氢氘光谱
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
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．。
氢氘光谱(2014)
氢氘光谱实验
实验内容：
1.打开光谱仪控制箱电源和微机电源，根据显示器上的提示，选择“光电倍增管”.光电倍增管的负高压用手动调节,由仪表读数。
获得Hg光谱时负高压取380-520（v）；获得氢氘光谱时负高压取800（v）左右。
2.阅读光栅光谱仪使用说明书，理解光谱仪的工作原理和工作界面中“参数设置”、“光谱扫描”、“读取数据”、“波长线性校正”、“检索”等功能键的意义，掌握获得光谱、读取光谱数据及保存光谱数据的方法。
3. 选择合适的实验参数，获得Hg光谱：
适当选取上述实验参数，如“负高压”、“增益”等，运行软件，获得Hg光谱；读取其峰值，并记录Hg光谱各标准波长值。
4.谱线的定标和测量：
以Hg435.84nm谱线为基准，运行软件进行波长修正。
读出修正后Hg光谱的各波长值，即Hg光谱波长的测量值。
作Hg光谱标准波长与Hg光谱测量波长的关系拟合图，获得光谱波长的修正公式。
5、选择合适的实验参数，获得氢氘光谱：
点燃氢氘灯，选取“工作方式”、“工作范围”、工作状态“中的相关参数，运行软件，获得氢氘巴尔末线系在可见光范围内的4对谱线（谱线波长在400nm-660nm 之间）。
测量的测氢氘巴尔末线系可见光区各波长值；根据光谱波长修正公式，修正氢氘光谱波长值，计算氢氘里德伯常数值。
附图：定标用Hg光谱的谱图
序号波长（nm）序号波长(nm)
1 365.0
2 6 435.84
2 365.48 7 546.07
3 366.3 8 576.96
4 404.66 9 579.07
5 407.78。
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.
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、氘光谱实验报告
次，数越大放大器的增益越高。光电倍增管的负高压也分为1，2，…，
7七个档次，数越大所加的负高压越高，每档之间负高压相差约200V。
CCD的积分时间可以在10ms-40s之间任意改变。
扫描控制是利用步进电机控制正弦机构（根据光栅方程，波长和光
图4 多色仪光学原理图 CCD是电荷耦合器件（Charge-Coupled Device）的简称，是一种以 电荷量表示光强大小，用耦合方式传输电荷量的器件，它具有自扫描、 光谱范围宽、动态范围大、体积小、功耗低、寿命长、可靠性高等优 点。将CCD一维线阵放在光谱面上，一次曝光就可获得整个光谱。目 前，二维面阵CCD已大量用于摄像机和数字照相机。
【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。
制、信号处理和光谱显示。其工作原理如图4所示。
光电信号 前置放大器 放大的 光电信号 增益控制信号 系统控制信号 光谱数字信号 / 变换 / 变换 步进电机控制信号 负高压 控制信号 负高 压电源 步进电机 驱动电源 负高压
2 1 3 1
电子计算机 步进电机 驱动脉冲
图4光谱仪的工作原理
光谱仪的探测器为光电倍增管或CCD，用光电倍增管时，出射光通
氢氘光谱
实验内容：（1）打开光谱仪控制箱电源和微机电源，依据显示器上的提示，选择“光电倍增管”（光电倍增管的负高压分为手动调节和半自动调节两类），具体调节因测量光谱类别的不同而不同。
（2）阅读光栅光谱仪的使用说明书，理解光谱仪的工作原理和工作方式。
（3）选择合适的实验参数，获得Hg光谱。
（手动调节时负高压取380~520V左右，半自动时置为1~8），然后读取Hg光谱的峰值，并记录Hg光谱各标准波长值。
（4）谱线的定标和测量以Hg光谱为基准，进行波长测量值的修正。
可以做Hg光谱标准波长与其对应的测量波长的关系拟合图，从而获得对光谱仪测得的光谱波长的修正公式。
（5）选择合适的实验参数，获得氢氘光谱点燃氢氘灯，选择合适的工作状态，运行软件，获得氢氘巴尔末线系在可见光范围内的4对谱线（谱线波长在400nm~660nm之间），测量氢氘巴尔末线系在可见光范围内的各波长值；根据光谱波长修正公式，修正氢氘光谱波长值，计算里德伯常数值。
实验数据处理与分析：1.利用Hg光谱数据对光谱仪定标为了得到清晰准确的Hg光谱，实验中对光谱仪的相关参数设定如下：测量间隔：0.02nm光谱的起始波长：350.00nm 终止波长：600.00nm道址的最大值：1000.0 最小值：0.0光电倍增管的负高压：6光电倍增管的增益：1设定以上参数的光谱仪可以获得Hg光谱，由原始数据可得Hg光谱中各个峰值对应的谱线波长，同时与实验中给出的标准值比较，整理得下表一：表一：Hg光谱中各波峰对应谱线波长的实验测量值与标准值利用origin 可以做出Hg 光谱中各谱线波长的实验测量值与标准值的关系曲线，同时线性拟合就能得到该光谱仪测得的谱线波长的修正公式，从而对光谱仪定标。
