实验三氢原子光谱的研究
课任教师：胡君辉
一、明确实验目的
1、学习摄谱、识谱和谱线测量等光谱研究的基本技术。
2、通过测量氢光谱可见谱线的波长，验证巴耳末公式的正确性，从而对玻尔理论的实验基础有具体了解。
3、力求准确测定氢的里德伯常数，对近代测量所达到的精度有一初步了解。
二、仪器介绍和实验原理讲解
1、仪器介绍
实验中需要的仪器为：
A、拍谱用的摄谱仪（见讲义附录A）（重点介绍）；
B、寻找和辨认谱线的映谱仪和铁谱图（见讲义附录B）；
C、测量谱线距离用的比长仪（见讲义附录C），（拍好底片后讲解示范如何使用）；
D、氢谱光源和作为铁谱光源的电弧发生器（重点介绍）。
2、注意事项
（1）移动氢灯时要特别小心，以免碰坏；不要使氢灯接触摄谱仪金属部分，以免氢灯冷热不均，引起爆裂，氢灯电源高压危险，小心操作。
（2）先调节铁光谱光斑位置及大小，使其正对狭缝并照满光阑，然后调整氢光谱管的位置，使观察到的光谱彩带最亮，装上毛玻璃，调整物镜聚焦，使谱线最清晰，然后进行拍摄。曝光顺序为“先氢后铁”。
(3) 由于氢光源较弱，拍摄时要将氢放电管平行地尽量靠近狭缝（勿与摄谱仪接触），使进入狭缝的光尽可能地强。铁谱光源的光通过透镜聚在狭缝上，使其成为直径约为一厘米的光斑即可。两种光源都用高压电源，必须注意人身安全，调整电极时必须先断电源。调整电极与操纵电源要由同一人进行，以防多人配合不当，发生危险。对铁谱光源，最好戴防护镜以防紫外线伤眼（如果有）。
3、摄谱条件参考数据
（1）狭缝宽度：（已调好，不用再调）；
（2）中心波长位置：以铁谱的左边第一条红光出现在毛玻璃最左边沿为准；
（3）物镜位置：10（左边那台）；16（右边那台）
（4）底片盒偏转角度：10度；
（5）底片盒高度：三个位置，自己定；
(6)摄谱时间：氢光谱（15-20min），铁光谱（8s—12s）(重点强调)；
（7）冲洗底片时间：显影（15-20min），定影（10-12min）(重点强调)
4、实验原理讲授
引入：氢原子的结构最简单，它的线光谱明显地具有规律，早就为人们所注意。各种原子光谱的规律性的研究正式首先在氢原子上得到突破的，氢原子又是一种典型的最适合于进行理论与实验比较的原子。本世纪上半世纪中对氢原子光谱的种种研究在量子论的发展中多次起过重要作用。1913年玻儿建立了半经典的氢原子理论，成功地解释了包括巴耳末线系在内的氢光谱的规律。事实上氢的每一谱线都不是一条单独的线，换言之，都具有精细结构，不过用普通的光谱仪器难以分析，因而被当作单独一条而已。这一事实意味氢原子的每一能级都具有
精细结构。1916年索末菲考虑到氢原子中原子电子在椭圆轨道上近日点的速度已经接近光速，他根据相对论性力学修正了玻儿的理论，得到了氢原子能级精细结构的精确公式。但这仍是一个半经典理论的结果。1925年薛定谔建立了波动力学（即量子力学中的薛定谔方程），重新解释了玻尔理论所得到的氢原子能级。不久海森伯和约丹（1926年）根据相对论性薛定谔方程推得一个比索末菲所得的在理论基础上更加坚实的结果；将这结果与托马斯(1926)推得的电子自旋轨道相互作用的结果合并起来，也得到了精确的氢原子能级精细结构公式。尽管如此，根据该公式所得巴耳末系第一条的（理论）精细结构与不断发展着的精密测量中所得实验结果相比，仍有约百分之几的微小差异。1947年蓝姆和李瑟福用射频波谱学方法，进一步肯定了氢原子第二能级中轨道角动量为零的一个能级确实比上述精确公式所预言的高出1057MHz （乘以谱郎克常数即得相应的能量值），这就是有名的蓝姆移动。直到1949年，利用量子电动力学理论将电子与电磁场的相互作用考虑在内，这一事实才得到了解释，成为量子电动力学的一项重要实验根据。
在可见光区中氢的谱线可以用巴耳末的经验公式（1885年）来表示，即 40
22-=n n λλ
(1)
式中n 为整数3，4，5，…..。通常这些氢谱线为巴耳末线系。为了更清楚地表明谱线分布的规律，将（1）式改写作
)()(22201211414
1n H n R -=-=λλ （2）
式中R H 称为氢的里德伯常数。上右侧的整数2换成1，3，4，….，可得氢的其它线系。以这些经验公式为基础，玻尔建立了氢原子的理抡（玻尔模型），并从而解释了气体放电时的发光过程。根据玻尔理论，每条谱线对应于原子从一个能级跃迁到另一个能级所发射的光子。按照这个模型得到巴耳末线系的理论公式为
)(2234220121)1(2)4(1
1n c h me m -=+ππελ
（3）
式中e 0 为真空中介点常数，h 为谱郎克常数，c 为光速，e 为电子电荷，m 为电子质量，M 为氢核的质量。这样，不仅给予巴耳末的经验公式以物理解释，而且里德伯常数和许多基本物理常数联系起来了。即
1)1(-∞+=M m H R R
（4）
其中 R ∞ 为将核的质量视为 ∞ （即假定核固定不动）时的里德伯常数
c h me R 342202)4(1
ππε=∞
（5）
比较式（2）和（3），可以看出它们在形式上是一样的。因此，（3）式和实验结果的符合程度，成为检验玻尔理论正确性的重要依据之一。实验表明（3）式与实验数据的符合程度是相当高的。当然，就其对理论发展的作用来讲，验证公式
（3）在目前的科学研究不再是个问题。但是，由于里德伯常数的测定比起一般的基本物理常数来可以达到更高的精度，因而，成为调准基本物理常数值的重要依据之一，占有跟重要的地位。目前的公认为
1013.0534.10973731--
∞+=m R 设M 为质子的质量，则m/M=（5446170.13+0.11）*10-10，代入式（4）中可得
R H =10967758.306+0.013m -1
三、氢谱线测量方法和实验内容讲解
1、氢谱线测量方法
实验的主要内容就是测出氢光谱在可见区和近紫外区的谱线波长。测量波长的方法如下：用摄谱仪在底片上并排拍下氢光谱和铁光谱。由于铁谱中各谱线的波长已由前人精确测定，因此可以用铁谱作为尺子来测定氢谱线的波长。从底片上氢谱线相对于铁谱线的位置，即可计算出氢谱线的波长。
x d F H e F e F e 121λλλλ-+=
（6）
由此即可计算出该氢谱线波长。为此拍摄出一张好谱片是关键，可参照以下方法进行。
（1）拟订摄谱计划。由于氢谱线强度彼此相差悬殊，在相同的曝光时间下，很可能强线已经很粗，而弱线尚未拍出来。参考摄谱时间：氢光谱（15-20min ），铁光谱（8s —12s ）
（2）在全黑的暗室中安装底片。应注意使乳胶面向着光源。
（3）准备好氢谱光源和铁谱光源，并做相应的调节。利用哈特曼光阑依次按计划拍摄。用遮光板控制曝光时间。在拍同一组光谱的过程中，拍摄次序要合理，做到严格保持底片匣不动，以保证氢谱和铁谱位置无相对错动。
（4）在暗室冲洗拍好的底片，注意显影和定影的时间，冲洗毕用吹风机的冷风吹干。
