物理仿真实验氢氘光谱拍摄实验报告范本文档
光学多道与氢氘光谱
当二极管受光照时，被吸收的光子产生电子-空穴对，其中电子被吸收到电荷反型区，形成电荷的存储。将按一定规则变化的电压脉冲加到CCD各相元电极上，电极下的点荷包就能按一定方向移动，发生电荷的转移。转移到CCD输出端的信号电荷在输出电路实现电荷-电压（U/A）线性变换，完成电荷的读出。
谱线序数/i
3
4
5
6
谱线波长（空气中）
656.06
486.60
434.09
410.18
折射率
1.0002894
1.0002983
1.0003042
1.0003097
谱线波长（真空中）
656.25
486.75
434.22
410.29
波数
1.523809
2.054443
2.302980
2.437182
谱线跃迁的上能级n
定标谱线标准波长(nm)
实际测得的波长
（nm）
H光谱波长(nm)
去除零点误差的H光谱波长（nm）
n=3
659.96
660.10
656.15
656.29
n=4
504.77
504.81
486.13
486.17
n=5
447.15
447.24
434.00
434.09
（2）将空气中的波长换算为真空中的波长
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。
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(R c 1~2H -=ν=λ=ν n= 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：HH H 3204232042H M m 11R M m mM c h )4(e 2c h )4(e 2R +=+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DD M m 11R R +=∞ （6-3） 将式（6-3）除以式（6-2），有D H HDM m 1M m 1R R ++= 解出M D /M H ，得 )1R R (m M 1R R M M HD H H DH D --= （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。
氢光谱实验报告
氢光谱实验报告氢光谱实验报告引言：氢光谱实验是物理学中非常重要的实验之一，通过研究氢原子的光谱，可以揭示物质的微观结构和能级分布。
本实验旨在通过观察氢原子的光谱线，分析其能级跃迁和波长变化规律，从而深入了解氢原子的性质。
实验步骤：1. 实验前准备：在实验开始之前，我们首先准备了氢气放电管、光栅光谱仪、高压电源等实验设备。
确保实验环境安全，并进行仪器校准。
2. 实验操作：将氢气放电管连接到高压电源上，调节电压和电流，使其能够产生稳定的放电。
然后将光谱仪与氢气放电管相连，调节仪器参数，使其能够准确记录光谱线的位置和强度。
3. 数据记录：在实验过程中，我们记录了不同电压和电流下氢气放电管所产生的光谱线的位置和强度。
通过这些数据，我们可以进一步分析氢原子的能级结构。
实验结果与分析：通过对实验数据的分析，我们观察到了氢原子的光谱线的特点。
在实验中，我们发现了一系列的光谱线，它们分布在不同的波长范围内。
这些光谱线的位置和强度与氢原子的能级跃迁有关。
根据氢原子的能级结构理论，我们可以将观察到的光谱线与氢原子的能级进行对应。
其中，巴尔末系列是最为明显的一组光谱线，它们对应着氢原子的基态到激发态的能级跃迁。
而帕邢系列和布拉开系列则对应着氢原子的其他能级跃迁。
通过测量不同光谱线的波长，我们可以得到氢原子不同能级之间的能量差。
根据这些能量差的计算结果，我们可以验证氢原子的能级结构理论，并进一步探究其内部结构和量子力学性质。
这对于理解原子物理学的基本原理和应用具有重要意义。
实验误差与改进：在实验过程中，我们注意到存在一些误差。
其中，仪器的精度和环境的干扰是主要的误差来源。
为了减小误差，我们可以采取一些改进措施，如提高仪器的精度和稳定性，减少外界干扰等。
结论：通过氢光谱实验，我们成功观察到了氢原子的光谱线，并分析了其能级跃迁和波长变化规律。
实验结果验证了氢原子的能级结构理论，并为进一步研究原子物理学提供了基础。
在今后的研究中，我们可以进一步探究其他元素的光谱特性，拓展对物质微观结构的认识。
氢氘光谱
实验五 氘原子光谱一.实验目的1.了解造成光谱的同位素移位的原因。
2.了解利用氢原子光谱的同位素移位测量质子与电子质量比的原理。
3.学会使用多功能光栅光谱仪。
二.实验器材氢氘灯 多功能光栅光谱仪 三．实验原理同位素是英国人索迪于1911年开始使用的。
1919年英国物理学家阿斯顿（F. W. Aston ）制成了用来分离不同质量并测定粒子质量的粒子质谱仪，把研究同位素的方法提高了一大步。
阿斯顿利用质谱仪在71种元素之中，陆续找到了202种同位素之多，这为我们认识同位素，开始积累了大量资料。
为了寻找氢的同位素，人们前后用了十几年的时间，而没有得出肯定的结果。
1931年初，有人从理论上推导，认为应该有质量数为2的氢同位素存在，并且估算出2H:1H=1:4500的比例。
1931年年底，美国哥伦比亚大学的尤里教授和他的助手们，把四升液态氢在三相点14°K 下缓慢蒸发，最后只剩下几立方毫米液氢，然后用光谱分析。
结果在氢原子光谱的谱线中，得到一些新谱线，它们的位置正好与预期的质量为2的氢谱线一致，从而发现了重氢（deuterium ），即氘，符号D 。
自然界中许多元素都存在同位素，它们的原子核具有相同数量的质子，但中子数不同，在谱线上，同位素对应的谱线会发生移位，称同位素移位。
