實(shí)驗(yàn)2--氫原子光譜的觀察與測(cè)定

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上實(shí)驗(yàn)2 氫原子光譜的觀察與測(cè)定每一種原子都有其特定的線狀光譜線。氫原子的光譜線最為簡(jiǎn)單，且具有明顯的規(guī)律。測(cè)定氫原子可見(jiàn)光譜線的波長(zhǎng)對(duì)認(rèn)識(shí)原子的分離能級(jí)、以及由于能級(jí)間的躍遷而產(chǎn)生的光輻射的規(guī)律起著重要作用。本實(shí)驗(yàn)用讀譜儀測(cè)量氫原子可見(jiàn)譜線的波長(zhǎng)，并通過(guò)巴耳末公式推算出氫原子的里德伯常數(shù)?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹浚?）觀察氫原子的可見(jiàn)光譜。（2）了解讀譜儀的結(jié)構(gòu)，掌握讀譜儀的調(diào)節(jié)與使用方法。（3）通過(guò)測(cè)量氫原子可見(jiàn)光譜線的波長(zhǎng)，驗(yàn)證巴耳末公式的正確性。（4）準(zhǔn)確測(cè)定氫原子的里德伯常數(shù)。（5）理解曲線擬合法的意義。【儀器用具】WPL2型讀譜儀，氫譜光源，氦氖譜光源，會(huì)聚透鏡?！緝x器

2、介紹】整個(gè)實(shí)驗(yàn)的裝置簡(jiǎn)圖如圖1所示。圖1圖2讀譜儀是由棱鏡攝譜儀改進(jìn)設(shè)計(jì)而成。它是利用棱鏡分光在物鏡上觀察光譜的光學(xué)儀器。其結(jié)構(gòu)大致可以分為三部分：平行光管系統(tǒng)、色散系統(tǒng)、接收系統(tǒng)。（1）平行光管系統(tǒng)平行光管系統(tǒng)包括入射狹縫和入射物鏡。入射物鏡的作用是使入射狹縫發(fā)出的光線變成平行光，所以入射狹縫應(yīng)放在入射物鏡的焦平面上。（2）色散系統(tǒng)色散系統(tǒng)實(shí)際上就是一個(gè)恒偏向棱鏡，如圖2所示。它的作用是將光束分解，使不同波長(zhǎng)的單色光束沿不同的方向射出。符合最小偏向角條件的單色光，其入射光束和出射光束的夾角為900。（3）接收系統(tǒng)接收系統(tǒng)由出射物鏡及放在該物鏡焦平面上的目鏡組成。不同方向的單色光束經(jīng)出射物鏡聚

3、焦，在其焦平面上得到連續(xù)或不連續(xù)的依照波長(zhǎng)次序排列的入射狹縫的單色像，即光譜。調(diào)節(jié)光譜的位置時(shí)，可以使用水平方向左右移動(dòng)的手輪、絲杠、滑塊、導(dǎo)軌和支架，還包括讀出目鏡位置用的標(biāo)尺和100分度的手輪刻度。手輪轉(zhuǎn)一圈平移，每分度，要求估讀到分度。目境內(nèi)的叉絲用來(lái)對(duì)準(zhǔn)被測(cè)譜線的中心?！緦?shí)驗(yàn)原理】一、氫原子光譜線公式氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)公式為 （1）式中的叫做里德伯常數(shù)，其實(shí)驗(yàn)值為。氫原子光譜系如表1。表1 氫原子光譜1234562、3、···3、4···4、5、···5、6、···6、

4、7、···7、8、···譜系名賴曼巴耳末帕邢布喇開(kāi)普芳德···區(qū)段紫外可見(jiàn)紅外紅外遠(yuǎn)紅外···極限波長(zhǎng)/nm()91.13364.51820.141.2.···玻爾認(rèn)為，氫原子之所以發(fā)光，是因?yàn)闅湓又械碾娮涌梢蕴幵诓煌哪軕B(tài)（能級(jí)）上，當(dāng)電子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，就發(fā)出光線。玻爾推出了氫原子光譜的理論公式 （2）圖3圖4里德伯常數(shù)的理論值為。本實(shí)驗(yàn)測(cè)定在可見(jiàn)光譜內(nèi)的氫紅光譜線（）的波長(zhǎng)。二、曲線擬合法氫光譜實(shí)驗(yàn)一般先在目鏡上觀察氦氖譜線和氫譜

