氢原子光谱试验

RD / RH
??
MH
1? (RD
/ RH
? 1) M H m
MD ? m ?
?H
M H M H (? D ? ? H ? ? D m M H )
式中 m M H ? 1/1836.1527 是已知值。
注意，式中各 ? 是指真空中的波长。
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二、实验的目的：
? 1.测量氢原子光谱中巴尔末线系的几条谱 线的波长。
?? ? ?
T (m) ?
T (n)
T称为光谱项，其中m=1，2，3，……，对于每一个m，n=m+1， m+2，……，构成一个谱线系。
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5. 玻尔理论:
原子中的电子只能在一系列确定的轨道上运动，它的
半径、角动量、能量都是量子化的，这些允许分立的状态
的能量为：
En
?
2 π 2 me 4 ( 4 πε 0 ) 2 h 2 ( 1 ?
? 2.测量计算各谱线的里德伯常数RH ，并求 其平均值或用线性拟和的方法求出RH 。
? 计算氢、氘原子核的质量之比。 ? 3.学习多功能组合光谱仪的使用。
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三、实验仪器设备的介绍
? 1. 实验仪器的组成
? 1)WGD-8A多功能光栅光谱仪:由光栅单色仪，接受单元，扫描系统， 电子放大器，A/D采集单元，摄谱仪的接收分为光电倍增管和CCD两个 系统，可用于信息的线性采集和实时采集，
? 1932年尤莱（H. C. Urey）、布里克威得（F. G. Brickwedde）发现氢的巴尔末系各条谱线都是双线，这是 氢有两种同位素存在的重要实验证据，若能算出两者的核 质量比，则可判定这两种同位素就是氢和氘 。
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?根据巴尔末公式:
~
?H
?
R
H
? ? ?
1 22
?
1?
2π 2 me 4 ( 4πε 0 )2 ch 3( 1 ?
m M
)
? 如果视原子核质量为无穷大（设原子核不动），则里德伯
常数为：
RH可以表示成：
2 π 2 me 4
R ? ? ( 4 πε 0 ) 2 ch 3
RH ?
R? m
1?
M
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?*6.同位素效应
? 对不同元素或同一元素的不同同位素，M 的值不等，故R
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~
?
?
E n 2 ? E n1
?
2? 2 me 4
?( 1 ? 1 )
h?
(4?? 0 ) 2 ch 3 (1 ?
m M
)
n12
n
2 2
11
?
R H ( n12
?
)
n
2 2
里德伯常数:
RH
?
2π 2 me 4 ( 4πε0 )2ch3(1 ?
m M
)
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RH
?
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?2)反射式闪耀光栅
光谱仪中长使用反射式闪耀光栅
玻璃板、镀铝、刻槽
入射角 ? -?
反射角 ? -?
?
d
光栅方程 d (sin ? ? sin ? ) ? k ?
?
?
?
?
?
?
?为了对光谱进行扫描，将光栅安装在转盘上，转盘由电极 驱动，转动转盘，可以改变入射角 ，改变波长范围，实现 较大波长范围的扫描
氢原子光谱实验
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一、实验原理
? 1.氢原子光谱的实验现象
? 光谱仪观察某些星体的光谱或分析氢放电管的光谱，在可 见光的区域内得到巴耳末系,内有四条最亮的谱线，分别
称为Hα、Hβ、Hγ、Hδ。
谱线 Hα
Hβ
Hγ
Hδ
H?
H? H? H?
H 波长 656. ? nm 279
486. 133
m M
1
)
? n
2
其中h为普朗克常数，e、m、M、n分别为电子电荷，电子质量， 氢原子核质量，主量子数。当n一定时，原子具有一定的能态，
处于一定的能级。当电子从一个能态跃迁到另一个能态时，如
由主量子数为n2的En2能态跃迁到主量子数为n1的En1能态时伴随 着发射和吸收一个能量子为En2- En1的光量子,用波数表示:
? 2)待测光源,定标用光源,计算机,打印机等.参看图.
光源电源
光
谱
控制器 光
仪源
光电倍增管
USB
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2. WGD-8A型光栅光谱仪原理
1)光谱仪光路
光谱仪的入射狭缝、出射狭缝均为 直狭缝，宽度范围0—2mm连续可调， 光源发出的光束进入入射狭缝S1， S1位于反射式准光镜 M2 的焦面 上，，通过 S1 射入的光束经M2反 射成平行光束投向平面光栅G上， 衍射后的平行光束经反射镜 M3 成 像在 S2 上或 S3 上，之后送入计 算机进行分析。
n
2
? ?
~
?D
?
R
D
?? ?
1 22
?
1 n2
?? ?
通过对 H 和 D 的巴尔末系各条谱线所测得的波数值及与之相应的 H 的质量 MH 和D的质量MD一起代入上式后可以求出各自的里德伯常数。
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RH ?
R? m
1?
MH
RD ?
R? m
1?
MD
m
1?
RD ?
MH
RH
m 1?
MD
MD ?
434. 046
410. 173
颜色
红
深绿
青
紫
?λ nm
0.181
0.136
0.121
0.116
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2.巴耳末用经验公式
1885年瑞士的巴耳末用经验公式表示出氢原子的前四条可见光谱：
λ
?
B
n2 n2 ?
4
n ? 3,4 ,5,?
?
?
364
. 56
n2 n2 ? 22
nm
,
n ? 3,4 ,5 ,?
B=364.56 为一经验常数.
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3.里德伯公式 :里德伯将此式改写成用波数 表示的形式.
~
?
?
1
?
?
R
H
?? ?
1 22
?
1 n2
?? ?
R H ? 109677 .581 cm ? 1
4.里兹并合原理： 里德伯.里兹发现碱金属光谱有类似的规律.
~
?
?
R
H
?? ?
1 m2
?
1 n2
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四、实验内容
1.测量氢原子光谱中巴尔末线系的几条谱线的波长， 并将在空气中的波长修正为真空中的波长。
2.测量计算各谱线的里德伯常数 RH，并求其平均或 用线性拟和的方法求出 RH 。
3.计算里德伯常数 ，并与推荐值 [198年6国际激光 光谱学会议上发表并推荐的里德伯常数的量值： =(10 973 731.534 ±0.012）m-1]比较，求出相对 不确定度。
亦不同。如果氢原子同位素存在，则它的巴尔末系各条谱 线的波数与 氢的巴尔末系的相应谱线的波数应是有区别 的。反映在谱线上，就应该是核质量大的谱线向波数增大 的方向发生位移，称为同位素效应。但是又从式可以看出， 由于两者质量相差不大 ，所以对光谱线的影响很小，两 者的相应谱线的波数相差不大，因此光谱上将形成的将是 很难分开的双线或多重线。