实验三氢原子光谱研究报告

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。

氢原子光谱实验报告课程名称：近代物理实验 实验名称：氢原子光谱实验 工程技术学院 物理学 08级1班 谭小燕 第三组数据处理1巴耳末系：H 22111()2nR νλ==- （1） n=3,4,5,6又1H H R R m M ∞=+（2）又（1）、（2），得221(1)11()2nH m R M λ∞=+-又31279.1093818810kg, 1.6726215810kg H m M --=⨯=⨯ 则221.000544617024511()2nR λ∞=- （3）2值得注意的是，计算R H 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λ真空＝λ空气＋Δλ，氢巴尔末线系前6条谱线的修正值如下表所示。

3数据处理（1） s 1=0.5mm ，s 2=0.5mm ， u=-601 v ，里德伯常数（9110m -∙）（2） s 1=0.4mm ，s 2=0.5mm ， u=-602 v ，里德伯常数（9110m -∙）（3） s 1=0.55mm ，s 2=0.5mm ， u=-603v ，里德伯常数（9110m -∙）（4） s 1=0.7mm ，s 2=0.5mm ， u=-603v ，里德伯常数（9110m -∙）（5） s 1=0.3mm ，s 2=0.5mm ， u=-603v ，里德伯常数（9110m -∙）（6） s 1=0.5mm ，s 2=0.3mm ， u=-600v ，里德伯常数（9110m -∙）（7） s 1=0.5mm ，s 2=0.7mm ， u=-600v ，里德伯常数（9110m -∙）3误差分析（1） 里德伯常数误差的大小随着s 1、s 2、u 的变化而变化，即此实验的主要误差是由于电压的不稳定和不同角度θ引起的，则主要是系统误差。

（2） 而当s 1=0.5mm ，s 2=0.3mm ， u=-600v 时，9-10.010*******m R ∞=⨯，此时误差最小，相对误差为0.175789%。

氢原子光谱实验报告氢原子光谱实验报告引言在物理学中，光谱分析是非常重要的一种实验手段。

通过光谱分析，可以清楚地看到物质的组成和性质。

作为最简单的原子，氢原子的光谱密切相关，因此它一直是原子光谱实验中最经典的案例之一。

在本次实验中，我们将收集氢原子的光谱数据，并分析其中的特征。

实验方法为了收集氢原子的光谱数据，我们需要使用光谱仪。

我们选择了一个封闭式光谱仪，它能够对光进行有效地控制和过滤。

实验前，我们对仪器进行了校准，并准备好了用于产生氢原子的气体。

实验过程中，我们通过管道将氢气引入到可控沸腾器储罐中，并使氢气沸腾。

然后，我们将光谱仪和氢气沸腾器连接起来，将光线通过气体，捕获光谱数据。

结果在实验过程中，我们采集了大量的光谱数据。

通过对这些数据的分析，我们得到了如下的结果：1.氢原子的吸收光谱分布于紫外线和可见光区域。

主要的发射线在红色、青色和紫色光谱区域出现。

2.对氢原子进行分析后，我们发现它在这三个光谱区域中分别有四条、两条和一条发射线。

我们将其编号为Hα, Hβ, Hγ, Hδ, Hε, Hζ和Hη线。

3.每条氢原子发射线的波长都具有独特的值。

通过使用Balmer公式，我们得到平均波长：Hα为656.3nm，Hβ为486.1nm，Hγ为434.0nm，Hδ为410.2nm，Hε为397.0nm和Hζ为388.9nm。

讨论通过实验结果，我们可以得出以下结论：1.氢原子发射线的波长与所远离原子核的能级之差呈线性关系。

因此，当氢原子从高能级跃迁到低能级时，必须以某一个波长的光子将能量释放出来。

2.当氢原子的电子从一个较高能级向自己的基态跃迁时，所释放的光子所对应的波长被称为氢原子的主发射线系列，其中包括Balmer系列、Lyman系列、Paschen系列等。

3.通过测量氢原子辐射的波长和频率，可以确定氢原子的各个能级。

这对于理解氢原子的物理性质非常重要。

结论本实验说明了如何收集氢原子光谱数据，包括使用光谱仪、气体储罐和校准设备等。

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目录摘要： (1)关键字 (1)目录 (2)一．实验目的 (3)二．实验原理 (3)1.光栅衍射及其衍射 (3)2.光栅的色散本领与色分辨本领 (4)3.氢原子光谱 (5)4．测量结果的加权平均 (6)三．实验仪器 (7)四．实验内容 (7)五．实验数据及处理 (7)1.光栅常数测量 (8)2.氢原子光谱测里德波尔常数 (9)3.色散率和色分辨本领 (11)六．误差的定量分析 (11)1.人眼的分辨本领 (12)2.计算不确定度和相对误差： (12)七．实验方案的创新设想 (12)1.实验思路及理论验证 (12)2.实验光路 (13)3.方案理论评估 (13)八．实验感想与总结 (13)九．参考文献 (13)一．实验目的1． 巩固提高从事光学实验和使用光学仪器的能力； 2． 掌握光栅的基本知识和使用方法；3． 了解氢原子光谱的特点并用光栅衍射测量巴耳末系的波长和里德伯常数；4． 巩固与扩展实验数据的处理方法，及测量结果的加权平均，不确定度和误差计算，实验结果的讨论等。

