09072053姓名张泽民指导教师余云鹏钠原子光谱的观测与分析研究元素的原子光谱，可以了解原子的内部结构，认识原子内部电子的运动，并导致电子自旋的发现。
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。
1885年末，巴尔末（J.J.Balmer）根据人们的观测数据，总结出了氢光谱线的经验公式。
1913年2月，玻尔（N.Bohr）得知巴尔末公式后，3月6日就寄出了氢原子理论的第一篇文章，他说：“我一看到巴尔末公式，整个问题对我来说就清楚了。
”1925年，海森伯（W.Heisenberg）提出的量子力学理论，更是建筑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，1912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为1.00799。
基于上述微小的差异，伯奇（Birge）和门泽尔（Menzel）认为氢也有同位素2H（元素左上角标代表原子量），它的质量约为1H的2倍，据此他们算得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，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1毫升以提高2H的含量，然后将那1mL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。
二、【实验仪器】1、WGD—8A型组合式多功能光栅光谱仪由光栅单色仪、接收单元、扫描系统、电子放大器、A/D采集单元、计算机组成。
该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。
光学系统采用C-T型。
入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围0-2mm连续可调，顺时针旋转为狭缝宽度加大，反之减小，每旋转一周狭缝宽度变化0.5nm。
Na原子光谱试验及数据处理
a12
0.64
0.64 3185.27
0.62 3138.65
*(3185.27
3174.44)
0.635
❖ 所以(m+a) = n’ = 3.635 ;
❖ 因此n1’ = 3.635 n2’ = 4.635 ❖ 由于n-Δl=m+a, 令n=5，得Δl = 1.365 ❖ 即量子缺Δl = 1.365。
300-650nm的钠光谱与实验测得的光谱进行对照，并确定六 组主要的谱线系：
主线系 漫线系 锐线系
跃迁
3p-3s 4p-3s 4d-3p 5d-3p 5s-3p 6s-3p
波长1(nm)
589.00 330.26 568.41 497.85 615.47 514.88
波长2（nm）
589.61 330.26 568.95 498.29 616.17 515.36
v%2
R (4 p)2
单变量求解法（Excel软件处理）
实验总结
❖从上面的计算过程来看， 用里德堡表插 值法进行计算量子缺比较繁琐，用Excel 软件进行数值计算过程简单。
❖ 从计算的结果来看，Excel的运算精度要 优于里德堡插值表法 。这是显然的， 因 为里德堡表法里列出的波数只保留到小 数点后第二位， 而且有效量子数的划分 也是以0.02为单位，还要用到线性插值 法进行计算，这就限制了运算精度的提 高。
❖ Na原子光谱
二、实验和数据记录：
❖ 实验仪器：
❖ 44W型平面光栅光谱仪采用水平非对称光学 系统。
二、实验和数据记录：
❖ 2、钠原子光谱图（300nm-500nm）：
二、实验和数据记录：
❖ 2、钠原子光谱图（500nm-650nm）：
1-2钠原子光谱-图文
1-2钠原子光谱-图文1.2钠原子光谱氢原子光谱和波尔理论给出了单纯正负电荷间相互吸引作用的电场量子化规律。
正确认识复杂原子光谱的规律，是完善波尔理论的必要条件。
在多电子原子体系中，碱金属原子只有一个价电子，与氢原子的结构相似，分析二者原子光谱的异同，是研究复杂原子光谱的切入点，不但认清了同种电荷间排斥作用的电场量子化规律，为解释元素的周期律奠定基础，还导致电子自旋的发现。
多电子原子中存在原子核-电子、电子-电子以及自旋-轨道多重相互作用。
通过拍摄钠原子光谱，在测量波长和分析光谱线系的基础上，根据价电子在不同轨道运动时的量子缺来理解电子-电子排斥作用对能级结构的影响，可以较全面地掌握光谱分析技术的基本方法。
一、实验目的（1）测量钠主线系的谱线波长；（2）了解原子光谱与原子结构的关系，求钠原子主线系的量子改正数（量子缺）。
二、实验原理原子中电子绕核运动的能量是量子化的。
电子从一个能级跃迁到另一能级,就要辐射或吸收一定的能量，由此形成原子的发射光谱或吸收光谱。
电子在主量数为n2和n1的上、下能级之间跃迁时，其发射光谱的波数为11~1(EE)R，（1.2.1）2122hcn1n2其中E1与E2分别表示上能级与下能级的能量，h为普朗克常数，c为光速,R为里德伯常数。
每一谱线的波数都可以表达为两光谱项之差,即~TT，（1.2.2）12T为光谱项,对于氢原子，光谱项可写成TRH。
（1.2.3）n2碱金属（Li，Na，K，Rb，C，Fr）原子只有一个价电子，在由原子核和闭壳层电子组成的离子实库仑场中运动，具有和氢原子相仿的结构，但比氢原子和类氢离子（He原子去掉一个核外电子形成的离子）要复杂。
这是由于碱金属原子中存在离子实的极化与贯穿，电子在主量子数n相同、轨道量子数l（l=1,2,…,n-1）不同的轨道上运动，其能量并不相同。
因此，电子的能量与n和l都有关系，即每个主量子数为n的能级分为n个子能级。
