实验十六氢原子光谱研究

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1、实验十六氢原子光谱研究一、实验目的（-）了解光谱定性分析的基木原理及定标曲线的应用；（二）测定氢光谱中一些谱线（乩、也、Hy）的波长，并计算里德傑常数；（三）学会使用JJY型分光计。二、实验器材JJY分光计（1台）玻璃三棱镜（1只）氢灯（1盏）氮灯（1盏）读数放大镜（1只）水平仪（1只）三、实验原理和仪器描述（-）仪器描述JJY型分光计的构造原理及使用方法参见实验十五。（二）实验原理1•里徳堡常数R氧原子光谱的规律性，早在1885年就被瑞士物理学家巴尔末所发现。他根据实验结果，总结出在可见光区域内，氢原子光谱线的波反满足

2、巴尔末公式：1—S1心—、—）式中,R二1.096776X10**4称为里徳堡常数°n为量子数。n二3.4、5时，上式分别给出了氢原子光谱中可见光区域三条较强的特征谱线的波长二3为检线，是红色线；n二4为"”线，是绿色线；nu=5为F线，是紫色线。随着对氢原了光谱的深入研究，除了巴尔末线系外，又在紫外区和红外区发现了其它光谱系，合起來共有五个谱线系，它们的规律都和巴尔末公式相似，可统一表示为：Em二1、2、3、…，n二（m+1）、（m+2）…从氢原了光谱的规律性，人们获悉了氢原了的内部结构和它的发射线光谱的秘密，从而

3、发展了研究物质结构的近代光谱学，打开了研究原子物理的大门。本实验通过对巴尔末线系三条特征谱线波长的测量，由式16-1可得到里徳堡常数R,了解氮原子光谱的规律。2.定标曲线在窩电斥下氨灯屮He原了被激发而发光。经三棱镜色散便可形成光谱。lie原了光谱屮较明亮的有9条谱线，其颜色和波长如卜•表所示：颜色红黄青绿紫波长(A)706566785876504750164922471344714388在分光计的载物平台上放上三棱镜，经三棱镜色散后形成的光谱位置＜1)用分光计测定，见图16-h在宜角坐标纸上以光谱线的波长X为横坐标，以

4、光谱线在分光计與远镜屮的方位角“为纵坐标，按作图要求作＜t)-X曲线，如图16-2所示。这条曲线便是定标曲线。图16-2定标癥a3.定标曲线的用途宦标曲线反映了光谱线波长与经三棱镜色散厉的光谱线方位角Z间的关系。只要我们保持小平台以及三棱镜的位置不变，其他光源射到三棱镜上，经色散后测得谱线的位置e,就可以从定标illi线上查得对应的波长入。这就是定标曲线的用途。本实验利用氫光谱作出定标曲线，來测定氢光谱最明亮的、主量子数n分别为3、4、5的三条谱线的波长▲、占，其颜色分别是红、绿、紫，谱线符号分别是儿、%、町。测出氢光谱

5、的波长后，由式16-1可得到里德堡常数R(16-2)式:中n为量子数，儿是与量子数n相应的波氏。分别代入n二3,人；n=4,兀；n=5,心三组数据，均可算得徳堡常数，里徳堡常数的标准值为R二1.097X107厘米。四、实验步骤（一）准备工作（1）旋转望远镜日镜上的透镜框,调节日镜上十字叉丝的焦距，使通过目境能看到淸晰的叉丝像。（2）将分光计移到血灯前，使单缝正对灯管，让灯光透过单缝，经平行光管射出。（3）把望远镜对准平行光管，调节望远镜管氏度，使通过望远镜能看到清晰的单缝像。（二）测定He谱线的位置，制作定标曲线（1）把

6、三棱镜放在小平台上，让平行光投射在它的光学面（不是粗磨面）如图16-1所示，入射角大约60度左右，再用眼睛（先不急于用望远镜）在三棱镜的另一光学而一侧寻找色散后的lie光谱。（2）找到光谱后，固定眼的位置不动，把望远镜移到眼询，通过望远镜就可以顺利看到光谱。（3）旋紧里远镜的制动螺钉。调节望远镜的微调螺钉，使望远镜叉丝交义点对准由红到紫的9条谱线，依次读下这些谱线的方位角位置把数据填入表16-1'

7、'o（注意：此时保持载物平台和三棱镜的位逢不变，耐待下一步实验）（4）用He光谱的数据作定标曲线（此步骤可留待课后进行，便于

8、抓紧时间测定H光谱）。（三）测定H谱线的位置利波长（1）点亮II灯。载物平台和三棱镜的位置必须保持与测lie光谱时一致,把分光计移到II灯前，使单缝正对灯管.（2）始终保持载物平台和三棱镜不动.先用眼睛在三棱镜另一侧直接寻找氢光谱，找到后保持眼睛位趕,把望远镜移至眼前，这时通地望远镜就可看见氢光谱线,分别读下氢谱线的位置：忆、◎、号。⑶根据滋、叭畛，从定标曲线er中査出相应各谱线的波长丑、2、匚将数据填入表16-2中。（四）计算里德堡常数（1）用彳、b、勺和它们分别对应的主量子数3、4、5代人公式（16-2）计算里徳堡常

9、数，并填入数据表16-2中。（2）计算里德堡常数平均值，并参照标准值计算百分谋差。五.注意事项(1)木实验所用电源设备产生高压，町达T伏特以上，注意勿触及其输入.输出端。(2)三棱镜是贵匝精密光学玻璃元件，易碎、易损，切勿用手触摸其透光面，只能触及其毛玻璃表面和三个棱。防止跌落打碎。六、数据处理捏」R-(&十&十砂4