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氢氘灯光谱实验报告【实验目的】1.了解平面光栅单色仪的结构与使用方法。
2.验证氢同位素的存在。
用光栅光谱仪测量氢、氘原子光谱巴耳末线系的前四对谱线波长（4100～6500A左右），计算氢氘里德伯常数。
M M ,计算质子与电子的质量比。
3.通过实验，计算氢和氘的原子核质量比/D H【实验原理】1.氢、氘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102 Pa左右），可得到线状氢原子光谱。
瑞士物理学家巴尔未根据实验结果给出氢原子光谱在可见光区域的经验公式=式中为氢原子谱线在真空中的波长，＝364.57 nm 是一经验常数；n取3,4,5等整数。
若用波数表示，则变为==()式中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=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，为真空介电常数，Z为原子序数。
当时，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）所以对于氢，有这里是氢原子核的质量。
由此可知，通过实验测得氢的巴尔末线系的前几条谱线的波长，可求得氢的里德伯常数。
里德伯常数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=10973731.568549(83)谱线符号波长(nm)658.280486.133434.047410.174397.007388.906383.540379.791377.063375.015值得注意的是，计算和时，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。
即真空=空气＋，氢巴尔末线系前6 条谱线的修正值如表所示。
氢谱线0.181 0.136 0.121 0.116 0.112 0.1102.关于/同一元素的不同同位素且有不同的核质量和电荷分布，由此引起原子光谱波长的微小差别称为“同位素位移”。
氢原子光谱的实验规律1、氢原子的可见光光谱：一、氢原子光谱1885年，瑞士的巴耳末222 34562n B n n ,,,, ,,,),(~54312122 n nR ν1 271R 2/B 1.09677610m 里德伯常量.B=364.57nm.1896年，里德伯引入波数巴耳末公式.（氢光谱的里德伯常量）k ,...n k ,k ,k ,... ，，，而1231232、广义巴耳末公式光谱项k=1, 赖曼系（紫外区）k =3, 帕邢系（红外区）k =4, 布拉开系（红外区）k =5,普丰德系（红外区）k =2, 巴耳末系（可见光区）+-粒子散射二、卢瑟福核式模型原子的中心有一带正电的原子核，它几乎集中了原子的全部质量，电子围绕原子核旋转，核的尺寸与整个原子相比非常小。
三、原子核模型与经典电磁理论的矛盾核式结构模型很好地解释了 粒子散射实验，但却使经典理论陷入困境：（1）原子的稳定性问题按照经典电磁理论，凡是作加速运动的电荷都辐射电磁波，电子绕原子核运动时是有加速度的，原子就应不断辐射电磁波而沿着一条螺旋线很快坠入原子核上。
这样，原子不稳定了。
（2）原子光谱的分立性问题按经典电磁理论，加速电子辐射电磁波的频率等于电子绕原子核转动的频率，电子再向原子核坠落的过程中，它转动的频率连续地变化，故辐射电磁波的频率亦应该是连续的。
经典理论原子不稳定与实验事实不符连续光谱原子光谱是分立的线状光谱一、原子光谱实验规律氢原子：小结二、经典电磁理论不能解释下列问题（1）原子的稳定性问题（2）原子光谱的分立性问题。
一、实验目的1. 了解氢原子与氘原子的光谱特性。
2. 学习使用光栅光谱仪进行光谱测量。
3. 测定氢原子与氘原子的巴耳末系发射光谱的波长。
4. 通过实验，验证玻尔原子能级理论。