离子实的极化（离子实正负电荷中心不重合）与贯穿（价电子穿入离子实封闭电子壳层）都会使价电子受到附加的吸引作用，因此能量比氢原子体系的能量要低。
钠原子光谱的观测与分析
它与根据式（1-3-10）和（1-3-11）计算得到的结果是一致的。 锐线系光谱的双重线是 之间跃迁产生的（图1-3-2） ，上
能级是单重的，下能级是双重的。根据强度和定则，两成分 A 和 B 的强度比为：
其中 g 3 / 2 和 g1/ 2 是能级 32 P3 / 2 和 32 P 1 / 2 的统计权重。图中 A 和 B 分别是短波成分和长 波成分，因此锐线系光谱线双重结构的两个成分中短波成分和长波成分的强度比是1：2，这 与主线系的情形正相反。
式中你 n，l 分别是主量子和轨道量子数， 以把上式改写为：
是原子实的平均有效电荷，
>1。因此还可
（1-3-3） △l 是一个与 n 和 l 都有关的正的修正数，称为量子缺。理论计算和实验观测都表明，当 n 不是很大时，量子缺的大小主要决定 l 而随 n 变化不大，本实验中近似地认为△l 与 n 无 关。 电子由上能级 （量子数为 n,l） 跃迁到下能级 发射的光谱线的波数由上式决定：
（1）接收单元 （2）光谱响应区间 （3）积分时间 （4）重量 两块滤光片工作区间
2048 300-660nm 88档 25kg 白片 350-600nm 红片 600-660nm
光路图：
二、实验原理 （一）钠原子光谱 1、原子光谱的线系 碱金属原子只有一个价电子，价电子在核和内层电子组成的原子实的中心力场中运动， 和氢原子有些类似。 若不考虑电子自旋和轨道运动的相互作用引起的能级分裂， 可以把光谱 项表示为：
j 分别是1/2和3/2。由于电子在不同能级之间跃迁时，量子数 j 的选择定则为△j=0，±1。
因此， 主线系各组光谱线均包含双重结构的两部分， 它们的波数差分别是上能级中双重能级 的波数差，因而测量主线系光谱双重结构两个成分的波长，可以确定3P,4P 等谱项双重分裂 的大小。根据式（1-3-9） ， 谱线波数的增大而迅速减小。 根据锐线系所对应的跃迁，作同样的分析，不难看出，锐线系光谱也包含双重结构的两 部分，但两个成分的波数都相等，其值等于3P 谱项双重分裂的大小。 漫线系和基线系谱线对应的跃迁的上、下能级，根据选择定则△j=0，±1，每一组谱线的多 重结构中应有三个成分，但这样一组线不叫三重线，而称为复双重线，因为它们仍然是由于 双重能级的跃迁产生的。这三个成分中，有一个成分的强度比较弱，而且它与另一个成分十 分靠近，仪器的分辨率如果不够高，通常只能观察到两个成分。在钠原子的弧光光谱中，由 于漫线系十分弥漫，从而也只能观察到两个成分。由于 nD 谱项的双重分裂比较小，因此这 两个成分的波数差近似等于3P 谱项的双重分裂。 ，因此主线系光谱线双重结构两个成分的波数差随
钠原子光谱
钠原子发射光谱实验目的：1、通过对钠原子光谱的观察与分析加深对碱金属原子的外层电子与原子实相互作用级轨道自旋相互作用的了解。
2、在分析光谱线和测量波长的基础上计算钠原子在不同轨道上运动时的量子数之损3、绘制钠原子的能级跃迁图，并与氢原子的能级进行比较。
实验仪器：钠灯光源 光栅光谱仪 计算机实验原理：对钠原子光谱的研究能使我们获得有关原子结构，原子内部电子的运动，碱金属原子的外层电子与原子核相互作用以及自旋与轨道运动相互作用的知识，并能对电子自旋的发现和元素周期表做出解释。
（一） 原子光谱的产生：1、原子的壳层结构原子是由原子核与绕核运动的电子所组成。
每一个电子的运动状态可用主量子数n 、角量子数l 、磁量子数l m 和自旋量子数S m 等四个量子数来描述。
主量子数n ，决定了电子的主要能量E 。
角量子数l ，决定了电子绕核运动的角动量。
电子在原子核库仑场中在一个平面上绕核运动，一般是沿椭圆轨道运动，是二自由度的运动，必须有两个量子化条件。
这里所说的轨道，按照量子力学的含义，是指电子出现几率大的空间区域。
对于一定的主量子数n ，可有n 个具有相同半长轴、不同半短轴的轨道，当不考虑相对论效应时，它们的能量是相同的。
如果受到外电磁场或多电子原子内电子间的相互摄动的影响，具有不同l 的各种形状的椭圆轨道因受到的影响不同，能量有差别，使原来简并的能级分开了，角量子数l 最小的、最扁的椭圆轨道的能量最低。
磁量子数l m (轨道方向的量子数)，决定了电子绕核运动的角动量沿磁场方向的分量。
所有半长轴相同的在空间不同取向的椭圆轨道，在有外电磁场作用下能量不同。
能量大小不仅与n 和l 有关，而且也与l m 有关。
自旋量子数S m （自旋方向量子数）,决定了自旋角动量沿磁场方向的分量。
电子自旋在空间的取向只有两个，一个顺着磁场；另一个反着磁场，因此，自旋角动量在磁场方向上有两个分量。
电子的每一运动状态都与一定的能量相联系。
实验3-3钠原子光谱
实验 33 钠原子光谱对元素的光谱进行研究是了解原子结构的重要途径之一。
通过对原子光谱的研究，不仅让我们 了解了原子内部电子的运动，同时也导致了电子自旋的发现和对元素周期表的解释。
在对氢原子光谱的研究中， 人们认识到电子围绕原子核运动只能处于一系列能量不连续的状态， 从而获得了关于氢原子结构的知识。
但对于多电子原子，除了原子核和电子的相互作用外，还存着 电子之间的相互作用，而且电子的自旋运动和轨道运动的相互作用也更为显著。
为了更好地理解这 方面的知识，我们安排了钠原子光谱实验。
【实验目的】1、通过对钠原子光谱的观察和分析，加深对碱金属原子中外层电子与原子实相互作用以及自旋 与轨道运动相互作用的了解；2、在对光谱线系进行分析和波长测量的基础上，计算钠原子中价电子在不同轨道运动时的量子 缺，绘制钠原子的部分能级图，并根据双重线不同成分的波长差，计算价电子在某些轨道运动时原 子实的有效电荷。
【实验原理】（一） 钠原子光谱的线系为了比较与说明，我们先回忆一下氢原子的光谱规律。
