文档介绍：氢氘灯光谱实验陈诉

【实验目的】
了解平面光栅单色仪的结构与使用要领。
验证氢同位素的存在。用光栅光谱仪丈量氢、氘原子光谱巴耳末线系的前四对谱线波长（4100～6500 左右），盘算氢氘里德伯常数。
通过实验，盘算氢和氘的原子核质量比 ,盘算质子与电子的质量比。
【实验原理】
氢、氘原子光谱
氢原子光谱是最简单、最典范的原子光谱。用电引发氢放电管（氢灯）中的稀薄氢气（压力在102 Pa左右），可得到线状氢原子光谱。瑞士物理学家巴尔未凭据实验结果给出氢原子光谱在可见光区域的经验公式
λH=λ0 n2n2-4
式中λH为氢原子谱线在真空中的波长，λ0＝ nm 是一经验常数；n取3,4,5等整数。
若用波数νH~体现，则变为
νH~= 1λH=RH(122-1n2)
式中RH称为氢的里德伯常数。
凭据玻尔理论，对氢和类氢原子的里德伯常数的盘算，得
RZ=2π2mⅇ4Z24πε02ch31+m∕M
式中M为原子核质量，m为电子质量，e为电子电荷，c 为光速，h 为普朗克常数，ε0为真空介电常数，Z为原子序数。
其时m→∞，可得出相当于原子核不动时的里德伯常数（普适的里德伯常数）
R∞=2π2mⅇ4z24πε02ch3
所以
Rz=R∞1+m∕M
对付氢，有
RH=R∞1+m∕MH
这里是氢原子核的质量。
由此可知，通过实验测得氢的巴尔末线系的前几条谱线的波长，可求得氢的里德伯常数。
里德伯常数R∞是重要的根本物理常数之一，对它的精密丈量在科学上有重要意义，目前它的推荐值为
R∞=(83) m-1
氢的巴尔末线系波长
谱线标记
波长(nm)
Hα

Hβ

Hy

Hδ

Hε

Hζ

Hη

Hθ

Hi

Hk

值得注意的是，盘算RH和R∞时，应该用氢谱线在真空中的波长，而实验是在空气中进行的，所以应将空气中的波长转换成真空中的波长。即λ真空= λ空气＋Δλ1，氢巴尔末线系前6 条谱线的修正值如表所示。
波长修正值
氢谱线
Hα
Hβ
Hy
Hδ
Hε
Hζ
Δλ1（nm)

关于MD/MD
同一元素的差别同位素且有差别的核质量和电荷漫衍，由此引起原子光谱波长的微小差别称为“同位素位移”。一般来说，元素光谱线同位素位移的定量干系是很庞大的，只有像氢原子这样的系统，同位素位移才可以用简单的公式盘算。氢原子核是一个质子，其质量为MH，氘核比氢核多一其中子，其质量为MD。由(-6)式可知氘原子的里德伯常数为
RD=R∞1+m∕2MD
由(-7)式和(-6)式可知氘氢原子核的质量比
MDMH=RDRH1-MHmRDR