氢原子光谱实验研究
氢原子光谱的研究
实验二十九 氢原子光谱的研究Experiment 29 Hydrogen atom spectrum experiment氢原子光谱的研究在原子物理学的发展史中起过重要作用。
由于它是最简单、最典型、规律性最明显的一种光谱，因此最早为人们所注意，研究的也最为透彻。
实验方面进行了精细结构的探测，数据越来越精确。
理论方面则相当完满地解释了这些谱线的成因，发展了电子与电磁场相互作用的理论（量子电动力学）。
因此，本实验的操作过程对学生能力的培养无疑有较大的意义。
实验目的Experimental purpose1．测量氢光谱巴尔末线系在可见光区域的几条谱线的波长、验证巴尔末规律的正确性。
2．验算里德堡常数。
3．熟悉棱镜摄谱仪、光谱投影仪、阿贝比长仪的使用方法，并了解棱镜摄谱仪的工作原理。
实验原理Experimental principle1885年巴尔末根据实验数据发现了氢原子光谱在可见光区域内的各条谱线波长遵循下述规律4220-=n n λλ (1) 式中λ0为恒量。
当n =3，4，5，6，…时，则对应谱线分别称为H α、H β、H γ、H δ、…谱线。
继巴尔末之后，里德堡又把（1）式改写为⎪⎭⎫ ⎝⎛-=221211n R H λ (2) 式中n =3，4，5，6，…，R H =（10967758.1±0.8）m -1，称为里德堡常数。
通常取R H =1.097×107m -1即可。
氢原子光谱线中遵循上述两式规律的许多谱线组成氢光谱的巴尔末线系。
对于巴尔末线系来说，谱线的间隔和强度由长波向短波方向，以一种十分规则的方式递减，间隔越来越小。
强度越来越弱。
在巴尔末和里德堡经验公式的基础上，玻尔建立起原子模型理论，该理论能较好地解释气体放电时的发光现象。
玻尔理论认为：原子由原子核及核外电子组成，核外电子围绕原子核运动，它们可以有许多分立的运动轨道（见图1所示）。
电子在不同的轨道上运动时具有不同的能量，能量值是不连续的，是量子化的，只能取由量子数决定的各个分立的能量值。
氢原子光谱强度分析研究
波长精度W土
波长重复性W
杂散光W10—3
CCD（电荷耦合器件）接收单元2048
光谱响应区间300-900nm
积分时间1一88档
重量20kg
仪器的大体原理
实验仪器山WGD-6型光学多通道分析器（包括光栅单色仪，CCD接收单 元，扫描系统，电子放大器，A/D收集单元，计算机）、氢灯、汞灯组成。
「宇称，改变；
AL= ±1：Aj= 0,± 1；Am；= 0,,±1
下面以赖曼系Ly。’Ly0为例来讲明如何利用式（1）计算两谱线的强度比。L回 5别离由跃迁“2PT1S和3P — 1S产生。可以证明，p态中，心±1，0三 分支跃迁到1S的概率均相等，对初态求平均后,可以任选一支（如：m=0）来计•算 概率。
帕邢系（近红外区）：、R（*-*.n = 4.56.
布喇开系（红外区）：l = R（_L—!r）.n = 5.6.7...