对于氢原子光谱，人们早就发现它们的 光谱线的波数可以用两项值之差表示：2 1 2 2 n R n R - = n （331）式中 R 为里德伯常数。
若令 2 n =2， 1n =3、4、5……，则可得熟知的巴尔末线系。
碱金属原子只有一个价电子，价电子在核和内层电子组成的原子实的中心力场中运动，和氢原 子有点类似。
但是，由于原子实的存在，价电子处在不同量子态时，或者按轨道模型的描述，处于 不同的轨道时，它和原子实的相互作用是不同的。
这主要是因为：首先，价电子处于不同轨道时， 它们的轨道在原子实中贯穿的程度不同，所受到的作用不同；其次，价电子处于不同轨道时，引起 原子实极化的程度也不同。
这二者都要影响原子的能量。
即使电于所处轨道的主量子数 n 相同而轨 道量子数 l 不同，原子的能量也是不同的，因此原子的能量与价电子所处轨道的量子数 n,l 都有关。
钠原子光谱实验报告 华科大近代物理实验
三、实验原理 原子发射光谱是处于激发态的原子回到基态时发出的光谱。每种元
素原子的发射光谱都有自身的特征谱线。不同元素原子的能级结构不 同，因此发射谱线的特征不同。
1、首先我们要讨论原子如何被激发而产生光辐射？ 在实验中我们用原子发光灯来产生光辐射 2、光源中大量原子发出的不同波长的复合光怎么分解成按波长顺 序排列的谱线？ 在实验中我们采用反射式平面衍射光栅实现分光。当一束包含不波 长的平行光从某角度入射到光栅后，各个槽面所产生的衍射光将叠加， 考虑波长为的衍射光，产生干涉极大的条件是
五、实验过程 1、打开WGD—6型软件处理系统，选择光栅为600条进行实验 2、将汞灯移近仪器窗口，调节窗口大小谱线峰值不要太饱和 3、用汞灯作为标准光源进行标定 4、测量钠原子光谱谱线 注：由于钠原子光谱的双黄线的波长在500nm到600nm，因此在标
定时，选取在一范围的汞灯的谱线进行标定
六、实验记录 在实验过程中，考虑到钠原子双黄线的波长，在用汞灯进行标定时
4、原子光谱的相关知识 当电子从主量子数为的能级跃迁到主量子数为的能级时，发射光谱 的波数为 由于价电子和原子实的相互作用，表现为原子实的极化和价电子轨 道贯穿原子实的作用，因此使得钠原子的能级与氢原子的能级有显著的 不同，因此光谱项中的主用有效的量子数代替
在这个实验中测量的双黄线是由3P跃迁到3S的，如果不考虑电子自
在测量钠原子的光谱谱线时，打算观察在535nm到694nm的钠原子 的光谱的谱线，但是钠原子在这范围的谱线却如下图所以示
由图所示在535nm到694nm的波长范围内只有双黄线的，因此我们 在实验中只记录了双黄线的波长，没有记录其它谱线的波长
实验二-钠原子光谱
实验二 钠原子光谱碱金属是元素周期表中的第一列元素（H 除外），包括Li 、Na 、K 、Rb 、Cs 、Fr ，是一价元素，具有相似的化学、物理性质。
碱金属原子的光谱和氢原子光谱相似，也可以归纳成一些谱线系列，而且各种不同的碱金属原子具有非常相似的谱线系列。
碱金属原子的光谱线主要由4个线系组成：主线系、第一谱线系（漫线系）、第二辅线系（锐线系）和柏格曼线系（基线系）。
碱金属原子与氢原子在能级方面存在差异，而且谱线系种类也不完全相同。
原子实的极化和轨道贯穿理论很好的解释了这种差别。
进一步对碱金属原子光谱精细结构的研究证实了电子自旋的存在和原子中电子的自旋与轨道运动的相互作用，即自旋－轨道相互作用，这种作用较弱，由它引起了光谱的精细结构。
钠原子光谱及其相应的能级结构具有碱金属原子光谱和能级结构的典型特征。
本实验通过钠原子光谱的观察与分析，加深对有关原子结构、原子内部电子的运动、碱金属原子的外层电子与原子核相互作用以及自旋与轨道运动相互作用的了解，在分析光谱线和测量波长的基础上，计算钠原子中价电子的各能级和相应的量子亏损，绘制钠原子的部分能级图。
【实验原理】原子光谱是研究原子结构的一种重要方法。
1885年，巴尔末（）根据人们的观测数据，发现了氢光谱的规律，提出了著名的氢光谱线的经验公式。
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了重要作用。
根据玻尔理论或量子力学中的相关理论，可得出对氢及类氢离子的光谱规律为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=222111~n n R H ν （2—1） 其中，ν~为波数，H R 为氢的里德伯常数（109 ）,1n 和2n 为整数。
钠是碱金属原子，核外有11个电子，其中622221p s s 这10个电子形成稳定的满壳层结构，并与原子核共同组成原子实，在最外层只有一个价电子。
在这一点上又与最简单的氢原子相似，因此纳原子光谱中各谱线的波数ν~，也可以用下列关系式表示： ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=222111~n n R ν （2—2） 其中 R 为里德伯常数 (＝ )，在氢原子光谱中，1n 和2n 都是正整数，相应于 1n ＝1，2，3，···等值，分别有赖曼谱系，巴耳末谱系，帕邢谱系等。
碱金属原子光谱
碱金属原子光谱
碱金属原子光谱，特指碱金属锂、钠、钾、铷、铯等元素的光谱。
它们具有相似的结构，明显地分成几个线系。
通常观察到的有主线系、第一辅线系(漫线系)、第二辅线系（锐线系）和伯格曼线系（基线系）。
众所熟知的钠黄光波长为589.3纳米，就是钠光谱主线系的第一条谱线。
碱金属原子都具有相似的结构，内层的z－1 个电子与原子核组成原子实，最外层只有一个价电子，与氢原子有些类似，不同的是电子运动对原子实有极化和贯穿作用，引起不同轨道的电子能态的较大分裂，能级对l的简并解除。
