氢氘灯光谱实验报告

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物理实验报告_光学多道与氢氘光谱

光学多道与氢氘同位素光谱摘要：本实验利用光学多道分析仪研究氢氘光谱。

首先使用已知波长的氦光谱进行定标测量了氢光谱，并在此基础上测量氢氘同位素光谱，修正获得了氢氘光谱的波长值；利用这些测得值计算出了氢氘的里德伯常量分别为H R =109717.82cm -1，=109747.00 cm -1。

得到了氢氘光谱的各光谱项及巴耳末系跃迁能级图；通过计算得出了电子与质子质量之比为=1881.40,与理论值1836.15的相对误差为2.46%。

关键词：光学多道分析仪，氢、氘同位素光谱，CCD ，光电倍增管1. 引言光谱是不同强度的电磁辐射按照波长的有序排列。

光谱学是研究各种物质的光谱特征，并根据这些特征研究物质结构、物质成分和物质与电磁辐射的相互作用，以及光谱产生和测量方法的科学。

光谱学在物理学各分支学科中都占有重要地位，而且在生物学、考古学等诸多方面有着广泛的应用。

在光谱学史上，氢光谱的实验和理论研究都占有特别重要的地位。

1885年，巴耳末（J.J.Balmer ）发现了可见光区氢光谱线波长的规律。

1892年，尤雷（H.C.Urey ）等发现氢(H)的同位素氘(D)的光谱，氢氘原子对应的谱线波长存在“同位素位移”。

本实验利用光学多道分析仪，从巴尔末公式出发研究氢氘光谱，了解其谱线特点，并学习光学多道仪的使用方法及基本的光谱学技术。

2. 实验原理2.1物理原理在原子体系中，原子的能量状态是量子化的。

用1E 和2E 表示不同能级的能量，ε表示跃迁发出光子的能量，h 表示波尔兹曼常量，ν表示光子的频率，对于原子从低能级到高能级的跃迁我们有：21h E E εν==-，其中21E E hν-= (1)由于原子能级的分立，频率ν也为分立值，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：H 原子：2212111H HR n n λ⎛⎫=- ⎪⎝⎭……………………………………………………（2）其中1n 和2n 为轨道量子数，H R 为氢原子的里德伯常数。

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。

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

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

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。

氢氘光谱实验

氢氘光谱实验
实验要求：拍摄氢氘原子光谱，测出氢氘巴尔末线系的前四对谱线波长，计算氢氘里德伯常数。

⏹光栅转角的选取
WPS—1型两米光栅摄谱仪使用一级摄谱时一次摄谱范围为1080Å。

要拍摄氢氘的巴尔末系前4条谱线（6500～4100Å左右）要采用几个光栅转角，如何选取？
⏹哈德曼光阑的使用
因此，需在不移动暗盒时拍摄底片。

⏹用Fe谱作为标准谱，铁弧作为标准光源
由于铁弧光谱谱线丰富，遍布整个可见光及紫外范围，其各谱线波长已被精确测定并制成铁光谱，因此常作为测定未知谱线的标准比较光源
在应用线性插入法时，假定了摄谱仪的线色散率是常数，而实际上摄谱仪的线色散率是波长的函数，因此，在选用比较谱线时，必须选用两条最靠近的已知谱线，一般要求λ1，λ2波长相差几埃。

常用阿尔比长仪测量谱线间的距离。

⏹多功能光谱仪
结构与2M光栅摄谱仪基本相同，多一个步进电机，驱动光栅转动。

光电转格→数据采集与接口电路→计算机
问题：
出射的光口是狭缝不是一个谱面，在计算机是如何获得谱图的？
你在实验过程中是如何通过改变光栅转角获得光谱图的？
多功能光谱仪不再有哈德曼光栏，而是未知谱与标准谱分别拍摄和获得，如何通过标准谱的波长测量未知谱线波长？
用Hg灯作为标准谱光源，而不是用铁弧作为标准谱光源。

在多能光谱仪中，能否用铁弧作为标准谱光源，困难在何处？。

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

实验报告实验目的1．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(Ze 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(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R H 、R D 。

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HDR R 代入上式，可求得氘与氢原子核的质量比H Dm m /。

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⎪⎭⎫⎝⎛-=22121n R D D σ 可得：n=3时，H λ=655.67nm ，H R =)3121(122-H λ=7100981.1⨯D λ=655.47nm ，D R =)3121(122-D λ=7100984.1⨯n=4时，H λ=485.97nm ，H R =)4121(122-H λ=7100975.1⨯D λ=485.83nm ，D R =)4121(122-D λ=7100978.1⨯n=5时，H λ=434.25nm ，H R =)5121(122-H λ=7100966.1⨯D λ=434.14nm ，D R =)5121(122-D λ=7100968.1⨯ n=6时，H λ=410.29nm ，H R =)6121(122-H λ=7100968.1⨯D λ=410.19nm ，D R =)6121(122-D λ=7100970.1⨯ 所以，H R 的平均值-H R =7100972.1⨯，标准差H σ=3108557.6⨯，A 类不确定度AH U =4H σ=3104278.3⨯。

