近代物理实验十九 氢原子光谱_第1页
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实验十九氢原子光谱光谱线的超精细结构曾被认为是不同的同位素发射的谱线.但现在认为,超精细结构是单一的同位系的光谱线由原子核的自旋而引起的复杂结构,而不同的同位素的光谱差别则称为”同位素移位”.氢原子同位素移位是可以准确算出的。1932年尤里（H.C.Urey）等人用3m凹面衍射光栅拍摄巴耳末（J.J.Balmer）线系的光谱，发现在和的短波一侧均有一条弱的伴线，测量这些伴线的波长并在实验误差范围内与计算结果比较，从而证实了重氢(氘）的存在。一、实验目的（1）通过测量氢和氘谱线的波长，计算氢与氘的原子核的质量比以及里德伯（J.R.Rydberg）常量（）。（2）掌握棱镜摄谱仪的原理和使用方法，并学会用光谱进行分析。二、实验原理原子光谱是线光谱，光谱排列的规律不同，反映出原子结构的不同，研究原子结构的基本方法之一是进行光谱分析。氢原子光谱由许多谱线系组成，在可见光区的谱线系是巴耳末系，其代表线为，这些谱线的间隔和强度都向着短波方向递减，并满足下列规律：(1-1)式中B=364.56nm,n为正整数.当n=3,4,5,6时,上式分别给出各谱线波长,(1-1)式是瑞士物理学家巴耳末根据实验结果首先总结出来的,故称为巴耳末公式。若用波数表示谱线，则(1-1)式改写为：(1-1)式中为里德伯常量，n取整数。根据玻尔（N。Bohr）理论对氢原子和类氢原子的里德伯常量计算，有：式中为电子质量，M为原子核质量。由上式看出里德伯常量与原子核的质量有关，其中H是普朗克常量，c是光速，为真空中介电常数。由于M相对于来说是很大的，若把M当作无限大，即原子核不动，电子绕原子核运动，这时R即为。氘是氢的同位素，它们有相同的质子和核外电子，只是氘比氢多了一个中子而使原子核的质量发生变化，从而使得它的里德伯常量值也发生了变化，故氢和氘的里德伯常量分别为：（1--4）（1-5）式中分别表示氢与氘原子核的质量。由（1-4）、（1-5）两式解出：（1-6）为氢原子核质量与电子质量之比（取值为1836），如果通过实验测出，则可算出氢与氘原子核质量比。由于氢与氘的光谱有相同的规律性，故氢和氘的巴耳末公式的形式相同，分别为：（1-7）（1-8）式中为氘的各谱线波长。实验中只要测得各谱线的或，并辨认出与各谱线对应的n，即可算出。4．测定谱线波长利用与铁谱对比进行测量，底片上要并列拍摄两排光谱，一排为氢氘光谱，另一排是作为标准的铁谱线，它的每一条谱线都是已知的。由于光栅摄谱仪的色散接近线性，因此可用直线内插法近似计算氢氘谱线波长，为了减小测量误差，选择的铁谱线不仅越靠近待测谱线越好，而且尽量选择比较清晰且细的铁谱线。如图1-2中,为待测谱线，为待测谱线附近的已知铁线谱，及是利用阿贝比长仪分别测试出的各谱线的位置坐标，则待测谱线波长为：（1-9）

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