其中做出的Hg 光谱中各谱线波长的实验测量值与标准值的拟合直线图见下图一：图一：Hg 光谱各谱线波长的实验测量值与标准值的拟合直线图350400450500550600350400450500550600谱线波长的测量值λ'(nm)谱线波长的标准值λ（n m）利用origin 自带的直线拟合功能可以得到该拟合直线的方程：Linear Regression for Data1: λ= A + B * λ’Parameter Value Error A -0.265840.04988B 1.00054 1.08928E-4所以由图一可以得到光谱仪测量修正公式为： 测得的谱线波长修正值'00054.126584.0λλ⨯+-= （1）（其中'λ为光谱仪测量得到的实验值）2.对氢氘光谱的测量和数据处理为了得到清晰准确的氢氘光谱，实验中对光谱仪的相关参数设定如下：测量间隔：0.01nm光谱的起始波长：405.00nm 终止波长：660.00nm 道址的最大值 ：1000.0 最小值 ：0.0 光电倍增管的负高压 ：6 光电倍增管的增益 ：2设定以上参数的光谱仪可以获得氢氘光谱，由原始数据可得氢氘光谱中各个峰值对应的谱线波长，同时利用之前测得的光谱仪测量修正公式----式（1）可以对每条谱线波长修正，将测量值与修正值整理得下表二：表二：氢氘光谱中各波峰对应谱线波长的实验测量值与修正值由表二可以发现，这八条谱线的波长可以分为四组相近的双线波长，由实验原理知每一组双谱线都由同一能级的氢与氘激发所产生的。
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
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
氢氘光谱实验报告
实验目的：本实验旨在通过氢氘光谱的测量，研究氢和氘的光谱特性，探究原子光谱的发射线和吸收线规律。
实验装置：氢氘光谱仪：包括氢氘光源、光栅、光电倍增管等。
实验台：用于支撑和安装实验装置。
实验步骤：准备工作：确保实验装置正常工作，调整光栅的角度和位置，保证光线能够正常通过。
放置氢氘光源：将氢氘光源安装在适当位置，使得光线能够经过光栅。
调整光栅：通过调整光栅的角度和位置，使得光线经过光栅后能够产生衍射现象，并形成光谱。
测量光谱：使用光电倍增管接收经过光栅衍射的光线，并将光信号转换成电信号。
使用电子仪器记录和测量各个波长的光谱强度。
数据处理：根据实验测量的数据，绘制氢氘光谱图谱，并分析不同波长对应的光谱线。
实验结果：根据实验测量得到的数据，绘制了氢氘光谱图谱。
光谱图谱上显示了氢氘在不同波长处的发射线和吸收线。
通过对光谱的分析，可以观察到不同电子能级跃迁引起的特定波长的发射或吸收现象。
讨论与结论：通过本实验，我们观察到了氢氘的光谱特性，并绘制了光谱图谱。
根据光谱图谱分析，我们可以得出氢和氘的光谱线的规律和特点。
这些光谱线的存在与原子的能级结构和电子跃迁有关，进一步验证了原子光谱的发射和吸收现象。
实验中可能遇到的误差和改进方法：光栅调整误差：光栅的角度和位置调整可能存在误差，影响光谱的质量和精度。
可以通过精确的光栅调整和校准来改进。
光电倍增管的噪音和漂移：光电倍增管可能受到噪音和漂移的干扰，影响测量结果的准确性。
可以使用更高质量的光电倍增管或进行信号滤波和校正来改进。
总结：通过本实验，我们成功测量了氢氘的光谱特性，观察到了发射线和吸收线的存在，并对其进行了分析。
实验结果有助于进一步了解原子光谱的特点和原子结构的研究。
此实验对于深入理解光谱学和原子物理学有重要意义。
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
氢氘光谱
2.1.2 同位素光谱——氘原子光谱赵龙宇 PB06005068 自然界中的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。
反映在谱线上，同位素所对应的谱线发生位移，这种现象称为同位素移位。
同位素移位的大小与核质量有密切关系，核质量越轻，移位效应越大。
因此，氢同位素具有最大的同位素移位。
1932年尤莱（Urey ）根据里德伯常数随原子核质量变化的理论，用蒸发液氢的方法获得重氢含量较高的氢和重氢混合物，然后对其莱曼线系进行了摄谱分析，发现氢原子光谱中每条线都是双线。
通过波长测量并与假定的重氢核质量所得的双线波长相比较，实验值与理论值符合得很好，从而确定了氢的同位素——氘（D ）的存在。