24-n；
普丰德系（红外区）：2 = R（y.n = 6.7&・
X、n
为了完整起见，咱们还应该介绍一下有关氢光谱的讨论中常常常利用到的某 些术语。涉及21, 2, 3, 4这儿个低态的跃迁别离为赖曼（Lyman）系、巴耳 末（Balmer）系、帕邢（Paschen）系和布喇开（Braoket）系的成员（见图），知 道这一点是有效处的。每一种这种谱系中波长最长的谱线用cz来表示；次一条谱 线称为卩，其余依此类推。因此，由n=4到n=2的跃迁产生巴耳末卩发射线。巴 耳末谱的成员有时又记作Ha, H卩等等，赖曼谱线则记作La, Lp,…或Ly-a, Ly p...o
引言2第一草光谱和光谱分析的槪念3光谱的槪念3氢原于光谱4谱线强度与跃迁槪率6第二章 实验内容与步骤8实验仪器介绍8规格与主要技术指标8仪器的大体原理9谱线定标10第三章实验结果和分析11实验教据及处晝11实验结果13误差分析16结束语17致谢18参考文献19
[实验报告]用光学多道分析器研究氢原子光谱
![[实验报告]用光学多道分析器研究氢原子光谱](https://img.taocdn.com/s3/m/e44c54d5d15abe23482f4ddc.png)
用光学多道分析器研究氢原子光谱摘要：使用光学多道分析器测定氢原子巴尔末系中,,H H H αβγ的波长，并利用所测的波长拟合计算出氢原子的里德伯常量。
关键词：光学多道分析器，氢原子光谱，巴尔末系，里德伯常量THE STUDY OF HYDROGEN ATOMIC SPECTRUM WITHOPTICAL MULTICHANNEL ANALYZERAbstract ：By using theoptical multichannel analyzer (OMA), this article will measure out the wavelength of ,,H H H αβγ in the Balmer series of hydrogen atomic spectrum, and work out the Rydberg constant of hydrogen atom by using the wavelength above.Keywords ：OMA, hydrogen atomicspectrum, Balmer series, Rydberg constant1 引言根据玻尔(N.Bore)氢原子理论，氢原子的能级公式为：()()432021,1,2,3...8e E n n h nμε=-⋅= 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，即 m n h E E ν=-，得到氢原子跃迁时波长与能级关系式为：()()22111H T n T m R n m λ⎛⎫=-=⋅- ⎪⎝⎭式中H R 称为氢原子的里德伯常数，单位是1m -，()T n 称为光谱项，它与能级()E n 是对应的．可得氢原子各能级的能量()21H E n R ch n =-⋅式中-1584.1356710, 2.9979210-1h=eV s m s c ⨯⋅=⨯⋅从能级图可知，从3≥m 至2n =的跃迁．光子波长位于可见光区．其光谱符合规律()22111,3,4,5 (2)H R m m λ⎛⎫=⋅-= ⎪⎝⎭ 这就是1885年巴耳末发现并总结的经验规律，氢原子光谱的该线系被称为巴耳末系．当m 分别取3,4,5,6时，对应谱线即,,H H H αβγ和H δ四条线，根据22111~2m λ⎛⎫- ⎪⎝⎭图像斜率可得里德伯常数值。
大学物理,量子物理基础21-03 氢原子光谱的实验规律 玻尔理论
第21章 量子物理基础
普芳德系
巴耳末系 赖曼系
波长 5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.8
0.6 可 见 光
0.4
0.2
mm
红
外
线
紫 外 线
10
21.3 氢原子光谱的实验规律 玻尔理论
第21章 量子物理基础
氢原子光谱有着内在的联系，表现在其波数 可用一普遍公式来表示：
