中國石油大學(xué) 近代物理實驗 實驗報告 成 績

中國石油大學(xué)近代物理實驗實驗報告成績：班級：姓名： Tom同組者：Jerry教師:simida氫原子光譜與里德伯常數(shù)的測定【實驗?zāi)康摹?、通過測量氫光譜在可見光區(qū)域的譜線的波長，驗證巴耳末系規(guī)律的正確性。2、測定氫的里德堡常數(shù)，對近代測量精確度有初步了解?！緦嶒炘怼繌臍錃夥烹姽?，可以獲得氫原子光譜的譜線，人們很早便發(fā)現(xiàn)氫原子光譜在可見光區(qū)域及不可見光區(qū)域都有很多譜線，構(gòu)成一個有規(guī)律的系統(tǒng)，譜線的波長及長度都隨著波長的減小而減小。氫原子光譜在可見光區(qū)域有四條譜線，分別為Hα、Hβ、Hγ、Hδ。1885年，巴爾末利用經(jīng)驗性規(guī)律歸納出了一個簡單關(guān)系：n=3,4,5…（3-1-1）式中B=364.56nm。由上式計算所得的波長數(shù)值同測得的數(shù)值是一致的。所以，一般常稱（3-1-1）式為巴爾末公式，稱這些譜線為巴爾末線系。為了可以更清楚的表明氫原子光譜的分布規(guī)律，1889年瑞典物理學(xué)家李德寶把（3-1-1）式子改寫為n=3,4,5…（3-1-2）式中的常數(shù)RH=4/B稱為里德堡常數(shù)。在這兩個完全從實驗數(shù)據(jù)得到的經(jīng)驗公式的基礎(chǔ)上，丹麥的物理學(xué)家波爾對原子的概念模型提出兩條基本假設(shè)；①一個原子系統(tǒng)內(nèi)當電子在某一特特定軌道上運行時，原子將不向外輻射能量，這些軌道就是電子保持能量不變的“定態(tài)”軌道。②當電子從一個定態(tài)軌道過渡到另一個軌道時，將發(fā)生電磁輻射，其頻率完全由這兩個定態(tài)軌道間的能量差來決定。能量差和頻率的比值，就是普朗克常數(shù)，即hv=E2-E1。根據(jù)波爾的假設(shè)，可以得出每一條光譜線對應(yīng)于氫原子中的一個電子從一個能級躍遷到另一個能級釋放出的能量。所以對應(yīng)于可見光區(qū)巴爾末線系的波爾氫原子理論公式為：（3-1-3）在上一個式中e為電子電荷，h為普朗克常數(shù)，c為光速，m為電子質(zhì)量，MH為氫原子核的質(zhì)量。由上式可以看出，不僅給予巴爾末公式以物理解釋，而且把里德堡常數(shù)和許多物理量聯(lián)系起來。我們利用數(shù)學(xué)知識，將（3-1-3）式與（3-1-2）式聯(lián)立一下，可以解出里德堡常數(shù)的精確數(shù)值（3-1-4）任意一個原子A的里德堡常數(shù)表示為（3-1-5）所以，對于不同的原子，其對應(yīng)計算得到的里德堡常數(shù)也不同，把原子外推到，且=0這個時候，里德堡常數(shù)為（3-1-6）我們比較上序三個式子，得到R∞與任意給定原子的里德堡常數(shù)有以下關(guān)系（3-1-7）比較（3-1-2）、（3-1-3）、（3-1-4）式，可認為（3-1-2）式是從波爾理論推論所得到的關(guān)系，因此（3-1-2）式和實驗結(jié)果符合到什么程度就可以檢驗波爾理論正確到什么程度。實驗表明，（3-1-2）式和實驗結(jié)果符合得很好，因此成為波爾理論的有力論據(jù)。=（10967758.1±0.8）m-1=（10973731.8±0.8）m-1【實驗裝置】WGD-8A型組合式光柵光譜儀；汞燈及汞燈電源；氫光源【實驗內(nèi)容】1、光譜儀的調(diào)節(jié)和波長示值的修正（1）調(diào)光譜儀的底腳螺釘，以保證光譜儀水平放置（2）以汞燈作為光源，校對光譜儀波長示值的準確度，并做修正。校正時，首先調(diào)好狹縫S1和S2寬度，然后打開汞燈電源，打開光譜儀電控箱電源，調(diào)整光電倍增管工作電壓約500V左右，啟動WGD—8A光譜儀的控制軟件（光電倍增管部分），待準備狀態(tài)結(jié)束后，測量汞燈的能量譜。如果能量譜高度超出顯示范圍或太小，可適當改變狹縫S1和S2寬度，以及光電倍增管工作電壓，或者調(diào)一下軟件的增益大小使能量譜顯示適中。（3）將計算機給出的汞的四條譜線的標稱值與標準波長值（432.8nm、546.1nm、577.0nm、579.1nm）對比，若出現(xiàn)偏差，則應(yīng)將修正值輸入計算機中。2、關(guān)閉汞燈，將氫光源對準狹縫，仔細調(diào)節(jié)使兩束光的交聚線恰好通過狹縫，然后啟動WGD—8A光譜儀的控制軟件（光電倍增管部分），對氫光源的光譜進行測量，得出氫光源的譜線。【注意事項】光源涉及高壓，使用時必須按安全操作規(guī)程進行。狹縫的調(diào)節(jié)必須小心，狹縫的寬度不得超過3mm，也不得完全閉合，以免損壞刀口。實驗完畢后，應(yīng)將縫寬調(diào)節(jié)到0.2mm左右。測量時要保證儀器各參數(shù)（如狹縫寬度、光電倍增管工作電壓等）不變。光柵對環(huán)境條件要求較高，應(yīng)保持室內(nèi)清潔和較低的濕度。【數(shù)據(jù)記錄】光譜儀的調(diào)節(jié)和波長示值的修正表一光譜儀波長示值修正數(shù)據(jù)表1234標準波長/nm435.8546.1577.0579.1實測波長/nm435.4545.8576.9579.0波長修正/nm435.6546.0577.1579.2氫光譜的測量表二實測氫原子光譜記錄n3456波長/nm656.7486.0433.7409.8【數(shù)據(jù)處理】1.作圖表三1/λ與能級的對應(yīng)關(guān)系1/n21/91/161/251/361/λ/nm1/656.71/486.01/433.71/409.8圖1由圖一可得，波長的倒數(shù)與1/呈線性。2.多次測量n=4時的譜線，得其對應(yīng)的λ值為486.0nm，考慮到空氣折射率1,00029，得真空中的波長，并代入（3-1-2）得，為10970755.4。與公認值比較，得相對不確定度為（10970755.4-10967758.1)/10967758.1*100%=0.027%。用（3-1-4）計算得10952755.2與實驗值比較誤差在允許的范圍內(nèi)，由此驗證了玻爾理論的正確性。3.由（3-1-7）得，==10976729.9。與公認值比較，得相對不確定度為0.027%。所得實驗誤差很小，在誤差允許的范圍內(nèi)?！舅伎碱}】里德伯常數(shù)的精確測量有什么意義？答：因為，所以可以通過里德堡常數(shù)的精確測量來確定其它基本物理常數(shù)的值。2、光譜儀波長值的修正為什么要用汞燈？答：因為汞燈發(fā)出的光只有四個光譜，光譜簡單，易于校對光譜儀波長示值的準確度，并做修正。【實驗總結(jié)】本實驗用組合