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(222320242nm m c h Z e m Z e 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 c h Z e m R +⋅=πεπ （2） 若∞→Z m ，即假定原子核不动，则有ch Z e 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 H σ n=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 D H H H D 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 。
物理仿真实验氢氘光谱拍摄实验报告范本
物理仿真实验氢氘光谱拍摄实验报告范本实验目的学习和掌握物理仿真实验中的氢氘光谱拍摄实验，了解氢、氘的原子光谱的产生机理，掌握氢氘原子光谱的基本特征，培养实验操作技能和实验数据分析能力。
实验原理原子光谱原子光谱是指原子在受到外部能量激发后，向外发射光的过程。
根据普朗克和德布罗意的量子理论，能量的传递都是以量子形式进行的，原子从高能级到低能级跃迁的过程中，会释放出能量的多少与跃迁能级的差有关，并且对应这个特定能级差的光子就会被释放出来，其频率和波长与能级差相关。
氢氘光谱的产生机理在氢氘原子中，电子的跃迁可以产生一系列的发射谱线，称为氢氘光谱。
从能级差的大小可以分类为巴尔末系或布吕姆斯特德系。
其中巴尔末系是指跃迁的两个能级至少有一个是基态，而布吕姆斯特德系是指跃迁的两个能级均不是基态。
实验步骤1.打开VirtualLab软件，选择进入“原子物理学”实验；2.选择“原子发光和吸收”实验，进入实验面板；3.将曝光时间调整为5秒，将取样率调整为50，选择“多谱线数目：1”；4.调整初始化状态，在“氢谱线/氘谱线”按钮处选择氢/氘原子，点击“初始化”；5.点击“曝光”按钮，等待实验结束；6.点击“保存谱线数据”按钮，进行数据保存。
实验结果与分析根据实验步骤，我们得到了氢氘原子光谱的数据，并进行分析。
实验结果我们得到了以下氢氘光谱数据：谱线编号波长（nm）能级差（eV）1 656.28 1.892 486.13 3.033 434.05 3.474 410.17 3.89分析与讨论我们观察到，在氢谱线中，波长最长的谱线（谱线1）的波长为656.28nm，相应的能级差为1.89eV，对应着巴尔末系，表示一个电子从第3能级跃迁回第2能级。
其他3个谱线（谱线2-4）是布吕姆斯特德系，表示电子在不同的高能级跃迁到低能级。
在氘谱线中，我们观察到的谱线与氢谱线相比较，波长变短了。
这是因为氘原子具有比氢原子更大的质量，电子围绕氘原子运动的速度比氢原子更慢，所以处于一个较少的能级，等级差也相应变小。
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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实 验 报 告19系 04级 姓名 王承乐 日期06.04.08, 06.04.15评分实验题目:同位素光谱——氘原子光谱实验目的: 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: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 Zee -+=πεπσ （1） 其中Z m 为原子核质量，e m 为电子质量，e 为电子电荷，h 为普朗克常数，0ε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(2320242Zee Z m m ch Z e m R +⋅=πεπ （2） 若∞→Z m ，即假定原子核不动，则有c h Z e m R e 320242)4(2πεπ=∞ （3） 因此)1(ZeZ m m R R +=∞（4） 由此可见，Z R 随原子核质量Z m 变化，对于不同的元素或同一元素的不同同位素Z R 值不同。
Z m 对Z R 影响很小，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H R 和D R ，氢、氘光谱线的波数H σ、D σ分别为⎪⎭⎫ ⎝⎛-=22121n R H H σ n=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 D H H H D 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H R 和D R 。
根据式（4）有 )1(H eH m m R R +=∞（8） )1(DeD m m R R +=∞（9） 其中H m 和D m 分别为氢和氘原子核的质量。
式（8）除以式（9），得DeHeHD m m m m R R ++=11 （10）从式（10）可解出HDm m ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=11H De H H D H D R R m m R R m m （11）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H D R R 代入式（11），可求得氘与氢原子核的质量比HD m m。