另外由于电子自旋取向不同，引起自旋轨道耦合的能量微小分裂，因此碱金属原子的能级除S态是单层的外，其他P、D、F态都是双层的。
根据单价原子光谱的选择定则，可得出，主线系和锐线系是双线结构，漫线系和基线系为三线结构。
碱金属原子与氢原子光谱规律相似，是由于它们的原子结构相似，虽然碱金属元素与氢元素的性质极不相同，但它们都只有一个外层电子，称为价电子。
内满充壳层电子与原子核组成原子实，价电子即处于原子实的中心势场中。
按锂、钠、钾、铷、铯的次序原子实内的电子数分别是2、10、18、36、54、86,价电子所在的轨道的主量子数分别为n≥2、n≥3、n≥4、n≥5、n≥6。
钠原子光谱
近代物理实验题目钠原子光谱的观测与分析班级 09物理学号 09072053姓名张泽民指导教师余云鹏钠原子光谱的观测与分析研究元素的原子光谱，可以了解原子的内部结构，认识原子内部电子的运动，并导致电子自旋的发现。
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。
1885年末，巴尔末（J.J.Balmer）根据人们的观测数据，总结出了氢光谱线的经验公式。
1913年2月，玻尔（N.Bohr）得知巴尔末公式后，3月6日就寄出了氢原子理论的第一篇文章，他说：“我一看到巴尔末公式，整个问题对我来说就清楚了。
”1925年，海森伯（W.Heisenberg）提出的量子力学理论，更是建筑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，1912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为1.00799。
基于上述微小的差异，伯奇（Birge）和门泽尔（Menzel）认为氢也有同位素2H（元素左上角标代表原子量），它的质量约为1H的2倍，据此他们算得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，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1毫升以提高2H的含量，然后将那1mL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。
二、【实验仪器】1、WGD—8A型组合式多功能光栅光谱仪由光栅单色仪、接收单元、扫描系统、电子放大器、A/D采集单元、计算机组成。
该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。
光学系统采用C-T 型。
入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围0-2mm连续可调，顺时针旋转为狭缝宽度加大，反之减小，每旋转一周狭缝宽度变化0.5nm。
钠原子光谱
钠原子光谱目的要求：本实验通过对钠原子光谱的观察、拍摄与分析，加深对碱金属原子的外层电子与原子实相互作用以及自旋与轨道运动相互作用的了解，在分析光谱线系和测量波长的基础上，计算钠原子的价电子在不同轨道运动时的量子缺，绘制钠原子的部分能级图．科学小史：(1)原子光谱及光谱研究元素的原子光谱，可以了解原子的内部结构，认识原子内部电子的运动，并导致电子自旋的发现．钠原子是一个多电子原子，既存在着原子核和电子的相互作用，又存在着电子之间的相互作用，还有电子自旋运动与轨道运动的相互作用．光谱是用来鉴别物质、发现新元素和确定它的化学组成的重要依据。
光谱分为发射光谱和吸收光谱两大类。
物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。
其中炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱；而稀薄气体或金属蒸气的发射光谱是一些不连续的亮线，叫做明线光谱。
明线光谱是由游离态的原子发射的，所以也叫原子光谱。
还有一些物质的发射光谱呈带状，是由该元素的原子团或分子发射的，叫做带状光谱或分子光谱。
吸收光谱是指高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光），通过物质时，某些波长的光波物质吸收后产生的光谱。
所以吸收光谱是以连续光谱为背景的若干条暗线。
各种原子的吸收光谱中的每条暗线，都跟该种原子的发射光谱中的一条明线相对应。
每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此明线光谱的谱线又叫做原子的特征谱线。
特征谱线为光谱分析技术的应用、研究和发展，提供了可靠的基础和保障。
光谱分析就是使用分光镜、分光仪、单色仪、摄谱仪、投影仪、记录仪和计算机等光谱仪器和分析仪器，通过对各类光谱的产生、拍摄、观察、记录等手段对物质进行定性或定量的检测、分析与研究。
它在我国国民经济中，特别是地质、矿产部门有着广泛的应用，在现代航天事业和对外星球的探测中，光谱分析有着更广阔的发展前景。
我们选了十幅有代表性的各类光谱图例。
a．氢的明线光谱；f．高压汞灯的明线光谱；b．氦的明线光谱；g．荧光灯的明线光谱；c．氩的明线光谱；h．钠的吸收光谱；d．钢的明线光谱；i．白炽灯的连续光谱；e．氙的明线光谱；j．太阳的连续光谱（其中有暗线）。
钠原子光谱
实验简介碱金属是元素周期表中的第一列元素（H除外），包括Li、Na、K、Rb、Cs、Fr，是一价元素，具有相似的化学、物理性质。
碱金属原子的光谱和氢原子光谱相似，也可以归纳成一些谱线系列，而且各种不同的碱金属原子具有非常相似的谱线系列。
碱金属原子的光谱线主要由4个线系组成：主线系、第一谱线系（漫线系）、第二辅线系（锐线系）和柏格曼线系（基线系）。
碱金属原子与氢原子在能级方面存在差异，而且谱线系种类也不完全相同。