（5）利用映谱仪找出全部拍下的氢谱线，并且利用铁谱图上的铁谱线测定它们的波长。
2、实验内容
（1）因时间关系，本实验仅要求对δγβ,,三条谱线分别进行测量，并计算出其波长，与标准值比较计算百分误差。公认0
0074.4101,47.4340,33.4861A A A ===δγβλλλ ，分别对应巴尔末公示中n ＝4，n ＝5，n ＝6时计算出的氢谱的波长）。其中对于β线要求测六祖数据，以便得到更精确的测量结果。
（2）由所求得的氢光谱线波长计算里德堡常数，计算平均值并和标准值比较计算百分误差。
（3）利用作图纸作出211n
和 的关系图。 （4）由于时间的关系，学生在实验报告中给出自己的结论和讨论。
注意：铁谱图上所标是空气中的波长，并且我们的测量是在空气中进行的。在计算R H 时，应该以真空中的波长代入。空气中折射率为n=1.00029，请思考如何作
修正。将修正后的R H 值与公认值比较是否在误差范围内相符。
3、辨认谱线
辨认谱线的步骤如下：
（1）直接用肉眼观察谱片，确定哪一侧波长大，哪一侧波长小。波长大的一侧背景较强，这是热辐射的连续光谱造成的。
（2）将谱片波长大的一侧放在左边，乳胶面向上，置于映谱仪片架上。接通光源电钮，调节放大镜头使成像清晰，找到所拍的铁谱。注意，跟谱片上相反，这时波长大的部分在右侧，依次向左波长逐渐减小，与铁谱图上相同以便比较。
（3）找到铁谱的第21号图片，在4950—4850A 附近有四条很强、排列比较齐的铁谱线，因为它的外形特殊而附近没有什么很强的谱线，易于寻找，所以一般都以它作为起点。左右移动谱片，在映谱仪白屏上找到上述四根线。然后根据铁谱上的谱线分布花样，依次向左（波长逐渐减小）或向右（波长逐渐增加）逐段查对，直到找到所要辨认的谱线。辨认铁光谱时，建议只注意很强的，或排列有特点的谱线，这样易于和铁谱图对照。
用比长仪测谱线间距的步骤如下：
（1）将谱片放在置片台上，调节台下两反射镜，使左右两视场明亮。
调节看谱显微镜的目镜和物镜，使叉丝及谱线清晰。调节读数显微镜的目镜，使螺旋微米计刻度清晰。
（2）调整谱片方位，使谱片随置片台移动时上下叉丝会合处能始终处于两个光谱的分界处，以保证测得的距离是谱线间垂直距离。
（3）调节叉丝，使之与谱线平行。移动置片台，依次测定各谱线位置。测每一谱线时，都要使谱线位于叉丝双线的正中，然后再从读数显微镜中读出其位置读数。由各谱线的位置即可求出它们之间的距离。
一、基本原理 1.原子吸收光谱的产生 众所周知，任何元素的原子都是由原子核和绕核运动的电子组成，原子核外电子按其能量的高低分层分布而形成不同的能级。因此，一个原子核可以具有多种能级状态。能量最低的能级状态称为基态能级（E 0=0），其余能级称为激发态能级，而能最低的激发态则称为第一激发态。正常情况下，原子处于基态，核外电子在各自能量最低的轨道上运动。如果将一定外界能量如光能提供给该基态原子，当外界光能量E 恰好等于该基态原子中基态和某一较高能级之间的能级差△E 时，该原子将吸收这一特征波长的光，外层电子由基态跃迁到相应的激发态，而产生原子吸收光谱。电子跃迁到较高能级以后处于激发态，但激发态电子是不稳定的，大约经过10-8秒以后，激发态电子将返回基态或其它较低能级，并将电子跃迁时所吸收的能量以光的形式释放出去，这个过程称原子发射光谱。可见原子吸收光谱过程吸收辐射能量，而原子发射光谱过程则释放辐射能量。核外电子从基态跃迁至第一激发态所吸收的谱线称为共振吸收线，简称共振线。电子从第一激发态返回基态时所发射的谱线称为第一共振发射线。由于基态与第一激发态之间的能级差最小，电子跃迁几率最大，故共振吸收线最易产生。对多数元素来讲，它是所有吸收线中最灵敏的，在原子吸收光谱分析中通常以共振线为吸收线。 2.原子吸收光谱分析原理 2.1谱线变宽及其原因 原子吸收光谱分析的波长区域在近紫外区。其分析原理是将光源辐射出的待测元素的特征光谱通过样品的蒸汽中被待测元素的基态原子吸收后，测定发射光谱被减弱的程度，进而求得样品中待测元素的含量，它符合吸收定律： ()0k l I I e νν-= (1.1) 0log 0.434I K l A I ν ν=-=- (1.2) 其中：K v 为一定频率的光吸收系数，K v 不是常数，而是与谱线频率或波长有关，I v 为透射光强度，I 0为发射光强度。
氢原子光谱 摘 要：本实验用光栅光谱仪对氢原子光谱进行测量，测得了氢原子光谱巴尔末线系的波长，求出了里德伯常数。最后对本实验进行了讨论。 关键词：氢原子光谱，里德伯常数，巴尔末线系，光栅光谱仪 1. 引言 光谱线系的规律与原子结构有内在的联系，因此，原子光谱是研究原子结构的一种重要方法。1885年巴尔末总结了人们对氢光谱测量的结果，发现了氢光谱的规律，提出了著名的巴尔末公式，氢光谱规律的发现为玻尔理论的建立提供了坚实的实验基础，对原子物理学和量子力学的发展起过重要作用。1932年尤里根据里德伯常数随原子核质量不同而变化的规律，对重氢赖曼线系进行摄谱分析，发现氢的同位素氘的存在。通过巴尔末公式求得的里德伯常数是物理学中少数几个最精确的常数之一，成为检验原子理论可靠性的标准和测量其他基本物理常数的依据。 2. 氢原子光谱 氢原子光谱是最简单、最典型的原子光谱。用电激发氢放电管(氢灯)中的稀薄氢气(压力在102Pa 左右)，可得到线状氢原子光谱。瑞士物理学家巴尔末根据实验结果给出氢原子光谱在可见光区域的经验公式 （1） 式中λH 为氢原子谱线在真空中的波长。 λ0＝364.57ｎｍ是一经验常数。 ｎ取3，4，5等整数。 若用波数表示，则上式变为 （2） 式中ＲH 称为氢的里德伯常数。 根据玻尔理论，对氢和类氢原子的里德伯常数的计算，得 （3） 式中Ｍ为原子核质量，ｍ为电子质量，e 为电子电荷，c 为光速，h 为普朗克常数，ε0为真空 42 2 0-=n n H λλ??? ??-==22 1211~n R v H H H λ)/1()4(23202 42M m ch z me R z += πεπ
