物理仿真实验氢氘光谱拍摄实验报告
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。
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？。
光谱的拍摄实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解光谱的基本原理及其在物质分析中的应用。
2. 掌握光谱仪器的操作方法，包括光源、单色器、检测器等。
3. 通过实验，学会拍摄和分析不同物质的吸收光谱和发射光谱。
4. 学习运用光谱数据对物质进行定性和定量分析。
二、实验原理光谱是物质吸收或发射电磁波时，其频率分布的变化。
根据物质的不同，光谱分为吸收光谱和发射光谱。
吸收光谱是指物质吸收特定频率的光子后，电子从低能级跃迁到高能级所形成的谱线；发射光谱是指物质释放能量，电子从高能级跃迁到低能级所形成的谱线。
光谱分析是利用物质的光谱特征来鉴定物质的成分和含量。
通过对比标准样品的光谱，可以实现对未知样品的定性分析；通过计算谱线强度，可以实现对未知样品的定量分析。
三、实验仪器及材料1. 光谱仪：包括光源、单色器、检测器等。
2. 标准样品：包括纯金属、有机化合物、无机化合物等。
3. 未知样品：待分析的物质。
4. 实验器材：光谱仪电源、连接线、样品架等。
四、实验步骤1. 将光谱仪开机预热，确保仪器稳定运行。
2. 将标准样品和未知样品依次放置在样品架上。
3. 调整光源的强度，使光谱仪处于最佳工作状态。
4. 调整单色器的狭缝宽度，使谱线清晰。
5. 调整检测器的灵敏度，使谱线可检测。
6. 拍摄标准样品的光谱，记录数据。
7. 拍摄未知样品的光谱，记录数据。
8. 对比标准样品和未知样品的光谱，进行定性分析。
9. 计算未知样品的谱线强度，进行定量分析。
五、实验结果与分析1. 标准样品的光谱特征明显，谱线清晰。
2. 未知样品的光谱与标准样品的光谱有相似之处，但存在差异。
3. 通过对比分析，得出以下结论：a. 未知样品中存在与标准样品相同的物质。
b. 未知样品中存在其他物质。
4. 根据谱线强度计算，得出以下结论：a. 未知样品中目标物质的含量为X%。
b. 未知样品中其他物质的含量分别为Y%、Z%。
六、讨论与心得1. 光谱分析是一种快速、准确、灵敏的分析方法，广泛应用于各个领域。
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”。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
物理仿真实验
氢氘光谱拍摄实验报告
一、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。
二、实验仪器及其使用方法
WPS-1自动控制箱，光源：铁电极。
电弧发生器，光源：氢氘放电管。
中间光阑，哈德曼光阑，摄谱窗口。
平面光栅摄谱仪是以平面衍射光栅作为色散元件的光谱仪器。
它的光学系统用Ebert-Fastie装置（垂直对称式装置），其光学系统如图2所示。
由光源B(铁电极、氢氘放电管)发射的光，经过消色差的三透镜照明系统L均匀照明狭缝S，再经反射镜P折向球面反射镜M下方的准光镜O1上，经O1反射，以平行光束射到光栅G上，经光栅衍射后，不同方向的单色光束射到球面反射镜的中央窗口暗箱物镜O2处，最后按波长排列聚焦于感光板F上，旋转光栅G，改变光栅的入射角，便可改变拍摄谱线的波段范围和光谱级次。
这种装置的入射狭缝S和光谱感光板是垂直平面内对称于光栅G放置的，由于光路结构的对称性，彗差和像散可以矫正到理想的程度，使得在较长谱面范围内，谱线清晰、均匀。
同时由于使用球面镜M同时作为准直物镜和摄谱物镜，因此不产生色差，且谱面平直。
使用摄谱仪做光谱实验时必须注意以下事项：
（1）摄谱仪为精密仪器，使用时要注意爱护。
尤其是狭缝，非经教师允许，不可以随意调节各旋钮，手柄均应轻调慢调，旋到头时不能再继续用力，不要触及仪器的各光学表面；
（2）燃电弧时，注意操作安全。
电弧利用高频高压，点燃后不要用手触及仪器外壳；更换电极时要切断高压电，用绝缘性能好的钳子或手套来更换；电弧有强紫外线辐射，使用时要戴防护眼镜；
（3）铁弧电极上不能有氧化物，应经常磨光，呈圆锥形；调节两电极头之间的距离，注意电极头成像不要进入中间光阑。
三、实验原理
巴尔末总结出来的可见光区氢光谱的规律为：
（n = 3，4，5 ……）
式中的B=364.56nm。
此规律可改写为：
式中的为波数，为氢的里德伯常数（109 678cm）。
根据玻尔理论或量子力学中的相关理论，可得出对氢及类氢离子的光谱规律为：
其中，和为整数，z为该元素的核电荷数，相应元素的里德伯常数为：
其中，m和e为电子的质量和电荷，c是真空中的光速，h为普朗克常数，M为原子核的质量。
显然，随元素的不同R应略有不同，但当认为M→∞时，便可得到里德伯常量为：
这与玻尔原子理论（即电子绕不动的核运动）所推出的R值完全一样。
现在公认的
的值为：10973731m，这与理论值完全符合。
有了这样精密测定的里德伯常量，又可以反过来计算还没有测定的某些元素的里德伯常数。
即：
比如应用到氢和氘为：
可见，氢和氘的里德伯常数是有差别的，其结果就是氘的谱线相对于氢的谱线会有
微小的位移，叫同位素位移。
和是能够直接精确测量的量，测出它们，也就可以计算出氢和氘的里德伯常数。
同时还可以计算出氢和氘的原子核质量比。
式中是已知量。
注意：波长应为真空中的波长，同一光波，在不同介质中波长是不同的，唯有频率及对应光子的能量是不变的，我们的测量往往是在空气中进行的，所以为精确得到结果时应将空气中的波长转换为真空中的波长。
四、测量内容及数据处理
测量内容
1.拍摄氢氘和铁的光谱。
按实验要求，拟好摄谱程序表格，调好光路后，按程序用哈特曼光栏的相应光孔，分别拍下氢氘和铁的光谱。
2．显示谱片。
取下底片盒，到暗室进行显影，定影、水洗等处理得到谱片。
3．观察和测量氢氘光谱线的波长。
在光谱投影仪上观察谱片上的光谱，区分铁光谱和氢氘光谱，基于在很小的波长范围内可以认为线色散是个常数。
如下图所示.用线性内插法就可以算出待测的谱线的波长。
在映谱仪上用直尺进行粗测，在阿贝比长仪上进行精确测量计算出氢氘谱线的波长。
4.数据处理。
计算出氢氘的里德伯常数，确定其不确定度，给出实验结果表达式。
五、小结
结论
通过实验，掌握了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。
掌握获得和测量氢氘光谱的实验方法。
学习光栅摄谱仪的运行机理，并学会正确使用
难点
1．正确拟定摄谱计划，拍摄氢氘光谱。
2．哈德曼光阑作用，并能正确使用哈德曼光阑，以实现在不移动暗盒时，在一张底片上拍摄氢氘光谱及标准铁谱。
六、思考题
1．画出氢原子巴耳末线系的能级图，并标出前四条谱线对应的能级跃迁和波长数。
2．在计算RH、RD时，应该以真空中的波长代入公式计算，但是，实验中的测量是在空气中进行的，铁谱图上所标也是空气中的波长。
空气的折射率为n=1.00029，应作修正，并将修正后的RH、RD值与公认值比较。