近代物理实验报告2013--光学多道与氢氘光谱
氢氘灯光谱 实验报告
氢氘灯光谱实验报告氢氘灯光谱实验报告氢氘灯光谱实验报告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 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MD/MH ,计算质子与电子的质量比。
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λH=λ0 n−4式中λH为氢原子谱线在真空中的波长，λ0＝364.57 nm 是一经验常数；n取3,4,5等整数。
若用波数νH表示，则变为νH= λ=RH(22−n2)式中RH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2π2mⅇ4Z2RZ= 4πε 2cℎ3 1+m∕M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，ε0为真空介电常数，Z为原子序数。
当m→∞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）2π2mⅇ4z24πε0 cℎRz= 1+m∕M∞RH= 1+m∕M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R∞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R∞=10973731.568549(83) m−1氢的巴尔末线系波长值得注意的是，计算RH和R∞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λ真空= λ空气＋Δλ1，氢巴尔末线系前6 条谱线的修正值如表所示。
2. 关于MD/MD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”。
优秀的近代物理实验总结 报告
2012-2013学年第一学期——近代物理实验总结哈萨克族时间过得真快啊！我以为自己还有很多时间，只是当一个睁眼闭眼的瞬间，一个学期都快结束了，现在我们为一学期的大学物理实验就要画上一个圆满的句号了，本学期从第二周开设了近代物理实验课程，在三个多月的实验中我明白了近代物理实验是一门综合性和技术性很强的课程，回顾这一学期的学习，感觉十分的充实，通过亲自动手，使我进一步了解了物理实验的基本过程和基本方法，为我今后的学习和工作奠定了良好的实验基础。
我们所做的实验基本上都是在物理学发展过程中起到决定性作用的著名实验，以及体现科学实验中不可缺少的现代实验技术的实验。
它们是我受到了著名物理学家的物理思想和探索精神的熏陶，激发了我的探索和创新精神。
同时近代物理实验也是一门包括物理、应用物理、材料科学、光电子科学与技术等系的重要专业技术基础物理实验课程也是我们物理系的专业必修课程。
我们本来每个人要做共八个实验，后来由于时间关系做了七个实验，我做的七个实验分别是：光纤通讯，光学多道与氢氘，法拉第效应，液晶物性，非线性电路与混沌，高温超导，塞满效应，下面我对每个实验及心得体会做些简单介绍：一、光纤通讯：本实验主要是通过对光纤的一些特性的探究（包括对光纤耦合效率的测量，光纤数值孔径的测量以及对塑料光纤光纤损耗的测量与计算），了解光纤光学的基础知识。
探究相位调制型温度传感器的干涉条纹随温度的变化的移动情况，模拟语电话光通信，了解光纤语音通信的基本原理和系统构成。
老师讲的也很清楚，本试验在操作上并不是很困难，很易于实现，易于成功。
二、光学多道与氢氘：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通过此次实验得出了氢原子和氘原子在巴尔末系下的光谱波长，并利用测得的波长值计算出了氢氘的里德伯常量，得到了氢氘光谱的各光谱项及巴耳末系跃迁能级图，计算得出了质子和电子的质量之比。