1 1 R 2 2 （广义巴尔末公式） n m 1
实验上的发现成为人们构思原子模型的依据 之一。原子模型如雨后春笋，竞相脱颖而出。 其中最有影响的是汤姆孙的原子模型和卢瑟福 的原子模型。
2
21.3 氢原子光谱的实验规律 玻尔理论
第21章 量子物理基础
早在原子理论建立以前，光谱学已经取得很大发 展，积累了有关原子光谱的大量实验数据。人们已 经知道，原子光谱是提供原子内部信息的重要资料， 不同原子的辐射光谱特征也完全不同。故研究原子 光谱的规律是探索原子结构的重要线索。 应当说，量子论、光谱学、电子的发现这三大 线索，为运用量子论研究原子结构提供了坚实的理 论和实验基础。 在所有的原子中，氢原子是最简单的，这里就 先从氢原子的光谱着手。
8
21.3 氢原子光谱的实验规律 玻尔理论
第21章 量子物理基础
1 1 可见光：巴尔末系 R ( 2 2 ) , n பைடு நூலகம்,4, 2 n 1 1 1 帕邢系 R ( 2 2 ) , n 4,5, 3 n
红外：
1 1 紫外： 莱曼系 R( 2 2 ) , n 2, 3, 1 n
式中： m 1,2,3
n m 1, m 2, m 3,
氢原子光谱的观察与测定
111实验5-10 氢原子光谱的观察与测定每一种原子都有其特定的线状光谱。
光谱分析是鉴别物质成分及物质含量的有效手段。
氢原子的光谱最为简单，且具有明显的规律。
测定氢原子可见光谱线的波长对认识原子的分离能级、以及光谱规律有重要作用。
本实验用读谱仪测量氢原子可见光谱的波长，并通过巴耳末公式推算出氢原子的里德伯常数。
【实验目的】1．观察氢原子的可见光谱。
2．了解读谱仪的结构，掌握读谱仪的调节与使用方法。
3．通过测量氢原子可见光谱线的波长，验证巴耳末公式。
4．测定氢原子的里德伯常数。
5．理解曲线拟合法的意义。
【实验器材】WPL-2型读谱仪、氢灯、氦氖灯、会聚透镜。
【实验原理】 一、氢原子光谱线公式 氢原子光谱的实验公式为⎪⎭⎫ ⎝⎛-=22111n kR H λ （5-10-1） 式中的H R 叫做里德伯常数，其实验值为1013.0306.10967758-±=m R H ）（实。
氢原子光谱系如表5-10-1。
玻尔认为，氢原子之所以发光，是因为氢原子中的电子可以处在不同的能态（能级）上，当电子从高能级向低能级跃迁时，就发出光线。
玻尔推出了氢原子光谱的理论公式⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=22223204111181n kR n k c h me H 理ελ（5-10-2） 里德伯常数的理论值为.H R m -=110973731534理。
本实验测定在可见光谱内巴耳末系的氢红线（对应32==n k 、）的波长。
二、曲线拟合法在式（5-10-1）和式（5-10-2）中，不同的k 对应不同的线系，不同的n 对应同一线系中不同的谱线。
注意到谱线位置的测量值是相对的，所以必须用已知波长的谱线作为基准。
在本实验中的基准是氦氖灯的谱线。
实验方法是先分别通过目镜观察氦氖谱线和氢谱，然后112 用读数显微镜测出氢红谱线（波长为H λ）及其两侧近邻的（已知波长分别为1λ和2λ）氦氖谱线的位置1y 、H y 和2y 。
氢原子光谱实验的误差及其优化问题研究
定值过高 ， 过光 电倍 增管 的工 作 电压范 围 （０ 超 ２ ０Ｖ
～
９ ０ 时 ， 引起 仪器 噪音过 大 ， 响测 量 ， 且 Ｏ Ｖ） 会 影 而
会对仪器造 成损伤 ， 响仪器 的使用寿命 。 影
图 ２ 光 电 倍 增 管 电 压 设 定 值 过低 时 扫描 出 的 氢 谱 线
氢 光 ， 光谱 仪 中测 量到 的便是 氢 的光谱 ， 光谱 在 氢 线 的 波 长 用 下 列 简 单 的 公 式 一 巴 尔 末 公 式 表
示Ｃ ：
～
３ 实验 结 果
１
一
ｖ
：
Ｒ“（
～ ）
＝ ３、 ５ … ４、
３ １ 对 狭 缝缝 宽和 倍 增 高 压 管 电压 选 择设 定 的 ．