移位大小与核质量有关：核质量越轻，移位效应越大，因此氢具有最大的同位素移位。
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。
氢与类氢原子的巴耳末系对应光谱线波数为)121()1()4(22230442nm m c h Z e m z e e -+=πεπσ则类氢原子的里德伯常数可写成()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=z e e Z mm c h Z e m R 1142320242πεπ∞→z m 即假定原子核不动，则有()ch z e m R e 32024242πεπ=∞因此有ze Z m m R R +=∞1R Z 随原子核质量m z 变化，对于不同元素或同一元素的不同同位素R Z 值不同，m z 对R z 影响很小，因此氢和它的同位素的相对波数很接近，在光谱上开成很难分辨的双线或多线。
阿贝比长仪和氢氘光谱的测量
一、实验目的
• 1． 测量氢和氘巴耳末线系的前四 条谱线，并确定氢和氘的里德伯 常数RH，RD • 2． 了解阿贝比长仪
二、实验原理
不可见光区的谱线系 氢原子光谱
可见光区的谱线系：巴耳末线系
H H H和H
巴耳末线系满足下列规律：
1 1 1 ~ RH ( 2 2 ) H 2 n
此时不能读数 注意： （1）读数要卡线， （2）游标线卡在双螺 线之间时读数 （3）小数点后四位 （4）单位：mm
读数：100+0.4+0.0701=100.4701mm
估计位
读数：95+0.9+0.0812=95.9812mm
估计位ห้องสมุดไป่ตู้
三、实验步骤：见讲义 四、数据处理
1、完成数据记录表
2、求氢和氘的里德伯常数RH和RD 的平均值
测量谱线波长：线性插入法
由两条标准铁谱线 （λ1、λ2已知） 测得未知谱线的 波长
三、实验仪器
• 阿贝比长仪：精确测量微小距离
工作平台
读数：
• 旋转螺钉可使圆刻度尺（分为 100 格） 从小到大或由大到小（实验时由鼠标 控制）旋转，使在阿基米德螺线范围 内的毫米刻度尺刻度线落在阿基米德 双线之间，这时即可读数。
RH和RD分别为 氢和氘的
1 1 ~ RD ( 2 2 ) D 2 n
1
里德伯常数
怎么测氢和氘的里德伯常数RH和RD ？
1 1 1 ~ RH ( 2 2 ) H 2 n
1 1 1 ~ RD ( 2 2 ) D 2 n
各谱线对应的n是已知的， 实验中只要测得各谱线的波长
氢(氘)原子光谱
氢（氘）原子光谱实验报告1、实验目的1.熟悉实实验仪器的用法。
2.求里德伯常数。
2、实验原理原子光谱是线光谱，光谱的排列的规律不同，反映出原子结构的不同，研究原子结构的基本方法之一是进行光谱分析。
3、实验内容1.用汞灯对光栅光谱仪进行定标，保存谱线。
2.测量氢（氘）光谱的谱线，通过“寻峰”求出巴耳末系前 3~4 条谱线的波长。
保存谱图，计算各谱线的里德伯常数RH（RD），然后求平均值。
3.计算普适里德伯常数 R∞，并与推荐值比较，求相对误差。
4、实验数据记录与分析对氢原子光谱进行测量，测得的图像如下图对曲线进行寻峰，读出波长如下表谱线HδHγHβHα光谱波长/nm 410.4 434.6 486.5 656.8 谱线相对能量47.1 457.3 566.1 812.2利用波长的修正值计算真空中氢原子的波长：谱线HδHγHβHα光谱波长/nm 410.4 434.6 486.5 656.8 △ι(nm) 0.116 0.121 0.136 0.181 真空中谱波长410.5 434.7 486.6 657.0 /nm可以计算出里德伯常数谱线HδHγHβHα410.5 434.7 486.6 657.0 真空中谱波长/nmn 6 5 4 6 里德伯常数1.096 1.095 1.096 1.096/107m-1经过计算得R=1.00054*1.096*107m-1=1.096* 107m-1而R推荐值是R∞＝10973731.568549(83)/m，故相对误差为=（1.097-1.096）/1.097=0.06%4.实验结果讨论与心得1实验中由于氢光源的寿命有限，注意在不用时关闭灯源。
2实验过程中突然谱线很乱，怎么调节都调节不行，可能原因是灯源出现问题，换一个氢灯，实验恢复正常。
3实验中噪音可能对实验产生一定的误差。
4.任何实测谱线都有一定的宽度，主要是由以下原因造成的：1) 由海森伯不确定原理，∆E∆t>h，由于测量时间是有限的，故测得的能级有一定展宽。
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2020
物理仿真实验氢氘光谱拍摄实验
报告范本文档
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物理仿真实验氢氘光谱拍摄实验报告范本文档
前言语料：温馨提醒，报告一般是指适用于下级向上级机关汇报工作，反映情况，
答复上级机关的询问。按性质的不同，报告可划分为：综合报告和专题报告；按行
文的直接目的不同，可将报告划分为：呈报性报告和呈转性报告。体会指的是接触
一件事、一篇文章、或者其他什么东西之后，对你接触的事物产生的一些内心的想
法和自己的理解
本文内容如下：【下载该文档后使用Word打开】
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。
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（109678cm）。
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。