光学多道实验报告
光学多道与氢、氘同位素光谱武晓忠201211141046（北京师范大学2012级非师范班）指导教师：何琛娟实验时间：2014.9.16摘要本实验通过光学多道分析仪来研究了H、D的光谱，观察并了解了H、D原子谱线的特征。
H和D的光谱非常相似，但是二者的巴尔末系的同一能级的光谱之间仍有波长差，用光电倍增管可以测量出这个差值。
通过实验我们也学习了光学多道分析仪的使用和基本光谱学技术关键词光学多道H、D光谱1、引言光谱是不同强度的电磁辐射按照波长的有序排列，而原子光谱是由原子中的电子在能量变化时所发射或吸收的一系列波长的光所组成的光谱。
由于氘原子和氢原子核外都只有一个电子，只是里德伯常量有一些差异，因此对应的谱线波长稍有差别。
我们可以在实验中通过测出对应的谱线λ和Δλ来得到二者的里德伯常量和电子与质子的质量比。
2、原理2.1 物理原理可知原子能量状态为一系列的分立值，有一系列的能级，并且当高能级的原子跃迁到低能级的时候会发射光子。
设光子能量为ε，频率为ν，高能级为E2，低能级为E1，则有：ε= hν=E2-E1 （1）从而有ν=E2−E1（2）h由于能量状态的分立，发射光子的频率自然也分立，这些光会在分光仪上表现为分立的光谱线，也就是“线状光谱”。
根据巴尔末公式，对氢原子有1λH =R H(1n12- 1n22) （3）R H为氢原子的里德伯常量。
当n1=2, n2=3,4,5,····时，光谱是巴尔末系，在可见光区域。
对氘原子，同样有1λD =R D(1n12- 1n22)（4）R D是氘原子的里德伯常量，当n1=2, n2=3,4,5,····时，光谱是巴尔末系。
则Δλ =λH-λD= (1R H - 1R D) (122- 1n2)，n=2,3,4, (5)若忽略质子和中子的细微差别，我们可以得到H、D的里德伯常量关系为：R H=R∞m pm p+m e , R D=R∞2m p2m p+m e（6）又知R∞=109737.31cm−1，它是原子核质量为无穷大时候的里德伯常量则1 R H =2（m p+m e2m p+m e）1R D（7）1 R H - 1R D=m e2m p+m e1R DΔλ=m e2m p+m e [1R D∗1/(122- 1n2)]=m e2m p+m eλD（8）由于m e≪m p，则ΔλλD ≈m e2m p（9）因此只要在实验中测出对应谱线λ和Δλ即可得电子和质子质量比。
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。
光学多道与氢氘同位素光谱
光学多道与氢氘同位素光谱
首先，光学多道谱仪是一种用于测量光谱的仪器。
它通过将光分散成不同波长的组成部分，并将其定量地记录下来，从而提供了有关光的能量分布和波长特性的信息。
光学多道谱仪通常由光源、入射系统、分光系统、检测器和数据处理系统等组成。
它可以用于研究物质的吸收、发射、散射等光学性质，从而揭示物质的结构和特性。
氢和氘是两种同位素，它们的原子核中分别含有一个质子和一个中子，或一个质子和两个中子。
由于氢和氘的核结构不同，它们的光谱特性也有所不同。
氢氘同位素光谱研究主要关注氢和氘在光谱中的吸收、发射、散射等现象，以及它们与其他物质相互作用的过程。
在研究氢氘同位素光谱时，可以使用光学多道谱仪来记录氢和氘的光谱信息。
通过测量氢氘光谱的特征峰的位置、强度和形状等参数，可以获得有关氢氘同位素的结构、能级和相互作用等信息。
这对于理解原子和分子的性质、反应机制以及物质的动力学过程具有重要意义。
此外，研究氢氘同位素光谱还可以应用于其他领域。
例如，在
天文学中，通过观测氢氘同位素的光谱可以研究星系、星际介质和
宇宙的演化过程。
在化学和生物化学中，氢氘同位素标记技术被广
泛应用于研究分子结构、代谢途径和药物代谢动力学等方面。
总结起来，光学多道与氢氘同位素光谱是一个涉及到光学和原
子物理的研究领域。
通过使用光学多道谱仪来记录氢氘光谱的信息，可以获得有关氢氘同位素的结构、能级和相互作用等重要信息。