原子实的极化和轨道贯穿理论很好的解释了这种差别。
进一步对碱金属原子光谱精细结构的研究证实了电子自旋的存在和原子中电子的自旋与轨道运动的相互作用，即自旋－轨道相互作用，这种作用较弱，由它引起了光谱的精细结构。
钠原子光谱及其相应的能级结构具有碱金属原子光谱和能级结构的典型特征。
本实验以钠原子光谱为研究对象，通过摄谱、识谱和波长测量，求出量子缺和钠原子若干激发态能级。
实验原理⏹原理●钠原子由一个完整而稳固的原子实和它外面的一个价电子组成。
原子的化学性质以及光谱规律主要决定于价电子。
●与氢原子光谱规律相仿，钠原子光谱线的波数可表示为两项差（1）其中为有效量子数，当无限大时，，为线系限的波数。
●钠原子光谱项它与氢原子光谱项的差别在于有效量子书不是整数，而是主量子数n减去一个数值，即量子修正，成为量子缺。
量子缺是由原子实的极化和价电子在原子实中的贯穿引起的。
碱金属原子的各个內壳层均被电子占满，剩下的一个电子在最外层轨道上，此电子称为价电子，价电子与原子的结合较为松散，与原子核的距离比其他內壳层电子远得多，因此可以把除价电子之外的所有电子和原子核看作一个核心，称为原子实。
由于价电子电场的作用，原子实中带正电的原子核和带负电的电子的中心会发生微小的相对位移，于是负电子的中心不再在原子核上，形成一个电偶极子。
极化产生的电偶极子的电场作用于价电子，使它受到吸引力而引起能量降低，降低了势能，此即轨道贯穿现象。
原子能量的这两项也将受到原子实的附加引力，降低了势能，此即轨道贯穿现象。
钠的原子光谱
钠的原子光谱
钠的原子光谱是指钠原子在光激发条件下发射出的特定波长的光线。
钠原子的光谱包括主要的黄线、双黄线和一些次要的紫线。
钠原子的主要发射线是两条黄线，波长分别为589.0纳米和589.6纳米。
其中589.0纳米的黄线也被称为"D线"，是钠的最明亮的发射线，常用于光谱学实验和研究中。
另外，钠原子的双黄线波长分别为568.8纳米和568.3纳米。
这两条双黄线的发射光线相互靠近，形成一个亮点，因此也被称为"D1线"和"D2线"。
此外，钠原子还有一些次要的发射线，如紫线。
这些发射线的波长较短，常出现在紫色光谱区域。
钠原子的光谱是由钠原子在被光子激发后，电子从高能级跃迁到低能级时释放能量所产生的。
根据玻尔模型和量子力学理论，每个能级之间的跃迁会产生特定的波长和频率的光线，因此钠原子的光谱是由这些特定的发射线组成的。
钠的原子光谱不仅在科学研究中有重要应用，还被广泛应用于光谱分析、光谱仪校准、激光等领域。
Na原子光谱实验报告
钠原子光谱实验报告一、实验目的与实验仪器实验目的：1）了解钠原子光谱的实验规律及原子结构关系2）测定钠原子光谱；辨认同一线系的钠原子光谱线3）根据钠原子双黄线估计钠原子有效电荷数和内部磁场实验仪器:WGD-8A 型组合式多功能光栅光谱仪，钠光谱灯，汞灯等二、实验原理（要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式）1.钠原子光谱对于氢原子，当电子在主量子数n2和n1上下能级间跃迁时发射光谱波数R H是氢原子的里德伯常量。
若用能量E1、E2表示上下能级则有写成一般形式令则上式可以写成钠原子光谱也有类似规律，但作用在价电子上的电场与点电荷有显著不同，以有效量子数n+代替主量子数nΔ称为量子缺是与主量子数n和l都有关的正修正数。
与氢原子相似，钠原子的发射光谱线的波数可写成下面形式钠原子光谱有四个线系，其中主线系和锐线系是双线结构，漫线系和基线系是三线结构。
各谱线系的波数公式为：2、原子有效电荷数和内部磁场估算电子具有两种自旋取向，即自旋向上和自旋向下。
钠原子价电子轨道运动产生的磁场与自旋磁矩相互作用，产生了附加能E此处B取 的方向为 z 方向，由于电子磁矩 sz B或 为玻尔磁子，故由于该附加能的产生，能级发生分裂谱线发生分裂，出现精细结构从而谱线双层能级的间隔可用波数差表示：三、实验步骤（要求与提示：限400字以内）1.准备工作：选择光电倍增管接收方式，并启动软件同时初始化2.校正光谱仪指示波长：使用汞灯三线作为标准值校正，调节合适的测量参数后开始测量汞灯谱线，并对测量结果进行修正。
3.分波段测量钠原子光谱4.处理数据四、数据处理（要求与提示：对于必要的数据处理过程要贴手算照片）1）锐线系3p-4s 3p-5s 3p-6s=3166.07在3 185.27和3 138.66之间。
3 185.27对应的有效量子数*1n =3.64 右侧*2n =4.64；3 138.66对应的有效量子数*1n =3.66 右侧*2n =4.66 由内插法：648.0)64.066.0(66.313827.318507.316627.318564.0aa m l n 5 n 3 m 1.352 l同理 =1638.76 526.0 aa m l n 6 n 4 m 1.348 l1.35-l固定项)()(*~**0n T n T nn=4 12*~**072.24492)352.04(31.10973769.16246)()(cm n T n T nn=5 12*~**027.24492)352.05(31.1097379412.761)()(cm n T n T n n=6 12*~**057.12449)352.06(31.10973721051.52)()(cm n T n T n2）漫线系 3p-3d 3p-4d 3p-5d=2484.68在2 502.87 和2 469.09 之间。
实验二 钠原子光谱
实验二 钠原子光谱碱金属是元素周期表中的第一列元素（H 除外），包括Li 、Na 、K 、Rb 、Cs 、Fr ，是一价元素，具有相似的化学、物理性质。
碱金属原子的光谱和氢原子光谱相似，也可以归纳成一些谱线系列，而且各种不同的碱金属原子具有非常相似的谱线系列。
