利用棱鏡小型光譜儀拍攝氫原子光譜并計算其可見光譜波長

1、利用棱鏡小型光譜儀拍攝氫原子光譜并計算其可見光譜波長理論原理在一定條件下，物質能發(fā)射或吸收光輻射。光輻射是特定波長（波數或頻率）范圍的電磁輻射。利用一定技術，如色散衍射等，將這些電磁輻射按波長（波數或頻率）有序的排列起來就構成了物質的發(fā)射或吸收光譜。每一種物質發(fā)射或吸收光譜有其固有的特征（波長及強度分布的不同），即是說確定的物質有其確定的光譜。每種原子、分子都有其特征光譜。因此分析其特征光譜，對研究不同原子、分子及其結構有著重大的意義。19世紀下半葉，人們已經了解到線光譜是原子發(fā)射的，因而稱它為原子光譜，同時也發(fā)現原子光譜的譜線不是無規(guī)則排列的，而是按照一定的規(guī)律組成若干線系。以氫原子光譜為例

2、，人們先后發(fā)現它是由巴爾末系、萊曼系、帕邢系、布喇開系和普方德系組成。其所有譜線系可統一用一個簡單公式表達：式中：，；，=1.097093是一個實驗常數，稱為里德伯常量。后來玻爾引入量子概念提出的氫原子模型假說，給出了氫光譜線系規(guī)律的理論解釋。他提出了三條假定：1.圓周軌道量子化 2.能量量子化 3.氫原子存在基態(tài)及激發(fā)躍遷。玻爾從經典力學出發(fā)，認為氫原子的核外電子穩(wěn)定在有心庫倫力與圓周運動離心力相等的軌道上，但軌道半徑不是連續(xù)變化的，而是取角動量為h/2的整數倍的值。當電子在兩個軌道之間躍遷時會伴隨能量變化，以發(fā)射或吸收一定頻率的電磁波形式，其頻率滿足h=E。實驗原理1.原子受激發(fā)后，核外電

3、子由低能級被激發(fā)到較高能級上。處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，在電子從比較高的能級躍遷到低能級的過程中，原子釋放能量發(fā)光，每條譜線對應于從一能級躍遷到另一個能級發(fā)射的光子。氫原子的光譜線在可見光區(qū)共有條，分別用（紅線）、（藍綠線）、（青線）和（紫線）符號標記。利用高電壓激發(fā)的氫燈來獲得氫的原子光譜。2.用攝譜儀記錄氫光譜線。小型棱鏡攝譜儀是利用棱鏡的色散作用工作的。其光學系統及讀譜結構如圖示。從光源發(fā)出的光經過透鏡聚焦在狹縫上，再經準直物鏡準直成平行光束射向恒偏向棱鏡，由物鏡和組成的攝譜物鏡，把色散后的光束聚焦成像在測微目鏡或成像底板上。圖棱鏡讀（攝）譜儀光學系統聚光鏡；狹縫；準直物鏡；恒偏向棱鏡

4、；出射物鏡；讀譜物鏡；目鏡3.由于鐵譜豐富，一般用它作為光譜分析的標尺。試驗中用哈德曼光闌的上下孔拍鐵譜，用中孔拍氫譜，根據譜線的相對位置求其波長。【試驗步驟】）調試儀器（）調節(jié)日光燈和聚光鏡的位置，使光源成像在狹縫上。調節(jié)波長刻度鼓輪至43.5，這時從目鏡中可觀察到藍線。找到雙黃線，調節(jié)狹縫寬度，是雙黃線寬度小于間距，能明顯分開。再調節(jié)波長刻度鼓輪至43.5。（2）在導軌上調節(jié)氫光譜燈和聚光鏡的位置，使符合攝譜要求。（3）目測最佳拍攝位置。在攝譜箱的毛玻璃上看譜，調節(jié)暗盒傾斜及出射物鏡位置L，使譜線很清晰。最佳位置為（0,L0）2）制定攝譜計劃0-100+1L0-1鐵 下孔氫 中孔鐵 上孔L0鐵 下孔氫 中孔鐵 上孔L0+1鐵 下孔氫 中孔鐵 上孔3）攝譜安裝底片，依次攝譜，最為關鍵。4）沖洗及驗譜【計算】把待測譜線與已知波長的鐵譜線的相對位置測出，利用內插法，可計算出待測譜線的波長。在一條待測譜線附近找出波長分別為和的兩條已知波長譜線，因為在相當小的范圍內，可以認為兩條譜線的波長差與譜線間的距離成正比，所以于是待測譜線波長用內插法測光譜線的波長氫光譜分析表：能級名理論波長(nm)實驗波長(nm)相對誤差H486.13H434.05H