第七章 阿贝比长仪和氢氘光谱的测量

1、第七章 阿贝比长仪和氢氘光谱的测量一、主窗口在系统主界面上选择“阿贝比长仪和氢氘光谱测量”并单击，即可进入本仿真实验平台。在平台主窗口的顶部是主菜单，其下为一段循环播放的从不同角度演示阿贝比长仪的动画(图9-1）。图9-1二、主菜单1“系统”菜单。/选择“系统”菜单，出现“实验简介”和“退出”两个选项（图9-2）。单击“实验简介”选项，弹出关于本实验的简介；单击“退出”选项，退出本实验。图9-22“阿贝比长仪”菜单。选择“阿贝比长仪”菜单，出现“原理”、“结构和使用”、“读数练习”三个选项（图9-3）。图9-3 (1) 单击“原理”选项，弹出阿贝比长仪的原理图（图9-4）。鼠标所指的部件会变成

2、红色，并在窗口下部的提示框里说明所指部件的名称、作用。窗口左半部分是对阿贝比长仪测量原理的文字说明。单击“返回”按钮可以退出本窗口，返回到主窗口。图9-4 (2) 单击“结构和使用”选项，出现阿贝比长仪的外观图（图9-5），并有对每个部件的说明。窗口下方有进行本实验的步骤提示。单击“返回”可以退出本窗口，回到主窗口。图9-5 (3) 单击“读数练习”选项，弹出下面的窗口（图9-6），学习阿贝比长仪的读数方法。图9-6在窗口左上方“对线显微镜视野”图中，淡青色的竖线和波长为3的谱线重合，这时阿贝比长仪测量出的数值就表示谱线3的位置。a.) 按照窗口左下方的文字提示，在小旋钮上按住鼠标左键（或右键

3、），直到窗口右方图片框中阿基米德双螺旋线把黄色的短竖线卡在中间，此时阿贝比长仪的读数就是的3位置（可以存在小范围的误差）。图9-7 读数A=100+0.4+0.070+0.0005=100.4705，最后的一项0.5是估计读数，请注意阿贝比长仪读数的有效数字到小数点后四位（图9-7）。b.) 在坐下图中的黑色框中输入A的值“100.4705”，出现一个绿色的小框（正确信息）。单击绿色小框中的“确定”按钮，绿色小框消失。再单击窗口左下方的“返回”按钮，退出本窗口，返回到主窗口（图9-8）。图9-83“实验原理”菜单。选择“实验原理”菜单，弹出“氢原子光谱”和“确定波长”两个选项（图9-9）：图9

4、-9 (1) 单击“氢原子光谱”选项，弹出以下窗口，概述量子跃迁理论，并以本实验要测量的巴尔末系前四条谱线为例进行说明（图9-10）。图9-10单击“返回”按钮可以退出本窗口，回到主窗口。(2) 单击“确定波长”选项，弹出下面窗口（图9-11）。图9-11该窗口内容表现了用阿贝比长仪测量未知波长的理论根据。即：在一固定不变的参考系下，用阿贝比长仪测量出两点的位置，其差就是两点间距离；由线性插入法，只要知道两条谱线的波长和位置，就可以算出任一未知谱线的波长。单击“返回”按钮可以退出本窗口，回到主窗口。4“实验内容”菜单。单击“实验内容”菜单，正式进入实验，弹出如下窗口（图9-12）。图9-12由

5、于该窗口的作用是用来选择所要测量的底片、所要调节的部件等等，所以不妨称该窗口为“选择窗口”。 (1) 首先选择量子数n=？ 不同的n值对应着巴尔末系上不同的谱线，所以该项选择确定了要测量的谱线（图9-13），我们以n=4为例对测量方法加以说明。图9-13 (2) 选择“视野调节手轮”进行调节操作，目的是把谱线底片移到对线显微镜视野的中央，方便测量。注意，该部件的调节对读数显微镜没有影响（图9-14）。图9-14a.) 当鼠标移动到该部件上时，部件变为红色。同时窗口上部右边的黑色框里出现对该部件的文字说明。用鼠标左键单击该部件，选定它作为工作部件。一经选定，窗口下部右图的消息框里的“当前调节的部

6、件”一项显示为“视野调节手轮”。b.) 单击“观察显微镜视野”按钮，进入以下的窗口：由于该窗口的作用是调节在“选择窗口”选择好的部件并观察显微镜视野的图象变化，所以不妨称该窗口为“调节窗口”（图9-15）。图9-15 该图和“阿贝比长仪”菜单中“读数练习”一项所显示的图是一样的。使用者可以在这里一边调节仪器，一边观察调节所引起的显微镜视野中情况的变化。以后每要调节一个部件，都要先在在左下图中的旋钮上按住鼠标左键，左上图中（图9-16）的底片就会向上移动。当它移动到视野中央时放开鼠标左键。图9-16如果移动得太靠上了，可以在左下图中的旋钮上按住鼠标右键使底片往下移动，直到使用者满意为止。c.)

