氢原子光谱实验
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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:
2009-8-30
4
~
En2
En1
2 2me4
•( 1 1 )
h
(4
0 )2
ch3 (1
m M
)
n12
n22
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12
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
2009-8-30
13
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 。
2009-8-30
7
根据巴尔末公式:
~
H
RH
1 22
1 n2
~
D
RD
1 22
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。
2009-8-30
9
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。
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 。
2009-8-30
3
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
2π 2me4 ( 4πε0 )2h2(1
m M
1 ) n2
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，
M
2009-8-30
6
*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
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。
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
434. 046
410. 173
颜色
红
深绿
青
紫
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
2009-8-30
11
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。
3.里德伯公式:里德伯将此式改写成用波数 表示的形式.
~
1
RH
1 22
1 n2
RH 109677 .581cm1
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.
~
来自百度文库
RH
1 m2
1 n2
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。
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[1986年国际激光 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。
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。
2009-8-30
10
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，
2009-8-30
14
五、实验的步骤
1．准备 将转换开关（机箱后板）置“光电倍增管”挡（本实验用光电倍增管
接收），接通电箱电源，将电压调至400~500V。根据光源等实际情况， 调节 、 、 狭缝。顺时针旋转狭缝增大，反之减小。旋转一周狭缝 宽度变化0.5mm。为保护狭缝，最大不超过2.5mm，也不要使狭缝刀口 相接触。调节使动作要轻。 打开电脑，点击WGD-8A型组合式多功能光栅光谱仪控制处理软件，选 择光电倍增管。 初始化。屏幕显示工作界面，弹出对话框，让用户确认当前的波长位 置是否有效、是否重新初始化。如果选择确定，则确认当前的波长位 置，不再初始化；如果选择取消，则初始化，波长位置回到200nm处。 熟悉界面。工作界面主要由菜单栏、主工具栏、辅工具栏、工作区、 状态栏、参数设置区以及寄存器信息提示区等组成。菜单栏中有“文 件”、“信息/视图”、“工作”、“读取数字”、“数据图形处 理”、“关于”等菜单项，与一般的Windows应用程序类似。
λ nm
0.181
0.136
0.121
0.116
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1
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：
n2 λB
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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2
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
1 m
MH
RD
R
1 m
MD
RD RH
1 m
MH
1 m
MD
MD
RD / RH
?
MH
1 ( RD
/
RH
1)
MH m
MD m
H
RH
(
1 n12
1) n22
里德伯常数:
RH
2π 2me4
(
4πε0
)2ch3(1
m M
)
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5
RH
2π 2me4
(
4πε0
)2ch3(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：
2π 2 me4
R ( 4πε0 )2ch3
RH
R
1 m
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:
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En2
En1
2 2me4
•( 1 1 )
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(4
0 )2
ch3 (1
m M
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n12
n22
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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
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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:
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H
RH
1 22
1 n2
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D
RD
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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。
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 。
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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
2π 2me4 ( 4πε0 )2h2(1
m M
1 ) n2
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，
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
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。
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
434. 046
410. 173
颜色
红
深绿
青
紫
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。
3.里德伯公式:里德伯将此式改写成用波数 表示的形式.
~
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RH
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1 n2
RH 109677 .581cm1
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.
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RH
1 m2
1 n2
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。
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[1986年国际激光 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。
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，
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五、实验的步骤
1．准备 将转换开关（机箱后板）置“光电倍增管”挡（本实验用光电倍增管
接收），接通电箱电源，将电压调至400~500V。根据光源等实际情况， 调节 、 、 狭缝。顺时针旋转狭缝增大，反之减小。旋转一周狭缝 宽度变化0.5mm。为保护狭缝，最大不超过2.5mm，也不要使狭缝刀口 相接触。调节使动作要轻。 打开电脑，点击WGD-8A型组合式多功能光栅光谱仪控制处理软件，选 择光电倍增管。 初始化。屏幕显示工作界面，弹出对话框，让用户确认当前的波长位 置是否有效、是否重新初始化。如果选择确定，则确认当前的波长位 置，不再初始化；如果选择取消，则初始化，波长位置回到200nm处。 熟悉界面。工作界面主要由菜单栏、主工具栏、辅工具栏、工作区、 状态栏、参数设置区以及寄存器信息提示区等组成。菜单栏中有“文 件”、“信息/视图”、“工作”、“读取数字”、“数据图形处 理”、“关于”等菜单项，与一般的Windows应用程序类似。
λ nm
0.181
0.136
0.121
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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：
n2 λB
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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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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RD / RH
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1 n12
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里德伯常数:
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(
4πε0
)2ch3(1
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4πε0
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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：
2π 2 me4
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