文档介绍：氢氘灯光谱实验报告
【实验目的】
了解平面光栅单色仪的结构与使用方法。
验证氢同位素的存在。用光栅光谱仪测量氢、氘原子光谱巴耳末线系的前四
o
对谱线波长（4100〜6500A左右），计算氢氘里德伯常数。
通过实验，计算氢和氘的原子核质量比Md / MH ,计算质子与电子的质量比
【实验原理】
、氘原子光谱
氢原子光谱是最简单、最典型的原子光谱。用电激发氢放电管（氢灯）中的稀薄氢气（压力在102Pa左右），可得到线状氢原子光谱。瑞士物理学家巴尔未根据实验结果给出氢原子光谱在可见光区域的经验公式
式中〔:为氢原子谱线在真空中的波长，■ . = nm是一经验常数；n取3,4,5 等整数。
，则变为
式中1称为氢的里德伯常数。
根据玻尔理论，对氢和类氢原子的里德伯常数的计算，得
= 订如矩〉
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，「为真空介电常数，Z为原子序数。
当' —丁时，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）
所以
n = 尺工
s (l+m/AT)
对于氢，有
& —
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「：:是重要的基本物理常数之一，对它的精密测量在科学上有重要
意义，目前它的推荐值为
= =(83)
氢的巴尔末线系波长
谱线符号
波长(nm)

%

Ht]

H电

Hi

值得注意的是，计算广X和•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。即也真空空气+一・,
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
AAl (nm)

同一元素的不同同位素且有不同的核质量和电荷分布，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关系是很复杂的，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计算。
氢原子核是一个质子，其质量为一；，氘核比氢核多一个中子，其质量为•-。由
(-6)式可知氘原子的里德伯常数为
由(-7)式和(-6)式可知氘氢原子核的质量比
对于巴尔末线系，氢和氘的谱线计算公式分别为
对于相同的n，由(-9)式和(-10)式可得氢和氘的同位素位移为
【实验仪器用具】
WGD-8型组合式多功能光栅光谱仪，由光栅单色仪、接收单元、扫描系统、电子放大器、A/D采集单元、计算机组成。-2所示。入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围0 ~ mm连续可调，光源发出的光束进入入射狭缝 S1, S1位于反射式准光镜M2的焦面上，通过S1入射的光束经M2反射成