7、该部件调节完毕，单击左下图中的“选择调节部件”，回到“选择窗口”，选择调节另一个部件。 以后对于每一个部件的调节，都先在“选择窗口”中选中这个部件，然后在“调节窗口”中进行调节。“调节窗口”左下方的旋钮就代表刚才选中的部件，用鼠标的左键或者右键按住这个旋钮进行调节操作。 (3) 选择“调焦手轮”进行调节操作，目的是使对线显微镜视野中的底片清晰可见（图9-17）。图9-17a.) 同上一步对“视野调节手轮”的操作一样，鼠标指到“调焦手轮”以后，该部件变成红色；窗口上部右边的黑色框里出现对该部件的文字说明。单击该部件后，窗口下部右边消息框里的“当前调节的部件”显示为“调焦手轮”（以后对其它部件的选

8、择也是一样，不再赘述）。b.) 单击“观察显微镜视野”按钮进入“调节窗口”，在左下图中的旋钮上按住鼠标左键或者右键，直到底片清晰可见（图9-18）。图9-18 可以看出，图9-18中的底片比未调节“调焦手轮”之前的底片（图9-16）要清晰得多。c.) 该部件已经调节完毕，单击“调节窗口”上的“选择调节部件”回到“选择窗口”。(4) 选择“对线手轮”进行调节操作，目的是用一个固定的参照系确定要测量的谱线的位置。“对线手轮”在仪器上的位置如图9-19（红色的部件）。图9-19a.) 单击该部件，选定该部件为调节部件。b.) 单击“观察显微镜视野”按钮进入“调节窗口”。c.) 在“调节窗口”的左下方

9、的旋钮上按住鼠标左键，直到在对线显微镜视野中的标准谱1和视野中央的青色竖线重合，如下图：图9-20d.) 调节完毕，按下“选择调节部件”回到“选择窗口”。(5) 在“选择窗口”中单击“锁紧螺钉”，使其处于松开状态。目的是配合下一步的调零操作。“锁紧螺钉”在仪器上的位置如图9-21所示（红色小方块）：图9-21(6) 选择“调零手轮”进行调节，目的是使对于每个量子数n的氢氘光谱测量，起始值都为一个整数，方便计算。调零手轮在仪器上的位置如图9-22所示（红色部件）：图9-22a.) 单击“观察显微镜视野”进入“调节窗口”。b.) 在左下图的旋钮上按住鼠标左键使读数显微镜视野中的黄色小游标对准背景标

10、尺的0刻度。如图9-23所示：图9-23c.)单击“选择调节部件”退回到“选择窗口”中。(7) 单击“锁紧螺钉”，使其处于锁紧状态，目的是配合下一步的读数操作。(8) 选择“读数螺钉”进行调节操作，目的是读出该谱线的位置的数值表示。读数螺钉在仪器上的位置如图9-24所示（红色部件）：图9-24a.) 单击“观察显微镜视野”，进入“调节窗口”。b.) 在左下图的旋钮上按住鼠标左键，直到读数显微镜视野中的黄色小游标被阿基米德双螺旋线卡住。此时从读数显微镜里读出的数字就是被测谱线的位置的数字表示。如图9-25所示。图9-25c.) 记下该数字，并单击左下方的“记录数据”按钮，弹出实验报告，在实验报告的相应位置上填上该数据（实验报告的使用方法请参考“实验报告处理系统说明”）。经过以上步骤，使用者就能测量出一条谱线的位置。重复以上操作，测量出对于每一个量子数n对应的4条谱线（两条标准铁谱线、一条氢谱线、一条氘谱线）位置，填写在实验报告上，并根据有关公式计算出各谱线的波长、里德堡常数，一并填写在实验报