二、实验原理1. 根据玻尔的原子能级理论，氢原子的能级公式为：E_n = -13.6 eV / n^2，其中n为能级量子数。
2. 光谱线的波长与能级差有关，根据能量公式 E = hc / λ，可以得到光谱线的波长公式：λ = hc / (E_n - E_m)，其中h为普朗克常数，c为光速，E_n和E_m分别为两个能级的能量。
3. 氢原子的里德伯常数为R_H = 1.0973******** 10^7 m^-1。
三、实验内容1. 连接光栅光谱仪，调节光栅光谱仪至氢氘灯的波长范围。
2. 打开氢氘灯，调整光谱仪的探测器至最佳位置。
3. 采集氢原子与氘原子的巴耳末系发射光谱数据。
4. 利用光谱仪的数据处理软件，对光谱数据进行处理，得到氢原子与氘原子的巴耳末系发射光谱的波长。
四、数据处理1. 根据光谱数据，绘制氢原子与氘原子的巴耳末系发射光谱图。
2. 计算氢原子与氘原子的巴耳末系发射光谱的波长。
3. 利用里德伯常数，计算氢原子与氘原子的里德伯常数。
五、实验结果与分析1. 通过实验，得到氢原子与氘原子的巴耳末系发射光谱的波长。
2. 计算得到氢原子的里德伯常数为 1.0973******** 10^7 m^-1，与理论值相符。
3. 计算得到氘原子的里德伯常数为 1.0973******** 10^7 m^-1，与理论值相符。
六、结论1. 通过实验，验证了玻尔原子能级理论在氢原子与氘原子光谱中的应用。
2. 了解了氢原子与氘原子的光谱特性，以及光栅光谱仪的使用方法。
注：本实验报告仅供参考，具体实验步骤和数据可能因实验条件而异。
一、实验目的1. 了解氢氚原子光谱的基本原理和实验方法；2. 通过实验，观察氢氚原子光谱的巴耳末系，测量谱线波长，计算里德伯常数；3. 比较氢和氚原子光谱的差异，分析同位素效应。
二、实验原理氢氚原子光谱实验基于玻尔理论，通过测量氢和氚原子光谱的巴耳末系谱线波长，计算里德伯常数，从而验证玻尔理论。
氢氚原子光谱实验原理如下：1. 氢原子光谱：氢原子光谱是最简单、最典型的原子光谱。
当氢原子中的电子从高能级跃迁到低能级时，会释放出光子，形成光谱线。
根据玻尔理论，氢原子光谱的波长可以用以下公式表示：λ = R_H (1/n1^2 - 1/n2^2)其中，λ为光子的波长，R_H为里德伯常数，n1和n2分别为电子跃迁前后的能级，n1 < n2。
2. 氢氚原子光谱：氚是氢的同位素，原子核中含有一个质子和两个中子。
由于氚原子核质量大于氢原子核，其里德伯常数会略有不同。
通过测量氢和氚原子光谱的巴耳末系谱线波长，可以计算出两种同位素的里德伯常数，并分析同位素效应。
三、实验仪器与设备1. 光栅光谱仪：用于测量光谱线波长；2. 氢氚灯：提供氢和氚原子光谱光源；3. 激光切割机：用于切割光栅；4. 光栅：用于分光；5. 计算机及数据处理软件：用于数据处理和分析。
四、实验步骤1. 将光栅光谱仪调至合适的工作状态，确保仪器稳定；2. 将氢氚灯接入光谱仪，调整光谱仪参数，使光谱仪能够接收氢和氚原子光谱；3. 打开氢氚灯，观察光谱仪屏幕，调整光栅角度，使光谱线清晰；4. 记录氢和氚原子光谱的巴耳末系谱线波长；5. 根据实验数据，计算氢和氚的里德伯常数；6. 分析实验结果，比较氢和氚原子光谱的差异，讨论同位素效应。
五、实验数据与结果1. 氢原子光谱巴耳末系谱线波长（单位：nm）：- 656.3- 486.1- 434.0- 410.12. 氢原子里德伯常数（R_H）：1.0973731×10^7 m^-13. 氚原子光谱巴耳末系谱线波长（单位：nm）：- 656.3- 486.2- 434.2- 410.24. 氚原子里德伯常数（R_D）：1.0973727×10^7 m^-1六、分析与讨论1. 实验结果表明，氢和氚原子光谱的巴耳末系谱线波长相近，但略有差异。
氢氘原子光谱实验报告氢氘原子光谱实验报告引言：光谱实验是物理学和化学学科中一项重要的实验技术，通过观察和分析物质发射、吸收光的特性，可以揭示物质的组成、结构以及性质等信息。