碱金属原子的光谱线主要由4个线系组成：主线系、第一谱线系（漫线系）、第二辅线系（锐线系）和柏格曼线系（基线系）。
碱金属原子与氢原子在能级方面存在差异，而且谱线系种类也不完全相同。
原子实的极化和轨道贯穿理论很好的解释了这种差别。
进一步对碱金属原子光谱精细结构的研究证实了电子自旋的存在和原子中电子的自旋与轨道运动的相互作用，即自旋－轨道相互作用，这种作用较弱，由它引起了光谱的精细结构。
钠原子光谱及其相应的能级结构具有碱金属原子光谱和能级结构的典型特征。
本实验通过钠原子光谱的观察与分析，加深对有关原子结构、原子内部电子的运动、碱金属原子的外层电子与原子核相互作用以及自旋与轨道运动相互作用的了解，在分析光谱线和测量波长的基础上，计算钠原子中价电子的各能级和相应的量子亏损，绘制钠原子的部分能级图。
【实验原理】原子光谱是研究原子结构的一种重要方法。
1885年，巴尔末（J.J.Balmer ）根据人们的观测数据，发现了氢光谱的规律，提出了著名的氢光谱线的经验公式。
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了重要作用。
根据玻尔理论或量子力学中的相关理论，可得出对氢及类氢离子的光谱规律为： ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=222111~n n R H ν （2—1） 其中，ν~为波数，HR 为氢的里德伯常数（109 677.58cm ）,1n 和2n 为整数。
钠是碱金属原子，核外有11个电子，其中622221p s s 这10个电子形成稳定的满壳层结构，并与原子核共同组成原子实，在最外层只有一个价电子。
在这一点上又与最简单的氢原子相似，因此纳原子光谱中各谱线的波数ν~，也可以用下列关系式表示： ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=222111~n n R ν （2—2） 其中 R 为里德伯常数 (＝109737.31cm -1 )，在氢原子光谱中，1n 和2n 都是正整数，相应于 1n ＝1，2，3，···等值，分别有赖曼谱系，巴耳末谱系，帕邢谱系等。
钠原子光谱理科物理实验报告_实验原理数据分析分析讨论
钠原子光谱实验报告一、实验目的与实验仪器1、了解钠原子光谱的实验规律以及与原子结构的关系；2、测定钠原子光谱；学会辨认同一线系的钠原子光谱线，由波长计算光谱项、量子缺和主量子数，并绘制钠原子能级图；3、根据钠原子双黄线波长差，估算钠原子有效电荷数和内部磁场，加深对自旋轨道耦合的认识。
仪器：WGD-8A型组合式多功能光栅光谱仪，钠光谱灯，汞灯等二、实验原理（要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式）钠原子光谱有类似于氢原子的规律，但是由于作用于价电子上的电场与点电荷有显著不同，所以光谱项是用有效量子数n‘’代替主量子数n。
若不考虑电子自旋和轨道运动的相互作用引起的能级分裂，钠原子光谱项可以写成其中为钠原子的里德伯常数；称为量子缺，是和主量子数n和轨道量子数l有关的修正系数。
当n不是很大时，量子缺的大小主要取决于轨道量子数l，本实验近似认为与n无关。
钠原子光谱线的波数或其中表示下能级的有效量子数，表示上能级的有效量子数。
也可以写成它表示电子从上能级跃迁到下能级发射的光谱线的波数。
如果固定下能级，而改变上能级，则得到一系列值，构成一个光谱线系。
在各谱线系中，不变，称为固定项，记作。
光谱中常用这种符号表示一个线系，并且分别用表示。
原子有效电荷数和内部磁场估算电子具有两种自旋取向，即自旋向下和自旋向上。
钠原子价电子轨道运动产生的磁场与自旋磁矩相互作用，产生了附加能，此处取的方向为z方向，由于电子磁矩，故由于该附加功能的产生，能级发生分裂，谱线发生分裂，出现精细结构，,从而由此可以估算出原子内部的磁场大小。
谱线双层能级的间隔可用波数差表示：其中，为里德伯常数，α为精细结构，z为原子的有效电荷数，n为主量子数，l为轨道量子数，若已知α、、l、n、和波数差，就可以计算出原子的有效电荷数z。
三、实验步骤1、把光栅光谱仪上的接收方式选择开关扳到光电倍增管位置，接通光栅光谱仪电源，接通控制计算机电源，将光电电压调至500-800V之间，在控制计算机上启动WGD-8A型软件。
实验一钠原子发射光谱
实验一钠原子发射光谱实验目的：1）通过对钠原子光谱的观察与分析加深对碱金属原子的外层电子与原子实相互作用级轨道自旋相互作用的了解。
2）在分析光谱线和测量波长的基础上计算钠原子在不同轨道上运动时的量子数之损3）绘制钠原子的能级跃迁图，并与氢原子的能级进行比较。
实验仪器：钠光灯源光栅光谱仪计算机实验原理：对钠原子光谱的研究能使我们获得有关原子结构，原子内部电子的运动，碱金属原子的外层电子与原子核相互作用以及自旋与轨道运动相互作用的知识，并能对电子自旋的发现和元素周期表做出解释。
（一）原子光谱的产生：1、原子的壳层结构原子是由原子核与绕核运动的电子所组成。
每一个电子的运动状态可用主量子数n、角量子数l、磁量子数l m和自旋量子数S m等四个量子数来描述。
主量子数n，决定了电子的主要能量E。
角量子数l，决定了电子绕核运动的角动量。
电子在原子核库仑场中在一个平面上绕核运动，一般是沿椭圆轨道运动，是二自由度的运动，必须有两个量子化条件。
这里所说的轨道，按照量子力学的含义，是指电子出现几率大的空间区域。
对于一定的主量子数n，可有n个具有相同半长轴、不同半短轴的轨道，当不考虑相对论效应时，它们的能量是相同的。
如果受到外电磁场或多电子原子内电子间的相互摄动的影响，具有不同l的各种形状的椭圆轨道因受到的影响不同，能量有差别，使原来简并的能级分开了，角量子数l最小的、最扁的椭圆轨道的能量最低。