这
对于理解物质的性质、反应机制以及宇宙的演化过程具有重要意义。
近代物理实验报告2013--光学多道与氢氘光谱
光学多道与氢氘同位素光谱作者：北师南乡子 实验日期： 2013年9月 指导教师：王海燕 【摘要】本实验先利用CCD 光学多道系统，通过对已知波长的氦、氖光谱进行定标测量氢光谱巴耳末系的谱线，然后用单色仪测量氢氘同位素光谱，得到氢氘光谱的波长值；利用这些测得值计算出了氢、氘的里德伯常量分别为R H =109685.07cm -1和R D =109715.98cm -1，同时通过计算得出了质子与电子质量之比为/p e m m =1783.18，与理论值1836.15相比误差为2.88%。
关键词：光学多道 、CCD 、氢氘光谱、光电倍增管一、 引言光谱学在原子分子物理、天文物理、等离子体物理、激光物理和材料物理等物理学科中有重要作用。
纵观整个光谱学史，氢光谱的实验和理论研究都占有特别重要的地位。
在1885年，瑞士物理学家巴耳末就发现了巴耳末公式，即可见光区氢光谱谱线波长的规律。
1892年美国物理学家尤雷等发现氢的同位素氘（D ）的光谱。
氢原子和氘原子的核外都只有一个电子，故光谱极为相似，但由于原子核质量的不同波长也有所差别，这种差别就称为“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。
二、 实验原理在原子体系中，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 H R 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。
当1n =2，2n =3，4，5……时，公式（2）对应氢原子巴耳末系。
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引言：光谱实验是物理学和化学学科中一项重要的实验技术，通过观察和分析物质发射、吸收光的特性，可以揭示物质的组成、结构以及性质等信息。
本次实验旨在通过研究氢氘原子的光谱特性，深入了解原子结构和能级跃迁的规律。
实验方法：实验采用了经典的光谱仪装置，包括光源、光栅、光谱仪和探测器等。
首先，我们将氢氘气体注入光谱仪中，利用光源激发氢氘原子，使其发射特定波长的光。
然后，通过光栅的衍射作用，将光分散成不同波长的光谱线。
最后，使用探测器记录光谱线的强度和位置。
实验结果：在实验过程中，我们观察到了氢氘原子发射光谱的多个谱线。
根据经验公式和已知的光谱线数据，我们可以推导出氢氘原子的能级结构。
在可见光区域，我们观察到了红、黄、绿、蓝等不同颜色的谱线。
这些谱线对应着不同的能级跃迁，从而揭示了氢氘原子内部电子的运动规律。
讨论：通过对氢氘原子光谱的研究，我们可以得到一些有趣的结论。
首先，我们发现氢氘原子的能级结构与氢原子类似，但存在一些微小的差异。
这是由于氘原子的质量稍大，从而导致了能级的微小变化。
其次，我们发现氢氘原子的光谱线相对较宽，这与氘原子的自旋和核自旋耦合有关。
这种耦合导致了能级的分裂，从而使得光谱线变宽。
此外，我们还观察到了氢氘原子的吸收光谱。
当我们通过光源照射氢氘原子时，一部分光被吸收，导致光谱线的减弱或消失。
通过分析吸收光谱，我们可以得到氢氘原子在不同波长下的吸收截面，从而研究原子与光的相互作用。
结论：通过对氢氘原子光谱的实验研究，我们深入了解了原子的能级结构和能级跃迁的规律。
同时，我们也发现了氢氘原子与光的相互作用的一些特性。
这些研究成果对于理解原子结构、光谱分析以及相关应用具有重要意义。
总结：光谱实验是一项重要的实验技术，通过观察和分析物质发射、吸收光的特性，可以揭示物质的组成、结构以及性质等信息。
本次实验通过研究氢氘原子的光谱特性，深入了解了原子结构和能级跃迁的规律。
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
光学多道与氢、氘同位素光谱.