氢原子光谱实验结果氢原子光谱实验是研究氢原子光谱线的分布和强度的重要实验之一。

通过该实验，我们可以获得氢原子能级跃迁的详细信息，从而深入了解氢原子的结构和性质。

以下是氢原子光谱实验结果的2000字报告。

一、实验原理氢原子光谱是由氢原子能级跃迁产生的光子分布组成的。

根据波恩定理，氢原子光谱线的波长与能级之间存在一定的关系。

通过测量不同波长的光谱线，我们可以确定氢原子的能级结构，进一步了解氢原子的性质。

二、实验步骤1.准备实验设备：氢原子光谱实验需要使用高精度的光谱仪、激光器、单色仪等设备。

在实验前，需要对这些设备进行仔细的检查和校准，确保实验结果的准确性。

2.制备氢原子：在实验中，需要使用纯度较高的氢气，并通过激光激发制备氢原子。

制备的氢原子需要满足实验所需的光谱条件。

3.测量光谱线：将制备好的氢原子通过单色仪照射到光谱仪上，测量不同波长的光谱线。

在测量时，需要注意控制实验条件，如温度、压力等，以减小误差。

4.数据处理与分析：对测量得到的光谱数据进行处理和分析，提取出不同能级跃迁的光谱线位置和强度信息。

三、实验结果表1展示了实验中测量的部分氢原子光谱线的波长和强度信息。

从表中可以看出，不同能级跃迁产生的光谱线波长和强度都有所不同。

这些数据为我们提供了氢原子能级跃迁的详细信息，有助于我们了解氢原子的结构和性质。

表1：实验中测量的部分氢原子光谱线波长和强度信息图1展示了实验中测量的部分氢原子光谱线的波长与能级之间的关系。

从图中可以看出，不同能级跃迁产生的光谱线波长与能级之间存在明显的规律性。

这进一步验证了波恩定理的正确性，说明我们可以通过测量光谱线的波长来确定氢原子的能级结构。

图1：部分氢原子光谱线的波长与能级之间的关系四、结果分析通过对比实验数据与理论预测，我们发现实验结果与理论预测基本一致。

这表明我们的实验设备和方法是可靠的，能够准确测量氢原子光谱线的波长和强度信息。

同时，实验结果也验证了波恩定理的正确性，进一步证实了氢原子的能级结构。

氢原子光谱实验报告实验目的，通过对氢原子光谱的测量，了解氢原子的能级结构和光谱线的特点，验证氢原子的玻尔理论。

实验原理，氢原子的光谱实验是通过光谱仪测量氢原子的光谱线，根据光谱线的位置和强度来确定氢原子的能级结构。

氢原子的能级结构是由玻尔提出的理论来描述的，根据玻尔理论，氢原子的能级是离散的，且能级之间的能量差是固定的，当氢原子受到激发时，会发射或吸收特定波长的光，形成光谱线。

实验仪器，本实验使用的仪器主要有氢原子光谱仪、光源、光栅、光电倍增管等。

实验步骤：1. 调节光源和光栅，使得光线通过光栅后能够分解成光谱。

2. 将氢原子样品放入光谱仪中，调节光谱仪使得光谱线尽可能清晰。

3. 使用光电倍增管测量光谱线的位置和强度，记录下实验数据。

4. 根据实验数据计算氢原子的能级结构和光谱线的特点。

5. 对实验结果进行分析和讨论，验证氢原子的玻尔理论。

实验结果与分析：通过实验测量得到了氢原子的光谱线的位置和强度，根据实验数据计算得到了氢原子的能级结构和光谱线的特点。

实验结果表明，氢原子的能级是离散的，且能级之间的能量差是固定的，光谱线的位置和强度与理论值吻合较好，验证了氢原子的玻尔理论。

结论：本实验通过测量氢原子的光谱，验证了氢原子的玻尔理论。

实验结果表明，氢原子的能级结构是离散的，光谱线的位置和强度与理论值吻合较好。

通过本实验，加深了对氢原子的能级结构和光谱线特点的理解，也验证了玻尔理论在描述氢原子的能级结构和光谱线特点方面的有效性。

通过本次实验，我对氢原子的光谱有了更深入的了解，也对实验操作和数据处理有了更多的经验。

希望通过今后的实验学习，能够进一步提高自己的实验技能和科研能力，为科学研究做出更多的贡献。

一、实验目的1. 熟悉光栅光谱仪的性能和操作方法。

2. 测量氢原子光谱巴尔末线系的波长。

3. 计算里德伯常数，并验证玻尔理论。

二、实验原理氢原子光谱是研究原子结构的重要手段。

根据玻尔理论，氢原子在跃迁过程中会发射或吸收特定频率的光子，从而形成一系列的谱线。

其中，巴尔末线系是氢原子光谱中最为显著的谱线系列。

巴尔末公式描述了氢原子光谱巴尔末线系的波长与能级的关系，公式如下：1/λ = R (1/n² - 1/m²)其中，λ为氢原子光谱的波长，R为里德伯常数，n和m为整数，且n > m。