式 中 ： 为波数 ， 常数 Ｒ称 为里德 伯 常数 。
研 究
在氢 原子光 谱 扫描 的过 程 中 ， 主要 涉 及 到两
２ 氢原 子 光 谱 实 验
由于氢 原 子 光 谱 实 验 在 物 理 学 上 的 重 要 地 位， 随着科学 技术 的 发展 ， 们不 断尝 试将新 的科 人 技 手 段运 用 到 氢 原 子光 谱 实 验 中使 实 验 更 为 精 确 。本 实验 利用精 密 光栅单 色 仪进 行 实验 有 效 地 克服 了多 而繁杂 的 缺 点 ， 且在 精 确 程 度 上 有 而 了较 大 的提高 。利用 精密光 栅 单色仪 进行 氢光 谱
氢原 子 光 谱 实验 的误 差 及 其优 化 问题 研 究
贾翠 红 ， 林 锦
（ 建 师 范 大 学 ， 建 福 州 ３ ０ ０ ） 福 福 ５ １ ８
摘
要 ： 要 介 绍 了利 用 精 密 光 栅 单 色 仪 扫 描 氢 原 子 光 谱 获 得 光 谱 波 长 ， 性 和 定 量 地 探 究 实 验 主 定
氢原子吸收光谱
氢原子吸收光谱氢原子的吸收光谱是指氢原子在吸收外部能量后发生能级跃迁时所产生的光谱。
氢原子的吸收光谱提供了深入了解氢原子内部结构和能级之间的跃迁过程的重要信息。
下面是关于氢原子吸收光谱的一般性信息：1. 氢原子能级结构：氢原子的能级结构是由一系列电子能级组成的，这些能级包括基态（最低能级）和激发态（高能级）。
电子可以通过吸收或发射光子来从一个能级跃迁到另一个能级。
2. 玻尔模型：尼尔斯·玻尔提出的玻尔模型是描述氢原子能级的经典模型。
根据这个模型，氢原子的能级与电子的轨道半径有关，而电子在这些轨道上只能具有特定的能量。
3. 布喇格方程：布喇格方程描述了波的性质，包括电子波函数。
通过求解布喇格方程，可以得到氢原子的允许能级。
4. 吸收光谱的产生：当氢原子吸收外部能量时（例如光子），电子会从低能级跃迁到高能级。
这个跃迁的过程伴随着光的吸收，产生吸收光谱。
5. 巴尔末系列：氢原子的巴尔末系列是指电子从高能级跃迁到第二能级（n=2）时产生的谱线。
巴尔末系列包括巴尔末α、巴尔末β等。
6. 朗道－卢瑟福散射：朗道－卢瑟福散射是研究原子结构的重要实验方法。
通过测量散射光的角度和能量，可以推断出原子的内部结构。
7. 量子力学描述：量子力学提供了对氢原子能级和电子跃迁的更精确描述。
薛定谔方程是描述氢原子体系的基本方程。
8. 氢光谱学的应用：氢光谱学的研究不仅提供了对氢原子内部结构的理解，还为分析其他原子和分子的光谱学提供了基础。
结论：氢原子吸收光谱的研究对于理解原子结构、光谱学基础和量子力学等领域都有重要的意义。
通过分析吸收光谱，科学家们能够深入探讨原子内部的能级跃迁过程，为量子理论的发展和实验技术的进步提供了关键信息。
氢原子光谱
0.529 1010 m
第n级轨道半径
rn n2 r1 (n 1,2,3)
电子轨道半径可能值为 r1 ， 4 r1 ， 9 r1 ， 16r1，... n2r16 1
2) 氢原子能量 选无穷远为电势能零点，半径为 rn 的电子 与原子核系统能量: En Ek E p 2 e 1 2 E k me n Ep 电子动能 系统势能 2 40 rn 2 1 e 2 原子能量 En me n 2 40 rn
H： 红色 656.210nm； Hg ： 青色 434.010nm； Hb ；深绿 486.074nm Hd ；紫色 410.120nm
1885 年瑞士数学家巴耳末把氢原子在可见光的谱 线归纳为巴耳末公式： 巴尔末公式 常数
n2 B 2 2 n 2
( n 3,4,5,6,)
6
B 364 .57nm
4
24
例：氢原子从n＝5 的激发态跃迁到基态， 能发射多少种不同的光子？
解：
由图可见，可能有10 种辐射光产生。
En E1 12.2 13.6 12.2 1.4eV
由
即
E1 n E1 / En 3.12 En 2 n n3 12.2eV的能量不能全部被吸收
当原子由这个能态跃迁回基态时，将有可 能发射三种不同波长的电磁波。
23
3→1
3→2
2→1