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)原子光谱

氢（氘）原子光谱实验报告1、实验目的1.熟悉实实验仪器的用法。

2.求里德伯常数。

2、实验原理原子光谱是线光谱，光谱的排列的规律不同，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。

3、实验内容1.用汞灯对光栅光谱仪进行定标，保存谱线。

2.测量氢（氘）光谱的谱线，通过“寻峰”求出巴耳末系前 3~4 条谱线的波长。

保存谱图，计算各谱线的里德伯常数RH（RD），然后求平均值。

3.计算普适里德伯常数 R∞，并与推荐值比较，求相对误差。

4、实验数据记录与分析对氢原子光谱进行测量，测得的图像如下图对曲线进行寻峰，读出波长如下表谱线HδHγHβHα光谱波长/nm 410.4 434.6 486.5 656.8 谱线相对能量47.1 457.3 566.1 812.2利用波长的修正值计算真空中氢原子的波长：谱线HδHγHβHα光谱波长/nm 410.4 434.6 486.5 656.8 △ι(nm) 0.116 0.121 0.136 0.181 真空中谱波长410.5 434.7 486.6 657.0 /nm可以计算出里德伯常数谱线HδHγHβHα410.5 434.7 486.6 657.0 真空中谱波长/nmn 6 5 4 6 里德伯常数1.096 1.095 1.096 1.096/107m-1经过计算得R=1.00054*1.096*107m-1=1.096* 107m-1而R推荐值是R∞＝10973731.568549(83)/m，故相对误差为=（1.097-1.096）/1.097=0.06%4.实验结果讨论与心得1实验中由于氢光源的寿命有限，注意在不用时关闭灯源。

2实验过程中突然谱线很乱，怎么调节都调节不行，可能原因是灯源出现问题，换一个氢灯，实验恢复正常。

3实验中噪音可能对实验产生一定的误差。

4.任何实测谱线都有一定的宽度，主要是由以下原因造成的：1) 由海森伯不确定原理，∆E∆t>h，由于测量时间是有限的，故测得的能级有一定展宽。

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

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。

氢氘原子光谱实验报告

氢氘原子光谱实验报告氢氘原子光谱实验报告一、引言光谱实验是研究光的波动和粒子性质的重要手段之一，对于深入了解原子结构和化学反应机理至关重要。

氢和氘原子光谱实验是一项经典的实验，通过研究氢和氘原子发射的光谱线，可以揭示出原子的结构和特性，为量子力学提供了有力支持。

本实验旨在通过观察氢氘原子的光谱现象，得出对应原子能级的信息，进一步深入研究原子的性质。

二、实验方法1. 实验仪器：使用光谱仪和不同波长的光源，例如氢氘灯。

2. 实验过程：a. 将氢氘灯与光谱仪连接，调整光谱仪，确保其工作在最佳状态。

b. 通过调节仪器，使光源尽可能均匀地照射到光谱仪上。

c. 观察并记录下每个波长下的光谱现象，特别注意氢氘原子产生的谱线。

三、实验结果通过实验观察和记录，我们得到了如下实验结果：1. 在可见光波段，氢和氘原子表现出不同的光谱线，具有各自特征的谱线分布。

2. 氢原子的光谱线位于可见光谱中的红、绿、蓝三个区域，其中最明显的是红色和蓝色的谱线。

3. 氘原子的光谱线与氢原子相比，在波长上发生了较大的位移，整体往长波方向移动。

四、数据分析与讨论1. 通过对实验结果的观察，我们可以得出结论，不同的原子具有不同的光谱线，这表明了原子的结构和能级分布与光谱现象的关系。

2. 氢原子的光谱线表现出离散特性，这与波尔模型相符，即氢原子的电子只存在于特定的能级上，能级之间的跃迁会导致相应波长的光谱线出现。

而氘原子的光谱线位移说明了核子质量的影响。

3. 光谱实验的结果与理论模型相吻合，这进一步验证了波尔模型的正确性，并为原子结构研究提供了更加深入的理论支持。

五、实验结论通过本次氢氘原子光谱实验，我们得出了以下结论：1. 氢原子和氘原子在可见光谱中具有各自特征的光谱线分布。

2. 氢原子的光谱线呈现出离散特性，与波尔模型相符。

3. 氘原子的光谱线位移较大，与核子质量的差异有关。

4. 光谱实验结果与理论模型相吻合，为原子结构研究提供了有效支持。

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。

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。

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