近代物理实验报告[光学多道与氢、氘同位素光谱]学号：[201311141925]学生姓名：[张静]指导教师：[王海燕]实验时间：[2015年9月25日]摘要：本实验利用光学多道分析仪，以氦（He ）、氖（Ne ）为标准谱进行定标测量了氢光谱，并在此基础上用光电倍增管对氢、氘谱线进行分析，测出氢、氘在巴耳末线系的谱线波长，求出了氢、氘的里德伯常量分别为R H =109657.218cm -1，R D =109625.62cm -1，根据实验数据，画出了氢的巴耳末系跃迁能级图，最后通过计算得出电子与质子质量之比为m e /m p =0.000549,与理论值0.000545的相对误差为0.734%。
关键词：光学多道仪、CCD 光电探测器、光电倍增管、光栅多色仪、氢氘光谱一、引言光谱学是一门主要涉及物理学及化学的重要交叉学科，通过光谱来研究电磁波与物质之间的相互作用。
光谱是一类借助光栅、棱镜、傅里叶变换等分光手段将一束电磁辐射的某项性质解析成此辐射的各个组成波长对此性质的贡献的图表。
从19世纪中叶起实验光谱学一直是光谱学研究的重要课题之一。
氢原子光谱中最强的一条谱线是1853年由瑞典物理学家A.J.埃斯特朗探测出来的（光波波长的单位即以他的姓氏命名，1埃等于10-8厘米）。
此后的20年中，在星体的光谱中观测到了更多的氢原子谱线。
1885年，从事天文测量的瑞士科学家J.J.巴耳末找到一个经验公式来说明已知的氢原子谱线的位置。
此后便把这一组线称为巴耳末系。
1889年，瑞典光谱学家J.R.里德伯发现了许多元素的线状光谱系，其中最为明显的为碱金属原子的光谱系，它们都能满足巴尔末公式。
其中R 的值对于所有元素的线系都几乎相同，称为里德伯常数。
1892年，尤雷（H.C.Urey ）等发现氢(H)同位素——氘(D)的光谱。
氢氘原子核外都只有一个电子，光谱极为相似，但由于原子核质量不同，故其对应谱线波长稍有差别，即存在“同位素位移”。
近代物理实验氢和氘原子光谱 (2)
M H （6） 1 ( RD / RH 1) m
RD / RH
式中MH/m为氢原子核质量与电子质量之比，可采用公
认值1836.15。如将通过实验测得的RD/RH值代入(6)式， 即可得氘核对氢核质量比，比值约为2。
实验内容
本实验是以氢氘光谱管作为拍摄氢氘光谱的光源，以纯铁电弧作为拍摄 铁光谱的光源，用31WI型平面光栅摄谱仪拍摄氢氘与铁的光谱线。采用 Ⅱ型光谱干板，经暗室处理后在投影仪上识谱，使谱片上的铁谱与标准 铁谱图片进行比较，找出待测谱线邻近的铁谱线，然后用台式投影仪测 出氢和氘巴尔末线系的前三、四条谱线的波长，进而求出RD和RH，以及 MD/MH。 ⒈熟悉平面光栅摄谱仪的结构、工作原理以及正确的使用方法。 仪器的光路图挂在实验室的墙壁上。根据教师的讲解，拟定好摄谱计划、 摄谱条件。 ⒉暗室处理 摄完谱后，将暗盒拿到暗室中进行洗相，显定影时间由教师指定。暗室 处理。 ⒊波长测定 将已处理好的光谱干板置于映谱仪上，将摄得的铁谱与标准的铁谱比较， 找出要测量的氢氘巴尔末线系的各个谱线，并测出各线的坐标位置，用 内插法求出各线的波长。
实验原理
1．巴尔末公式与里德伯常数 氢原子光谱的巴尔末线系的可见光波段有条比较明亮的谱 线，如下图所示。
谱线名称 Hα Hβ Hγ Hδ Hε Hζ
量子数 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
实验注意事项
⒈本实验摄谱是在同一块干板上进行的，在进行不
同次拍摄时一定要注意仪器的波长鼓轮绝对不许动。 ⒉将氢和氘、铁谱全摄完之后方可将暗盒门推上， 实验过程中不要触及暗盒，以防谱线移位。 ⒊狭缝是光谱仪的重要部件之一，调节时，不要把 鼓轮转到负值，以防刀口损伤。 ⒋操作光源，随时请注意不要触电，特别注意不要 碰高压电源，不要用眼直视电弧，以免灼伤眼睛。
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。
