氢氘原子光谱
氢与氘原子光谱

氢灯
5)拍摄氢(氘)谱:换上装好底片(药面对光)的暗 盒,调节暗盒在15mm处,拍下氢光谱,曝光时间参考值:30 -60秒 ;(换上氘灯,暗盒调到35mm处,拍下氘光谱,曝 光时间参考值:2-5分钟)。
刻度 暗盒移动旋轮
6)拍摄铁谱:暗盒 移到25、45mm处,打开铁弧,调 节光稳定和光路,拍下铁光谱,曝光时间1-5秒。关闭暗 盒铁皮取下。
d1 、d 2 、d x
λx 为待测谱,
分别为它们的坐标刻度值,则:
λ2 − λ1
d 2 − d1
=
λx − λ1
d x − d1
dx
λx λ2 d2
d x − d1 λx = λ1 + (λ2 − λ1 ) d 2 − d1
λ1 d1
实验装置
小型棱镜摄谱仪 或多功能组合光栅光谱仪
实验内容பைடு நூலகம்步骤
谱片 放大倍数调节 标记点 谱片投影
调焦 标准谱片
(外)左右移动
(内)前后移动
认
标准 谱片
注意:谱片投影 和标准谱片的 谱线波长变化 方向要一致 查标准谱片 找出其波长
谱
特征 谱线 基本 对准
波长越长
铁 谱 谱 片 投 待 影 测 谱
λ1
λ2
λx
标记点
提示:通过查待测量谱线的理论波长 值,在理论值附近找就容易认出谱线.
多功能组合光栅光谱仪
多功能组合光栅光谱仪是一种新型测谱仪,由 单色仪、光接收单元、电控箱、计算机等组成。
显示器 单色仪 接收单元 电控箱 计算机 打印机
键盘、鼠标
多功能组合光栅光谱仪
狭缝调节轮 PMT CCD(背后) 电控箱
DVD
TP RWDS-8型组合多功能光栅光谱仪电控箱
近代物理实验氢和氘原子光谱

实验目的
1、测量氢和氘的巴尔末线系的波长,并分别 求其里德堡常数,从而求出氢和氘原子核的 质量比。
2、在初步了解平面光栅摄谱仪的结构和工作 原理的基础上,学会正确使用,并了解相关 测量仪器的使用方法 。
实验仪器及装置
31WI型平面光栅摄谱仪、氢和氘光谱管及电源、 电弧发生器、投影仪、映谱仪、铁电极一对、 铁光谱标准图一套、洗相设备一套。
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,
实验原理
v~
2 2e4m 1 (4 0 )2 h3c 1 m / M
1
n
2 f
1 n2
(2)
根据(3)式式可中知氢为氘的e里电德堡子常数电为:荷,h为普朗克常数,c为光速,m为电子质
量,M为氢原子核的质量,ε 为真空中的介电常数。(2) 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。
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0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
式中的n 对于已知一线系取一定的整数,而n= 线。
如将通过实验测得的RD/RfH值代入(6)式,即可得氘核对氢核质量比,比值约为2。
nf
+1,
n=
(2)式中的nf对于已知一线系取一定的整数,而n= nf +1, n= nf +2 , n= nf +3 ,……等为取值从比大1的整数开始的一系列整数。
1-2氢-氘原子光谱

1-2 氢-氘原子光谱引言原子光谱的研究,为量子理论的建立提供了坚实的实验基础。
氢原子是结构最简单的原子,其光谱也是最简单的。
1885年,巴尔末(J.J.Balmer )根据人们的观测数据,总结出了氢原子光谱线的经验公式。
1913年,玻尔(N.Bohr )在巴尔末研究成果基础上,提出了氢原子的玻尔模型;1925年,海森伯(W.Heisenberg )提出的量子力学理论,也是建立在原子光谱的测量基础之上的。
现在,原子光谱的观测研究,仍然是研究原子结构的重要方法之一。
20世纪初,人们根据实验预测氢有同位素。
1919年发明质谱仪后,物理学家用质谱仪测得氢的原子量为1.00778,而化学家由各种化合物测得的结果为1.00779。
基于上述微小的差异,伯奇(Birge)认为氢有同位素2H (元素左上角标代表原子量),它的质量约为1H 的2倍,据此他算得1H 和2H 在自然界中的含量比大约为4000:1。