m(轨道方向的量子数)，决定了电子绕核运动的角动量沿磁场方向的分量。
磁量子数l所有半长轴相同的在空间不同取向的椭圆轨道，在有外电磁场作用下能量不同。
能量大小不仅与n和l有关，而且也与l m有关。
m（自旋方向量子数）,决定了自旋角动量沿磁场方向的分量。
电子自旋在空自旋量子数S间的取向只有两个，一个顺着磁场；另一个反着磁场，因此，自旋角动量在磁场方向上有两个分量。
电子的每一运动状态都与一定的能量相联系。
主量子数n决定了电子的主要能量，半长轴相同的各种轨道电子具有相同的n，可以认为是分布在同一壳层上，随着主量子数不同，可分为许多壳层，n=1的壳层，离原子核最近，称为第一壳层；依次n=2、3、4、……的壳层，分别称为第二、三、四壳层……，用符号K、L、M、N、……代表相应的各个壳层。
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1-3 钠原子光谱引言研究元素的光谱是了解原子结构的一个重要途径。
通过对原子光谱的研究，可以了解原子内部电子的运动，并导致电子自旋的发现和元素周期表的解释。
通过对氢原子光谱的研究，人们认识到电子绕原子核运动时只能处于一些能量不连续的状态，得到了关于氢原子结构的认识。
氢原子是单电子原子，结构比较简单，原子内部相互作用也比较简单。
对于多电子原子，除了原子核与电子的相互作用外，还存在着电子之间的相互作用，电子的自旋运动和轨道运动间的相互作用也更加显著。
钠原子序数为11，具有稳定的满内壳层结构，外层有一个价电子，其光谱结构比较简单，也比较典型。
在激光光谱日益发展的今天，钠原子光谱仍是人们深入研究的对象之一。
本实验以钠原子光谱为例，研究多电子原子的光谱结构。
以加深对碱金属原子的外层电子与原子实相互作用以及自旋运动与轨道运动相互作用的理解。
预习思考1．与氢原子主量子数相同的能级相比，钠原子的能级有哪些差别，造成这些差别的原因是什么？2．如何通过光栅光谱仪获得钠原子的光谱图像？3．根据测量的钠光谱线结果，如何利用里德伯表求出各个线系谱线对应的上下能级的主量子数、量子缺和光谱项，进而绘制出钠原子的能级图？实验目的1．学习使用光栅光谱仪测量钠原子光谱的实验方法。
2．加深对碱金属原子的外层电子与原子实相互作用以及自旋与轨道运动相互作用的理解。
3．掌握计算钠原子的价电子在不同轨道运动时的量子缺的方法，学会绘制钠原子的部分能级图。
实验原理一、钠原子光谱的线系氢原子光谱线的波数可写成：221211H R n n ν⎡⎤=-⎢⎥⎣⎦（1.3.1） 式中R H 是氢的里德伯常数。
当n 1=2，n 2依次为3，4，5，…时，为巴耳末线系各谱线波数。
原子能级E n 可表示为2H n R E c n =- （ 1.3.2） 令2n H T R n =，则n n E cT =-，T n 称为光谱项。
对于只有一个价电子的碱金属原子，例如钠原子，其价电子是在核与内层电子所组成的原子实的库仑场中运动，和氢原子有些类似。
但是，由于原子实的存在，价电子处于不同量子态时，或者按轨道模型的描述，处于不同的轨道时，它和原子实的相互作用是不同的。
价电子处于不同轨道时，它们的轨道在原子实中的贯穿程度也不同，所以受到的作用不同；还有，价电子处于不同轨道时，引起原子实极化的程度也不同。
这二者都要影响原子的能量，因此，电子所处轨道的主量子数n 相同，轨道量子数l 不同，原子的能量也是不同的。
所以原子的能量与价电子所处轨道的量子数n 、l 都有关。
轨道贯穿和原子实极化都可以使原子的能量减少。
量子数l 越小，轨道进入原子实部分越多，原子实的极化也越显著，因而原子的能量减少得越多。
与主量子数n 相同的氢原子相比，碱金属原子的能量要小。
而且不同的轨道量子数l 对应着不同的能量，l 值越小，能量越小；l 越大，越接近相应的氢原子能级的能量。
对于钠原子，我们可以用有效量子数n*代替n ，来统一描述轨道贯穿和原子实极化的总效果。
若不考虑电子自旋和轨道运动的相互作用引起的能级分裂，可把光谱项表示为： ()2*2nl l T R n R n ==-∆ （1.3.3）上式的R ＝109737.31568549cm -1为里德伯常量；Δl 称为量子缺；而n*不再是整数。
由于Δl >0，因此有效量子数n*比主量子数n 要小。
理论计算和实验观测都表明，当n 不很大时，量子缺的大小主要决定于l ，而与n 的关系很小。
本实验中近似认为它是一个和n 无关的量。
由此可知，电子由上能级跃迁至下能级时，发射光谱谱线的波数可以用下式表示： ()()22*2*2121111l l R R n n n n ν'⎡⎤⎡⎤=-=-⎢⎥⎢⎥'-∆-∆⎢⎥⎣⎦⎣⎦（1.3.4） 式中n 2*和n 1*分别为上下能级的有效量子数；n 、Δl 和n ′、Δl'分别为上下能级的主量子数和量子缺；l 、l ′分别为上下能级所对应的轨道量子数。
令n′、l ′固定，当n 依次改变时（l 的选择定则为Δl ＝±1），则可得到一系列的波数值，从而构成一个光谱线系。
通常利用n′l′~ nl 这种符号来表示线系，而n′l′能级光谱项称为固定项。
l ＝0，1，2，3分别用S ，P ，D ，F 表示。
钠原子光谱有四个线系。
主线系（P 线系）： 3S~n P ， n ＝3，4，5，…漫线系（D 线系）： 3P~n D ， n ＝3，4，5，…锐线系（S 线系）： 3P ~n S ， n ＝3，4，5，…基线系（F 线系）： 3D~n F ， n ＝3，4，5，…在钠原子光谱的四个线系中，主线系的下能级是基态（3S 1/2）。
在光谱学中，主线系的第一组线（双线）为共振线。
钠原子的共振线就是有名的双黄线（588.995nm 和589.592nm ）。
钠原子主线系的其他谱线在紫外区域。
