测量氢原子光谱解析

1、实验三十四观测氢原子光谱【目的要求】测定氢原子巴尔末系发射光谱的波长和氢的里德伯常量；了解氢原子能级与光谱的关系，划出氢原子能级图；了解光栅的分光作用。【仪器用具】氢灯，汞灯，平面透射光栅，分光计，放大镜，平面镜。【实验原理】光源与光谱白炽灯等热辐射光源的发射光谱为连续谱；氢灯、汞灯、钠灯等原子气体(或金属蒸气)放电时发射 的光谱为分立的线光谱；分子气体、液体和固体的发射光谱多为带光谱。光栅的分光原理当一束平行光垂直入射到光栅平面上，衍射光满足光栅方程 TOC o 1-5 h z d sin 中=k人,k = 0,1,2,，(1)式中d为光栅常数，中为衍射角，k为衍射级数，人为入射光波长。氢原

2、子光谱图34-3是氢原子的能级图。电子从高能级跃迁到低能级时，发射的光子能量为两能级间的能量差:ho = E(m) - E(n),m n(2)又因：o = C所以有：hC = E(m) 一 E(n)人力若以波数b=1.,m表示，则上式变为(3)亦 = E(m)- E(n) = r (上 _) 人 hcH n 2 (3)式中Rh称为氢原子的里德伯常量(单位是m -1 )。从Rh可得氢原子各能级的能量1E(n) = R hc ,n = 1,2,3 ,(4)式中h = 4.13567 x 10-15叩 s是普朗克常数，c = 2.99792 x 108 m s-1为真空中的光速。当电子从m ( m

3、3 )至n = 2跃迁时，光子波长位于可见光区，称为氢原子的巴尔末系。其光谱符 合规律=Rh 2-孔，m = 3,4,5,(5)如果测出可见光区巴尔末系H m=3)气m= 4)H.(m = 5)Hg(m = 6)四条谱线的波长人，可由式(5)计算出氢的里德伯常量Rh。【实验内容】仪器调节.望远镜聚焦无穷远；平行光管产生平行光；使望远镜和平行光管的光轴都垂直仪器转轴，光栅平面与 平行光管光轴垂直；光栅的刻痕与仪器转轴平行。（1）调节分光计.粗调.调节望远镜聚焦无穷远，以及光轴垂直仪器转轴（平面镜与叩2连线平行，调节b3）.调节平行光管产生平行光.（用汞灯调节）调节平行光管光轴垂直仪器转轴:调节平

4、行光管的倾角螺钉使狭缝像相对+”准线的中央横线。 上下对称.（2）光栅的调节.调节光栅平面与平行光管光轴垂直.（三线重合）用望远镜对准平行光管，使望远镜目镜中的竖直准线尸尸对准汞灯的狭缝像，然后固定望远镜；将光栅平面垂直bb连线放置，调节b、b使光栅平面反射回来的亮“十”字像落在MN线上。转动游标盘 1 212使亮“十”字像落在MN与PP交点处，即光栅平面与望远镜垂直。调节光栅刻痕与仪器转轴平行.调节b3使望远镜中观察到的正负级谱线等高，即使正负级谱线被。平分（可固定望远镜，转动游 标盘观察）。然后，返回来再检查光栅平面是否与平行光管光轴垂直，如此反复调节，直到以上两个条件 同时满足。此时，固

5、定游标盘，并在以后的测量中不要再动光栅。测定光栅常数d .（1）以汞灯为光源，观察和记录汞原子光谱的形式、颜色、分布特点，以及它们的偏折情况。（2）测量k = 1级、波长为人=546.07nm的绿光的衍射角如下所列：1表L %角（汞光源衍射角）测量数据表 分光计 = 1k谱线左游标读数右游标读数左右平均读数0 p=0-000 矿=000甲=2。+甲）+1级绿+174o413.2202540433.1509= 3.180+10级0077o54257052-1级绿-181o43.170261013.1509 = 3.1601 1级平均值绿1 = 2G 1 +甲)=3.1710（3）将衍射角听代入方

6、程（1）计算光栅常数d .d 人 sin 9872.3nm3.观测氢原子光谱.（1）用氢灯替代汞灯照亮狭缝，并使其位于平行光管的光轴上，观察和记录氢原子巴尔末系光谱的形式、颜色、分布特点以及它们的偏折情况。（2）测量巴尔末系k 1级H皿（红色）、% （蓝色）、Hy （紫色）三条谱线的衍射角气，如下所列: 表2：林H ），林H ），p（H）角（氢光源衍射角）测量数据表分光计- 11 Y 1 P 1 ak谱线左游标读数右游标读数左右平均读数0 p=0-000 p=000甲=2 G+甲）HP740432.7802540412.820p 2.800+1Ha73。443.7702530403.830p

7、3.800+10级0077030257030-1级Ha810193.8202610153.750p 3.7801HP800212.8502600172.780p 2.8201p1H p)2.810pH )1 a3.79。3.观测巴尔末系中强度较弱的k 1级Hg （紫色）谱线（取决于氢灯质量）。d sin pH )= 483.69nm1 d sin pH )= 483.69nm1 P人H )= d sin p(H )= 652.84nma1 a5.将巴尔末系HaRG5.将巴尔末系HaRG )= y1P MHP k22 m2航110286.611/cm110262.381/cm RH )航110286.611/cm& ra k 22m2 )