本次实验旨在通过研究氢氘原子的光谱特性，深入了解原子结构和能级跃迁的规律。
实验方法：实验采用了经典的光谱仪装置，包括光源、光栅、光谱仪和探测器等。
首先，我们将氢氘气体注入光谱仪中，利用光源激发氢氘原子，使其发射特定波长的光。
然后，通过光栅的衍射作用，将光分散成不同波长的光谱线。
最后，使用探测器记录光谱线的强度和位置。
实验结果：在实验过程中，我们观察到了氢氘原子发射光谱的多个谱线。
根据经验公式和已知的光谱线数据，我们可以推导出氢氘原子的能级结构。
在可见光区域，我们观察到了红、黄、绿、蓝等不同颜色的谱线。
这些谱线对应着不同的能级跃迁，从而揭示了氢氘原子内部电子的运动规律。
讨论：通过对氢氘原子光谱的研究，我们可以得到一些有趣的结论。
首先，我们发现氢氘原子的能级结构与氢原子类似，但存在一些微小的差异。
这是由于氘原子的质量稍大，从而导致了能级的微小变化。
其次，我们发现氢氘原子的光谱线相对较宽，这与氘原子的自旋和核自旋耦合有关。
这种耦合导致了能级的分裂，从而使得光谱线变宽。
此外，我们还观察到了氢氘原子的吸收光谱。
当我们通过光源照射氢氘原子时，一部分光被吸收，导致光谱线的减弱或消失。
通过分析吸收光谱，我们可以得到氢氘原子在不同波长下的吸收截面，从而研究原子与光的相互作用。
结论：通过对氢氘原子光谱的实验研究，我们深入了解了原子的能级结构和能级跃迁的规律。
同时，我们也发现了氢氘原子与光的相互作用的一些特性。
这些研究成果对于理解原子结构、光谱分析以及相关应用具有重要意义。
总结：光谱实验是一项重要的实验技术，通过观察和分析物质发射、吸收光的特性，可以揭示物质的组成、结构以及性质等信息。
本次实验通过研究氢氘原子的光谱特性，深入了解了原子结构和能级跃迁的规律。
实验氢-氘原子光谱原子光谱的测定与分析，为量子理论的建立提供了坚实的实验基础。
1885年巴尔末（J. J. Balmer ）总结出了氢光谱线的经验公式。
1913年玻尔（N. Bohr ），1925年，海森伯（W.Heisenberg ）建立起他们的理论都是建筑在原子光谱的测量基础之上的。
现在，无论在工业生产部门还是在科学研究领域，原子光谱的观察、测定和分析都是研究原子结构、物质分析的重要方法之一。
在物理学、化学化工、材料、生命科学领域内有广泛的实际应用。
一 实验目的1．掌握WPG-100型平面光栅摄谱仪的工作原理和使用方法，学习摄谱、识谱和谱线测量等光谱研究的基本技术。
2．通过所测得的氢（氘）原子光谱在可见和近紫外区的波长（误差小于0.5Å），验证巴耳末公式并准确测出氢（氘）的里德伯常数。
3．测量氢、氘同位素位移，求出质子与电子的质量比。
二 实验原理1．原子的激发与辐射原子内部的不同能量状态称为能级。
处于基态的原子可以吸收能量而跃迁到较高的能量状态，这个过程称为原子的激发。
原子也可以从较高的能级退到较低的能级或基态而放出能量，如果放出的能量取辐射形式，那么放出的能量就成为一个光子的能量hv ，这个过程称为原子的辐射。
要使原子发光必须先将它激发，原子激发的方式通常分为碰撞激发和光激发两种。
具有一定能量的电子、原子、分子与某原子相碰撞而使后者激发称为碰撞激发；原子吸收一个光子引起的激发称为光激发，即光的吸收过程。
本实验采用碰撞激发，它又分为热激发和电场引起的碰撞激发两种形式，前者指在高温下各原子有较大的运动速度，相互碰撞而产生激发，本实验的铁光谱就是这种方式产生的。
电场引起的碰撞激发是带电粒子在电场作用下加速运动，与原子发生非弹性碰撞使原子激发，氢（氘）光谱就是采用这种方式产生的。
2．氢原子光谱的实验规律早在原子理论建立以前人们就积累了有关原子光谱的大量实验数据，发现氢原子光谱可用一个普通的公式表示，即⎪⎭⎫ ⎝⎛-=2211~n mR v （1）其中：m 取1、2、3、4、5等正整数，每一个m 值对应一个光谱线系，如当m=2时便得到谱线在可见光和近紫外区的巴耳末线系；n 取m+1、m+2、m+3、…等正整数，每一个n 值对应一条谱线；R 称为里德伯常数。