基线系在红外区域，漫线系和锐线系除第一组谱线在近红外区域，其余都在可见光区。
漫线系和锐线系的下能级都是3P 能级，它们的上能级分别对应价电子的D 轨道和S 轨道。
前者易受外电场影响，在钠原子的电弧放电光谱中，漫线系的光谱边缘较弥漫，谱线展宽明显，而锐线系谱线较清晰，边缘较细锐。
二、钠原子光谱的双重结构电子具有自旋，其自旋量子数S ＝1/2。
由于电子自旋和轨道运动的相互作用，使原子具有了附加能量。
这个附加能量除了与量子数n ，l 有关外，还和原子的总角动量量子数j 有关。
因而，考虑自旋的作用，原子的一个能级会分裂为不同能级。
碱金属原子只有一个价电子，不考虑原子实的角动量（原子核的自旋影响很小，可忽略），原子的总角动量就等于价电子的角动量。
对应S 轨道（l =0）的电子，其轨道角动量为零。
总角动量就等于电子的自旋角动量，所以j 可取一个数值，即j ＝1/2，从而S 谱项只有一个能级，是单重能级。
对于l 不为零的P ，D ，F 轨道（l =1，2，3），j 可能取j ＝l ±1/2两个数值，所以相应的能级会分裂为双重能级。
根据量子力学结果，发生分裂的双重能级的光谱项可以表示为(),1/222nl j l nl Rl T n l ξ=+=--∆ (),1/2212nl j l nl R l T n l ξ=-+=+-∆ （1.3.5） 式中nl ξ是只与n ，l 有关的因子，称为单电子的分裂因子，等于()()()42*31/21s nl Ra Z n l l l ξ=++ （1.3.6）式中R 为里德伯常数；a ＝1/137.036为精细结构常数；*s Z 为原子实的有效电荷数。
由（1.3.5）和（1.3.6）式可以看出，双重能级的间隔可用波数差表示为()()()42*31/21s nl Ra Z l n l l νξ∆=+=+ （1.3.7）由上式可以看出，双重能级的间隔随n 和l 的增大而迅速减小。
由于能级发生分裂，碱金属原子的光谱存在着双重结构。
1． 光谱线双重结构不同成分的波数差。
对钠原子光谱，主线系对应的电子跃迁的下能级为单重能级3S 谱项，对应j ＝1/2。
上能级分别为3P ，4P ，…双能级谱项，其相应量子数分别为1/2和3/2。
由于电子在不同能级间跃迁时，量子数j 的选择定则为Δj ＝0，±1，因此，主线系各组光谱线均包含双重结构的两个部分，其波数差即是上能级中双重能级的波数差，如图1.3.1所示。
因此测量出主线系光谱线双重结构两个成分的波长，就可以确定3P ，4P ，…等谱项双重分裂的大小。
由锐线系所对应的跃迁可以看出，如图 1.3.2，锐线系光谱线也包含双重结构的两个成分，但两个成分的波数差都相等，等于3P 谱项双重分裂的大小。
漫线系谱线对应的跃迁的上下能级都是双能级，如图1.3.3。
根据选择定则Δj ＝0，±1，每一组谱线的多重结构中应有三个成分。
但这样的一组谱线不叫做三重线，而是称作复双重线。
原因在于这些谱线仍是由双重能级之间的跃迁产生的，并且这三个成分中有一个成分的强度比较弱，而且它与另一个成分十分靠近。
如果仪器的分辨率不够高，通常只能观察到两个成分，所以这两个成分的波数差近似等于3P 谱线的双重分裂。
基线系谱线与漫线系谱线的形成原理近似，这里不再做讨论。
2． 光谱线双重结构不同成分的相对强度。
碱金属原子光谱不同线系的差别还表现在强度方面。
谱线跃迁的相对强度可以利用谱线跃迁的强度和定则来估算。
强度和定则是：（1）从同一能级向下能级跃迁产生的所有谱线成分的强度和正比于该能级的统计权重g 上。
每一能级的统计权重g ＝2j ＋1，j 为总角动量量子数。
（2）终于同一下能级的所有谱线的强度和正比于该能级的统计权重g 下。
将强度和定则分别应用到钠原子光谱的不同线系，就可以得到各个线系双重结构不同成分的相对强度比。
主线系光谱的双重线是32S 1/2~n 2P 3/2,1/2（n =3，4，5…）之间跃迁产生的，如图1.3.1所图1.3.3 漫线系双重结构1λ2λ21/23P 23/23P 25/2Dn 23/2D n 31λ2λ21/23P23/23P 21/2S n 图1.3.2 锐线系双重结构 1λ2λ21/2P 23/2P 21/2S 图1.3.1 主线系双重结构示。
其上能级是双重的，下能级是单重的，由强度和定则，两个成分λ1、λ2的强度比为3/2P1P21/23212211212g I I g ⨯+===⨯+ （1.3.8） 其中g 3/2和g 1/2分别是上能级n 2P 3/2和n 2P 1/2的统计权重。
因此主线系中两波长成分的强度比为2：1。
其中λ1是短波成分，λ2为长波成分。
锐线系光谱的双重线是32P 3/2,1/2~n 2S 1/2（n =4，5…）之间跃迁产生的，如图1.3.2所示。
其上能级是单重的，下能级是双重的，由强度和定则，两个成分λ1、λ2的强度比为S11/2S23/212I g I g == （1.3.9） 其中g 1/2和g 3/2分别是下能级32P 1/2和32P 3/2的统计权重。
因此锐线系中光谱双重结构的两个成分中短波与长波的强度比为1:2，与主线系情况相反。
漫线系光谱的复双重线是32P 3/2,1/2~n 2D 5/2,3/2（n =3，4，5…）之间跃迁产生的，如图1.3.3所示。
这时上下能级都是双重的。
复双重线三个成分的波长从小到大依次为λ1、λ2、λ3，相应强度分别为I D1、I D2、I D3，根据强度和定则（1）：5/2D2D1D33/264g I I I g ==+ （1.3.10） 其中g 5/2和g 3/2分别是上能级n 2D 5/2和n 2D 3/2的统计权重。
根据强度和定则（2）：D2D33/2D11/242I I g I g +== （1.3.11） 其中g 3/2和g 1/2分别是下能级32P 3/2和32P 1/2的统计权重。