由于里德伯(J.R.Rydberg)常量和原子核的质量有关,因此,2H 的光谱相对于1H 的应该会有位移。
1932年,尤雷(H.C.Urey)将3L 液氢在低压下细心蒸发至1mL 以提高2H 的含量,然后将这1mL 液氢注入放电管中,用它拍得的光谱,果然出现了相对于1H 移位了的2H 的光谱,从而发现了重氢,取名为氘,化学符号用D 表示。
由此可见,对样品的考究,实验的细心,测量的精确,于科学进步非常重要。
预习思考1. 巴尔末总结出来的氢原子光谱线的经验公式是什么?2. 如何利用测量的氢、氘光谱线计算相应的里德伯常数?3. 棱镜摄谱仪、光栅光谱仪是如何实现波长选择的?实验目的1. 加深对氢光谱规律和同位素位移的认识。
2. 通过计算氢、氘原子的里德伯常数,了解精密测量的意义。
3. 掌握利用摄谱仪、光栅光谱仪测量氢、氘原子光谱的方法。
实验原理1885年,巴尔末发现了氢原子光谱的规律,特别是位于可见光区的四条H α,H β,H γ和H δ谱线,其波长可以很准确的用经验公式(巴尔末公式)来表示。
试验原理1氢氘原子光谱氢原子光谱的规律氢光谱由许多谱线

实验原理1、 氢、氘原子光谱(1) 氢原子光谱的规律氢光谱由许多谱线组成,其中巴耳末线系的规律可表示为)121(122nR H -=λ (1.1) 式中,λ为谱线波长,H R 为氢的里德伯常数,n=3,4,5,……巴耳末线系是本实验拍摄和研究的对象.对应于n =3,4,5,…的谱线分别称H α,H β,H γ……它们的波长间隔、谱线强度都随n 的增大而有规律地减小.(2) 氢、氘原子光谱的异同设氢核质量为M H ,同位素氘核质量为M D .它们的里德伯常数R H 和R D 分别为mM M R R H H H +=∞ (1.2) mM M R R D D D +=∞ 其中,m 为电子质量,R ∞是认为原子核质量无限大时的里德伯常数.以λH 和λD 代表对应于同一n 值的氢和氘谱线的波长,则巴耳末系可表示为)121(122n R H H-=λ )121(122n R D D -=λ (1.3) 由于M D ≠M H ,由式(1.2)知R D ≠R H ,则式由(1.3)可知,对同一n 值,λD ≠λH .可见,氢、氘原子光谱既有如式(1.3)所示的相同规律,对同一n 值,波长λH 和λD 又有差异.只是其差值一般都小于0.2nm .所以在谱片上氢、氘谱线总是靠得很近.(3) 关于M D /M H ,由式(1.2)知)/()/(m M M m M M R R H H D D H D ++= 从中解得mM R R R R M M H H D H D H D /)1/(1/--= (1.4) 由式(1.3)知,R D /R H =λH /λD ,故式(1.4)可化为mM M M H H D H D H D /)1/(1/--=λλλλ (1.5) 取M H /m =1836,对每一对氢氘谱线测得λH 和λD ,由式(1.5)即可求得M D /M H .2 测算波长波长无法直接测量,需要寻找一个与波长有关又能直接测量的量. (1) 光栅光谱的特点 光栅摄谱仪的色散率d λ/d l 几近常数.两谱线波长差和距离成正比.这一特点将谱线的波长和谱线的坐标联系在一起.谱线在谱片上的坐标正是一个与波长有关又能直接测量的量.由谱线坐标即可推算其波长.(2) 线性内插法图1.1为光栅摄谱仪拍得的三条谱线.其中左右两条的波长λ1,λ2为已知,且λ2>λ1,中间谱线的波长λ待求.若能测定三条谱线的坐标x 1、x 和x 2,根据光栅光谱的特点应有111212x x x x --=--λλλλ从中解出)(112121x x x x ---+=λλλλ (1.6)由式(1.6)知:在谱片上,对任何一条未知波长的谱线,只要在其周围找到两条波长λ1和λ2已知的谱线,并测定三者的坐标x 1,x 和x 2即可推算出未知波长λ.实验中,常将铁谱和待测谱线上下并排拍在一张谱片上,每条铁谱的波长都可由特制的光谱图查得.应用式(1.6)的条件是波长λ和坐标x 有线性关系.