氢氘原子光谱实验报告
氢氘原子光谱实验报告氢氘原子光谱实验报告引言：光谱实验是物理学中一项重要的实验，通过对物质发射或吸收光的特性进行研究，可以得到物质的结构和性质信息。
本次实验旨在研究氢氘原子的光谱特性，探究其能级结构和能级跃迁的规律。
实验方法：实验采用了氢氘原子光谱仪，该仪器能够将光分解成不同波长的光谱，并通过测量光的强度，得到不同波长光的发射或吸收情况。
实验过程中，我们使用了氢氘原子的气体样品，将其放入光谱仪中，并通过调节仪器的参数，如入射光强度、波长范围等，获取所需的光谱数据。
实验结果：在实验中，我们观察到了氢氘原子在可见光区域的发射光谱。
通过对光谱图的分析，我们发现了一系列明显的发射峰，这些峰代表了氢氘原子的不同能级跃迁。
根据经验公式和理论计算，我们得到了这些能级跃迁对应的波长和能量差。
讨论：根据实验结果，我们可以得出氢氘原子的能级结构和能级跃迁规律。
氢氘原子的能级结构由一系列离散的能级组成，这些能级之间的跃迁会导致特定波长的光的发射或吸收。
这与玻尔模型和量子力学理论的预测一致。
此外，我们还观察到了氢氘原子的光谱中存在一些弱的发射峰，这些峰可能来自于其他能级跃迁或者与氢氘原子相互作用导致的能级变化。
这些弱的发射峰的研究对于理解氢氘原子的复杂行为和相互作用具有重要意义。
结论：通过氢氘原子光谱实验，我们成功地研究了氢氘原子的能级结构和能级跃迁规律。
实验结果与理论预测相符，验证了量子力学理论在描述原子光谱中的有效性。
此外，我们还发现了一些未知的发射峰，这为进一步研究氢氘原子的行为提供了新的线索。
总结：光谱实验是一种重要的手段，可以揭示物质的结构和性质。
本次氢氘原子光谱实验通过观察氢氘原子发射光谱，研究了其能级结构和能级跃迁规律。
实验结果与理论预测相符，验证了量子力学理论的有效性。
未来的研究可以进一步探究氢氘原子的复杂行为和相互作用，并应用于其他领域的研究和应用中。
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。
光学多道与氢氘光谱
ⅰ、计算H光谱进行数据处理
表5 H光谱数据处理表
能级 3 4 5 6
波长(nm) 656.51 486.15 434.07 410.24
折射率
1.000299 1.000309 1.000315 1.000319
（11）
其中 。
（2）计算氢和氘的里德伯常量。
（3）计算 所对应的光谱项 。
（4）计算质子和电子的质量比，并与公认值比较。
（5）以波数为单位，按比例画出氢的能级图。
五、实验记录及数据分析
1、估算氢光谱n2<=6的巴耳末线系的几条波长
由H和D原子的里德伯常量之比可得
（6）
因而有：
（7）
所以H、D对应谱线之差可化为： （8）
由此可得： （9）
4 486.15 486.02 0.13 0.000535
5 434.07 433.96 0.11 0.000507
6 410.24 410.14 0பைடு நூலகம்10 0.000488
（3）氢光谱能级图
根据上述结果，H巴尔末系能级图如图4：
5、误差分析
（1）在测算电子和质子质量比时，误差较大，主要是由于H和D光谱分裂不明显，间隔较小，由于谱线间距与狭缝宽度有关，可能是由于狭缝宽度调节不适当所致。
首先用600条光栅的光学多道分析仪熟悉H、氦元素的各条谱线，根据实际摄谱范围分段记录H谱线，每次采集H原子的光信号前，在相同的波长范围先记录He灯谱线，并用已知波长的He谱线定标，由此确定H谱线波长。 然后用1200条光栅的光学多道分析仪采用与上相同的方法记录测量H-D光谱。
近代物理实验氢和氘原子光谱
谢 谢
式中MH/m为氢原子核质量与电子质量之比，可采用公 认值1836.15。如将通过实验测得的RD/RH值代入(6)式， 即可得氘核对氢核质量比，比值约为2。
实验内容
