仿真实验氢氘光谱拍摄解析
氢氘光谱
546.22
577.06
579.12
汞光谱的峰值的标准值：
编号
1
2
3
4
波长/nm
365.02
365.48
366.3
404.66
5
6
7
8
9
407.78
435.84
546.07
576.96
579.07
将二者进行拟合，用origin进行处理的一下拟合曲线
测得的氢氘光谱数据如下
组数
1
2
3
4
第一个波峰/nm
2、测量氢氘光谱
打开氢氘光源，仔细调节使得氢氘光源的光线聚焦在摄谱仪的细缝处，调节好以后暂时关闭氢氘光源，调节仪器参数设定：
工作方式：模式：能量
间隔：0.02nm
工作范围：起始波长：400.00nm
终止波长：660.00nm
最大值：1000.0
最小值：0.0
工作状态：负高压：8
增益：4
然后在400.00nm处检索，检索结束后打开氢氘光源，进行单程扫描。期间在第三个峰值出现后（大约在485nm左右）可关闭氢氘光源一段时间，防止氢氘光源因连续使用时间过长而损坏，然后再600~650nm之间再打开，不打扰第四个峰的出现即可。
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。
答：由于波长存在着 ，所以有
410.14
434.04
氢与氘原子光谱实验讲解
氢与氘原子光谱实验
实验目的
实验仪器
实验原理
实验内容
数据处理 思考问题
注意事项
实验目的
1. 了解光栅光谱仪的工作原理，掌握其使用用法； 2. 用光栅光谱仪测量氢（氘）原子光谱巴 尔末线系的波长，求里德伯常数。
实验仪器
5
1
4
2 3
图1 光栅光谱仪系统组成
1.光谱仪主机 2.控制箱 3.光源 4.光电倍增管 5. 计算机
可见光区域氢光谱谱线称为巴尔末线系，其分布规律
为：
1
RH（212
1） n2
RH 是实验常数，称为里德伯(Rydberg)常数。
由上式确定的氢谱线为巴尔末线系，当n＝3，4，5，6时，所得的谱
线分别标记为 H 、H 、H 、H 。
根据波尔理论，可得出氢和类氢原子的里德伯常数为：
Rz
2 2e4 z4
m2凹面反射镜具有会聚和准值作用光线经m2入射到光栅m3凹面反射镜具有会聚和准值作用衍射光经m3入射到m4m4平面反射镜经会聚的衍射光线改变方向可在s2狭缝观察到衍射光
普通物理(近代物理)实验
氢与氘原子光谱实验
背景简介
光谱线系的规律与原子结构有内在的联系，因此，原子光谱是研 究原子结构的一种重要方法。1885年巴尔末总结了人们对氢光谱的测 量结果，发现了氢光谱的规律，提出了著名的巴尔末公式，氢光谱规 律的发现为玻尔理论的建立提供了坚实的实验基础。1932年尤里根据 里德伯常数随原子核质量不同而变化的规律，对重氢赖曼线系进行摄 谱分析，发现氢的同位素——氘的存在。通过巴尔末公式求得的里德 伯常数是物理学中少数几个最精确的常数之一，成为检验原理论可靠 性的标准和测量其它基本物理常数的依据。
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
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。
- 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)。
仿真实验—氢氘光谱拍摄
教学目的：
1．了解平面光栅摄谱仪的原理及其使用方法；
2．掌握拍摄氢氘原子光谱的巴尔末线系的实验方法。
教学方法：
讲解，操作指导
教学内容：
一、实验仪器
1．多媒体电脑及配套中科大《大学物理仿真实验》软件。
2．虚拟仪器：平面光栅光谱仪、狭缝、哈德曼光阑、透镜及透射光阑、废渣盘、电极架等。
二、实验原理
1．氢原子光谱的规律
巴尔末（J.J.Balmer ）1885年首先对氢原子光谱上位于可见光区的四条谱线的波长用经验公式表示了出来：
4
22
-=λn n B （ ,,,543=n ） （Ⅴ-3-1） 后来里德堡（J.R.Rydberg ）将此式改写为用波数λ
=υ1~
表示 ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=υ2212
1n R H ~ （Ⅴ-3-2） 式中H R 称为氢原子的里德堡常数，其实验测定值为109677.61-cm 。
由理论可知，类氢原子的里德堡常数Z R 可以表示为
()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⋅πεπ=Z e e Z m m c h Z e m R 11
42320242 （Ⅴ-3-3）
若∞→Z m ，即假定原子核不动，则有
()c h Z e m R e 32024242πεπ=
∞ （Ⅴ-3-4）
因此 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∞
Z e Z m m R R 1 （Ⅴ-3-5）
可见Z R 会随原子核质量Z m 而变化，对于不同的元素或同一元素的不同同位素，Z R 不同。
因此氢和它的同位素光谱会产生同位素移位。
2．平面光栅摄谱仪原理
平面光栅摄谱仪光源发出的光束由狭缝入射，经反光镜反射后，照到反射式准直物镜上，由该准直物镜形成的准直光束反射投向平面衍射光栅上，经光栅衍射后形成独立的光谱，再经物镜反射后形成不同颜色的狭缝的像，即得到光谱，在观察口处可以看到，并进行拍摄。
3．实验方法
实验中，用氢氘放电管作为光源，用光栅摄谱仪拍摄光谱。
氢氘放电管是将氢气和氘气充入同一放电管内，当在放电管两极上加上一定高电压时，管内的游离电子受到电场作用飞向阳极，并因此获得愈来愈大的动能。
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。
三、实验内容
在主窗口中用鼠标指向各仪器主要部件时，会出现相应的提示信息。
1．单击“透镜及透射光阑”，在光阑盘上单击鼠标左键或右键，选择正确的光阑。
2．单击“电极架”，调节5个按钮，使观察窗内电极的投影间隙略宽于光阑缝、位于同一垂直线内且在水平方向居于光阑缝的中央。
通过切换视角可调节在另一方向观察时的电极位置。
3．单击“哈特曼光阑”，在哈特曼光阑上单击鼠标左键或右键，可选择哈特曼光阑。
在其它地方单击鼠标右键，则弹出滤色镜选项，可选择所用滤色镜。
（1）栅位选择，实验采用一级光谱拍摄氢氘光谱，为了拍摄前四条氢氘巴尔末线系的光谱（656.2nm～400.0nm）,需要转动光栅，选择两个光栅转角分段拍摄不同范围的光谱。
（2）滤色镜的选择，由光栅方程()λ
d sin
i
sin可知，一级
+k
β
=
衍射光谱和二级、三级的光谱重叠，即
=
⨯
⨯
600
=
1⨯
nm
2
nm200
nm
3
300
一级光谱的600nm和二级光谱的300nm，三级光谱的200nm重叠。
光谱的重叠往往会造成读谱的困难，因此在拍摄Fe谱时必须加光谱滤色镜，以便滤掉干扰波段。
（3）曝光时间的选择，由于各种元素或同位素的各条光谱强度有很大差别，为使每条谱线都有便于观察的像，应使用不同的曝光时间分别拍摄。
4．单击“光栅转角调整”，用鼠标拖动底片，粗调光栅转角，在转轮上单击鼠标左键或右键，可细调光栅转角。
5．单击“拍摄光屏”，起动电子表，在所摄光谱选择框内选择与当前步骤一致的谱线，调整板移，使其处于合适的位置，按电子表的“Start”开始拍摄。
拍摄完一条谱线后，用“ Reset”重置电子表。
6．单击“拍摄新光谱”，可将当前拍摄光谱结果记录下来，并重置摄谱计划。
7．单击“拍摄记录”，可查看最近几次拍摄的谱片记录。
实验拍摄参考图：
氢氘光谱和铁光谱拍摄参考图。