摘要：本实验用光栅光谱仪对氢原子光谱进行测量，测得了氢原子光谱巴尔末线系的波长， 求出了里德伯常数。最后对本实验进行了讨论。 关键词：氢原子光谱，里德伯常数，巴尔末线系 正文 一、引言 光谱线系的规律与原子结构有内在的联系，因此，原子光谱是研究原子结构的一种重要方法。1885年巴尔末总结了人们对氢光谱测量的结果，发现了氢光谱的规律，提出了著名的巴尔末公式，氢光谱规律的发现为玻尔理论的建立提供了坚实的实验基础，对原子物理学和量子力学的发展起过重要作用。1932年尤里（H. C. Uery ）根据里德伯常数随原子核质量不同而变化的规律，对重氢赖曼线系进行摄谱分析，发现氢的同位素——氘的存在。通过巴尔末公式求得的里德伯常数是物理学中少数几个最精确的常数之一，成为检验原子理论可靠性的标准和测量其他基本物理常数的依据。 WGD-3型光栅光谱仪用于近代物理实验中的氢原子光谱实验，一改以往在摄谱仪上用感光胶片记录的方法，而使光谱仪既可在微机屏幕上显示，又可打印成谱图保存，实验结果准确明了。 二、实验目的 1、熟悉光栅光谱仪的性能和用法； 2、用光栅光谱仪测量氢原子光谱巴尔末系数的波长，求里德伯常数； 三、实验原理 氢原子光谱 氢原子光谱是最简单、最典型的原子光谱。用电激发氢放电管(氢灯)中的稀薄氢气(压力在102Pa 左右)，可得到线状氢原子光谱。瑞士物理学家巴尔末根据实验结果给出氢原子光谱在可见光区域的经验公式 2 024 H n n λλ=?- 式中H λ为氢原子谱线在真空中的波长，ι0＝364.57nm 是一经验常数；n 取3，4，5等整数。 若用波数表示，则上式变为 式中H R 称为氢的里德伯常数。 根据玻尔理论，对氢和类氢原子的里德伯常数的计算，得 ??? ??-==221211~n R v H H H λ)/1()4(23202 42M m ch z me R z += πεπ
原子吸收光谱定量分析实验报告 班级：环科10-1 姓名：王强学号：27 一、实验目的： 1．了解石墨炉原子吸收分光光度计的使用方法。 2．了解石墨炉原子吸收分光光度计进样方法及技术关键。 3.学会以石墨炉原子吸收分光光度法进行元素定量分析的方法。 二、实验原理： 在原子吸收分光光度分析中，火焰原子吸收和石墨炉原子吸收是目前使用最多、应用范围最广的两种方法。相对而言，前者虽然具有振作简单、重现性好等优点而得到广泛应用，但该法由于雾化效率低、火焰的稀释作用降低了基态原子浓度、基态原子在火焰的原子化区停留时间短等因素限制了测定灵敏度的提高以及样品使用量大等方面的原因，对于来源困难、鹭或数量很少的试样及固态样品的直接分析，受到很大的限制。石墨炉原子化法由于很好地克服了上述不足，近年来得到迅速的发展。 石墨炉原子吸收方法是利用电能使石墨炉中的石墨管温度上升至2000 ~ 3000 ℃的高温，从而使待测试样完全蒸发、充分的原子化，并且基态原子在原子化区停留时间长，所以灵敏度要比火焰原子吸收方法高几个数量级。样品用量也少，仅5 ~ 100 uL。还能直接分析固体样品。该方法的缺点是干扰较多、精密度不如火焰法好、仪器较昂贵、操作较复杂等。 本实验采用标准曲线法，待测水样品用微量分液器注入，经过干燥、灰化、原子化等过程对样品中的痕量镉进行分析。 三、仪器和试剂： 1．仪器 由北京瑞利分析仪器公司生产的WFX-120型原子吸收分光光度计。 镉元素空心阴极灯 容量瓶 50 mL（5只）微量分液器 ~ mL及5 ~ 50 uL
2．试剂 100 ng/mL镉标准溶液（1%硝酸介质） 2 mol/L硝酸溶液 四、实验步骤： 1．测定条件 分析线波长： nm 灯电流：3 mA 狭缝宽度： nm 干燥温度、时间：100℃、15 s 灰化温度、时间：400℃、10 s 原子化温度、时间：2200℃、3 s 净化温度、时间：2200℃、2 s 保护气流量：100 mL/min 2．溶液的配制 取4只50 mL容量瓶，分别加入0 mL、 mL、 mL、 mL浓度为100 ng/mL的镉标准溶液，再各添加 mL硝酸溶液（2 mol/L），然后以Milli-Q去离子水稀释至刻度，摇匀，供原子吸收测定用。 取水样500 mL于烧杯中，加入5 mL浓硝酸溶液，加热浓缩后转移至50 mL 容量瓶，以Milli-Q去离子水稀释至刻度，摇匀，此待测水样供原子吸收测定用。3．吸光度的测定 设置好测定条件参数，待仪器稳定后，升温空烧石墨管，用微量分液器由稀到浓向石墨管中依次注入40 uL标准溶液及待测水样，测得各份溶液的吸光度。 五、数据记录：
氢原子光谱实验研究 张清琳(045) 指导教师:胡君辉 摘要：本文通过实验利用摄谱仪测量氢灯可见光各光谱线的波长值，了解氢原子光谱规律,能较准确测定氢的里德伯常数，同时学会光谱分析的一般方法。 关键字：氢光谱；摄谱仪；里德伯常数； 引言：原子吸收光谱分析，是利用物质的基态原子可以吸收特定波长单色辐射的光量子，其吸收量的大小是与物质原子浓度成比例的关系为基础的。氢原子的结构最简单，它发出的光谱有明显的规律，很早就为人们所注意，光谱的规律首先由氢原子光谱得到突破，从而为原子结构的研究提供了重要依据。因而，氢原子光谱的研究，在原子物理学的发展中一直起着重要的作用。 正文： 一、氢光谱原理 一百余年来，人们研究氢原子的光谱结构，不论在实验方面，还是在理论方面都取得了丰硕的成果。实验上精确测量各谱线的波长、发现和测量各个氢谱系、探测谱线的精确结构，数据越来越精确，理论上则相当完满地解释了这些谱线的成因，从而发展了电子与电磁场相互作用的理论。 1885年巴尔末根据实验结果，经验性的确定了可见光区域氢光谱的谱线分布规律，写 作（1） 式中为连续的整数3，4，5……。一般常称这些氢谱线为巴尔末线系。之后，又陆续发现氢的其他线系。为了更清楚的表明谱线分布的规律，将（1）式改写为 （2） 式中称为氢的里德伯常数。在这些完全从实验得到的经验公式的基础上，玻尔建 立了原子模型的理论，并从而解释了气体放电时的发光的过程。根据玻尔的理论，每条谱线是对应于原子中的电子从一个能级跃迁到另一个能级释放能量的结果。根据这个理论，对巴尔末线系有 （3）
式中为电子电荷，为普朗克常数，为光速，为电子质量，为氢原子核的质 量。这样，不仅给予巴尔末的经验公式以物理解释，而且把里德伯常数和许多基本物理常数联系了起来。即 （4） 其中代表将核的质量视为（即假定核固定不动）时的里得伯常数： （5） 比较（2）（3）式，可以认为（2）式是玻尔理论推论所得到的关系。因此，（2）和实验结果符合到什么程度，就可检验波尔理论正确到什么程度。实验表明（2）式与实验数据符合的程度相当高，而成为玻尔理论的有力证据。 继巴尔末规律之后，又发现氢光谱有更为复杂的结构，巴尔末规律只能作为一个近似的规律；同时，原子结构的理论也有了很大的发展。因此，就其对理论的作用来讲，验证公式（2）在目前的科学研究中已不必要。但是里德伯常数的测定比起一般基本物理常数来可以达到更高的精度，因而成为一个测定基本物理常数的依据，占有很重要的地位。目前公认 瑞典光谱学家里德堡（Rydberg）发现，改用波数表示巴尔末公式时，其规律性更为明显。波数等于波长的倒数，于是（2）式改为 这是现在常用的巴尔末公式。符号称为里德堡常数。 二、实验仪器 (1) 摄谱仪：照明系统的光轴必须与摄谱仪的光轴重合,才能使谱线最明亮。 (2) 电弧发生器做铁谱光源：本实验采用了两根铁棒作电极,接WJD —4 型交流电弧 火花发生器。为了能使电弧火花均匀而集中地照射狭缝后的棱镜中央,采用单透镜光路,称为照明系统,照明系统的光轴必须调到与摄谱仪光轴重合。 (3) 氢管做为氢光光源：由霓虹灯变压器供电，如图1所示。氢灯加上高压后，其分子 在放电过程中分解为原子，然后进入激发状态产生光辐射。由于氢灯的光强很弱，所以应将氢灯的毛细管中部靠近摄谱仪的狭缝。