本实验是以氢氘光谱管作为拍摄氢氘光谱的光源，以纯铁电弧作为拍摄 铁光谱的光源，用31WI型平面光栅摄谱仪拍摄氢氘与铁的光谱线。采用 Ⅱ型光谱干板，经暗室处理后在行比较，找出待测谱线邻近的铁谱线，然后用台式投影仪测 出氢和氘巴尔末线系的前三、四条谱线的波长，进而求出RD和RH，以及 MD/MH。 ⒈熟悉平面光栅摄谱仪的结构、工作原理以及正确的使用方法。 仪器的光路图挂在实验室的墙壁上。根据教师的讲解，拟定好摄谱计划、 摄谱条件。 ⒉暗室处理 摄完谱后，将暗盒拿到暗室中进行洗相，显定影时间由教师指定。暗室 处理。 ⒊波长测定 将已处理好的光谱干板置于映谱仪上，将摄得的铁谱与标准的铁谱比较， 找出要测量的氢氘巴尔末线系的各个谱线，并测出各线的坐标位置，用 内插法求出各线的波长。
实验原理
氢原子光谱谱线的规律性，促使人们去寻找一个表示这些谱线波 长的以验公式。1885年巴尔末提出经验公式，表示这些谱线的波 n2 长大小： λ = 364.56 2 nm n −4 1896年里德伯(Rydberg)引用波长的倒数——波数将巴尔末经验 公式改写成光谱项概念的形式： 1 1 ~ 1 − （1） v = = R
实验原理
1．巴尔末公式与里德伯常数 ． 氢原子光谱的巴尔末线系的可见光波段有条比较明亮的谱 线，如下图所示。
谱线名称 Hα Hβ Hγ Hδ Hε Hζ
量子数 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
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。
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光学多道与氢氘同位素光谱作者：北师南乡子 实验日期： 2013年9月 指导教师：王海燕 【摘要】本实验先利用CCD 光学多道系统，通过对已知波长的氦、氖光谱进行定标测量氢光谱巴耳末系的谱线，然后用单色仪测量氢氘同位素光谱，得到氢氘光谱的波长值；利用这些测得值计算出了氢、氘的里德伯常量分别为R H =109685.07cm -1和R D =109715.98cm -1，同时通过计算得出了质子与电子质量之比为/p e m m =1783.18，与理论值1836.15相比误差为2.88%。
关键词：光学多道 、CCD 、氢氘光谱、光电倍增管一、 引言光谱学在原子分子物理、天文物理、等离子体物理、激光物理和材料物理等物理学科中有重要作用。
纵观整个光谱学史，氢光谱的实验和理论研究都占有特别重要的地位。
在1885年，瑞士物理学家巴耳末就发现了巴耳末公式，即可见光区氢光谱谱线波长的规律。
1892年美国物理学家尤雷等发现氢的同位素氘（D ）的光谱。
氢原子和氘原子的核外都只有一个电子，故光谱极为相似，但由于原子核质量的不同波长也有所差别，这种差别就称为“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。
二、 实验原理在原子体系中，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 H R 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。
当1n =2，2n =3，4，5……时，公式（2）对应氢原子巴耳末系。
同理，D 原子：2212111D D R n n λ⎛⎫=- ⎪⎝⎭ （3） 其中1n =2，2n =3，4，5……时对应氘原子巴耳末系，D R 为氘原子的里德伯常数。
氢原子和氘原子巴耳末系对应的波长差为：12211112H D H D R R n λλλ-⎛⎫⎛⎫∆=-=-- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭，n =3，4，5……， （4）其中p H p em R R m m ∞=+，22p D p em R R m m ∞=+，R ∞＝109737.31cm -1 （5）由公式（5）可得：（6） 因此：1112e H D p e Dm R R m m R -=+ （7） 有： （8） 由于p m >>e m ，所以：2eDpm m λλ∆≈（9）2p De m m λλ=∆ （10）测出对应谱线波长及波长差便可通过公式（10）计算出出质子和电子的质量比。