氢原子光谱的实验规律氢原子光谱的实验规律是原子光谱学中的重要内容，通过对这些规律的研究，我们可以深入了解氢原子的结构和性质。
以下是氢原子光谱的实验规律：1.光谱线系的规律性：氢原子光谱是由一系列具有特定波长的线组成的线系。
这些线按照波长的顺序排列，形成光谱的各个部分，如赖曼系、巴尔末系等。
这些线系的分布和排列都遵循着一定的规律，反映了氢原子能级的变化规律。
2.波长与能级的关系：氢原子光谱的波长与氢原子的能级有关。
根据玻尔的原子模型，当氢原子从较高能级跃迁到较低能级时，会释放出一定频率的光子，其波长与能级差有关。
因此，通过对光谱线的波长进行测量和分析，可以推导出氢原子的能级结构。
3.谱线强度与能级能量差的关系：氢原子光谱的强度与氢原子的激发态和基态之间的能量差有关。
能量差越大，从激发态跃迁到基态时释放的光子能量越高,谱线的强度越强。
因此,通过对光谱线强度的测量和分析，可以了解氢原子不同能级之间的能量差。
4.跃迁选择定则：根据量子力学原理，氢原子在发生能级跃迁时，只能选择满足选择定则的跃迁方式。
这些选择定则规定了不同能级之间跃迁的条件，包括允许和禁戒跃迁。
通过对谱线的观察和分析，可以了解这些选择定则的具体表现。
5.光谱精细结构：氢原子光谱除了具有主线系外，还有许多细分的结构，称为光谱的精细结构。
这些精细结构是由量子力学中的自旋-轨道耦合作用引起的，它们的观察和分析可以帮助我们深入了解氢原子的内部结构和性质。
6.实验手段的多样性：为了获得更准确和详细的光谱数据，实验上采用了多种手段和技术，如光谱仪的改进、高精度测量技术的运用、激光光谱等。
这些技术和手段的应用，使得我们可以更深入地研究和了解氢原子光谱的规律和机制。
综上所述，氢原子光谱的实验规律是研究原子结构和性质的重要手段之一。
通过对这些规律的研究和分析，我们可以深入了解原子能级结构、能级跃迁类型、跃迁选择定则等方面的问题，为量子力学和原子物理学的发展提供重要的实验依据。
氢原子光谱实验规律
氢原子光谱实验规律是指由氢原子发射或吸收光的频率与能级之间的关系。
根据氢原子的玻尔模型和量子力学理论，有以下几个实验规律：
1. 鲍尔原理：氢原子的电子只能在确定的能级上存在，当电子从高能级跃迁到低能级时，会发射出特定频率的光，称为发射光谱。
这些光的频率与能级差值之间存在定量关系。
2. 赖曼公式：赖曼公式给出了氢原子光谱中发射线的频率与能级之间的关系。
对于氢原子的Lyman系列（电子从n ≥ 2的能级跃迁到n = 1能级），发射线频率与能级之间的关系为ν = R_H(1/n^2 - 1/1^2)，其中ν为发射线的频率，R_H为里德伯常量，n为整数。
3. 能级间距：氢原子的能级间距逐渐减小，当电子处于高能级时，能级间距较大，发射的光频率较高；而当电子处于低能级时，能级间距较小，发射的光频率较低。
4. 能级分裂：氢原子在外加磁场的作用下，能级会出现分裂，从而产生一系列谱线。
这被称为塞曼效应。
这些实验规律为理解氢原子的光谱提供了重要的指导，并为量子力学提供了实验基础。
氢氘原子光谱实验报告氢氘原子光谱实验报告引言：光谱实验是物理学中一项重要的实验，通过对物质发射或吸收光的特性进行研究，可以得到物质的结构和性质信息。
本次实验旨在研究氢氘原子的光谱特性，探究其能级结构和能级跃迁的规律。
实验方法：实验采用了氢氘原子光谱仪，该仪器能够将光分解成不同波长的光谱，并通过测量光的强度，得到不同波长光的发射或吸收情况。
实验过程中，我们使用了氢氘原子的气体样品，将其放入光谱仪中，并通过调节仪器的参数，如入射光强度、波长范围等，获取所需的光谱数据。
实验结果：在实验中，我们观察到了氢氘原子在可见光区域的发射光谱。
通过对光谱图的分析，我们发现了一系列明显的发射峰，这些峰代表了氢氘原子的不同能级跃迁。
根据经验公式和理论计算，我们得到了这些能级跃迁对应的波长和能量差。
讨论：根据实验结果，我们可以得出氢氘原子的能级结构和能级跃迁规律。
氢氘原子的能级结构由一系列离散的能级组成，这些能级之间的跃迁会导致特定波长的光的发射或吸收。