原子吸收光谱定量分析实验报告班级：环科10-1 姓名：王强学号：2010012127 一、实验目的： 1．了解石墨炉原子吸收分光光度计的使用方法。 2．了解石墨炉原子吸收分光光度计进样方法及技术关键。 3.学会以石墨炉原子吸收分光光度法进行元素定量分析的方法。 二、实验原理： 在原子吸收分光光度分析中，火焰原子吸收和石墨炉原子吸收是目前使用最多、应用范围最广的两种方法。相对而言，前者虽然具有振作简单、重现性好等优点而得到广泛应用，但该法由于雾化效率低、火焰的稀释作用降低了基态原子浓度、基态原子在火焰的原子化区停留时间短等因素限制了测定灵敏度的提高以及样品使用量大等方面的原因，对于来源困难、鹭或数量很少的试样及固态样品的直接分析，受到很大的限制。石墨炉原子化法由于很好地克服了上述不足，近年来得到迅速的发展。 石墨炉原子吸收方法是利用电能使石墨炉中的石墨管温度上升至2000 ~ 3000 ℃的高温，从而使待测试样完全蒸发、充分的原子化，并且基态原子在原子化区停留时间长，所以灵敏度要比火焰原子吸收方法高几个数量级。样品用量也少，仅 5 ~ 100 uL。还能直接分析固体样品。该方法的缺点是干扰较多、精密度不如火焰法好、仪器较昂贵、操作较复杂等。 本实验采用标准曲线法，待测水样品用微量分液器注入，经过干
燥、灰化、原子化等过程对样品中的痕量镉进行分析。 三、仪器和试剂： 1．仪器 由北京瑞利分析仪器公司生产的WFX-120型原子吸收分光光度计。 镉元素空心阴极灯 容量瓶 50 mL（5只）微量分液器0.5 ~ 2.5 mL及5 ~ 50 uL 2．试剂 100 ng/mL镉标准溶液（1%硝酸介质） 2 mol/L硝酸溶液 四、实验步骤： 1．测定条件 分析线波长：228.8 nm 灯电流：3 mA 狭缝宽度：0.2 nm 干燥温度、时间：100℃、15 s 灰化温度、时间：400℃、10 s 原子化温度、时间：2200℃、3 s 净化温度、时间：2200℃、2 s 保护气流量：100 mL/min 2．溶液的配制 取4只50 mL容量瓶，分别加入0 mL、0.125 mL、0.250 mL、0.500 mL浓度为100 ng/mL的镉标准溶液，再各添加2.5 mL硝酸溶液（2 mol/L），然后以Milli-Q去离子水稀释至刻度，摇匀，供原子吸收测
关于氢原子光谱的超精细结构的研究 摘要：本文通过介绍原子核的结构、原子核的自旋以及核磁矩，讨论了氢原子光谱的超精细结构的产生原因并介绍了相关公式推导。 关键词：光谱；氢原子；超精细结构 原子核的结构 1、原子核 自卢瑟福提出原子的核式模型以来，原子就被分为两部分来处理：一是处于原子中心的原子核，一是绕核运动的电子。除了原子核的质量和电荷外，原子核的其他性质对原子的影响是相当微小的，核外电子的行为对原子核的性质也几乎毫无关系。原子和原子核是物质结构泾渭分明的两个层次。 2、原子核的结构 发现中子之前，人们知道的“基本”粒子只有两种：电子和质子。物理学家开始时有把原子核当做质子和电子的组成体的想法，但一开始就遇到了不可克服的困难。因为假如原子核由质子和电子所组成，那么，我们将无法解释核的自旋，且推导出来的原子核内电子的能量与实验结果不符。在查德威克发现中子之后，海森堡很快就提出了原子核由质子和中子所组成的假说。海森堡把质子和中子统称为核子，并把中子和质子看做核子的两个不同状态。 原子核的自旋以及核磁矩 1、电子自旋 在乌仑贝克和古兹米特提出电子自旋之前，泡利为了解释原子光谱的超精细结构，就提出了原子核作为一个整体必须有自旋的假设。但是，只有在查德威克发现中子之后，人们才理解自旋的起源。实验发现，中子和质子都是费米子，具有的固有角动量（自旋）与电子一样。既然原子核式中子和质子所组成，它的自旋就应该是中子和质子的轨道角动量和自旋之和。我们研究的“原子核的自旋”，都是指原子核基态的自旋。 2、核磁矩 除了核子的自旋磁矩外，我们还要考虑轨道磁矩。下面给出自核自旋的核磁矩的表示式。类似于原子磁矩的表示式，核磁矩和核自旋角动量I成正比。 μI = g IμN I 在磁场中，核自旋磁矩与磁场相互作用所产生的附加能量为 U = -μI ?B = -g IμN Bm I 因为m I有2I+1个值，所以有2I+1个不同的附加能量，于是就发生赛曼能级分裂，一条核能级在磁场中就分裂为2I+1条，相邻两条分裂能级间的能量差为 上述对核自旋磁矩与磁场的相互作用的讨论是下面研究氢原子光谱的超精细结构的基础。 氢原子的超精细结构光谱 最初讨论原子中的电子运动时，只考虑电子和原子核之间的库仑相互作用，后来随着实验水平的提高，人们发现了H的谱线并不是一条，由此引入电子自旋的概念，从而产生了了氢原子的精细结构。
氢原子光谱 一．实验目的 1．熟悉光栅光谱仪的性能和用法 2．用光栅光谱仪测量氢原子光谱巴尔末系数的波长，求里德伯常数 二．实验原理 氢原子光谱是最简单、最典型的原子光谱。用电激发氢放电管(氢灯)中的稀薄氢气(压力在102Pa 左右)，可得到线状氢原子光谱。瑞士物理学家巴尔末根据实验结果给出氢原子光谱在可见光区域的经验公式 2 024 H n n λλ=- （1） 式中H λ为氢原子谱线在真空中的波长。0364.57nm λ＝是一经验常数。n 取3,4,5等整数。 若用波数表示，则上式变为 221 112H H R n νλ?? = =- ??? （2） 式中H R 称为氢的里德伯常数。 根据玻尔理论，对氢和类氢原子的里德伯常数的计算，得 () () 242 2 3 0241/Z me Z R ch m M ππε= + （3） 式中M 为原子核质量，m 为电子质量，e 为电子电荷，c 为光速，h 为普朗克常数，0ε为真空介电常数，Z 为原子序数。 当M →∞时，由上式可得出相当于原子核不动时的里德伯常数(普适的里德伯常数)
() 242 2 3 024me Z R ch ππε∞= （4） 所以 () 1/Z R R m M ∞ = + （5） 对于氢，有 () 1/H H R R m M ∞ =+ （6） 这里H M 是氢原子核的质量。 由此可知，通过实验测得氢的巴尔末线系的前几条谱线j 的波长，借助（6）式可求得氢的里德伯常数。 里德伯常数R ∞是重要的基本物理常数之一，对它的精密测量在科学上有重要意义，目前它的推荐值为()=10973731.56854983/R m ∞ 表1为氢的巴尔末线系的前四条波长表 表1 氢的巴尔末线系波长 值得注意的是，计算H R 和R ∞时，应该用氢谱线在真空中的波长，而实验是在空气中进行的，所以应将空气中的波长转换成真空中的波长。即1λλλ?真空空气＝＋，氢巴尔末线系前6条谱线的修正值如表2所示。 表2 真空—空气波长修正值
