氢氘原子光谱

课 题 氢氘原子光谱实验
教 学 目 的 1．了解氢氘原子光谱的基本原理
2．学会测量氢氘灯的光谱图。

重 难 点 1．氢氘原子光谱原理的理解；
教 学 方 法 讲授、讨论、实验演示相结合。

学 时 3个学时
一、前言
谱的观测，为量子理论的建立提供了坚实的实验基础，20世纪初，人民根据实验预测氢有同位素，尤雷通过实验发现了重氢，取名为氘，化学符号用D 表示，本实验通过氢氘光谱的拍摄，加深对氢光谱规律和同位素位移的认识，并理解精确测量的重要意义。

二、实验仪器
光栅摄谱仪、氖光灯、氢氘光谱灯等
三、实验原理
巴尔末总计出的可见光区氢气光谱线的规律为 2
2364.564
H n nm n λ=⨯- （1） 式中 H λ 为氢光谱线的波长，n 取3，4，5等整数
若改为波数表示谱线，由于
1/νλ= （2）
则式（1）变为 122111096782H cm n ν-⎛⎫=⨯- ⎪⎝⎭
（3） 式中109678cm －1叫氢的里德伯常量。

由玻尔理论或量子力学得出的类氢离子光谱规律为
()()221211//A A R n z n z ν⎡⎤=-⎢⎥⎢⎥⎣⎦
（4） 上式的
()24
30241A A me R m ch M ππξ=⎛⎫+ ⎪⎝⎭
（5） 是元素A 的理论里德伯常量，z 是元素A 的核电荷数，n 1、n 2为整数，m 和e 是电子
的质量和电荷，0ξ是真空介电中的光速，h 是普朗克常量，M A
是核的质量，显然，RA 随A 不同略有变化，当M A 趋近于无穷时，便得到里德伯常量
()24
3024me R ch
ππξ∞= （6） 所以
1/A A
R R m M ∞=+ （7） 应用到 H 和D 有
1/H H
R R m M ∞=+ （8） 1/D D R R m M ∞=
+ （9） 可见RD 和RH 是有区别的，其结果就是D 的谱线相对于H 的谱线会有微小位移，叫同位素位移，,H D λλ 是能够直接精确测量的量，测出,H D λλ ，也就可以计算出R D 、R H 和里德伯常量，同时还可以计算出D ，H 原子核质量比
/D H H D H D H
M m M M m M λλλλ=-+ （10） 式中m/M H ＝1/1836.1572是已知值。

四、实验内容
1、准备工作
确认设备的工作软件已经正确安装；USB 的驱动程序已正确安装，且USB 设备工作正常。

打开实验装置，预热1 5分钟。

2．实验步骤
1、打开氖灯，用计算机扫描出谱线作为已知谱线定标
2、移开氖灯，打开氢氘光谱灯进行谱线扫描，扫描三次，得出氢（氘）光谱线。

五、注意事项
1、实验前弄清楚仪器指标及使用规则。

遵守操作规程，爱护仪器设备。

2、接通电源前，认真检查接线是否正确。

3、不要用手摸光学仪器的光学面，用毕用防尘罩罩好。

4、改换定标光源时应先关闭电源，待安装完毕后再开启电源。

5、狭缝的调整最大不要超过2mm，用毕狭缝最好开到0.1－0.5mm左右。

6、保持实验室整洁，实验完毕要关闭电源，整理好仪器设备，待签字完毕，方可离开
实验室。

六、数据处理
1．拍摄氢氘光谱图
2．计算出D、H的原子核质比。