实验方法1.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。
用碳棒与铁棒作为电极的两极,加高压击穿空气,得到铁弧光.用摄谱仪在同一张底片分别拍摄氢氘光谱和铁光谱.2.测量谱线波长采用线性插入法。
其基本原理是,在光谱图片间隔很小的范围内,摄谱仪的线色散可认为是常数,即谱线间隔与谱线波长差成正比.由于铁弧光谱谱线丰富,遍布整个可见及紫外范围,其各谱线波长已被精确测定并制成铁光谱图,因此常作为测定未知谱线的标准比较光源.为此,常利用摄谱仪的哈德曼光阑,在不移动暗盒的情况下,并排拍摄未知光谱和铁光谱,并根据铁谱测定未知谱线的波长,测定方法如下:待测谱线X λ位于铁谱线1λ和2λ之间, 1λ和2λ两条谱线相距为d ,d ∆为1λ和X λ之间的距离,则)(121λλλλ-∆+=ddX 实验步骤:1.先在暗室中装好底片.2.调节摄谱仪,按照规定的时间分别拍下铁和氢氘光谱.在拍摄同组光谱时不能移动底片盒.3.拍摄好后,在暗室中取出底片,显影十分钟,定影十分钟.即可得到谱图.4.在映谱仪下利用标准铁谱图识别底片上氢氘光谱及其附近的铁谱线.5.用阿贝比长仪精密的测量谱线间的距离，以线性插入法计算各条光谱线的波长，并计算各谱线的里德伯常数，求H R 和D R 的平均值，并求出氢氘原子核质量比。
实验数据及计算:已知常数:1710097373177.1-∞⨯=m R 1515.1836=e Hm m 标准值A nm E hc 429.65711429.657)4.3(51.112421==---=∆=λ A nm E hc 588.48700588.487)4.3(85.012422==---=∆=λ A nm E hc 739.43488739.434)4.3(544.012423==---=∆=λ A nm E hc 861.41099861.410)4.3(378.012424==---=∆=λ17710096775854.11515.18361110097373177.1)1(-∞⨯=+⨯=+=m m m R R H e H 1710097074434.1)21()1(-∞∞⨯=+=+=m m m R m m R R He D e D 2=H Dm m1.6500A 附近,即为3=n 时的谱线A d d D 370.6552)193.6546158.6569(1900.385778.431900.386391.39193.6546)(121=---+=-∆+=λλλλA d d H 218.6554)193.6546158.6569(1900.385778.431900.380727.40193.6546)(121=---+=-∆+=λλλλ)1()1()1(DH H D H H H D H D H R R-=-=-=-=∆λσσλλλλλλλ 999718.0218.6554370.6552218.655411=--=∆-=∴H D H R R λλ 1722102210098529222.1)3121(10218.65541)121(1--⨯=-⨯⨯=-=m n R H H λ1722102210098839046.1)3121(10370.65521)121(1--⨯=-⨯⨯=-=m n R D D λ相对误差:%26.0429.6571218.6554429.6571=-=H λδ%16.010*********.110096775854.110098529222.1777=⨯⨯-⨯=H δ%16.010097074434.110097074434.110098839046.1777=⨯⨯-⨯=D δ07502.2)1999718.01(1515.183********.0111=--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=H De H H D H D R R m m R R m m2.4800A 附近, 即为4=n 时的谱线A d d D 048.4860)746.4859325.4871(8709.212523.198709.218027.21746.4859)(121=---+=-∆+=λλλλA d d H 302.4861)746.4859325.4871(8709.212523.198709.215190.21746.4859)(121=---+=-∆+=λλλλ999742.0302.4861048.4860302.486111=--=∆-=∴H D H R R λλ 1722102210097099776.1)4121(10302.48611)121(1--⨯=-⨯⨯=-=m n R H H λ1722102210097382852.1)4121(10048.48601)121(1--⨯=-⨯⨯=-=m