实验三氢原子光谱的研究 课任教师：胡君辉 一、明确实验目的 1、学习摄谱、识谱和谱线测量等光谱研究的基本技术。 2、通过测量氢光谱可见谱线的波长，验证巴耳末公式的正确性，从而对玻尔理论的实验基础有具体了解。 3、力求准确测定氢的里德伯常数，对近代测量所达到的精度有一初步了解。 二、仪器介绍和实验原理讲解 1、仪器介绍 实验中需要的仪器为： A、拍谱用的摄谱仪（见讲义附录A）（重点介绍）； B、寻找和辨认谱线的映谱仪和铁谱图（见讲义附录B）； C、测量谱线距离用的比长仪（见讲义附录C），（拍好底片后讲解示范如何使用）； D、氢谱光源和作为铁谱光源的电弧发生器（重点介绍）。 2、注意事项 （1）移动氢灯时要特别小心，以免碰坏；不要使氢灯接触摄谱仪金属部分，以免氢灯冷热不均，引起爆裂，氢灯电源高压危险，小心操作。 （2）先调节铁光谱光斑位置及大小，使其正对狭缝并照满光阑，然后调整氢光谱管的位置，使观察到的光谱彩带最亮，装上毛玻璃，调整物镜聚焦，使谱线最清晰，然后进行拍摄。曝光顺序为“先氢后铁”。 (3) 由于氢光源较弱，拍摄时要将氢放电管平行地尽量靠近狭缝（勿与摄谱仪接触），使进入狭缝的光尽可能地强。铁谱光源的光通过透镜聚在狭缝上，使其成为直径约为一厘米的光斑即可。两种光源都用高压电源，必须注意人身安全，调整电极时必须先断电源。调整电极与操纵电源要由同一人进行，以防多人配合不当，发生危险。对铁谱光源，最好戴防护镜以防紫外线伤眼（如果有）。 3、摄谱条件参考数据 （1）狭缝宽度：（已调好，不用再调）； （2）中心波长位置：以铁谱的左边第一条红光出现在毛玻璃最左边沿为准； （3）物镜位置：10（左边那台）；16（右边那台） （4）底片盒偏转角度：10度； （5）底片盒高度：三个位置，自己定； (6)摄谱时间：氢光谱（15-20min），铁光谱（8s—12s）(重点强调)； （7）冲洗底片时间：显影（15-20min），定影（10-12min）(重点强调) 4、实验原理讲授 引入：氢原子的结构最简单，它的线光谱明显地具有规律，早就为人们所注意。各种原子光谱的规律性的研究正式首先在氢原子上得到突破的，氢原子又是一种典型的最适合于进行理论与实验比较的原子。本世纪上半世纪中对氢原子光谱的种种研究在量子论的发展中多次起过重要作用。1913年玻儿建立了半经典的氢原子理论，成功地解释了包括巴耳末线系在内的氢光谱的规律。事实上氢的每一谱线都不是一条单独的线，换言之，都具有精细结构，不过用普通的光谱仪器难以分析，因而被当作单独一条而已。这一事实意味氢原子的每一能级都具有
激光拉曼光谱实验报告 摘要：本实验研究了用半导体激光器泵浦的3Nd + ：4YVO 晶体并倍频后得到的532nm 激 光作为激发光源照射液体样品的4CCL 分子而得到的拉曼光谱，谱线很好地吻合了理论分析的4CCL 分子4种振动模式，且频率的实验值与标准值比误差低于2%。又利用偏振片及半波片获得与入射光偏振方向垂直及平行的出射光，确定了各振动的退偏度，分别为、、、，和标准值0和比较偏大。 关键词:拉曼散射、分子振动、退偏 一， 引言 1928年，印度物理学家拉曼（）和克利希南（）实验发现，当光穿过液体苯时被分子散射的光发生频率变化，这种现象称为拉曼散射。几乎与此同时，苏联物理学家兰斯别而格（）和曼杰尔斯达姆（）也在晶体石英样品中发现了类似现象。在散射光谱中，频率与入射光频率0υ相同的成分称为瑞利散射，频率对称分布在0υ两侧的谱线或谱带01υυ±即为拉曼光谱，其中频率较小的成分01υυ-又称为斯托克斯线，频率较大的成分01υυ+又称为反斯托克斯线。这种新的散射谱线与散射体中分子的震动和转动，或晶格的振动等有关。 拉曼效应是单色光与分子或晶体物质作用时产生的一种非弹性散射现象。拉曼谱线的数目，位移的大小，谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关。因此，与红外吸收光谱类似，对拉曼光谱的研究，也可以得到有关分子振动或转动的信息。目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定，分子结构的研究谱线特征。 20世纪60年代激光的问世促进了拉曼光谱学的发展。由于激光极高的单色亮度，它很快被用到拉曼光谱中作为激发光源。而且基于新激光技术在拉曼光谱学中的使用，发展了共振拉曼、受激拉曼散射和番斯托克斯拉曼散射等新的实验技术和手段。 拉曼光谱分析技术是以拉曼效应为基础建立起来的分子结构表征技术,其信号来源于分子的振动和转动。它提供快速、简单、可重复、且更重要的是无损伤的定性定量分析，无需样品准备，样品可直接通过光纤探头或者通过玻璃、石英、和光纤测量。拉曼光谱的分析方向有定性分析、结构分析和定量分析。
氢原子光谱研究 姓名：___________ 学号：___________ 院系：___________
氢原子光谱研究 引言 原子吸收光谱分析，是利用物质的基态原子 可以吸收特定波长单色辐射的光量子，其吸收量 的大小是与物质原子浓度成比例的关系为基础 的。氢原子的结构最简单，它发出的光谱有明显 的规律，很早就为人们所注意。光谱的规律首先 由氢原子光谱得到突破，从而为原子结构的研究 提供了重要依据。因而，氢原子光谱的研究在原 子物理学的发展中一直起着重要的作用。 实验原理 一百余年来，人们研究氢原子的光谱结构，不论在实验方面，还是在理论方面都取得了丰硕的成果。实验上精确测量各谱线的波长、发现和测量各个氢谱系、探测谱线的精确结构，数据越来越精确，理论上则相当完满地解释了这些谱线的成因，从而发展了电子与电磁场相互作用的理论。 1885年巴尔末根据实验结果，经验性的确定了可见光区域氢光谱的谱线分布规律，写作: （1） 式中为连续的整数3，4，5……。一般常称这些氢谱线为巴尔末系。之后又陆续发现氢的其他线系。为了更清楚的表明谱线分布的规律，将（1）式改写为:
（2） 式中称为氢的里德伯常数。 在这些完全从实验得到的经验公式的基础上，玻尔建立了原子模型的理论，并从而解释了气体放电时的发光的过程。根据玻尔的理论，每条谱线是对应于原子中的电子从一个能级跃迁到另一个能级释放能量的结果。根据这个理论，对巴尔末线系有: （3） 式中e为电子电荷，h为普朗克常数，c为光速，m为电子质量，M为氢原子核的质量。这样，不仅给予巴尔末的经验公式以物理解释，而且把里德伯常数和许多基本物理常数联系了起来。即: （4） 其中代表将核的质量视为（即假定核固定不动）时的里伯德常数： （5） 比较（2）（3）两式可认为（2）式是玻尔理论推论所得到的关系。因此（2）和实验结果符合到什么程度，就可检验波尔理论正确到什么程度。实验表明（2）式与实验数据符合的程度相当高，而成为玻尔理论的有力证据。 继巴尔末规律之后，又发现氢光谱有更为复杂的结构，巴尔末规律只能作为一个近似的规律。同时原子结构的理论也有了很大的发展。因此，就其对理论的作用来讲，验证公式（2）在目前的科学研究中已不必要。但
