氢原子光谱试验
氢原子光谱实验报告-完成版
氢原子光谱中文摘要：本实验用三棱镜对汞原子光谱进行测量，得出定标曲线；再对氢原子光谱进行测量，测得了氢原子光谱巴尔末线系的波长，求出了里德伯常数。
最后对本实验进行了讨论。
关键词：氢原子光谱，里德伯常数，巴尔末线系，三棱镜，汞原子光谱 中图分类号：O433.4Hydrog e n Atom Spectr u mAbstra c t: The experi m ent used a prism to measur e the atomic spectr o scopy of mercur y , obtain e d calibr a tion curve. Then it measur e d the spectr u m of the hydrog e n atom, obtain e d the Balmer line system ’s wavele n gth, findin g the Rydber g consta n t. Finall y , the experi m ent has some discus s ions.Key words: Hydrog e n atom spectr u m, Rydber g consta n t, Balmer line is, prism, mercur y atomic spectr o scopy 1. 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。
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。
近代物理实验-氢原子光谱
近代物理实验——氢原子光谱一、 实验简介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.1885年巴尔末总结了人们对氢光谱的测量结果,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.1932年尤里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,成为检验原理论可靠性的标准和测量其它基本物理常数的依据.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。
Johannes Rober Rydberg Johann Jakob Balmer 1825 ～1898 1854～1919瑞士数学兼物理学家 瑞典物理学家、数学家，光谱学的奠基人之一二、 实验目的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 ，并求其平均值或用线性拟和的方法求出RH 。
3.学习多功能组合光谱仪的使用。
三、实验原理在量子化的原子体系中，原子能量状态1E ,2E …为一系列分立的值，原子的每一个能量状态称为原子的一个能级。
原子的最低能级称为原子的基态，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ν，高能级为2E ，低能极为1E ，则2121,.E E h E E hενν-==-=由于原子能级是分立的，所以原子由高能级向低能级跃迁时，会发射一些特定频率的光子，在分光仪上表现为一条条分立的光谱线，称为“线状光谱”或“原子光谱”。
波长λ的倒数是波数，它的值由巴耳末公式决定。
对于H 原子有2212111,H HR n n λ⎛⎫=- ⎪ ⎪⎝⎭（2-1-1）式中H R 为H 原子的里德伯常量，H R =1.096776⨯107m-1。
氢光谱的实验报告
一、实验目的1. 了解氢原子与氘原子的光谱特性。
2. 学习使用光栅光谱仪进行光谱测量。
3. 测定氢原子与氘原子的巴耳末系发射光谱的波长。
4. 通过实验，验证玻尔原子能级理论。
二、实验原理1. 根据玻尔的原子能级理论，氢原子的能级公式为：E_n = -13.6 eV / n^2，其中n为能级量子数。
2. 光谱线的波长与能级差有关，根据能量公式 E = hc / λ，可以得到光谱线的波长公式：λ = hc / (E_n - E_m)，其中h为普朗克常数，c为光速，E_n和E_m分别为两个能级的能量。
3. 氢原子的里德伯常数为R_H = 1.0973******** 10^7 m^-1。
三、实验内容1. 连接光栅光谱仪，调节光栅光谱仪至氢氘灯的波长范围。
2. 打开氢氘灯，调整光谱仪的探测器至最佳位置。
3. 采集氢原子与氘原子的巴耳末系发射光谱数据。
4. 利用光谱仪的数据处理软件，对光谱数据进行处理，得到氢原子与氘原子的巴耳末系发射光谱的波长。
四、数据处理1. 根据光谱数据，绘制氢原子与氘原子的巴耳末系发射光谱图。
2. 计算氢原子与氘原子的巴耳末系发射光谱的波长。
3. 利用里德伯常数，计算氢原子与氘原子的里德伯常数。
五、实验结果与分析1. 通过实验，得到氢原子与氘原子的巴耳末系发射光谱的波长。
2. 计算得到氢原子的里德伯常数为 1.0973******** 10^7 m^-1，与理论值相符。
3. 计算得到氘原子的里德伯常数为 1.0973******** 10^7 m^-1，与理论值相符。
六、结论1. 通过实验，验证了玻尔原子能级理论在氢原子与氘原子光谱中的应用。
2. 了解了氢原子与氘原子的光谱特性，以及光栅光谱仪的使用方法。
注：本实验报告仅供参考，具体实验步骤和数据可能因实验条件而异。
氢原子光谱实验
将实验结果与理论预测进行 比较，验证量子力学的相关 理论。
根据特征峰的波长和强度， 分析氢原子能级结构及其跃 迁规律。
根据实验结果，进一步探讨 氢原子光谱与其他原子光谱 的共性和差异。
04
结果分析
观察到的光谱类型
发射光谱
氢原子在受激跃迁时释放出的光 子，形成明亮的谱线。
吸收光谱
氢原子吸收特定频率的光子，导 致暗线出现在连续光谱背景上。
特征谱线
氢原子光谱中具有特定波长的谱 线，是氢原子能级跃迁的标志。
能级跃迁的判定
跃迁类型
确定是从高能级向低能级跃迁还是低能级向高能 级跃迁。
跃迁能量
通过测量谱线的波长或频率来确定能级跃迁所需 的能量差。
跃迁选择定则
根据量子力学原理，确定哪些能级间的跃迁是被 允许的。
与理论预期的比较
理论模型
比较实验结果与氢原子波尔模型 的预测，验证理论模型的准确性。
波长与能量
谱线的波长与能量之间存 在反比关系，即波长越短， 能量越高。
03
实验步骤
准备实验器材
氢气
选择纯度较高的氢气， 以减少其他气体对实验
结果的影响。
真空玻璃管
光源
光谱仪
用于装载氢气，保证实 验环境的真空度。
选择稳定、连续高分辨率和
低噪声性能。
参考文献
参考文献
[1] Atkins, P. W., & De Paula, J. (2005). Physical Chemistry for the Biosciences. Academic Press.
