用光學(xué)多道分析器研究氫原子光譜.doc

用光學(xué)多道分析器研究氫原子光譜俞維民（物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理學(xué)基地班學(xué)號(hào)：2008301020001）摘要：使用光學(xué)多道分析器測(cè)定氫原子巴爾末系中波長(zhǎng)，并利用所測(cè)的波長(zhǎng)擬合計(jì)算出氫原子的里德伯常量。關(guān)鍵詞：光學(xué)多道分析器，氫原子光譜，巴爾末系，里德伯常量THE STUDY OF HYDROGEN ATOMIC SPECTRUM WITH OPTICAL MULTICHANNEL ANALYZERAbstract: By using the OMA, this article will measure out the wavelength of in the Balmer spectrum, and work out the Rydberg constant of hydrogen atom by using the wavelength above.Keywords: Optical Multichannel Analyzer, Hydrogen atom spectrum, Balmer spectrum, Rydberg constant1. 引言：下圖為氫原子的能級(jí)圖根據(jù)玻爾理論，氫原子的能級(jí)公式為：（34-1）式中稱為約化質(zhì)量，me為電子質(zhì)量，M為原子核質(zhì)量氫原子的等于1836.15。電子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)時(shí)，發(fā)射的光子能量h為兩能級(jí)間的能量差如以波數(shù)表示，則上式為式中RH稱為氫原子的里德伯常數(shù)，單位是m-1，T(n)稱為光譜項(xiàng)，它與能級(jí)E(n)是對(duì)應(yīng)的從RH可得氫原子各能級(jí)的能量式中從能級(jí)圖可知，從至的躍遷光子波長(zhǎng)位于可見(jiàn)光區(qū)其光譜符合規(guī)律這就是1885年巴耳末發(fā)現(xiàn)并總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，稱為巴耳末系2. 實(shí)驗(yàn)原理：由于線波長(zhǎng)為656.28nm，波長(zhǎng)為410.17nm，波長(zhǎng)間隔246nm超過(guò)CCD一幀159nm范圍，無(wú)法在同屏中觀察到，故需分兩次觀察測(cè)量。第一次測(cè)量三條線，第二次單獨(dú)測(cè)量線。第一次測(cè)量使用汞燈的546.07nm（綠光）、435.84nm（藍(lán)光）、404.66nm（紫光）三條譜線作為標(biāo)準(zhǔn)譜線手動(dòng)定標(biāo)；第二次用汞燈的546.07nm（綠光）、576.96nm（黃光）、579.07nm（黃光）及三條紫外光的二級(jí)光譜線312.5672=625.13nm、313.172=626.34nm、334.172=668.34nm來(lái)定標(biāo)。3. 實(shí)驗(yàn)步驟： 1) 將多色儀起始波長(zhǎng)調(diào)到390nm，入射狹縫寬度調(diào)為約0.1mm，調(diào)節(jié)時(shí)注意不要將狹縫調(diào)得過(guò)窄以致難以將狹縫分開(kāi)。2) 以筆形汞燈作為光源，調(diào)節(jié)L、S與多色儀共軸，并令光源S成大像于入射狹縫處。此時(shí)在多色儀的觀察屏上可觀察到清晰明亮的水銀譜線。3) 轉(zhuǎn)動(dòng)使光譜照到CCD上，在軟件界面上觀察譜線圖像，若譜線無(wú)明顯峰值，則應(yīng)繼續(xù)調(diào)節(jié)L、S與多色儀相對(duì)位置直至出現(xiàn)明顯峰值，調(diào)節(jié)入射狹縫，使譜線變銳，設(shè)置合適的曝光時(shí)間、平均次數(shù)、累加次數(shù)、最大最小值，截圖獲得清晰尖銳的光譜圖。4) 選擇線性定標(biāo)，用汞燈的三條標(biāo)準(zhǔn)光譜線手動(dòng)定標(biāo)，使橫坐標(biāo)表示波長(zhǎng)（nm）。第一次定標(biāo)（線性定標(biāo)）5) 改用氫燈，轉(zhuǎn)動(dòng)，使譜線成像在觀察屏P上，調(diào)節(jié)氫燈的位置，使譜線強(qiáng)度最強(qiáng)氫光燈三條線對(duì)應(yīng)圖中1，2，3號(hào)譜線6) 轉(zhuǎn)動(dòng)使光譜照到CCD上，將中心波長(zhǎng)設(shè)定為460nm在軟件界面上觀察譜線圖像，若譜線無(wú)明顯峰值，則應(yīng)繼續(xù)調(diào)節(jié)L、S與多色儀相對(duì)位置直至出現(xiàn)明顯峰值，在定標(biāo)后的圖上使用尋峰功能找到三條線對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)記錄下7) 將多色儀起始波長(zhǎng)設(shè)定為650nm，選擇二次定標(biāo)，用汞燈的三條標(biāo)準(zhǔn)譜線和紫外光的三條二級(jí)譜線手動(dòng)定標(biāo)，使橫坐標(biāo)表示波長(zhǎng)（nm）。第二次定標(biāo)（二次定標(biāo)）8) 改用氫燈，轉(zhuǎn)動(dòng)，使譜線成像在觀察屏P上，調(diào)節(jié)氫燈的位置，使譜線強(qiáng)度最強(qiáng)圖中即為譜線對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)9) 轉(zhuǎn)動(dòng)使光譜照到CCD上，在軟件界面上觀察譜線圖像，若譜線無(wú)明顯峰值，則應(yīng)繼續(xù)調(diào)節(jié)L、S與多色儀相對(duì)位置直至出現(xiàn)明顯峰值，在定標(biāo)后的圖上使用尋峰功能找到譜線對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)記錄4. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下3456656.70485.91436.22408.900.1