若二者只在很小的范围内接近线性关系,如棱镜摄谱仪拍得的谱片,则在|x 2-x 1|较小的条件下也可应用.此时应在待测谱线两侧适当小的范围内选取已知波长的谱线.这就是在光谱实验中经常用以计算波长的“线性内插法”.实 验 装 置平面光栅摄谱仪,交流电弧发生器,氢氘灯,铁电极,阿贝比长计,光谱投影仪和光谱图.(1) 光路原理一般平面光栅摄谱仪的光路如图1.2所示.图中,M 1,M 2是同一大凹球面反射镜的下、上两个不同框形部分.光源A 发出的光,经三透镜照明系统L 1,L 2,L 3后均匀照亮狭缝S ,通过S 的光经小平面反射镜N 反射转向π/2后射向M 1,因S 由N 所成的虚像正好处在M 1的焦面上,所以狭逢上一点S 发出的光经M 1反射后成了微微向上射出的平行光,并正好射到N 后上方的平面反射光栅G 上.G 把入射光向M 2方向衍射.M 2把来自不同刻纹的同一波长的平行衍射光会聚成一点S λ’, S λ’正好落在照相胶版B 上.G 相邻刻纹的衍射光传播到S λ’的程差δ=d (sin i +sin θ),图 1.1式中d是光栅常数,I,θ分别是入射光、衍射光相对于G的法线的夹角,sinθ取+号是因为θ,i在法线的同侧.显然,Sλ’要是个亮点,必须δ=kλ,于是得光栅方程d(sin i+sinθ)=kλ,式中λ是光波波长,k=0¸±1, ±2,…叫衍射级.除0外,对同一k,因i相同而λ不同则θ将不同,也就是不同波长的像点Sλ'将落在B的左右不同位置,成为一个单色像Sλ'.狭缝S是连续的点的集合,所以Sλ'是一条亮线.对同一k,A发出的所有波长所形成的所有单色像构成A的光谱,用胶版B就可以把它们拍摄下来.图 1.2(2)中心波长和光栅转角的关系.Sλ'落在B中心线附近的波长λB叫中心波长.显然,这时θ=i,对1级谱,光栅方程变为2d sin I=λ0,所以中心波长λ0和i有—一对应关系.光栅安装在一个金属齿盘上,盘底的轴插在机座的轴套上,盘边有一蜗杆和齿轮啮合,蜗杆用一连杆和机壳外的手柄联结;转动手柄就可以转动光栅,并在手柄边上可以读出光栅转角i.仪器色散能力较大,一次摄谱B只能容下相差约100nm的波长范围,所以拍摄不同波段的光谱时,必须把光栅转到相应的i角位置.(3)谱级分离.设B上某点δ=600nm,对λ1=600nm的光波,k=1,得到了加强;对λ2=300nm 的光波,k=2,也得到了加强.这样在B上δ=600nm处出现的谱线,就无法确定它是λ1还是λ2,这叫谱级重叠.但λ2是紫外光,它不能透过玻璃,在狭缝前放一无色玻璃作为滤色片,所有紫外光便都到不了B,从而简单地实现了1级可见光谱和2级紫外光谱的分离,滤色后在δ=600nm处出现的谱线一定是λ1.(4)拍摄比较光谱的操作原则.谱线是狭缝的单色像.让12mm高的狭缝全部露出来被光照亮,可得到12mm 高的一系列谱线;让上端6mm露出,就得到上端6mm高的谱;让下端6mm露出,就得到下端6 mm高的谱.设想用Na(钠)黄光照亮S,先让上端6 mm露出摄谱后,保持胶版B和光栅转角i都不动,再换为下端 6 mm摄谱.这样摄得的4条谱线,一定是后二条在前二条的延长线上,因为它们只是同一狭缝上、下二段成像先后不同而已.Na黄双线的波长大家都很熟悉,由此我们推想:把先摄下的二条谱线看成波长未知的被测谱线,后二条看成“波长标尺”上波长已知的二条刻度线,显然测得的结果非常准确.由此得出操作原则:拍摄互相比较的两列光谱时,不能移动胶版,不能转动色散元件,只能在换光源后换用狭缝的相邻部位摄谱.换用狭缝的不同部位很简单,狭缝前有一金属薄圆盘,叫哈特曼光栏盘,盘上不同位置开了不同高度的方孔,转动盘子让狭缝在所需的孔中露出就行了.“波长标尺”也现成,Fe(铁)的光谱线相当丰富,波长都已知,把Fe的光谱拍在被测光谱的旁边,也就相当于摆上了一把“波长标尺”.Fe光谱可以用电弧发生器激发.(5) 氢氘光谱灯.氢氘光谱灯(或放电管)内所充的纯净氢氘气体,在高压小电流放电时分解成原子并被激发到高能态,在跃迁到低能态的退激过程中发出原子光谱.。
氢与氘原子光谱

调 节
5
2.旋转6使右边圆盘读 数中的0对准指针位置.