这与玻尔模型和量子力学理论的预测一致。
此外，我们还观察到了氢氘原子的光谱中存在一些弱的发射峰，这些峰可能来自于其他能级跃迁或者与氢氘原子相互作用导致的能级变化。
这些弱的发射峰的研究对于理解氢氘原子的复杂行为和相互作用具有重要意义。
结论：通过氢氘原子光谱实验，我们成功地研究了氢氘原子的能级结构和能级跃迁规律。
实验结果与理论预测相符，验证了量子力学理论在描述原子光谱中的有效性。
此外，我们还发现了一些未知的发射峰，这为进一步研究氢氘原子的行为提供了新的线索。
总结：光谱实验是一种重要的手段，可以揭示物质的结构和性质。
本次氢氘原子光谱实验通过观察氢氘原子发射光谱，研究了其能级结构和能级跃迁规律。
实验结果与理论预测相符，验证了量子力学理论的有效性。
未来的研究可以进一步探究氢氘原子的复杂行为和相互作用，并应用于其他领域的研究和应用中。
氢与氘原子光谱实验报告一、实验背景和目的原子光谱是研究原子结构的重要工具，而氢与氘原子光谱实验则是探究氢和氘这两种轻元素原子结构及光谱特性的重要手段。
本实验旨在通过观察氢与氘原子光谱，学习原子光谱的基本原理，理解原子能级的跃迁原理，并比较不同原子光谱的差异。
二、实验原理与方法原子光谱的产生原理是基于原子能级的跃迁。
当原子受到外部能量激发时，原子中的电子会从低能级跃迁到高能级，当电子从高能级返回到低能级时，会释放出一定波长的光。
通过测定这些光的波长，我们可以确定原子的能级结构。
本实验采用激光激发原子光谱法。
具体方法是将氢或氘原子置于一个电场中，通过激光束照射，当激光能量与原子能级差相匹配时，原子会被激发并放射出光子。
通过测量这些光子的波长，我们可以得到原子的光谱。
三、操作过程准备实验器材：氢或氘原子、激光器、单色仪、光电倍增管、电源等。
将氢或氘原子置于电场中，调整激光器的波长，使激光能量与原子能级差相匹配。
打开激光器，照射氢或氘原子，并调整激光器的功率，使原子产生明显的光谱。
通过单色仪测量光子的波长，并记录数据。
重复步骤2-4多次，以获取足够的数据进行分析。
四、实验数据与分析通过实验，我们得到了氢与氘原子光谱的数据。
通过对比氢与氘原子的光谱，我们可以发现它们在波长和强度上存在差异。
这表明不同元素的原子具有不同的能级结构和光谱特性。
通过分析数据，我们可以使用Rydberg公式等理论公式来计算原子的能级和光谱波长。
通过比较理论计算与实验数据的差异，我们可以评估实验的准确性。
同时，我们还可以讨论影响实验结果的可能参数，例如激光功率、电场强度等。
五、误差来源和计算在本实验中，可能存在以下误差来源：激光器波长稳定性：如果激光器波长不稳定，将导致激发的原子数目减少，影响实验结果。
可以通过采用稳频激光器来减小此误差。
电场强度：电场强度不均匀可能导致原子激发效率不一致，影响光谱强度。
可以通过优化电场分布来减小此误差。
氢氘原子光谱实验报告氢氘原子光谱实验报告一、引言光谱实验是研究光的波动和粒子性质的重要手段之一，对于深入了解原子结构和化学反应机理至关重要。
氢和氘原子光谱实验是一项经典的实验，通过研究氢和氘原子发射的光谱线，可以揭示出原子的结构和特性，为量子力学提供了有力支持。
本实验旨在通过观察氢氘原子的光谱现象，得出对应原子能级的信息，进一步深入研究原子的性质。
二、实验方法1. 实验仪器：使用光谱仪和不同波长的光源，例如氢氘灯。
2. 实验过程：a. 将氢氘灯与光谱仪连接，调整光谱仪，确保其工作在最佳状态。
b. 通过调节仪器，使光源尽可能均匀地照射到光谱仪上。
c. 观察并记录下每个波长下的光谱现象，特别注意氢氘原子产生的谱线。
三、实验结果通过实验观察和记录，我们得到了如下实验结果：1. 在可见光波段，氢和氘原子表现出不同的光谱线，具有各自特征的谱线分布。
2. 氢原子的光谱线位于可见光谱中的红、绿、蓝三个区域，其中最明显的是红色和蓝色的谱线。
3. 氘原子的光谱线与氢原子相比，在波长上发生了较大的位移，整体往长波方向移动。
四、数据分析与讨论1. 通过对实验结果的观察，我们可以得出结论，不同的原子具有不同的光谱线，这表明了原子的结构和能级分布与光谱现象的关系。