三、 实验内容1. 实验仪器光学多道分析仪（Optical Multi -channel Analyzer 简称OMA ），主要由光学多色仪，电荷耦合器件(CCD)或光导摄像管和数据处理系统三大部分组成，是一种采用多通道法检测和显示微弱光信号的光电子仪器。
本实验所用光学多道分析仪由光栅多色仪，CCD 接受单元，电子信号处理单元，A/D 采集单元和计算机组成。
实验装置如图一所示1122p e Hp e Dm m R m m R ⎛⎫+= ⎪ ⎪+⎝⎭12211222ee D D p e p em m R m m n m m λλ-⎡⎤⎛⎫∆=-= ⎪⎢⎥++⎝⎭⎣⎦平面光栅多色仪的光路图如图二所示，通过入射狭缝S1的光经平面镜M1反射后，被凹面准光镜M2反射为平行光投射到光栅G 上。
由于光栅的衍射作用，不同波长的光被反射到不同的方向上再经凹面物镜M3反射，成像在CCD 感光平面所在的焦面S2上，或由可旋入的平面镜M4反射到观察窗S3上。
CCD （电荷耦合器件）可以将光学图像转换为电学“图像”，即电荷量与该处照度大致成正比的电荷包空间分布，因此，它可以“同时”探测到空间分布的光信号。
我们实验所用的是具有2048个像元的线阵列CCD 器件，感光像元将信号光子转变为信号电荷，并实现电荷的存储、转移和读出。
光电倍增管是一种具有高灵敏度与超快响应时间的光探测元件，一般光电倍增管在其响应范围最佳的近红外光区到紫外光区，可以将只有数百个光子的光讯号转换为有用的脉冲电流，进而利用此脉冲电流来做讯号的分析。
在本实验作为单色仪的接收系统，能够检测微弱的光谱信号。
2. 实验方法和实验过程 a) 准备根据公式估算氢和氘光谱巴耳末线系中n 2=3，4，5几条谱线的波长，打开稳压电源，待工作正常，做好开机的准备。
b) 用CCD 光学多道系统测量氢光谱选择光谱仪处于CCD 的工作模式，并进入“WDG -8A -CCD ”软件，等待初始化。
在软件中依次单击“运行”、“实时采集”，使计算机进入光谱采集状态。
将多组灯中的氢灯置于狭缝前，以氢谱巴耳末线系的波长分布作为参考，调节CCD 的中心波长位于某一条谱线附近。
调节氢灯光源的位置，确认能够观察到氢谱线，然后根据估算的待测谱线波长换上标准氦（氖）灯，进行波长定标。
反复调节CCD 中心波长的位置，使得在同一个摄谱范围内即可观察到待测氢谱线，也可以观察到至少两条氦（氖）谱线。
在这一前提下，分别测量n=3,4,5的三条谱线的波长。
测谱：不改变摄谱范围的前提下，重新放上氢灯，通过已定的标测出氢谱线的波长值。
再将中心波长定在另一条氢谱线附近，重复上述测量。
c) 用光电倍增管测量氢氘光谱在CCD 的工作方式下放上氢氘灯，调节各参数如光缝宽度，使谱线的强度尽量强并且氢谱线和氘谱线能明显分离，然后退出CCD 工作状态。
将工作方式改为光电倍增管，点击“WDG -8A 光电倍增管”操作系统，等待系统初始化。
调节光电倍增管的负高压至600V~800V 。
选择工作范围在某条氢谱线附近，通过软件扫描观察谱线强度是否合适，氢氘谱线是否分离。
如果不能符合要求则需要重新调节参数，进行定位过程。
参数调节完毕后，使仪器的扫描范围为400nm 至660nm 。
扫描，获得氢氘光谱。
将第2步中测量的氢谱线波长对现在的数据进行修正，测出氢氘光谱线的相应波长。
d) 数据处理的要求①实验室波长和真空中的波长关系。
计算真空中的波长乘于与空气的折射率。