1 31 1/[1.097 10 (1 2 )](nm) 3 102.6nm 属于赖曼系 1 4 1 32 1/[1.097 10 ( 2 2 )](nm) 2 3 属于巴尔末系 656.3nm 1 4 21 1/[1.097 10 (1 2 )](nm) 2 属于赖曼系 121.5nm
氢原子光谱玻尔的氢原子理论
3
4
6
5
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添加标题
根据氢原子的能级及玻尔假设，可以得到氢原子光谱的波数公式
玻尔的创造性工作对量子力学的建立有着深远的影响。
氢原子光谱的解释
R 理论值与实验值符合得很好。
氢原子的能级图
赖曼系
巴耳末系
帕邢系
氢原子光谱的解释
4. 玻尔理论的缺陷
玻尔理论仍然以经典理论为基础，定态假设 又和经典理论相抵触。
例18- 7 计算氢原子中的电子从量子数 的状态跃迁 到量子数 的状态时所发谱线的频率。试证明当 很大时，这个频率等于电子在量子数 的圆轨道上绕转的频率。
单击此处添加标题
解 按玻尔频率公式有
单击此处添加标题
讨论：
电子轨道半径
（2）各能级能量
能量是量子化的。
电子处在半径为 的轨道上运动时，可以计算出氢原子系统的能量 为
基态能级；
的各稳讨论：
基态电离能为13.6ev。
1
2
根据玻尔理论，氢原子中的电子在n=4的轨道上运动的动能与在基态的轨道上运动的动能之比为
历史回顾:原子模型三步曲
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1897年汤姆孙发现电子， 1903年提出原子结构的经典模型: “葡萄干面包”模型（西瓜模型）
1911年：卢瑟福在 粒子散射实验基础上提出原子结构的有核模型（行星模型）。
巴尔末系
6562.8 Å
4861.3 Å
4340.5 Å
4101.7 Å
H
H
H
H
+
-
实验事实 原子稳定 发射线状光谱
玻尔频率公式
氢原子光谱
在光谱上表现为谱线的分裂和位移，可通过高分辨率光谱仪 进行观测。
氢原子光谱超精细结构探讨
超精细结构成因
在精细结构的基础上，由于原子核自旋与电子总角动量的耦合，导致能级进一步分裂。
超精细结构特点
在光谱上表现为谱线的更细微分裂和位移，需要更高精度的观测手段进行探测。
总结
氢原子光谱是量子力学和原子物理领域的重要研究对象，其性质和特点包括多个线系、精 细结构和超精细结构等。通过对氢原子光谱的深入研究，可以揭示原子内部结构和能级分 布的奥秘，为现代物理学的发展提供重要支撑。
02
氢原子光谱实验方法
氢原子光谱实验装置
光源
提供足够能量的光源，如钨丝 灯或激光器，以激发氢原子。
分光仪
将光源发出的光分成不同波长 的光谱。
探测器
用于检测分光后各波长光的强 度，如光电倍增管或CCD。
数据采集与处理系统
记录并处理实验数据，如计算 机和专用软件。
氢原子光谱实验步骤
1. 准备实验装置
量子力学对氢原子光谱解释
波函数与概率密度
量子力学用波函数描述电子状态，波函数的模平方表示电子在空间 中出现的概率密度。
能级与跃迁
量子力学中的能级概念与玻尔理论相似，但更为精确。电子在不同 能级间跃迁时，同样会发射或吸收光子。
选择定则
量子力学中的选择定则规定了哪些能级间的跃迁是允许的，从而解释 了氢原子光谱的特定结构。
氢原子光谱研究前景展望
• 高精度测量技术的发展：随着实验技术的不断进步，未来有望实现更高精度的氢原子光谱测量，从而更深入地 揭示原子结构和相互作用的奥秘。
• 新理论模型的探索：尽管现有的理论模型能够很好地解释氢原子光谱，但仍存在一些尚未解决的问题，如高阶 效应的处理、相对论和量子电动力学的结合等。未来有望通过发展新的理论模型，更准确地描述氢原子光谱。
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1
氢原子光谱实验研究
张清琳(045) 指导教师:胡君辉
摘 要： 本文通过实验利用摄谱仪测量氢灯可见光各光谱线的波长值，了解氢原子光
谱规律,能较准确测定氢的里德伯常数，同时学会光谱分析的一般方法。