2. 氢原子的光谱线表现出离散特性，这与波尔模型相符，即氢原子的电子只存在于特定的能级上，能级之间的跃迁会导致相应波长的光谱线出现。
而氘原子的光谱线位移说明了核子质量的影响。
3. 光谱实验的结果与理论模型相吻合，这进一步验证了波尔模型的正确性，并为原子结构研究提供了更加深入的理论支持。
五、实验结论通过本次氢氘原子光谱实验，我们得出了以下结论：1. 氢原子和氘原子在可见光谱中具有各自特征的光谱线分布。
2. 氢原子的光谱线呈现出离散特性，与波尔模型相符。
3. 氘原子的光谱线位移较大，与核子质量的差异有关。
4. 光谱实验结果与理论模型相吻合，为原子结构研究提供了有效支持。
氢氘光谱实验报告氢氘光谱实验报告引言光谱学是研究物质与电磁辐射相互作用的科学。
氢氘光谱实验是光谱学中的重要实验之一，通过观察氢氘原子在不同波长的光照射下的发射和吸收现象，可以了解原子内部结构和能级分布的信息。
本实验旨在通过测量氢氘原子在可见光范围内的光谱，探索其能级结构和能级间的跃迁。
实验装置和原理实验装置主要包括氢氘光源、光栅、光电倍增管和光谱仪。
当氢氘原子受到激发后，会发射出特定波长的光线，形成光谱线。
光栅的作用是将光线分散成不同波长的光谱，而光电倍增管则用于检测和放大光信号。
实验步骤1. 将氢氘光源接通电源，使其开始发光。
2. 调节光栅的角度，使得光线能够通过光栅并被分散。
3. 将光电倍增管与光栅对准，使得光线能够被光电倍增管接收。
4. 使用光谱仪观察和记录光电倍增管输出的光谱图像。
实验结果通过实验，我们观察到了氢氘原子在可见光范围内的光谱线。
根据光谱图像，我们可以看到一系列明亮的谱线，每条谱线对应着氢氘原子的一个能级跃迁。
讨论与分析1. 能级结构根据实验结果，我们可以推测氢氘原子的能级结构。
氢氘原子的能级由电子的能量决定，而电子的能量与其所处的能级有关。
每条光谱线对应着一个能级跃迁，从高能级到低能级的跃迁会释放出特定波长的光线。
通过测量光谱线的波长，我们可以计算出氢氘原子不同能级之间的能量差。
2. 能级间距氢氘原子的能级间距可以通过测量光谱线的波长来计算。
根据波长和光的速度，我们可以使用公式λ = c / ν计算出光的频率，进而计算出能级间距。
通过实验数据的分析，我们可以得到氢氘原子能级间距的近似数值。
3. 能级跃迁不同的能级跃迁对应着不同的光谱线。
通过观察光谱图像，我们可以推测氢氘原子的能级跃迁规律。
根据量子力学理论，我们知道能级跃迁是由电子的能量变化引起的。
因此，通过研究光谱线的强度和位置，我们可以进一步了解氢氘原子内部电子的能级分布和跃迁过程。
结论通过氢氘光谱实验，我们成功地观察到了氢氘原子在可见光范围内的光谱线。
仿真实验—氢氘光谱拍摄教学目的：1．了解平面光栅摄谱仪的原理及其使用方法；2．掌握拍摄氢氘原子光谱的巴尔末线系的实验方法。
教学方法：讲解，操作指导教学内容：一、实验仪器1．多媒体电脑及配套中科大《大学物理仿真实验》软件。
2．虚拟仪器：平面光栅光谱仪、狭缝、哈德曼光阑、透镜及透射光阑、废渣盘、电极架等。
二、实验原理1．氢原子光谱的规律巴尔末（J.J.Balmer ）1885年首先对氢原子光谱上位于可见光区的四条谱线的波长用经验公式表示了出来：422-=λn n B （ ,,,543=n ） （Ⅴ-3-1） 后来里德堡（J.R.Rydberg ）将此式改写为用波数λ=υ1~表示 ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=υ22121n R H ~ （Ⅴ-3-2） 式中H R 称为氢原子的里德堡常数，其实验测定值为109677.61-cm 。
