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上传人:daoqqzhuanyongyou2 2020/11/25 文件大小:54 KB

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文档介绍

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

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