氫氘燈光譜試驗報告

1、氫笊燈光譜實驗報告【實驗?zāi)康摹? 了解平面光柵單色儀的結(jié)構(gòu)與使用方法。.驗證氫同位素的存在。用光柵光譜儀測量氫、笊原子光譜巴耳末線系的前四對譜線波長（41006500A左右），計算氫笊里德伯常數(shù)。.通過實驗，計算氫和笊的原子核質(zhì)量比Md / MH ,計算質(zhì)子與電子的質(zhì)量比【實驗原理】1.氫、笊原子光譜氫原子光譜是最簡單、最典型的原子光譜。用電激發(fā)氫放電管（氫燈）中的 稀薄氫氣（壓力在102 Pa左右），可得到線狀氫原子光譜。瑞士物理學家巴爾未 根據(jù)實驗結(jié)果給出氫原子光譜在可見光區(qū)域的經(jīng)驗公式式中為氫原子譜線在真空中的波長，”。=364.57 nm是一經(jīng)驗常數(shù)；n取3,4,5 等整數(shù)。若用波數(shù)也

2、表示，則變?yōu)镋h稱為氫的里德伯常數(shù)。根據(jù)玻爾理論，對氫和類氫原子的里德伯常數(shù)的計算，得式中M為原子核質(zhì)量，m為電子質(zhì)量，e為電子電荷，c為光速，h為普朗克常 數(shù)，7為真空介電常數(shù)，Z為原子序數(shù)。當療LT8時，可得出相當于原子核不動時的里德伯常數(shù)（普適的里德伯常數(shù)）所以對于氫，有一心一這里是氫原子核的質(zhì)量。由此可知，通過實驗測得氫的巴爾末線系的前幾條譜線的波長，可求得氫的 里德伯常數(shù)。里德伯常數(shù)是重要的基本物理常數(shù)之一，對它的精密測量在科學上有重要意義，目前它的推薦值為D- 1%=10973731.568549(83) m氫的巴爾末線系波長譜線符號波長(nm)658.280486.133%434

3、.047%410.174%397.007也388.906Hn383.5403379.791*377.063375.015DD值得注意的是，計算和Fs時，應(yīng)該用氫譜線在真空中的波長，而實驗是在空 氣中進行的，所以應(yīng)將空氣中的波長轉(zhuǎn)換成真空中的波長。即入真空=入空氣/i,氫巴爾末線系前6條譜線的修正值如表所示。波長修正值氫譜線ha場同同3外A1(nm)0.1810.1360.1210.1160.1120.110同一元素的不同同位素且有不同的核質(zhì)量和電荷分布，由此引起原子光譜波長的微小差別稱為“同位素位移”。一般來說，元素光譜線同位素位移的定量關(guān) 系是很復(fù)雜的，只有像氫原子這樣的系統(tǒng)，同位素位移才可

4、以用簡單的公式計算。氫原子核是一個質(zhì)子，其質(zhì)量為笊核比氫核多一個中子，其質(zhì)量為由(2.5-6)式可知笊原子的里德伯常數(shù)為 QI D A0-l + m/2MD由(2.5-7)式和(2.5-6)式可知笊氫原子核的質(zhì)量比%五=對于巴爾末線系，氫和笊的譜線計算公式分別為-W 1111小可如(/一用 m 1 fl 1對于相同的n,由(2.5-9)式和(2.5-10)式可得氫和笊的同位素位移為二)二)=M q十二)【實驗儀器用具】WGD-8即組合式多功能光柵光譜儀，由光柵單色儀、接收單元、掃描系統(tǒng)、 電子放大器、A/D采集單元、計算機組成。如圖2.5-2所示。入射狹縫、出射狹 縫均為直狹縫，寬度范圍02.

5、5 mm連續(xù)可調(diào)，光源發(fā)出的光束進入入射狹縫 S1, S1位于反射式準光鏡M2的焦面上，通過S1入射的光束經(jīng)M2反射成平行光 束投向平面光柵G上，衍射后的平行光束經(jīng)物鏡 M3成像在S2上和S3上，通過S3可以觀察光的衍射情況，以便調(diào)節(jié)光柵；光通過 S2后用光電倍增管接收，輸 入計算機進行分析。在光柵光譜僅中常使用反射式閃耀光柵。如圖所示，鋸齒形是光柵刻痕形狀?，F(xiàn)考慮相鄰刻槽的相應(yīng)點上反射的光線。PQ和P Q是以I角入射的光線。QR和Q R是以I 角衍射的兩條光線。PQR口 P Q R兩條光線之間的光程差 是從sin，+ sin，）其中b是相鄰刻槽間的距離，稱為光柵常數(shù)。當光程差滿足 光柵方程H

6、sin/ +sink=0, 1,2,時，光強有一極大值.或者說將出現(xiàn)一亮的光譜線。對同一 k .根據(jù)I , I 可以確定衍射光的波長 乙 這就是光柵測量光譜的原理。閃耀光柵將同一波長的衍射光集中到某一特定的級 K上。為了對光譜掃描，將光柵安裝在轉(zhuǎn)盤上，轉(zhuǎn)盤由電機驅(qū)動，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤，可以改變 入射角I ,改變波長范圍，實現(xiàn)較大波長范圍的掃描，軟件中的初始化工作， 就是改變l的大小。改變測試波長范圍?！緦嶒瀮?nèi)容、實驗數(shù)據(jù)以及處理】1.光電倍增管測Rh , Rd真空=空氣+根據(jù)公式 H真空=空氣+根據(jù)公式 H1D真空，修正公式為:根據(jù)公式對氫光譜進行處理如下表n譜線符號空氣真空/ nm1rh3H656.

7、310.181656.49110967400.924H486.450.136486.58610960720.895H434.590.121434.71110954185.116H410.770.116410.88610951942.87平均值10958562.45得到 RH = 10958562.45根據(jù)公式對笊光譜進行處理如下表n譜線符號空氣真空/ nmRH3D656.150.181656.33110970074.554D486.340.136486.47610963199.285D434.470.121434.59110957209.796D410.650.116410.766109551

8、42.34平均值10961406.49得至U RD = 10961406.49由公式 投 H% ，其中Mh / m =1836。將 h、 d帶1MH1 ( h / d1)Mh / m入，可以得到:N3456Md / Mh1.811.712.052.052. CCDM量N34譜線名稱HDHD中心波長656485通道橫坐標86384210501038空氣654.428654.223485.254485.1370.1810.1810.13610.136真空654.609654.404485.390485.273RH(D)10998932.1911002377.7410987728.0810990377.24計算得到Rh =10993330.14Rd =10996377.49根據(jù)公式MM根據(jù)公式MMhD1)Mh / m計算得到：n=3 時，Md / Mh =2.35Md / MHn=4 時，D H =1.79【實驗中出現(xiàn)的問題以及思考題解答】.注意事項狹縫Si和S2寬度和電壓調(diào)整，電壓應(yīng)該控制在 5001000之間，狹縫寬度應(yīng)該控制到一定范圍之內(nèi)，狹縫太窄會使得信號太弱難以尋峰，狹縫太寬會使得氫 笊分裂間距?。灰⒁庾寶潴蔁魧湿M縫，否則可能會導(dǎo)致搜索不到光信號；.誤差分析實驗儀器產(chǎn)生的誤差；利用測出的數(shù)據(jù)檢峰