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
10 6
4 5 6 9 2 8 1 3
5 15
10
1.旋转5将5mm刻度线拉到十 分之一毫米刻度线0的位置.
7
调
节
读数
95
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
0
4 10 2 8
5 6 9 3 1
4
5 30
11. 计算有关量.
氢与氘原子光谱
实验目的
1、通过拍摄氢(氘)、铁原子光谱,或利用多功 能组合光栅光谱仪采集氢(氘)光谱,求出里德伯 常数,以达到初步掌握光谱定性分析的基本方法; 2、测定氘氢原子核质量比; 3、理想精确测量的意义。
实验原理
1.氢光谱巴尔末线系(在可见光区)的规律为
n2 λH = 364.56 2 nm n −4
R∞ RH = (1 + m / M ) R∞ H RA = ⇒ R∞ (1 + m / M A ) RD = (1 + m / M D ) MD m λH = ⋅ M H M H (λD − λH + λD m / M H )
3.比较光谱法测定谱线的波长
λ1 , λ2 分别为标准谱,
6.求谱线波长 6.求谱线波长 测谱线的坐标:谱片放在阿贝比长仪上,读取标 准谱(铁谱) 准谱(铁谱)和待测谱的坐标。
阿贝比长仪
4 10 2 8 1 5 6 9 3
1.工作台 2.导板 3.主标尺 4.视物显微镜 5.微米计转轮 6.微调旋钮 7.微移转轮 8.固定板 9.读数显微镜 10.热辐射屏罩
点击
8. 峰值检索.
1-1 氢(氘)原子光谱

专题实验1 光谱的测量与分析1.1 氢(氘)原子光谱原子光谱是建立量子理论的实验基础。
1885年,巴尔末(J. J. Balmer )根据已有的观测结果,提出氢光谱线的经验公式。
波尔(N. Bohr )1913年2月看到这一公式,3月6日就建立了氢原子理论;海森堡(W. Heisenberg )在1925年提出量子力学理论也是基于原子光谱的实验成就;光谱的精细结构使人们认识到核外电子的运动状态除了存在主能级量子化以外,还有亚能级量子化。
1932年,尤里(H. C. Urey )将3 liter 液态氢在低压下缓慢蒸发至1 ml 后,注入放电管,拍摄其巴尔末线系光谱,发现在普通氢(氕)每条谱线的短波侧都出现一条弱的伴线,从而证实了氘的存在。
这是原子核质量差异导致里德伯常数发生变化的结果,称为同位素移位。
对于重核,同位素移位并不明显,但是中子数不同会引起核自旋发生改变,光谱结构还是会复杂化,这就是所谓的超精细结构。
今天,原子光谱仍然是研究原子结构的重要方法。
一、实验目的(1)了解光栅光谱仪等常见光谱分析仪器的原理和使用方法; (2)通过测量巴尔末线系的谱线波长,计算氘的里德伯常数。
二、实验原理原子虽然是元素的最小单元,但还具有复杂的核式内部结构,核外是绕核运动的电子。
α粒子散射实验肯定了原子的核式结构,而对核外结构的认识则是从光谱研究开始的。
光谱记录了电磁辐射随波长变化的强度分布,是研究原子结构的重要手段。
通过测量原子发光光谱中各谱线的波长,可以推算出原子的能级结构,从而得到有关原子微观结构的信息。
光谱主要指发射光谱或吸收光谱。
发射光谱是由发光体直接产生的光谱,例如,由炽热的固体、液体和高压气体发光形成的连续光谱和由稀薄气体或者金属蒸汽发光形成的明线光谱都属于发射光谱。
吸收光谱则是连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱。
吸收光谱中的每条暗线都与物质的特征谱线相对应。
在所有的元素中,氢的原子结构最简单,从氢原子明线光谱理解原子的核外结构也最直观。
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。
实验氢-氘原子光谱

实验氢-氘原子光谱原子光谱的测定与分析,为量子理论的建立提供了坚实的实验基础。
1885年巴尔末(J. J. Balmer )总结出了氢光谱线的经验公式。