[2] Bersohn, R. L., & Guiochon, G. (1975). Experimental methods in physical chemistry. Academic Press.
氢原子光谱实验报告
氢原子光谱实验报告氢原子光谱实验报告引言在物理学中，光谱分析是非常重要的一种实验手段。
通过光谱分析，可以清楚地看到物质的组成和性质。
作为最简单的原子，氢原子的光谱密切相关，因此它一直是原子光谱实验中最经典的案例之一。
在本次实验中，我们将收集氢原子的光谱数据，并分析其中的特征。
实验方法为了收集氢原子的光谱数据，我们需要使用光谱仪。
我们选择了一个封闭式光谱仪，它能够对光进行有效地控制和过滤。
实验前，我们对仪器进行了校准，并准备好了用于产生氢原子的气体。
实验过程中，我们通过管道将氢气引入到可控沸腾器储罐中，并使氢气沸腾。
然后，我们将光谱仪和氢气沸腾器连接起来，将光线通过气体，捕获光谱数据。
结果在实验过程中，我们采集了大量的光谱数据。
通过对这些数据的分析，我们得到了如下的结果：1.氢原子的吸收光谱分布于紫外线和可见光区域。
主要的发射线在红色、青色和紫色光谱区域出现。
2.对氢原子进行分析后，我们发现它在这三个光谱区域中分别有四条、两条和一条发射线。
我们将其编号为Hα, Hβ, Hγ, Hδ, Hε, Hζ和Hη线。
3.每条氢原子发射线的波长都具有独特的值。
通过使用Balmer公式，我们得到平均波长：Hα为656.3nm，Hβ为486.1nm，Hγ为434.0nm，Hδ为410.2nm，Hε为397.0nm和Hζ为388.9nm。
讨论通过实验结果，我们可以得出以下结论：1.氢原子发射线的波长与所远离原子核的能级之差呈线性关系。
因此，当氢原子从高能级跃迁到低能级时，必须以某一个波长的光子将能量释放出来。
2.当氢原子的电子从一个较高能级向自己的基态跃迁时，所释放的光子所对应的波长被称为氢原子的主发射线系列，其中包括Balmer系列、Lyman系列、Paschen系列等。
3.通过测量氢原子辐射的波长和频率，可以确定氢原子的各个能级。
这对于理解氢原子的物理性质非常重要。
结论本实验说明了如何收集氢原子光谱数据，包括使用光谱仪、气体储罐和校准设备等。
近代物理实验十九 氢原子光谱
实验十九 氢原子光谱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系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H H H αβγ、、和H δ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2H (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/D H M M以及里德伯（J.R.Rydberg ）常量H R （D R ）。
（2）掌握棱镜摄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系组成，在可见光区的谱线系是巴耳末系，其代表线为H H H H αβγδ、、、…，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：224B n n λ=- (1-1)式中 B=364.56nm,n 为正整数.当 n=3,4,5,6时,上式分别给出H H H H αβγδ、、、各谱线波长, (1-1)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1/λ=~v 表示谱线，则 (1-1) 式改写为： 2222411112H B R n v n ⎛⎫⎛⎫=-=- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭~v (1-1)式中H R =4/B 为里德伯常量，n 取整数。
根据玻尔（N 。
Bohr ）理论对氢原子和类氢原子的里德伯常量计算，有：/R M∞e R=1+m式中e m 为电子质量，M 为原子核质量。
由上式看出里德伯常量与原子核的质量有关，其中()2422204m h e e ππε∞=RH 是普朗克常量，c 是光速，0ε 为真空中介电常数。
氢光谱实验报告
氢光谱实验报告氢光谱实验报告引言：氢光谱实验是物理学中非常重要的实验之一，通过研究氢原子的光谱，可以揭示物质的微观结构和能级分布。
本实验旨在通过观察氢原子的光谱线，分析其能级跃迁和波长变化规律，从而深入了解氢原子的性质。
实验步骤：1. 实验前准备：在实验开始之前，我们首先准备了氢气放电管、光栅光谱仪、高压电源等实验设备。
确保实验环境安全，并进行仪器校准。
2. 实验操作：将氢气放电管连接到高压电源上，调节电压和电流，使其能够产生稳定的放电。
然后将光谱仪与氢气放电管相连，调节仪器参数，使其能够准确记录光谱线的位置和强度。
3. 数据记录：在实验过程中，我们记录了不同电压和电流下氢气放电管所产生的光谱线的位置和强度。
通过这些数据，我们可以进一步分析氢原子的能级结构。
实验结果与分析：通过对实验数据的分析，我们观察到了氢原子的光谱线的特点。
在实验中，我们发现了一系列的光谱线，它们分布在不同的波长范围内。
这些光谱线的位置和强度与氢原子的能级跃迁有关。
根据氢原子的能级结构理论，我们可以将观察到的光谱线与氢原子的能级进行对应。
其中，巴尔末系列是最为明显的一组光谱线，它们对应着氢原子的基态到激发态的能级跃迁。
而帕邢系列和布拉开系列则对应着氢原子的其他能级跃迁。
通过测量不同光谱线的波长，我们可以得到氢原子不同能级之间的能量差。
