氢氘光谱实验报告

实验报告

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

实验原理

1、根据玻尔的原子能级理论以及适当的近似可以得到类氢原子的里德伯常数为：

)

1(Z

e Z m m R R +=

∞

所以氢和氘的混合气体的谱线相近，较难区分。 2、由公式

)1()1()1(D

H H D H H H D H D H R R -=-=-

=-=∆λσσλλλλλλλ 可以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 。 3、由公式

D

e H

e H D m m m m R R /1/1++=

得到：

⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=

11H D

e H H D H D R R m m R R m m 将实验测得的

H

D

R R 代入上式，可求得氘与氢原子核的质量比H D

m m /。

实验内容

表1是测Hg 光谱所得的数据

数据处理

根据氢和类氢原子的巴耳末线系对应光谱线波数

)121(

)1()4(222320242n

m m c h Z e m Z

e

e -+

=

πεπσ 可知Z m ∝σ

，故而双线之中波长较短的是D 的谱线，较长的是H 谱线。又由公式

⎪⎭⎫

⎝⎛-=2212

1n R H H σ 及

⎪⎭

⎫

⎝⎛-=22121n R D D σ 可得：

n=3时，H λ=655.67nm ，H R =

)

3121(122-H λ=7

100981.1⨯

D λ=655.47nm ，D R =)

3121(122-D λ=7

100984.1⨯

n=4时，H λ=485.97nm ，H R =)

4

121(122-H λ=7

100975.1⨯

D λ=485.83nm ，D R =

)

4121(122-D λ=7

100978.1⨯

n=5时，H λ=434.25nm ，H R =)

5121(122-H λ=7

100966.1⨯

D λ=434.14nm ，D R =

)

5121(122-D λ=7

100968.1⨯ n=6时，H λ=410.29nm ，H R =)

6121(122-H λ=7

100968.1⨯

D λ=410.19nm ，D R =

)

6

121(122-D λ=7

100970.1⨯ 所以，

H R 的平均值-

H R =7100972.1⨯，

标准差H σ=3

108557.6⨯，

A 类不确定度A

H U =4

H σ=3

104278.3⨯。

D R 的平均值-

D R =7100975.1⨯

标准差D σ=3

107937.7⨯，

A 类不确定度A

D U =4

D σ=3

106968.3⨯。 根据公式

⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=

11H D

e H H D H D R R m m R R m m 其中，

e

H

m m =1836.1515，可得：

H

D m m =2.0088

思考题

1、能级图如下所示：

2、根据公式

n

c

v =

和λf v = 可知，真空中的波长是空气中波长的n 倍，n 为空气中的折射率，

所以，

R

=

)

3

121(1

22-λn ，

修正后H R 的平均值-

H R =7

100969.1⨯， 修正后D R 的平均值-

D R =7

100972.1⨯。