5、，然后用讀數(shù)顯微鏡測(cè)出氫紅譜線（波長(zhǎng)為）及其兩側(cè)近鄰的（已知波長(zhǎng)分別為和）氦氖譜線的位置、和，最后由式（3）算出。如圖3所示。 （3）很明顯，由（3）式求出的波長(zhǎng)是不準(zhǔn)確的。因?yàn)閷?shí)際上光譜線的波長(zhǎng)和位置并不成線性關(guān)系，而（3）式卻是用內(nèi)插法把它當(dāng)作直線來(lái)處理。為了避免內(nèi)插法帶來(lái)的較大的系統(tǒng)誤差，我們采用曲線擬合法。假設(shè)擬合函數(shù)為 （4）擬合曲線如圖4所示。計(jì)算機(jī)擬合圖4所示曲線的步驟是：（1）預(yù)先設(shè)定某一值。（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和（1、2、3、4、5），計(jì)算中簡(jiǎn)變量。（3）對(duì)和作線性回歸，求出系數(shù)及常數(shù)，同時(shí)求出。（4）對(duì)不同的值重復(fù)上述步驟，比較所得的值，最后用逐次逼近法求出一個(gè)，使取最小值。

6、（5）即為所求函數(shù)。根據(jù)棱鏡色散參數(shù)及射譜儀結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行具體的計(jì)算表明，在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，當(dāng)時(shí)，擬合過(guò)程本身所產(chǎn)生的附加誤差不大于位置讀數(shù)偏差所對(duì)應(yīng)的誤差分量，也就是說(shuō)擬合方法本身所產(chǎn)生的附加誤差可以忽略不計(jì)?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】1中心波長(zhǎng)調(diào)節(jié)中心波長(zhǎng)調(diào)節(jié)就是棱鏡位置調(diào)節(jié)，為了在讀譜時(shí)能將在可見(jiàn)光范圍內(nèi)的氫譜線清晰讀出，則要將固定波長(zhǎng)的譜線置于看管譜的中間，稱為中心波長(zhǎng)，使之與看管視場(chǎng)內(nèi)的小指針對(duì)齊。本實(shí)驗(yàn)的中心波長(zhǎng)采用汞譜中譜線。點(diǎn)燃汞燈，打開(kāi)狹縫，移動(dòng)會(huì)聚透鏡，使汞燈成像在狹縫上。旋轉(zhuǎn)波長(zhǎng)鼓輪，當(dāng)波長(zhǎng)鼓輪轉(zhuǎn)到435刻線時(shí)，調(diào)整恒偏棱鏡的位置，在看管視場(chǎng)內(nèi)小指針尖端指在譜線時(shí)壓緊恒偏向棱鏡，讀譜就在此

7、進(jìn)行。（此步驟實(shí)驗(yàn)室已調(diào)好）2觀察氦氖光譜。點(diǎn)燃氦氖燈，調(diào)整會(huì)聚透鏡的位置，聚焦于狹縫附近，轉(zhuǎn)動(dòng)燈位置，使光線與狹縫重合。從測(cè)目鏡中觀察氦氖譜線，調(diào)整會(huì)聚透鏡的位置使譜線最清晰。3轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微目鏡鼓輪，使主尺位于附近。微調(diào)測(cè)微目鏡傾角，使十字叉絲交點(diǎn)位于氦氖紅光譜區(qū)。4把氦氖燈換成氫燈，調(diào)節(jié)測(cè)微目鏡傾角使氫紅線清晰，把十字叉絲交點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)氫紅線。5再換成氦氖燈，依次紀(jì)錄氫紅線左側(cè)1、2譜線（波長(zhǎng)、已知，如表1）位置、圖5。譜線位置如圖5所示。（注意：測(cè)位置時(shí)使鼓輪從左向右沿一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)）6再換成氫燈，測(cè)出氫紅線位置。（此時(shí)測(cè)，就是為防止鼓輪倒轉(zhuǎn)）7再換成氦氖燈，依次紀(jì)錄紅線右側(cè)3、4、5譜線（波長(zhǎng)、已知，如表1）位置、。8重復(fù)測(cè)量三次。把測(cè)量結(jié)果填入表2中，利用計(jì)算機(jī)算出氫紅線波長(zhǎng)、，求出平均值。9求出真空中氫紅線的波長(zhǎng)，代入 （5）中，求出，與公認(rèn)值相比較，并求出相對(duì)誤差【數(shù)據(jù)處理】表2氦氖譜線序號(hào)波長(zhǎng)位置第一次第二次第三次1667.82762659.89533653.28804650.65305