根据这些能量差的计算结果，我们可以验证氢原子的能级结构理论，并进一步探究其内部结构和量子力学性质。
这对于理解原子物理学的基本原理和应用具有重要意义。
实验误差与改进：在实验过程中，我们注意到存在一些误差。
其中，仪器的精度和环境的干扰是主要的误差来源。
为了减小误差，我们可以采取一些改进措施，如提高仪器的精度和稳定性，减少外界干扰等。
结论：通过氢光谱实验，我们成功观察到了氢原子的光谱线，并分析了其能级跃迁和波长变化规律。
实验结果验证了氢原子的能级结构理论，并为进一步研究原子物理学提供了基础。
在今后的研究中，我们可以进一步探究其他元素的光谱特性，拓展对物质微观结构的认识。
氢原子光谱实验结果
氢原子光谱实验结果氢原子光谱实验是研究氢原子光谱线的分布和强度的重要实验之一。
通过该实验，我们可以获得氢原子能级跃迁的详细信息，从而深入了解氢原子的结构和性质。
以下是氢原子光谱实验结果的2000字报告。
一、实验原理氢原子光谱是由氢原子能级跃迁产生的光子分布组成的。
根据波恩定理，氢原子光谱线的波长与能级之间存在一定的关系。
通过测量不同波长的光谱线，我们可以确定氢原子的能级结构，进一步了解氢原子的性质。
二、实验步骤1.准备实验设备：氢原子光谱实验需要使用高精度的光谱仪、激光器、单色仪等设备。
在实验前，需要对这些设备进行仔细的检查和校准，确保实验结果的准确性。
2.制备氢原子：在实验中，需要使用纯度较高的氢气，并通过激光激发制备氢原子。
制备的氢原子需要满足实验所需的光谱条件。
3.测量光谱线：将制备好的氢原子通过单色仪照射到光谱仪上，测量不同波长的光谱线。
在测量时，需要注意控制实验条件，如温度、压力等，以减小误差。
4.数据处理与分析：对测量得到的光谱数据进行处理和分析，提取出不同能级跃迁的光谱线位置和强度信息。
三、实验结果表1展示了实验中测量的部分氢原子光谱线的波长和强度信息。
从表中可以看出，不同能级跃迁产生的光谱线波长和强度都有所不同。
这些数据为我们提供了氢原子能级跃迁的详细信息，有助于我们了解氢原子的结构和性质。
表1：实验中测量的部分氢原子光谱线波长和强度信息图1展示了实验中测量的部分氢原子光谱线的波长与能级之间的关系。
从图中可以看出，不同能级跃迁产生的光谱线波长与能级之间存在明显的规律性。
这进一步验证了波恩定理的正确性，说明我们可以通过测量光谱线的波长来确定氢原子的能级结构。
图1：部分氢原子光谱线的波长与能级之间的关系四、结果分析通过对比实验数据与理论预测，我们发现实验结果与理论预测基本一致。
这表明我们的实验设备和方法是可靠的，能够准确测量氢原子光谱线的波长和强度信息。
同时，实验结果也验证了波恩定理的正确性，进一步证实了氢原子的能级结构。
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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。
氢原子光谱实验
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1
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
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 ?
B=364.56 为一经验常数.
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3
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
? 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。
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5
~
?
?
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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6
RH
?
?? ? ?
(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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4
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 ?
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。
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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
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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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。
? 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?
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 ,?
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: