氢氘原子光谱
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
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
氢氘光谱(2014)
氢氘光谱实验
实验内容：
1.打开光谱仪控制箱电源和微机电源，根据显示器上的提示，选择“光电倍增管”.光电倍增管的负高压用手动调节,由仪表读数。
获得Hg光谱时负高压取380-520（v）；获得氢氘光谱时负高压取800（v）左右。
2.阅读光栅光谱仪使用说明书，理解光谱仪的工作原理和工作界面中“参数设置”、“光谱扫描”、“读取数据”、“波长线性校正”、“检索”等功能键的意义，掌握获得光谱、读取光谱数据及保存光谱数据的方法。
3. 选择合适的实验参数，获得Hg光谱：
适当选取上述实验参数，如“负高压”、“增益”等，运行软件，获得Hg光谱；读取其峰值，并记录Hg光谱各标准波长值。
4.谱线的定标和测量：
以Hg435.84nm谱线为基准，运行软件进行波长修正。
读出修正后Hg光谱的各波长值，即Hg光谱波长的测量值。
作Hg光谱标准波长与Hg光谱测量波长的关系拟合图，获得光谱波长的修正公式。
5、选择合适的实验参数，获得氢氘光谱：
点燃氢氘灯，选取“工作方式”、“工作范围”、工作状态“中的相关参数，运行软件，获得氢氘巴尔末线系在可见光范围内的4对谱线（谱线波长在400nm-660nm 之间）。
测量的测氢氘巴尔末线系可见光区各波长值；根据光谱波长修正公式，修正氢氘光谱波长值，计算氢氘里德伯常数值。
附图：定标用Hg光谱的谱图
序号波长（nm）序号波长(nm)
1 365.0
2 6 435.84
2 365.48 7 546.07
3 366.3 8 576.96
4 404.66 9 579.07
5 407.78。
氘原子光谱△
氢、氘原子光谱18世纪中叶有人已发现炽热气体的火焰发出的光谱是线状光谱，随后发现各种元素的受激原子发出的发射光谱或白光被原子气吸收时产生的吸收光谱也都是线状光谱。
到了19世纪末，分辩本领较大的衍射光栅出现以后，基尔霍夫首先指出一定元素的原子只能发射或吸收一些该元素特定频率的谱线。
一定元素的原子光谱线的排列具有明显的规律性，它反映了原子及其电子壳层结构的特性。
因此研究原子光谱的规律是了解原子结构的重要手段之一。
氢原子光谱是在所有原子光谱中最简单、最基本的光谱。
它有5个相互独立的光谱线系，即赖曼（Lyman）系、巴尔末（Balmer）系、帕邢（Paschen）系、布拉开（Blackett）和普丰特系。
每个线系中，各条谱线的强度和相邻谱线的间隔都向短波长方向有规律地递减。
在氢、氘原子光谱实验中，可以观察到由同位素效应引起的氢、氘原子光谱的巴尔末系前6条氢谱线的波长，并采用适当的辅助手段和个别常量，就能测得与公认值符合得很好的许多基本物理；如氢的巴尔末系的线系限，氢的里德伯常数，电离电势和电子的荷质比e/m等等，本实验还为我们提供了一些微观量的测定方法。
拍摄氢、氘原子光谱可以使用光栅光谱仪，它是光谱实验常用仪器之一。
应在了解其基本结构、工作原理的基础上，学会正确的使用方法。
【预习提要】氢原子光谱是最简单的原子光谱，用中等色散率的摄谱仪拍摄的底片上谱线的排列具有明显的规律性。
氘是氢的同位素，由于两者原子核质量的差异在光谱上导致它们的巴尔末系的相应各条谱线产生位移——同位素效应。
本实验根据同位素效应验证氘核质量2倍于氢核质量，从中了解原子光谱，反映原子结构和运动的特性。
为此应了解下列问题：1．氢原子光谱含有相互独立的5个光谱线系，它们的名称是什么？其中哪个线系位于可见光区？2．光谱同位素效应与氢、氘原子里德伯常数的差异之间有什么联系？【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。
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。
实验六 原子光谱实验—氢氘光谱的测量
实验六 原子光谱实验—氢氘光谱的测量一、 实验目的（1）熟悉光栅光谱仪的基本原理，了解它的性能和使用方法。
（2）熟悉测量氢-氘和其他原子光谱的方法。
（3）计算氢和氘原子核的质量比。
（4）了解并观察钠、汞原子的主要光谱线。