空气的折射率 由下式决定：01111g n p ben at p at--=•-++ …………………… （11） 式中()t C 是室温， p 是气压， e 是水蒸气压力，g n是标准大气压（0t C ︒=0p p =0e =）下群速度折射率， 24351g n A B C λλ=+++ (12)其中72876.0410A -=⨯，7216.28810B m μ-=⨯，740.13610C m μ-=⨯。
在这里，因为实验是在室温、室压的情况下完成的，所以需要计算n ，p=p 0，t=25︒C ，经查找计算可得水蒸气压力近似为1kpa 。
②计算氢和氘的里德伯常量。
③计算质子和电子的质量比，并与公认值比较。
22221221111112λλ==⎛⎫⎛⎫-- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭D D D R n n n 22221221111112λλ==⎛⎫⎛⎫-- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭H H H R n n n④以波数为单位，按比例画出氢氘的能级图。
四、 实验数据处理与实验结果1. 利用公式， p H p em R R m m ∞=+计算出R H = 109677.58cm -1。
表1 氢光谱巴耳末系的估算值2. 用CCD 光学多道系统测量氢光谱用Ne 的653.29nm 和659.90nm 的波长定标，得到n=3时H 的波长为656.24nm 用He 的486.09nm 和492.19nm 的波长定标， 得到n=4时的H 的波长是486.09nm 用He 的438.79nm 和447.15nm 的波长定标， 得到n=5时的H 的波长是434.00nm3. 单色仪结合光电倍增管测量氢、氘光谱表2 氢氘光谱光电倍增管测量值及其修订/单位（nm ）注：修正值=光电倍增管测量值−λ∆ 4. 数据处理表3 氢氘光谱相关数据处理注：真空中波长0n λλ=*；群速度g n 和空气的折射率n 通过公式Matlab编程计算得到。
室温t=25℃，气压取标准大气压1.01kPa ，水蒸气压力近似为1kpa ，里德伯常量21141()Hn n R λ=-表4 质子与电子的质量比计算由实验测得的质子与电子的质量比与理论值的误差为2.88% 5. 氢、氘的能级图波数v /×104c m-4AH 原子的能级图图1 氢原子的能级图波数v /×104c m-4A图2 氘原子的能级图数值 (e )波长 (nm)图3 氢、氘原子的谱线图（H =434.48nm ）6. 实验结果的分析⏹在实验过程中可以看出氢氘谱线的分裂间距和狭缝的宽度有关，狭缝越窄，通过狭缝的波长宽度越窄，分裂现象越明显，分裂间距越大。
⏹用不同的能级计算的质子与电子的质量比有一个特点：随着能级的增大m m的数值也随之增大，波动比较大。
求平均后的结果比较接近理/p e论值。
⏹误差分析：第一，实验仪器在波长定标和测量的过程中有系统误差；第二，在数据处理时多次采用近似处理，造成实验误差。
五、结论与建议通过此次实验得出了氢原子和氘原子的光谱波长，利用这些测得的值计算出了氢、氘的里德伯常量，与理论值符合的很好；同时得到了氢氘光谱的各光谱项及巴耳末系跃迁能级图，并在此基础上得出了质子和电子的质量之比。
由于测量出的波长差只有两位有效数字，使得质量比的计算存在比较大的实验误差，因此波长差的测量精度需要提高。
本实验操作中用到了光学多道分析仪，它的内光路很重要，如果可以调节，就会更加准确的得到实验结果。
实验中对于外光路的调节，保证狭缝得到均匀的照明对于光谱定量分析非常重要，但实验使用的氢氘灯方向稍有偏差且不可调节，给实验操作带来很大不便，应该设计一个光具座对氢氦灯进行方向和位置的微调，同时可以固定调整好的位置，这样会得到比较理性的效果。
本实验分两步进行，同时进行了大量的修正操作，这样造成比较大的误差，希望可以通过方法的优化使得进行一个过程的测量就可以得到结果。
六、参考文献[1]熊俊. 近代物理实验. 北京. 北京师范大学出版社. 2007.8[2]氢氘光谱与光学多道实验说明. 北师大物理系近代物理实验室。