氢光谱的研究（页）

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1、氢原子光谱的研究直至目前，对元素的光谱进行研究仍然是了解原子结构的重要手段之一。通过对原子光谱的研究使得我们了解了原子内部电子的口旋运动。光谱线的超精细结构曾被认为是不同的同位素所发出的谱线，示来又被许多理论和实验如塞曼效应等证实，这些谱线是由单一•的同位素由于原子核的占旋而发出的。本实验通过对氢原子光谱的研究，初步认识电子围绕原子核运动吋只能处于一系列能量不连续的状态，并获得氢原了结构的知识。一、实验目的1、验证巴尔末公式并测定里德伯(J.R.Rydberg)常量心；2、了解棱镜摄谱仪的原理及相关实验操作方法。二、实验原理n21885

2、年巴尔末(JJ.Balmer)根据前人积累的丰富资料和白己的实验结果，确定了可见光区域氢光谱的分布规律，指出各谱线的波长可由下式表示：(1)式中〃为正整数3、4、5,oooooo才=364.56/??(1)式就是巴尔末公式。符合这个公式的一系列氢光谱线系称为巴尔末系。以后乂发现了氢原子的其他线系。为了更加清楚地表明谱线分布规律，里徳伯把巴尔末公式改用波数表示如下：Z?-4)(2)称为氢光谱的里徳们常数，近代的测量值为尺丹=1.0973731xIff加"为了解释氢原子光谱的规律性，在这些完全从实验得到的经验公式的基础上，玻尔(Bohr)在

3、卢瑟福原了模型的基础上，把库仑定律、牛顿第二定律以及普朗克量了理论运用于原了系统，建立了氢原子理论，得到氢原子的内部能量为：(3)(3)式表示氢原了能量的数值是分立的，不连续的。当原了从一个稳定状态跃迁到另一个稳定状态时，发射的单色光谱先的波数为：(4)me4(11m2n2比綾(2)式和(4)式，玻尔得到理论上的里徳伯常数为:理论=7^=1-0973731xl°7m_I6£()/?C随着科学技术的不断发展，人们己经知道氢原子光谱有着更为复杂的结构，巴尔末公式也只能作为一个一级近似的规律。在最子力学建立之后，原子光谱才得到了较完善的解释。

4、本实验仅研究氧光谱的可见光部分。利用摄谱仪把氢光谱和铁光谱并列拍摄，以铁谱线（已知各条谱线的波长）来作为“光谱尺”，并通过阿贝比长仪来对氢谱线进行测量。在具体计算时，可以利用内插法来近似计算出波长值。当谱线分布在很小范I韦I时，可以认为谱线的排列和它们在照相底片上的距离是成正比例展开的，若要测定某一氮谱线的波长人，nJ"以线查出此线邻近的另两条铁谱线的波长入、A2,如图1用比长仪测出它们的距离，用公式求出Axod2~dd%-d、d—cl人=人+（入-人）一L图1氢谱和铁谱图然后再将各谱线的波长值代入公式（2）中，求得里德伯常数，并计算

5、平均值后，与公认值比较。需要说明的是，铁谱图给出的波长是常温下空气中的波长，而一般给出的值都是真空中的值。因空气的折射率为1.00029,因此真空中的波氏为仏=1.00029总Rh的计算只须把所求得的2旳处值和对应的n值代入巴耳末公式中即口J算出。3、实验装置（1）棱镜摄谱仪棱镜摄谱仪外形如图2，其基本组成部分有：导轨1，机炖2,电极架3,光源聚光镜4,狭缝5,入射光管6,棱镜旋转手轮7,出射光管8,摄影箱9,机眾（内有色散棱镜）10,看谱管11。另有哈得曼光阑，形状如图3,其主要目的是在拍摄谱线时，移动光阑来使氢光谱和铁光谱冇个相对的

6、图2棱镜摄谱仪错位，有利于识谱和读谱。（2）交流电弧发生器当打开电源开关后产生高频高压，使两电极间产生放电，点燃电弧。因电极是铁制的，所以电极产生的光谱为铁光谱。图3哈得曼光阑（3）氢光灯用来提供氢原子光谱，但耍注意的是，用调压器调节电压吋，电压不可过高。4、实验步骤（1）熟悉摄谱仪和交流电弧发生器各部件的作用；（2）开启电弧发生器，激发纯诙光源（上电极为纯铜，下电极为纯恢），并调节聚光镜4及电极支架3,使光点止射到狭缝5上；（3）将看谱铮装于支架8上，观察铁的谱线，并与标准铁谱对照，找到425.0130/”的铁谱线，转动棱镜旋转手轮7

7、,使Z处于看谱窗口的中间位置，此时棱镜旋转手轮的刻度值大约在42.0度（参考值）左右，这样，在拍摄时，就可以将可见光区域的谱线全部拍摄到底片上了；（4）关闭电弧发生器，保持电极架以及聚光镜位置不变。当以上步骤调整完毕后，就可以进行光谱的拍摄了，由于氢光灯管与狭缝的相对位置教难调整，故先进行氢光谱的扌白摄。（5）打开氢灯，调节变压器到合适位置，移动灯管支架位置，用看谱管观察谱线直至最亮；（6）取下看谱管换上摄影架，装上内有底片的摄影盒，物镜的焦距为13.5,暗盒角度为11.5°,板移为45。并调节哈得曼光阑，打开曝光开关进行红光谱的拍摄（

8、曝光吋间约为4分钟）；（7）移走氢光灯，移动哈得曼光阑，使用另一相邻孔，打开曝光开关进行铁光谱的拍摄（曝光时间约为40秒）；（8）到暗室冲洗底片，用比长仪测定巴尔末系各波长，计算里徳伯常数，并与公认值比较。