关键字： 氢光谱；摄谱仪；里德伯常数；
引 言： 原子吸收光谱分析，是利用物质的基态原子可以吸收特定波长单色辐射的光
量子，其吸收量的大小是与物质原子浓度成比例的关系为基础的。氢原子的结构最简单，
它发出的光谱有明显的规律，很早就为人们所注意，光谱的规律首先由氢原子光谱得到
突破，从而为原子结构的研究提供了重要依据。因而，氢原子光谱的研究，在原子物理
学的发展中一直起着重要的作用。
正文：
一、氢光谱原理
一百余年来，人们研究氢原子的光谱结构，不论在实验方面，还是在理论方面都取
得了丰硕的成果。实验上精确测量各谱线的波长、发现和测量各个氢谱系、探测谱线的
精确结构，数据越来越精确，理论上则相当完满地解释了这些谱线的成因，从而发展了
电子与电磁场相互作用的理论。
1885年巴尔末根据实验结果，经验性的确定了可见光区域氢光谱的谱线分布规律，写
作 （1）
式中为连续的整数3，4，5„„。一般常称这些氢谱线为巴尔末线系。之后，又陆
续发现氢的其他线系。为了更清楚的表明谱线分布的规律，将（1）式改写为
（2）
式中称为氢的里德伯常数。在这些完全从实验得到的经验公式的基础上，玻尔建
立了原子模型的理论，并从而解释了气体放电时的发光的过程。根据玻尔的理论，每条
谱线是对应于原子中的电子从一个能级跃迁到另一个能级释放能量的结果。根据这个理
论，对巴尔末线系有
（3）
2
式中为电子电荷，为普朗克常数，为光速，为电子质量，为氢原子核的质
量。这样，不仅给予巴尔末的经验公式以物理解释，而且把里德伯常数和许多基本物理
常数联系了起来。即
（4）
其中代表将核的质量视为（即假定核固定不动）时的里得伯常数：
（5）
比较（2）（3）式，可以认为（2）式是玻尔理论推论所得到的关系。因此，（2）
和实验结果符合到什么程度，就可检验波尔理论正确到什么程度。实验表明（2）式与
实验数据符合的程度相当高，而成为玻尔理论的有力证据。
继巴尔末规律之后，又发现氢光谱有更为复杂的结构，巴尔末规律只能作为一个近似
的规律；同时，原子结构的理论也有了很大的发展。因此，就其对理论的作用来讲，验
证公式（2）在目前的科学研究中已不必要。但是里德伯常数的测定比起一般基本物理
常数来可以达到更高的精度，因而成为一个测定基本物理常数的依据，占有很重要的地
位。目前公认
瑞典光谱学家里德堡（Rydberg）发现，改用波数表示巴尔末公式时，其规律性
更为明显。波数等于波长的倒数，于是（2）式改为
这是现在常用的巴尔末公式。符号称为里德堡常数。
二、实验仪器
(1) 摄谱仪：照明系统的光轴必须与摄谱仪的光轴重合,才能使谱线最明亮。
(2) 电弧发生器做铁谱光源：本实验采用了两根铁棒作电极,接WJD —4 型交流电弧
火花发生器。为了能使电弧火花均匀而集中地照射狭缝后的棱镜中央,采用单透镜
光路,称为照明系统,照明系统的光轴必须调到与摄谱仪光轴重合。
(3) 氢管做为氢光光源：由霓虹灯变压器供电，如图1所示。氢灯加上高压后，其分子
在放电过程中分解为原子，然后进入激发状态产生光辐射。由于氢灯的光强很弱，
所以应将氢灯的毛细管中部靠近摄谱仪的狭缝。
3
图1 霓虹灯供电原理图
（4）寻找和辨认普贤你的映谱仪和铁谱图
（5）测量谱线用的比长仪
三、实验方法及内容
（一）实验方法
实验的主要内容就是测出氢光谱在可见光区和近紫外区的谱线波长。测量的方法如
下：用摄谱仪在底片上并排拍下氢光谱和铁光谱，由铁光谱中的各谱线的波长已由前人
精确测定，因此可以用铁谱作为尺子来测定氢谱线的波长。从底片上氢谱线相对于铁谱
线的位置，即可计算出氢谱线的波长。
利用摄谱仪的哈特曼光阑并排拍下一组氢谱和铁谱，在一组中由于铁谱很多，总可
以在每根氢谱线附近找到两根铁谱线，使每一根的波长稍大于氢谱线的，另一根稍小，
谱片上谱线间的距离随波长差增加,在波长很接近时可以认为距离与波长差成正比,量出
选定的铁谱线间的距离d和氢谱线与一根铁谱线间的距离，例如与波长较短的一根之间
的为x，则:
xdeeeFFFH121
由上式即可算出该氢谱线波长。
（二）实验内容及步骤
