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棱镜摄谱实验
一•实验目的
1. 了解棱镜摄谱仪的结构和工作原理，掌握摄谱、识谱、谱线测量等光谱分析的基本操作 技术。
2. 通过对氢原子光谱可见光谱线波长的观察、 测量，了解氢原子光谱巴尔末线系的规律性。
3. 测量氢的里德堡常数。
二•实验原理
1. 原子光谱
一般情况下，物质中的原子处在最低能级 Eo，又叫基态；当原子从外界获得了能量后，它
的外层电子（一个或几个）将因获得能量而跃迁到离核较远的电子轨道上， 原子将处在一个高于
基态的能级En，叫激发态；处于激发态 En的原子很不稳定，一般在 1°" ~1°*秒左右就要回 落到基态或比 En低的激发态 Em，并同时发射一个光子，这个光子的频率、波长与两能级能量 差的关系为：
c
-E = En - Em =hv=h
丸 （491）
式中’为所发射光子的波长,
V为频率，h为普朗克常数， C为光速。En、Em为原子处
于激发态的能级的能量， 它由原子的结构决定， 不同元素的原子结构不同， 它们辐射的光谱线波
长也不同，即不同元素的原子具有不同的特征谱线。 原子光谱除了反映岀原子内部的运动规律 （如
分立能级、轨道角动量量子化……等） 夕卜，若我们在某物体所发的光谱中发现了某种元素的光谱
线，则该元素一定存在于该物体中， 特别是在物体中该元素含量很少时， 它的本特征谱线的强弱
就直接反映了物体中该元素含量的多少。
2. 怎样拍摄光谱图
光谱分析的过程，首先要对分析的试样（物体）进行激发，使其原子在相应能级间有可能
的跃迁中产生光辐射，接着把辐射的光引入摄谱仪，经过色散， 按波长排列展成光谱， 并用感光
底片把光谱记录下来，得到光谱图，最后根据所记录的光谱线对试样的组成进行定性或定量的分 析。
摄谱的仪器一般分为两类：一类叫棱镜摄谱仪，另一类叫光栅摄谱仪。
图491是国内物理实验室常用的小型棱镜摄谱仪光路元件位置图。拍谱片时，从光源发岀
的光经聚光镜汇聚后照射到狭缝上， 射入狭缝的光经过平行光管透镜而成为平行光， 然后在恒偏
棱镜上折射，由于色散，不同波长的光以不同的角度射岀， 这些光再经暗箱物镜聚焦在后端暗匣
的感光底片上形成谱线，曝光后的底片经显影、定影，冲洗了岀来就成为谱片。
一张谱片上通常有几种光谱并列拍摄，以便于比较和测量，在拍谱时，通常只变换光源和
狭缝前的哈特曼光阑位置，用不同的小孔拍摄不同的光谱而不必移动底片和狭缝。
1—光源；2 —球面反射镜；3—聚光镜；3聚光镜组;
4—光谱底板；5—透镜；6 —投影物镜组；
7 —棱镜；8—调节透镜；9 —平面反射镜；
10—反射镜；11—隔热玻璃；12 —投影屏
图
3 •怎样测量谱线波长
(1)映谱仪和铁谱图
映谱仪又称光谱投影仪，其光路见图 ，映谱仪可将肉眼难以观察的又细又密的光
谱线放大20倍后投影在白屏上以供观测。放置谱片的光谱底板可以前、后、左、右平移，用以 观测谱线的不同部分。投影物镜可以调节，以获得清晰的放大的谱线。
铁谱图就是把铁光谱放大 20倍后