普通高中课程标准实验教科书—物理（选修3－5） 新课标要求 1．内容标准 （1）了解人类探索原子结构的历史以及有关经典实验。 例1 用录像片或计算机模拟，演示α粒子散射实验。 （2）通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构。 例2 了解光谱分析在科学技术中的应用。 2．活动建议 观看有关原子结构的科普影片。 新课程学习 18．3 氢原子光谱 ★新课标要求 （一）知识与技能 1．了解光谱的定义和分类。 2．了解氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末系。 3．了解经典原子理论的困难。 （二）过程与方法 通过本节的学习，感受科学发展与进步的坎坷。 （三）情感、态度与价值观 培养我们探究科学、认识科学的能力，提高自主学习的意识。 ★教学重点 氢原子光谱的实验规律 ★教学难点 经典理论的困难 ★教学方法 教师启发、引导，学生讨论、交流。 ★教学用具： 投影片，多媒体辅助教学设备 ★课时安排 1 课时
★教学过程 （一）引入新课 讲述： 粒子散射实验使人们认识到原子具有核式结构，但电子在核外如何运动呢？它的能量怎样变化呢？通过这节课的学习我们就来进一步了解有关的实验事实。 （二）进行新课 1．光谱（结合课件展示） 早在17世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现 象，并把实验中得到的彩色光带叫做光谱。 （如图所示） 讲述： 光谱是电磁辐射（不论是在可见光区域还是在不可见光区 域）的波长成分和强度分布的记录。有时只是波长成分的记录。 （1）发射光谱 物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。 发射光谱可分为两类：连续光谱和线光谱。 引导学生阅读教材，回答什么是连续光谱和线光谱？ 学生回答：连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱。只含有一些不连续的亮线的光谱叫做线光谱。线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。 教师讲述：炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱。如图所示。 稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是线光谱。线光谱是由游离状态的原子发射的，所以也叫原子的光谱。实践证明，原子不同，发射的线光谱也不同，每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此线光谱的谱线也叫原子的特征谱线。如图所示。 （2）吸收光谱 教师：高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的原子的发射光谱中的一条明线相对应。这表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光。因此吸收光谱中的暗谱线，也是原子的特征谱线。太阳的光
实验31（A ）原子发射光谱观测分析 【实验目的】 1． 学会使用光学多通道分析器的方法 2． 通过对钠原子光谱的研究了解碱金属原子光谱的一般规律 3． 加深对碱金属原子中外层电子与原子核相互作用以及自旋与轨道运动相互作用的了解 【实验仪器】 光学多通道分析器、光学平台、汞灯、钠灯、计算机 【原理概述】 钠属碱金属原子类，碱金属原子和氢原子一样，都只有一个价电子。但在碱金属原子中除了一个价电子外，还有内封闭壳层的电子，这些内封壳层电子与原子核构成原子实。价电子是在原子核和内部电子共同组成的力场中运动。原子实作用于价电子的电场与点电荷的电场有显著的不同。特别是当价电子轨道贯穿原子实时（称贯穿轨道），这种差别就更为突出。因此，碱金属原子光谱线公式为： ()()2 22*12*2 11~l l n R n R n n R μμν--'-'=???? ??-=' 其中ν ~为光谱线的波数；R 为里德堡常数。 n '与n 分别为始态和终态的主量子数 *2n 与*1n 分别为始态和终态的有效量子数 l '与l 分别为该量子数决定之能级的轨道量子数 l ''μ与l μ分别为始态和终态的量子缺（也称量子改正数，量子亏损） 根据就的波尔理论，在电子轨道愈接近原子中心的地方，μ的数值愈大。当轨道是贯穿轨道实，μ得数值还要大些。因为这时作用在电子上的原子核的有效电荷Z eff 有很大程度的改变。在非常靠近原子核的地方，全部核电荷作用在电子上。而距离很远的，原子核被周围电子屏蔽，以致有效核电荷1→eff Z 。因此s 项的μ值最大，而对p 项来说就小一些，对于d 来说还更小，由此类推。因而量子缺μ的大小直接反映原子实作用于价电子的电场与点电荷近似偏离的大小 对于钠原子光谱分如下四个线系 主线系：s np 3~→=ν 锐线系：p ns 3~→=ν 漫线系：p nd 3~→=ν 基线系：d nf 3~→=ν
北航物理实验研究性报告 氢原子光谱和里德伯常数的测量及对钠黄双线能否被分辨的探讨
摘要 本文基于氢原子光谱和里德伯常数的测量的实验，简要介绍了实验的原理、步骤、仪器，并对实验数据进行处理。最后主要对实验过程中未能观察到钠黄双线被分辨这一现象进行了探讨，并提出了光栅刻痕数量不够和爱里斑的干扰这两种可能的原因去尝试解释实验现象，最后根据实验现象结合理论分析得出了合理的结论。 关键词：光栅，钠黄双线，爱里斑
实验重点 （1）巩固、提高从事光学实验和使用光学仪器的能力（分光仪的调整和使用）； （2）掌握光栅的基本知识和方法； （3）了解氢原子光谱的特点并使用光栅衍射测量巴尔末系的波长和里德伯常数； （4）巩固与扩展实验数据处理的方法——测量结果的加权平均，不确定度和误差的计算，实验结果的讨论等； 实验原理 一、光栅及其衍射 波绕过光栅而传播的现象称为衍射。具有周期性的空间结构的衍射屏称为“栅”。当波源与接收器距离衍射屏都是无限远时所产生的衍射称为夫琅禾费衍射。 光栅是使用最广泛的一种衍射屏。在玻璃上刻画一组等宽度、等间隔的平行狭缝就形成了一个投射光栅；在铝膜上刻画出一组端面为锯齿形的刻槽可以形成一个反射光栅；而晶格原子的周期排列则形成了天然的三维光栅。 本实验采用的是通过明胶复制的方法做成的投射光栅。它可以看成是平面衍射屏上开有宽度为a 的平行狭缝，缝间的不透光的部分的宽度为b ，d=a+b 称为光栅常数。光栅夫琅禾费衍射的具体理论主要有以下几个结论： 1、光栅衍射可以看成是单缝衍射和多缝干涉的综合。当平面单色光正入射到光栅上市，其衍射光振幅的角分布单缝衍射因子乘积，即沿方向的衍射光强 22 0sin sin ()( )( )sin N I I α βθα β = 式中，sin /u a πθλ=，sin /d βπθλ=，N 是光栅的总缝数。 当时，也等于0，，形成干涉极大；当时，但不等于0时，，形成干涉极小。它说明：在相邻的两个主极大之间有N-1个极小、N-2个次级大；N 数越多，主极大的角宽度越小。 2、正入射时，衍射的主极大位置由光栅方程决定，单缝衍射因子不改变主极大的位置，只
