实验3-1_氢原子光谱与里德伯常数的测定

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1、利用其他原子光谱测定氢原子光谱与里德伯常数的实验探究【实验目的】1、通过对比铁原子光谱测定氢光谱(在可见光区域)谱线的波长，验证巴尔末规律的正确性。2、测定氢的里德伯常数，对近代测量精度冇初步了解。【实验原理】根据巴尔末经验性关系：式中B二364.56nmo里徳堡把(3・1・1)式改写为1_1卞_4]_4(11)2_'B_BUn2)22n2)式中的常数=4/B称为里德堡常数。原了模型提出如下两条基木假设：①一个原了系统内当电子在特定轨道上运转时，它将不向外辐射能量，这些轨道就是电子保持能量不变的“定态”轨道。②

2、当电子从一个定态轨道过渡到另一个轨道吋，将发生电磁辐射，其频率完全由这两个定态间的能最差来决定。能最羌和频率的比值，就是普朗克常数，即/?V=£2-£lo所以对应于巴尔末线系的波尔氮原子理论公式为:(4亦0)1/?31/、inHMH)(3-1-3)式中e为电了电荷，h为普朗克常数，c为光速，ni为电了质罐，MH为氢原了核的质量。将(3-1-3)式和(3・1・2)式比较，里德堡常数应等于27r2e4m任意原了A的里德堡常数可表示为(3-1-4)(3-1-5)由(3-1-4).(3-1-5).(3-1-6)式可得R

3、8与任意给定原子(例如氢)的里德堡常数有下列关系：QC(3-1-7)比较(3-1-2).(3・1・3)、(3-1-4)式,可认为(3-1-2)式是从波尔理论推论所得到的关系，因此（3-1-2）式和实验结果符合到什么程度就可以检验波尔理论正确到什么程度。实验表明，（3・1・2）式和实验结果符合得很好，因此成为波尔理论的有力论据。山于原子结构理论有很大的发展，就其理论來讲，验证（3-1-2）式在目前科学研究中已不必要。但是由于里德堡常数测定比一般基本物理常数町以达到更高精度，因而成为一个测定基木物理常数的依据。目前

4、公认值为：RH=（10967758.1±0.8）m-1Roo=（10973731.8±0.8）m-1【实验仪器】（一）小型棱镜摄谱仪；光谱投影仪；比长仪。（二）氢光源和铁电弧光源。氢光源：在充冇纯净氢气的放电管两端，加上数千伏的电压，氢原了受到加速电了的碰撞被激发，从而产生光辐射。这样的过程即所谓辉光放电。辉光放电发出的光，就可以作为氢谱光源。铁电弧光源：由于铁原子光谱的波长是人们已精确测定过的，而且它的谱线比较丰富，分布也比较均匀，故可把铁光谱图作为标准，通过比较來确定氮或其它原子光谱的波长。6453小型棱镜

5、摄谱仪：1电极架；2聚光透镜；3入射狭缝；4入射光管；5波长鼓轮6棱镜室;7出射光管8观察屏或暗箱；9底座；10导轨小型棱镜摄谱仪及哈徳曼光阑【实验内容】1.光谱仪的调节和波长示值的修正：以汞灯作为光源，校对光谱仪波长示值的准确度,并做修正；2.观察和测量氢光谱的各能量峰值对应波长；113.数据处理：(a)作2n2曲线，验证其线性；(b)多次精测其中一条谱线，，求出RH,与公认值比较，计算相对不确定度。计算RH。【数据记录与处理】1.实验数据记录如下表一：氢光诸铁光诸n3456波长/nm657.13486.28

6、434.01410.04波长/nm657.13486.33433.98410.03波长/nm657.10486.30433.97410.04平均值/nm657.12486.29434.00410.04112.作2刃'

7、11

8、线根据以上表格的数据可以得到以下曲线:Illi线分析：如上图可以知道这是一条标准的线性Illi线，与所需要验证的情况相符。并且根据图形可以求得斜率：k=-0.01101nm-1,故可以求得RH=11010000m-1这与标准值RH=（10967758.1±0.8）m-l还是比较接近的，并且是

9、在这样的一个范围Z内。3.求出的RH值，并作适当的分析：根据表一的内容,取n二3,可以知道A=657.12nm,代入下面的式子:11ARH实毅=1/——-r/入=1/(1/4-1/9)/657.12=10956902.8m；理论值12n)RH=10967758.1m-i,相对不确定度二（Rh实釘Rh）/Rh=（10967758.1-10656902.8）/10967758.1二0.04%；故而通过比较数据，误差并不是很大，还是挺准确计算出了皿的值。4.计算Rs值将入与n值代入(3-1-7)Rs溺=Rh1+上-=

10、10956902.8(1+)=10962870.0m-l；(MH)1836.1515理论值Roo=10973731.8m-i,则相对不确定度为二(10973731.8J0962870.0)/10973731.8二0.09%误差分析：在木次实验中存在儿点误差不容忽视，山于其可能会带来不乐观的结來误差：1）在波氏的修正过程中，尽管进行了多次的修正，不过结果还是不能完全得到完美的修正;2）在