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1、成绩评定教师签名嘉应学院物理系大学物理学生实验报告实验项目：实验地点：班级：姓名：座号：实验时间：年月日物理与光信息科技学院编制8实验预习部分一、实验目的：本实验通过对钠原子光谱的观察、拍摄与分析，加深对碱金属原子的外层电子与原子实相互作用以及自旋与轨道运动相互作用的了解，在分析光谱线系和测量波长的基础上，计算钠原子的价电子在不同轨道运动时的量子缺，绘制钠原子的部分能级图．二、实验仪器设备：1．用一般的玻璃棱镜摄谱仪，可拍摄到可见光区的谱线；石英棱镜摄谱仪和光栅摄谱仪则可拍摄到紫外、可见、红外光区的全部谱线． 2．哈特曼光栏（见图1.3.1）是摄谱仪的重要附件，利用
2、光栏的A部分可以改变摄谱仪的狭缝高度；还可以利用哈特曼光栏B部分的三个小孔和固定底片盒,并排拍摄铁谱和钠谱，以便测定钠谱线的波长． 3．利用光谱投影仪或比长仪和铁光谱标准图对比，可以辨认及测量出钠原子光谱各线系谱线的波长． 4．为了冲洗所拍摄的光谱底片，在暗房中备有整套的冲洗工具：定时钟、显影及定影药水等． 5．里德伯表（见表1.3.1）．三、实验原理：在原子物理中，氢原子光谱的规律告诉我们：当原子在主量子数n2与n1的上下两能级间跃迁时,它们的谱线波数可以用两光谱项之差表8 ．
3、 (1.3.1)式中R为里德伯常数(109677.58cm-1)．当n1=2,n2=3,4,5……,则为巴尔末线系． 对于只有一个价电子的碱金属原子(Li，Na，K….)其价电子是在核和内层电子所组成的原子实的库仑场中运动,和氢原子有点类似,但是,由于原子实的存在，价电子处在不同量子态时，或者按轨道模型的描述，处于不同的轨道时，它和原子实的相互作用是不同的．因为价电子处于不同轨道时，它们的轨道在原子实中贯穿的程度不同，所受到的作用不同；还有，价电子处于不同轨道时，引起原子实极化的程度也不同，这二者都要影响原子的能量．即使电子所处轨道的主量子数n
4、相同而轨道量子数l不同，原子的能量也是不同的，因此原子的能量与价电子所处轨道的量子数n、l都有关．轨道贯穿和原子实极化都使原子的能量减少，量子数l越小，轨道进入原子实部分越多，原子实的极化也越显著，因而原子的能量减少得越多．与主量子数n相同的氢原子相比,金属原子的能量要小，而且不同的轨道量子数l对应着不同的能量．l值越小，能量越小；l越大，越接近相应的氢原子的能级．对于钠原子，我们可以用有效量子数n*代替n,来统一描述原子实极化和轨道贯穿的总效果．若不考虑电子自旋和轨道运动的相互作用引起的能级分裂，可把光谱项表示为 Tn1=R/
5、(n*2)=R/(n?CΔl)2 (1.3.2)上式的Δl称为量子缺；而n*不再是整数,由于Δl>0,因此有效量子数n*比主量子数n要小．理论计算和实验观测都表明，当n不很大时，量子缺的大小主要决定于l，而与n的关系很小，在本实验中近似认为它是一个与n无关的量．由于由上能级跃迁到下能级时，发射光谱谱线的波数可用下式表示： (1.3.3)式中n2*与n1*分别为上、下能级的有效量子数，n、Δl与n’、Δl分别为上下能级的主量子数与量子缺，式(1.3.3)以两个光谱项之差的形式表达了钠原子某一谱线的波数
6、值,l及l’分别为上、下能级所属轨道量子数． 如果令n’,l’固定,而n依次改变(l的选择定则为l’?Cl=±1),则可得到一系列的值，从而构成一个光谱线系．在光谱学中通常用n’l’-nl这种符号表示线系,当l＝0,1,2,3…时,分别以S,P,D,F…表示．钠原子光谱有四个线系: 主线系(P线系) 3S─nP n＝3,4,5，… 漫线系(D线系) 3P─nD n＝3,4,5，… 锐线系(S线系) 3P─nS n＝4,5,6，… 基线系(F线系) 3D─nF n＝4,5,
7、6，… 在各线系中，式(1.3.3)中n’,l’是不变的,第一项称为固定项，以An’l’表示；第二项称为可变项，因此式可写成：8 (1.3.4) 钠原子光谱具有碱金属原子光谱的典型特征,一般可以观测到四个光谱线系,分析钠原子谱线时,可以发现以下几点: 1．主线系和锐线系都分裂成双线结构．漫线系和基线系为三重结构(要用分辨率较高的仪器方可分辨)．对于不同的线系，这种分裂的大小和各线的强度比是不同的，但它们都是有规律的，这称为精细结构．这种精