红外光谱实验报告 一、实验原理： 1、红外光谱法特点： 由于许多化合物在红外区域产生特征光谱，因此红外光谱法广 泛应用于这些物质的定性和定量分析，特别是对聚合物的定性 分析，用其他化学和物理方法较为困难，而红外光谱法简便易 行，特别适用于聚合物分析。 2、红外光谱的产生和表示 红外光谱定义：分子吸收红外光引起的振动能级跃迁和转动能级跃 迁而产生的吸收信号。 分子发生振动能级跃迁需要的能量对应光波的红外区域分类为： i.近红外区：10000-4000cm-1 ⅱ.中红外区：4000-400cm-1——最为常用，大多数化合物的化键振 动能级的跃迁发生在这一区域。 ⅲ.远红外区：400-10cm-1 产生红外吸收光谱的必要条件： 1）分子振动：只有在振动过程中产生偶极矩变化时才能吸收红外辐射。 ⅰ.双原子分子的振动：（一种振动方式）理想状态模型——把两个 原子看做由弹簧连接的两个质点，用此来 描述即伸缩振动；
图1 双原子分子的振动模型 ⅱ.多原子分子的振动：（简正振动，依据键长和键角变化分两大类） 伸缩振动：对称伸缩振动 反对称伸缩振动 弯曲振动：面内弯曲：剪切式振动 （变形振动）平面摇摆振动 面外弯曲振动：扭曲振动 非平面摇摆振动 ※同一种键型，不对称伸缩振动频率大于对称伸缩振动频率，伸缩振动频率大于弯曲振动频率。 ※当振动频率和入射光的频率一致时，入射光就被吸收，因而同一基团基本上总是相对稳定地在某一特定范围内出现吸收峰。ⅲ.分子振动频率： 基频吸收（强吸收峰）：基态到第一激发态所产生分子振动 的振动频率。 倍频吸收（弱吸收峰）：基态到第二激发态，比基频高一倍 处弱吸收，振动频率约为基频两倍。 组频吸收（复合频吸收）：多分子振动间相互作用，2个或
氢（氘）原子光谱 侯建强 （南京大学匡亚明学院理科强化部2010级，学号：101242015） 1.引言 光谱线系的规律与原子结构有内在的联系，因此，原子光谱是研究原子结构的一种重要方法。1885年巴尔末总结了人们对氢光谱测量的结果，发现了氢光谱的规律，提出了著名的巴尔末公式，氢光谱规律的发现为玻尔理论的建立提供了坚实的实验基础，对原子物理学和量子力学的发展起过重要作用。1932年尤里根据里德伯常数随原子核质量不同而变化的规律，对重氢赖曼线系进行摄谱分析，发现氢的同位素氘的存在。通过巴尔末公式求得的里德伯常数是物理学中少数几个最精确的常数之一，成为检验原子理论可靠性的标准和测量其他基本物理常数的依据。 2.实验目的 （1）熟悉光栅光谱仪的性能和用法； （2）用光栅光谱仪测量氢原子光谱巴尔末系数的波长，求里德伯常数。 3.实验原理 1.氢原子光谱 氢原子光谱是最简单、最典型的原子光谱。用电激发氢放电管(氢灯)中的稀薄氢气(压力在102Pa 左右)，可得到线状氢原子光谱。瑞士物理学家巴尔末根据实验结果给出氢原子光谱在可见光区域的经验公式 42 2 0-=n n H λλ （1） 式中λH 为氢原子谱线在真空中的波长。 λ0＝364.57ｎｍ是一经验常数。 ｎ取3，4，5等整数。 若用波数表示，则上式变为 ??? ? ?-==22 1211~n R v H H H λ （2） 式中ＲH 称为氢的里德伯常数。 根据玻尔理论，对氢和类氢原子的里德伯常数的计算，得 )/1()4(23202 42M m ch z me R z += πεπ （3） 式中Ｍ为原子核质量，ｍ为电子质量，e 为电子电荷，c 为光速，h 为普朗克常数，ε0为真空介电常数，z 为原子序数。 当M →∞时，由上式可得出相当于原子核不动时的里德伯常数(普适的里德伯常数) 3202 42)4(2ch z me R πεπ= ∞ （4） 所以
原子吸收光谱分析实验 一、目的要求 1.了解原子吸收光谱仪的基本构造、原理及方法； 2.了解利用原子吸收光谱仪进行测试实验条件的选择； 3.掌握原子吸收光谱分析样品的预处理方法； 4.学会应用原子吸收光谱分析定量测量样品中的常/微量元素含量。 二、实验原理 1、原子吸收光谱分析的原理 当光源发射的某一特征波长的辐射通过原子蒸气时，被原子中的外层电子选择性地吸收，透过原子蒸气的入射辐射强度减弱，其减弱程度与蒸气相中该元素的基态原子浓度成正比。 当实验条件一定时，蒸气相中的原子浓度与试样中该元素的含量（浓度）成正比。因此，入射辐射减弱的程度与该元素的含量（浓度）成正比。 朗伯—比尔吸收定律：cL 1lg lg 0K T I I A === 式中：A —吸光度 I —透射原子蒸气吸收层的透射辐射强度 I 0—入射辐射强度 L —原子吸收层的厚度 K —吸收系数 c —样品溶液中被测元素的浓度 原子吸收光谱分析法就是根据物质产生的原子蒸气对特定波长光的吸收作用来进行定量分析的。 2、原子吸收光谱仪的结构及其原理
原子吸收光谱分析法所使用的仪器称为原子吸收光谱仪或原子吸收分光光度计，一般由四部分构成，即光源、原子化系统、分光系统和检测显示系统组成。 图4-1 原子吸收光谱仪结构示意图 （1）光源 光源的作用是辐射待测元素的特征谱线，以供测量之用。要测出待测元素的特征谱线和峰值吸收，就需要光源辐射出的特征谱线宽度必须很窄，目前空心阴极灯是最能满足要求的理想的锐线光源。 （2）原子化系统 样品的原子化作为原子吸收光谱测试的主要环节，在很大的程度上影响待测样品中元素的灵敏度、干扰、准确度等。目前原子化技术有火焰原子化和非火焰原子化两类。常用的原子化器有混合型火焰原子化器、电热石墨炉原子化器、阴极溅射原子化器和石英炉原子化器等。 （3）分光系统 分光系统的作用是把待测元素的共振线（实际上是分析线）与其他谱线分离出来，只让待测元素的共振线能通过。该系统主要由色散元件（常用的是光栅）,入射和出射狭缝，反射镜等组元素组成，其中色散原件（光栅、棱镜）是分光系统中的关键部件。 （4）检测显示系统 检测显示系统主要由检测器，放大镜和对数变换器及显示装置组成。检测器
