測量氫原子光譜(帶數(shù)據(jù))解析

實驗三十四 觀測氫原子光譜【目的要求】1.測定氫原子巴爾末系發(fā)射光譜的波長和氫的里德伯常量；2.了解氫原子能級與光譜的關(guān)系，劃出氫原子能級圖；3.了解光柵的分光作用?！緝x器用具】氫燈，汞燈，平面透射光柵，分光計，放大鏡，平面鏡。【實驗原理】1.光源與光譜白熾燈等熱輻射光源的發(fā)射光譜為連續(xù)譜；氫燈、汞燈、鈉燈等原子氣體（或金屬蒸氣）放電時發(fā)射的光譜為分立的線光譜；分子氣體、液體和固體的發(fā)射光譜多為帶光譜。2.光柵的分光原理當(dāng)一束平行光垂直入射到光柵平面上，衍射光滿足光柵方程dsink,k0,1,2,,（1）式中d為光柵常數(shù)，為衍射角，k為衍射級數(shù)，為入射光波長。3.氫原子光譜圖34—3是氫原子的能級圖。電子從高能級躍遷到低能級時，發(fā)射的光子能量為兩能級間的能量差：hE(m)E(n),mn（2）又因：ccE(n)所以有：hE(m)若以波數(shù)1表示，則上式變?yōu)?E(m)E(n)RH(1212)（3）hcnm式中RH稱為氫原子的里德伯常量（單位是m1）。從RH可得氫原子各能級的能量E(n)RHhc12,n1,2,3,（4）n式中h4.135671015eVs是普朗克常數(shù)，c2.99792108ms1為真空中的光速。當(dāng)電子從m（m3）至n2躍遷時，光子波長位于可見光區(qū)，稱為氫原子的巴爾末系。其光譜符合規(guī)律111,m3,4,5,RH22m2（5）如果測出可見光區(qū)巴爾末系Hm3,Hm4,Hm5,Hm6四條譜線的波長，可由式（5）計算出氫的里德伯常量 RH?！緦嶒瀮?nèi)容】儀器調(diào)節(jié).望遠(yuǎn)鏡聚焦無窮遠(yuǎn)；平行光管產(chǎn)生平行光；使望遠(yuǎn)鏡和平行光管的光軸都垂直儀器轉(zhuǎn)軸，光柵平面與平行光管光軸垂直；光柵的刻痕與儀器轉(zhuǎn)軸平行。（1）調(diào)節(jié)分光計.①粗調(diào).②調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡聚焦無窮遠(yuǎn)，以及光軸垂直儀器轉(zhuǎn)軸（平面鏡與b1b2連線平行，調(diào)節(jié)b3）.③調(diào)節(jié)平行光管產(chǎn)生平行光.（用汞燈調(diào)節(jié)）④調(diào)節(jié)平行光管光軸垂直儀器轉(zhuǎn)軸：調(diào)節(jié)平行光管的傾角螺釘使狹縫像相對“╪”準(zhǔn)線的中央橫線OO上下對稱.（2）光柵的調(diào)節(jié).①調(diào)節(jié)光柵平面與平行光管光軸垂直.（三線重合）用望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)平行光管，使望遠(yuǎn)鏡目鏡中的豎直準(zhǔn)線PP對準(zhǔn)汞燈的狹縫像，然后固定望遠(yuǎn)鏡；將光柵平面垂直b1b2連線放置，調(diào)節(jié)b1、b2使光柵平面反射回來的亮“十”字像落在MN線上。轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤使亮“十”字像落在MN與PP交點處，即光柵平面與望遠(yuǎn)鏡垂直。②調(diào)節(jié)光柵刻痕與儀器轉(zhuǎn)軸平行.調(diào)節(jié)b3使望遠(yuǎn)鏡中觀察到的正負(fù)級譜線等高，即使正負(fù)級譜線被OO平分（可固定望遠(yuǎn)鏡，轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤觀察）。然后，返回來再檢查光柵平面是否與平行光管光軸垂直，如此反復(fù)調(diào)節(jié)，直到以上兩個條件同時滿足。此時，固定游標(biāo)盤，并在以后的測量中不要再動光柵。測定光柵常數(shù)d.以汞燈為光源，觀察和記錄汞原子光譜的形式、顏色、分布特點，以及它們的偏折情況。(2)測量k1級、波長為546.07nm的綠光的衍射角1，如下所列：表1：1角（汞光源衍射角）測量數(shù)據(jù)表分光計1左游標(biāo)讀數(shù)右游標(biāo)讀數(shù)左右平均讀數(shù)k譜線00121級綠1740413.2202540433.15013.1800級0770542570521級綠181043.170261013.15013.1601級平均值綠111113.17102(3)將衍射角1代入方程（1）計算光柵常數(shù)d.sin19872.3nm觀測氫原子光譜.用氫燈替代汞燈照亮狹縫，并使其位于平行光管的光軸上，觀察和記錄氫原子巴爾末系光譜的形式、顏色、分布特點以及它們的偏折情況。(2)測量巴爾末系k1級H（紅色）、H（藍(lán)色）、H(紫色)三條譜線的衍射角1，如下所列：表2：1H，1H，1H角（氫光源衍射角）測量數(shù)據(jù)表分光計1左游標(biāo)讀數(shù)右游標(biāo)讀數(shù)左右平均讀數(shù)譜線0012kH740432.7802540412.82012.800H730443.7702530403.83013.8000級077030257030H810193.8202610153.75013.7801級H800212.8502600172.78012.8201H2.8101H3.7903.觀測巴爾末系中強(qiáng)度較弱的k1級H（紫色）譜線（取決于氫燈質(zhì)量）。4.將衍射角的平均值1和光柵常數(shù)d代入光柵方程（），計算巴爾末H，H，兩條條譜線的波長。1Hdsin1H483.69nmHdsin1H652.84nm5.將巴爾末系H，H，H三條譜線的波長代入式（5），計算里德伯常量的平均值RH。RH1110262.381/cmRH1110286.611/cm1111HHm222m222RH110