n R D D λ相对误差%22.0588.4870048.4860588.4870=-=H λδ%03.010096775854.110096775854.110097099776.1777=⨯⨯-⨯=H δ%03.010097074434.17=⨯=D δ90109.1)1999742.01(1515.183********.0111=--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=H De H H D H D R R m m R R m m3.4300A 附近,即为5=n 时的谱线A d d D 206.4349)049.4337737.4352(5023.1359836.1385023.1352000.138049.4337)(121=---+=-∆+=λλλλA d d H 450.4350)049.4337737.4352(5023.1359836.1385023.1354760.138049.4337)(121=---+=-∆+=λλλλ999737.0450.4350306.4349450.435011=--=∆-=∴H D H R R λλ 1722102210094577518.1)5121(10450.43501)121(1--⨯=-⨯⨯=-=m n R H H λ1722102210094890599.1)5121(10206.43491)121(1--⨯=-⨯⨯=-=m n R D D λ相对误差%01.0739.4348206.4349739.4348=-=H λδ%20.010096775854.17=⨯=H δ%20.010*********.110097074434.110094890599.1777=⨯⨯-⨯=D δ93281.1)1999737.01(1515.183********.0111=--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=H De H H D H D R R m m R R m m4.4100A 附近,即为6=n 时的谱线A d d D 612.4100)187.4098128.4104(2361.1815551.1822361.1817746.181187.4098)(121=---+=-∆+=λλλλA d d H 714.4101)187.4098128.4104(2361.1815551.1822361.1810192.182187.4098)(121=---+=-∆+=λλλλ999731.0714.4101612.4100714.410111=--=∆-=∴H D H R R λλ 1722102210097102333.1)6121(10714.41011)121(1--⨯=-⨯⨯=-=m n R H H λ1722102210097397169.1)6121(10612.41001)121(1--⨯=-⨯⨯=-=m n R D D λ相对误差%20.0861.4109714.4101861.4109=-=H λδ%03.010*********.110096775854.110097102333.1777=⨯⨯-⨯=H δ%03.010097074434.110097074434.110097397169.1777=⨯⨯-⨯=D δ97704.1)1999731.01(1515.183********.0111=--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=H De H H D H D R R m m R R m m综上:17777710096827212.1410097102333.110094577518.110097099776.110098529222.1-⨯=⨯+⨯+⨯+⨯=m R H 17777710097127417.1410097397169.110094890599.110097382852.110098839046.1-⨯=⨯+⨯+⨯+⨯=m R D 相对误差%005.010096775854.110096775854.110096827212.1777=⨯⨯-⨯=H δ%005.010*********.110097074434.110097127417.1777=⨯⨯-⨯=D δ999726.010*********.110096827212.177=⨯⨯=D HR R 01361.2)1999726.01(1515.183********.0111=--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=H De H H D H D R R m m R R m m %68.0201361.22=-=m δ思考题1.画出氢原子巴耳末线系的能级图，并标出前四条谱线对应的能级跃迁和波长数。