原子吸收光谱实验报告 一、实验目的 １. 学习原子吸收光谱分析法的基本原理; ２．了解火焰原子吸收分光光度计的基本结构,并掌握其使用方法； 3．掌握以标准曲线法测定自来水中钙、镁含量的方法。 二、实验原理 1．原子吸收光谱分析基本原理 原子吸收光谱法（AAS)是基于:由待测元素空心阴极灯发射出一定强度和波长的特征谱线的光,当它通过含有待测元素的基态原子蒸汽时，原子蒸汽对这一波长的光产生吸收，未被吸收的特征谱线的光经单色器分光后,照射到光电检测器上被检测，根据该特征谱线光强度被吸收的程度，即可测得试样中待测元素的含量。 火焰原子吸收光谱法是利用火焰的热能,使试样中待测元素转化为基态原子的方法。常用的火焰为空气—乙炔火焰，其绝对分析灵敏度可达10-9g，可用于常见的30多种元素的分析,应用最为广泛。 2．标准曲线法基本原理 在一定浓度范围内,被测元素的浓度（c）、入射光强(Ｉ0）和透射光强(Ｉ）符合Lambeｒｔ-Ｂeｅr定律：I=I0×（10-aｂｃ)(式中a为被测组分对某一波长光的吸收系数，b为光经过的火焰的长度）。根据上述关系,配制已知浓度的标准溶液系列,在一定的仪器条件下，依次测定其吸光度，以加入的标准溶液的浓度为横坐标，相应的吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。试样经适当处理后,在与测量标准曲线吸光度相同的实验条件下测量其吸光度，在标准曲线上即可查出试样溶液中被测元素的含量,再换算成原始试样中被测元素的含量。 三、仪器与试剂 1. 仪器、设备: TAS－990型原子吸收分光光度计;钙、镁空心阴极灯；无油空气压缩机;乙炔钢瓶；容量瓶、移液管等。 2.试剂 碳酸镁、无水碳酸钙、１mol?Ｌ－1盐酸溶液、蒸馏水 3．标准溶液配制 (1）钙标准贮备液（10０0μg?mＬ-1）准确称取已在11０℃下烘干２h的无水碳酸钙0.6２5０ｇ于1０0ｍL烧杯中,用少量蒸馏水润湿，盖上表面皿，滴加１mol?L－1盐酸溶液,至完全溶解，
第十八章原子结构 新课标要求 1．内容标准 （1）了解人类探索原子结构的历史以及有关经典实验。 例1 用录像片或计算机模拟，演示α粒子散射实验。 （2）通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构。 例2 了解光谱分析在科学技术中的应用。 2．活动建议 观看有关原子结构的科普影片。 新课程学习 18．3 氢原子光谱 ★新课标要求 （一）知识与技能 1．了解光谱的定义和分类。 2．了解氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末系。 3．了解经典原子理论的困难。 （二）过程与方法 通过本节的学习，感受科学发展与进步的坎坷。 （三）情感、态度与价值观 培养我们探究科学、认识科学的能力，提高自主学习的意识。 ★教学重点 氢原子光谱的实验规律 ★教学难点 经典理论的困难 ★教学方法
教师启发、引导，学生讨论、交流。 ★教学用具： 投影片，多媒体辅助教学设备 ★课时安排 1 课时 ★教学过程 （一）引入新课 讲述： 粒子散射实验使人们认识到原子具有核式结构，但电子在核外如何运动呢？它的能量怎样变化呢？通过这节课的学习我们就来进一步了解有关的实验事实。 （二）进行新课 1．光谱（结合课件展示） 早在17世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现 象，并把实验中得到的彩色光带叫做光谱。 （如图所示） 讲述： 光谱是电磁辐射（不论是在可见光区域还是在不可见光区 域）的波长成分和强度分布的记录。有时只是波长成分的记录。 （1）发射光谱 物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。 发射光谱可分为两类：连续光谱和明线光谱。 引导学生阅读教材，回答什么是连续光谱和明线光谱？ 学生回答：连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱。只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光谱。明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。 教师讲述：炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱。如图所示。 稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。明线光谱是由游离状态的原子发射的，所以也叫原子的光谱。实践证明，原子不同，发射的明线光谱也不同，每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此明线光谱的谱线也叫原子的特征谱线。如图所示。
氢原子光谱和里德伯常量测定
摘要： 本文详细地介绍了氢原子光谱和里德伯常量实验的实验要求、实验原理、仪器介绍、实验内容和数据处理，并从钠黄双线无法区分的现象触发定量地分析了此现象的原因和由此产生的误差，结合光谱不够锐亮和望远镜转动带来的误差提出了创新的实验方案。从理论上论证了实验方案的可行性，总结了基础物理实验的经验感想。 关键字：氢原子光谱里德伯常量钠黄双线 Abstract: This paper introduced the hydrogen atoms spectrum and Rydberg constant experiment from experimental requirements, experimental principle, instruments required, content and Data processing. Considering that the wavelength difference of Na-light double yellow line is indistinguishable from human eyes, we analyze the cause of this phenomenon and the resulting errors quantitatively and propose an innovate experiment method combined with inadequate sharpness and lightness of the spectrum as well as the errors brought during the turning of telescope. We verify the feasibility of this method In theory and summarizes the experience and understanding of basic physics experiment. Key words: hydrogen atoms spectrum, Rydberg constant, Na-light double yellow line