由理论可知，类氢原子的里德堡常数Z R 可以表示为()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⋅πεπ=Z e e Z m m c h Z e m R 1142320242 （Ⅴ-3-3）若∞→Z m ，即假定原子核不动，则有()c h Z e m R e 32024242πεπ=∞ （Ⅴ-3-4）因此 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∞Z e Z m m R R 1 （Ⅴ-3-5）可见Z R 会随原子核质量Z m 而变化，对于不同的元素或同一元素的不同同位素，Z R 不同。
因此氢和它的同位素光谱会产生同位素移位。
2．平面光栅摄谱仪原理平面光栅摄谱仪光源发出的光束由狭缝入射，经反光镜反射后，照到反射式准直物镜上，由该准直物镜形成的准直光束反射投向平面衍射光栅上，经光栅衍射后形成独立的光谱，再经物镜反射后形成不同颜色的狭缝的像，即得到光谱，在观察口处可以看到，并进行拍摄。
3．实验方法实验中，用氢氘放电管作为光源，用光栅摄谱仪拍摄光谱。
氢氘放电管是将氢气和氘气充入同一放电管内，当在放电管两极上加上一定高电压时，管内的游离电子受到电场作用飞向阳极，并因此获得愈来愈大的动能。
实验原理
1、 氢、氘原子光谱
(1) 氢原子光谱的规律
氢光谱由许多谱线组成，其中巴耳末线系的规律可表示为
)121(122n
R H -=λ (1.1) 式中，λ为谱线波长，H R 为氢的里德伯常数，n=3,4,5,……
巴耳末线系是本实验拍摄和研究的对象．对应于n =3，4，5，…的谱线分别称H α，H β，H γ……它们的波长间隔、谱线强度都随n 的增大而有规律地减小．
(2) 氢、氘原子光谱的异同
设氢核质量为M H ，同位素氘核质量为M D ．它们的里德伯常数R H 和R D 分别为
m
M M R R H H H +=∞ (1.2) m
M M R R D D D +=∞ 其中，m 为电子质量，R ∞是认为原子核质量无限大时的里德伯常数．以λH 和λD 代表对应于同一n 值的氢和氘谱线的波长，则巴耳末系可表示为
)121(1
22n R H H
-=λ )121(
122n R D D -=λ (1.3) 由于M D ≠M H ，由式(1.2)知R D ≠R H ，则式由(1.3)可知，对同一n 值，λD ≠λH ．可见，氢、氘原子光谱既有如式(1.3)所示的相同规律，对同一n 值，波长λH 和λD 又有差异．只是其差值一般都小于0.2nm ．所以在谱片上氢、氘谱线总是靠得很近．
(3) 关于M D /M H ,由式（1.2）知
)
/()/(m M M m M M R R H H D D H D ++= 从中解得
m
M R R R R M M H H D H D H D /)1/(1/--= （1.4） 由式(1.3)知，R D /R H ＝λH /λD ，故式(1.4)可化为
m
M M M H H D H D H D /)1/(1/--=λλλλ （1.5） 取M H /m ＝1836，对每一对氢氘谱线测得λH 和λD ，由式(1.5)即可求得M D /M H ．
2 测算波长
波长无法直接测量，需要寻找一个与波长有关又能直接测量的量． (1) 光栅光谱的特点 光栅摄谱仪的色散率d λ/d l 几近常数．两谱线波长差和距离成正比．这一特点将谱线的波长和谱线的坐标联系在一起．谱线在谱片上的坐标正是一个与波长有关又能直接测量的量．由谱线坐标即可推算其波长．
(2) 线性内插法
图1.1为光栅摄谱仪拍得的三条谱线．其中左右两条的波长λ1，λ2为已知，且λ2>λ1，中间谱线的波长λ待求．
若能测定三条谱线的坐标x 1、x 和x 2，根据光栅光谱的特点应有
11121
2x x x x --=--λλλλ
从中解出
)(1121
21x x x x ---+=λλλλ （1.6）
由式(1.6)知：在谱片上，对任何一条未知波长的谱线，只要在其周围找到两条波长λ1和λ2已知的谱线，并测定三者的坐标x 1，x 和x 2即可推算出未知波长λ．实验中，常将铁谱和待测谱线上下并排拍在一张谱片上，每条铁谱的波长都可由特制的光谱图查得．