二、 实验原理（1） 测量公式的导出：根据玻尔（Bohr ）原子理论，一个电子绕正电荷为Ze 、质量为M z 的原子核作圆周运动时，其能量是量子化的，可表示为2Z 22220242n1R hcZ n 1h )4(Z e 2E -=πεμπ-= （6-0） 其中ZZ M m mM +=μ 为核与电子的折合质量，ZZ 32042Z Z 32042Z M m 11R M m 11c h )4(me 2M m M c h )4(me 2R +=+πεπ=+πεπ=∞ 称为里德堡（Rydberg ）常数，ε0为真空介电常数，m 为电子质量，h 和c 分别为普朗克常数和真空中的光速，n=1，2，3…，称为能级量子数，而常数1-32042m 10973731ch )4(me 2R =πεπ=∞ 为忽略原子核运动时（即认为原子核质量M Z 趋于无穷）的里德堡常数。
当原子从高能级向低能级跃迁时，便辐射出光子，并满足能量守恒：)m1n 1(hcZ R h 222Z --=ν 其中ν为光子频率，n 为上能级量子数，m 为下能级量子数。
对于氢原子，Z=1，并且对于落在可见区的巴耳末线系m=2（参见图6-0），此时发射出的光谱以波数表示为)n141(Rc1~2H-=ν=λ=νn= 3，4，5，…（6-1）图6-0 氢原子能级图其中R H为氢原子的里德堡常数：HHH32423242HMm11RMmmMch)4(e2ch)4(e2R+=+πεπ=πεμπ=∞（6-2）同理，对于氢的同位素氘，设核的质量为M D，其里德堡常数为DDMm11RR+=∞（6-3）将式（6-3）除以式（6-2），有DHHDMm1Mm1RR++=解出M D/M H，得)1RR(mM1RRMMHDHHDHD--=（6-4）式中M H/m为氢原子核质量与电子质量之比，采用公认值1836.5。
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、氘光谱实验报告
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：
（n = 1，2，3 … ）
（1）
式中称为约化质量，为电子质量，为原子核质量，氢原子的等于
1836.15。 图1氢原子的能级图
电子从高能级跃迁到低能级时，发射的光子能量为两能级间的能量
差，
（m>n）
（2）
如以波数表示，则上式为
（3）
控制软件根据需要设置。前置放大器的增益现为1，2，…，7七个档
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
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
（4）
式中h = 4.13567×10-15eV·s ，c = 2.99792×108m·s-1
从图1中可知，从至跃迁，光子波长位于可见光区，其光谱符合规
律
（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。氢原子的
莱曼系位于紫外，其他线系均位于红外。
图2氢原子的巴耳末系光谱
实验一（A） 氢、氘光谱实验
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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
准光镜
M2
M3
物镜
入射狭缝
S1
M1 反射镜 G 光栅 分光镜 M4
S2
S2
CCD
S3
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 绿色△546.07 强 黄色 △576.96 强 黄色△579.07 强
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！
思考题：p73页第二题
谢 谢！
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。
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。
H
Hale Waihona Puke 364.56n2 n2
4
H
R
1 22
1 n2
nm
cm1
Rcm1
里德伯常量
3.玻尔能级跃迁理论
常量
原子核 质量
R
2 2me4
40 2 ch3 1 m
M
1 R 1 m
M
氢、氘原子光 谱波长测量
里德伯 常量
原子核 质量比
MD
m
常量，P70
H
真空波长，P70
M H M H D H Dm / M H
近代物理实验：氢与氘原子光谱
1. 氢原子光谱线
实验原理
谱线名称
Hα Hβ Hγ Hδ Hε Hζ
量子数（n）
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
2.巴耳末公式与里德伯常量