1913年玻尔(N. Bohr ),1925年,海森伯(W.Heisenberg )建立起他们的理论都是建筑在原子光谱的测量基础之上的。
现在,无论在工业生产部门还是在科学研究领域,原子光谱的观察、测定和分析都是研究原子结构、物质分析的重要方法之一。
在物理学、化学化工、材料、生命科学领域内有广泛的实际应用。
一 实验目的1.掌握WPG-100型平面光栅摄谱仪的工作原理和使用方法,学习摄谱、识谱和谱线测量等光谱研究的基本技术。
2.通过所测得的氢(氘)原子光谱在可见和近紫外区的波长(误差小于0.5Å),验证巴耳末公式并准确测出氢(氘)的里德伯常数。
3.测量氢、氘同位素位移,求出质子与电子的质量比。
二 实验原理1.原子的激发与辐射原子内部的不同能量状态称为能级。
处于基态的原子可以吸收能量而跃迁到较高的能量状态,这个过程称为原子的激发。
原子也可以从较高的能级退到较低的能级或基态而放出能量,如果放出的能量取辐射形式,那么放出的能量就成为一个光子的能量hv ,这个过程称为原子的辐射。
要使原子发光必须先将它激发,原子激发的方式通常分为碰撞激发和光激发两种。
具有一定能量的电子、原子、分子与某原子相碰撞而使后者激发称为碰撞激发;原子吸收一个光子引起的激发称为光激发,即光的吸收过程。
本实验采用碰撞激发,它又分为热激发和电场引起的碰撞激发两种形式,前者指在高温下各原子有较大的运动速度,相互碰撞而产生激发,本实验的铁光谱就是这种方式产生的。
电场引起的碰撞激发是带电粒子在电场作用下加速运动,与原子发生非弹性碰撞使原子激发,氢(氘)光谱就是采用这种方式产生的。
2.氢原子光谱的实验规律早在原子理论建立以前人们就积累了有关原子光谱的大量实验数据,发现氢原子光谱可用一个普通的公式表示,即⎪⎭⎫ ⎝⎛-=2211~n mR v (1)其中:m 取1、2、3、4、5等正整数,每一个m 值对应一个光谱线系,如当m=2时便得到谱线在可见光和近紫外区的巴耳末线系;n 取m+1、m+2、m+3、…等正整数,每一个n 值对应一条谱线;R 称为里德伯常数。
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真空波长,P70 MD m 常量,P70 H M H M H D H D m / M H
实验仪器
问题1:如何激发原子光谱?
高压放电
能级跃迁
原子辐射
问题2:如何测量波长?
WGD-6型光学多道分析器
入射狭缝
S1
准光镜
M2
M1
G
反射镜 光栅
S2
S2
M3
分光镜
M4
物镜
S3
思考题:p73页第二题
谢
谢!
2
nm
1 1 H R 2 2 2 n
cm
1
Rcm
1
里德伯常量
3.玻尔能级跃迁理论
常量
2 4
1 R R 2 3 1 m M 4 0 ch 1 m M
氢、氘原子光 谱波长测量 里德伯 常量 原子核 质量比
2 me
原子核 质量
近代物理实验:氢与氘原子光谱
实验原理
1. 氢原子光谱线
谱线名称 Hα Hβ Hγ Hδ
量子数(n) 3 4 5 6
颜色 红 深绿 青 紫
波长(单位: nm) 656.279 486.133 434.047 410.147
Hε
Hδ
7
8
紫
紫
397.007
388.905
2.巴耳末公式与里德伯常量
n H 364.56 2 n 4
2、将中心波长调至590nm处,通过汞灯的三条光谱, 手动定标,测量出氢、氘的各一条光谱线的波长
3、数据处理得出
RH , RD , M D M H ,及不确定度。
注意事项
1、不能连续点击程序,易导致死机。
2、氢氘灯光强不足,注意调节聚焦,曝光时间, 狭缝宽度。去除背景光。
3、注意灯管高压,以防触电!
CCD 出射狭缝
检索中心波长
问题3:如何定标波长?
汞灯主要光谱
紫色 △404.66 强 紫色△435.84 强 蓝绿色△491.60 强
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
绿色△546.07 强
黄色 △576.96 强 黄色△579.07 强
手动定标(内插法)
实验步骤
1、将中心波长调至480nm处,通过汞灯的三条光谱, 手动定标,测量出氢、氘的各三条光谱线的波长。