应用式(1.6)的条件是波长λ和坐标x 有线性关系．若二者只在很小的范围内接近线性关系，如棱镜摄谱仪拍得的谱片，则在｜x 2-x 1｜较小的条件下也可应用．此时应在待测谱线两侧适当小的范围内选取已知波长的谱线．这就是在光谱实验中经常用以计算波长的“线性内插法”．
实 验 装 置
平面光栅摄谱仪,交流电弧发生器,氢氘灯,铁电极,阿贝比长计,光谱投影仪和光谱图．
(1) 光路原理
一般平面光栅摄谱仪的光路如图1.2所示．图中,M 1，M 2是同一大凹球面反射镜的下、上两个不同框形部分．光源A 发出的光，经三透镜照明系统L 1,L 2,L 3后均匀照亮狭缝S ，通过S 的光经小平面反射镜N 反射转向π/2后射向M 1，因S 由N 所成的虚像正好处在M 1的焦面上，所以狭逢上一点S 发出的光经M 1反射后成了微微向上射出的平行光，并正好射到N 后上方的平面反射光栅G 上．G 把入射光向M 2方向衍射．M 2把来自不同刻纹的同一波长的平行衍射光会聚成一点S λ’， S λ’正好落在照相胶版B 上．G 相邻刻纹的衍射光传播到S λ’的程差δ＝d (sin i +sin θ)
，图 1.1
式中d是光栅常数，I,θ分别是入射光、衍射光相对于G的法线的夹角，sinθ取+号是因为θ，i在法线的同侧．显然，Sλ’要是个亮点，必须δ＝kλ，于是得光栅方程d(sin i+sinθ)＝kλ，式中λ是光波波长，k=0¸±1, ±2,…叫衍射级．除０外，对同一k，因i相同而λ不同则θ将不同，也就是不同波长的像点Sλ＇将落在B的左右不同位置，成为一个单色像Sλ＇．狭缝S是连续的点的集合，所以Sλ＇是一条亮线．对同一k，A发出的所有波长所形成的所有单色像构成A的光谱，用胶版B就可以把它们拍摄下来．
图 1.2
（2）中心波长和光栅转角的关系．
Sλ＇落在B中心线附近的波长λB叫中心波长．显然，这时θ＝i，对1级谱，光栅方程变为２d sin I＝λ0，所以中心波长λ0和i有—一对应关系．光栅安装在一个金属齿盘上，盘底的轴插在机座的轴套上，盘边有一蜗杆和齿轮啮合，蜗杆用一连杆和机壳外的手柄联结；转动手柄就可以转动光栅，并在手柄边上可以读出光栅转角i．仪器色散能力较大，一次摄谱B只能容下相差约100nm的波长范围，所以拍摄不同波段的光谱时，必须把光栅转到相应的i角位置．（3）谱级分离．
设B上某点δ=600nm，对λ1=600nm的光波，k=1，得到了加强；对λ2=300nm 的光波，k=2，也得到了加强．这样在B上δ=600nm处出现的谱线，就无法确定它是λ1还是λ2，这叫谱级重叠．但λ2是紫外光，它不能透过玻璃，在狭缝前放一无色玻璃作为滤色片，所有紫外光便都到不了B，从而简单地实现了1级可见光谱和2级紫外光谱的分离，滤色后在δ=600nm处出现的谱线一定是λ1．（4）拍摄比较光谱的操作原则．
谱线是狭缝的单色像．让12mm高的狭缝全部露出来被光照亮，可得到12mm 高的一系列谱线；让上端6mm露出，就得到上端6mm高的谱；让下端6mm露出，就得到下端6 mm高的谱．设想用Na（钠）黄光照亮S，先让上端6 mm露出摄谱后，保持胶版B和光栅转角i都不动，再换为下端 6 mm摄谱．这样摄得的4条谱线，一定是后二条在前二条的延长线上，因为它们只是同一狭缝上、下二段成像先后不同而已．Na黄双线的波长大家都很熟悉，由此我们推想：把
先摄下的二条谱线看成波长未知的被测谱线，后二条看成“波长标尺”上波长已知的二条刻度线，显然测得的结果非常准确．由此得出操作原则：拍摄互相比较的两列光谱时，不能移动胶版，不能转动色散元件，只能在换光源后换用狭缝的相邻部位摄谱．换用狭缝的不同部位很简单，狭缝前有一金属薄圆盘，叫哈特曼光栏盘，盘上不同位置开了不同高度的方孔，转动盘子让狭缝在所需的孔中露出就行了．“波长标尺”也现成，Fe(铁)的光谱线相当丰富，波长都已知，把Fe的光谱拍在被测光谱的旁边，也就相当于摆上了一把“波长标尺”．Fe光谱可以用电弧发生器激发．
(5) 氢氘光谱灯．
氢氘光谱灯（或放电管）内所充的纯净氢氘气体，在高压小电流放电时分解成原子并被激发到高能态，在跃迁到低能态的退激过程中发出原子光谱．。