1、拟订摄普计划。本实验由于氢谱线强度彼此相差悬殊,在相同的曝光时间下,很可能
强线已经很粗,而弱线尚未拍出来。于是可采用不同的曝光时间拍两组（每组中都必须拍
下并排下氢谱和铁谱) ,以便能分别照顾到氢谱中的强线和弱线。拍摄条件包括:狭缝的宽
度、物镜的位置、底片匣位置和倾角(24. 5°) 、哈特曼光栏位置、光源和聚光镜位置等,
进行反复调试,找到最佳位置,判断谱线的强弱,事先订好曝光时间。
2. 在全暗的暗室中裁好所需要的尺寸的底片,并在暗室中安装好底片,应注意使乳胶面
面向光源。区分乳胶面和玻璃面的方法是:用微湿的手指摸底片一角, 光滑的为玻璃面,
有涩感的为乳胶面。若乳胶面背向光源,拍摄结果是谱线变粗并且标尺有重影。
3. 准备好氢谱光源和铁谱光源。利用哈特曼光栏依次按计划拍摄。为了对光准确,一
般先调铁谱光源,使电弧经单透镜均匀而集中地照在狭缝上,能充分照在棱镜上。调好铁
谱光源后可以固定在铁轨上不再动,再调氢光光源,可将氢光光源直接对准狭缝。我们一
般采取先拍氢谱后移走氢灯管再拍铁谱。拍摄时可用有秒针的闹钟计时,用遮光板控制曝
光时间。在拍一组光谱的过程中拍摄次序要合理,做到严格保持底片匣不动,以保证氢谱
4
和铁谱的位置无相对错位。由于氢光源较弱,拍摄时要将氢放电管平行的尽量靠近狭缝上
(勿与摄谱仪接触) ,使进入狭缝的光尽可能强。铁谱光源强,需通过透镜聚在狭缝上,使之
成为直径为1cm 的光斑,通过毛玻璃观察它们的谱线,并注意操作安全。
4. 测量显影液的温度,在暗室中适当调显影时间,冲洗好底片。应遵守实验室给出的冲
洗条件,相板为全色光谱干板,显影、定影液为D —19 和F —5 ,显影液温度为20 ℃时,
时间为5 分钟,若显影液温度每升高10 ℃,显影时间就缩短半分钟。定影2 分钟后,方可开
灯操作,要培养科学的暗室工作习惯。冲洗3 分钟后,自然干。
5. 利用映谱仪找出全部拍下的氢谱线,并且利用铁谱图上标出的铁谱线测定它们的波
长,并用标尺上刻度进行粗略估计。
6. 选择一根细而清晰的氢谱线,用比长仪进行精确测量。重复几次。
四、数据记录及处理
注：d=2FeL- 1FeL ；x=HL-1FeL ；R理=10967166.540
1
m
1、将1Fe，2Fe，d, x代入公式xdeeeFFFH121可算出实，分别求百分误差。
谱线
名称
n 1Fe(A。) 2Fe(A。) 1FeL(mm) 2FeL(mm) HL(mm) 理(A。) 实(A。)
H
3
4859.740 4871.325 97.370 97.590 97.374 4861.330 4862.743
H
4
4337.049 4346.556 85.510 85.647 85.608 4340.47 4343.849
H
5
4098.187 4107.492 77.762 78.102 77.888 4101.74 4101.635
2、将实代入221211nRH可算出测R，再算出测R及百分误差。
谱线
名称
理测理
100%
测R
（1m） 测R（1m）
%100
理测理RRR
H
0.029% 10967746.670
10967166.540
0.00545% H 0.078% 10962408.600
H
0.0025% 10971344.360
5
结论
本实验主要通过利用摄谱仪及比长仪拍照并测量氢光谱各谱线波长，验证了巴尔
末公式的正确性，并能准确测量里德伯常数。
对氢原子光谱实验的讨论
本实验所需时间较长，影响因素较多，因此注意细节显得尤为重要。主要注意以下几点：
1、 特别注意曝光顺序应为“先铁后氢”
2、 由于氢光源较弱，拍摄时要将氢放电管平行地尽量靠近狭缝（勿与摄谱仪接触），
使进入狭缝的光尽可能的强。
3、 定影的时间应视Ag溶液配制时间长短而定，若距配制时间较短可适当减时间。
参考文献
[1 ] 广西师范大学物理与电子工程学院近代物理实验室编 《近代物理实验讲义》
[2 ] 杨述武、王定兴.《普通物理实验》. (光学部分) 高等教育出版社. 2000
[3 ] 杨福家. 《原子物理学.》 高等教育出版社. 1990