通过测量氢原子光谱巴尔末线系的波长，可以计算出里德伯常数，从而验证玻尔理论的正确性。

三、实验仪器与材料1. 光栅光谱仪2. 氢气放电管3. 光源4. 稳压电源5. 计时器6. 记录纸7. 铅笔四、实验步骤1. 将氢气放电管连接到光栅光谱仪上，并调整光栅光谱仪的入射角和出射角。

2. 打开光源和稳压电源，使氢气放电管放电产生氢原子光谱。

3. 观察光栅光谱仪的出射光，记录下巴尔末线系中几条谱线的波长。

4. 重复步骤3，测量不同能级间的跃迁谱线波长。

5. 将测量得到的波长数据代入巴尔末公式，计算里德伯常数。

6. 比较实验测得的里德伯常数与理论值，分析误差来源。

五、实验数据及处理1. 实验测得的巴尔末线系波长数据如下：谱线符号 | 波长（nm）------- | --------Hα | 656.280Hβ | 486.133Hγ | 434.047Hδ | 410.1742. 根据巴尔末公式计算里德伯常数：R = (1/λ) (1/n² - 1/m²)以Hα谱线为例，代入数据计算：R = (1/656.280 nm) (1/2² - 1/3²)= 1.097 × 10⁷ m⁻¹六、实验结果与分析1. 实验测得的里德伯常数为1.097 × 10⁷ m⁻¹，与理论值1.096 × 10⁷ m⁻¹较为接近，说明玻尔理论在氢原子光谱研究中具有一定的可靠性。

氢原子光谱和里德伯常数的测定基础物理实验研究性报告一、实验目的1.掌握氢原子光谱测定方法。

2.理解和测定氢原子光谱系列。

3.通过测定氢原子光谱系列来计算里德伯常数。

4.分析实验结果并对其进行讨论。

二、实验原理1.氢原子光谱2.里德伯常数里德伯常数是描述氢原子光谱的重要物理常数，用于计算光谱线的频率和能级之间的能量差。

三、实验装置和材料1.光谱仪：用于测定氢原子光谱的波长。

2.氢放电装置：用于产生氢原子光谱。

3.高频电源：用于提供激发氢原子的电磁场。

4.精密光栅：用于分光。

5.光电倍增管：用于探测光信号。

四、实验步骤1.调整光谱仪和测定仪器，确保仪器的准确性和稳定性。

2.打开氢放电装置，产生氢原子光谱。

3.使用光谱仪测定不同波长的氢原子光谱，并记录光谱线的位置。

4.根据光谱线的位置和光谱系列的特点，确定氢原子光谱系列。

5.根据光谱系列和波长的关系，计算里德伯常数。

6.重复实验多次，计算平均值，并进行误差分析。

五、实验结果1.根据光谱线的位置，确定氢原子光谱系列为巴耳末系列。

2.根据巴耳末系列的波长和能级公式，计算里德伯常数的值。

六、实验分析和讨论七、实验结论通过本实验的研究，我们成功测定了氢原子的光谱并计算了里德伯常数。

实验结果与理论值相符，验证了实验方法的准确性和可靠性。

同时，根据实验结果可以进一步了解氢原子的能级结构，并研究光谱与能级之间的关系。

八、实验总结本实验通过测定氢原子光谱和计算里德伯常数的方法，深入研究了氢原子的光谱现象和能级结构。

通过实验的方法和结果，我们对氢原子的能级、波长和光谱系列有了更深入的理解。

同时，实验还进一步验证了实验方法的准确性和可靠性。

通过本次实验的学习，我们进一步掌握了基础物理实验的重要方法和技巧，并对物理实验的研究方法有了更深入的了解。

氢原子光谱实验⏹大学物理实验⏹作者高峰⏹理学院实验中心引言⏹氢原子光谱的谱线排列简单而且存在着规律性，它的线状谱线直接传达出了原子内部的信息，反映了原子能级结构。

研究氢原子的光谱，不但为波尔理论的建立提供了坚实的实验基础，并且对于量子力学的发展也起到了相当重要的作用⏹由于氢的里德伯常数测量，可以比一般的物理常数达到更高的精度，成为测量基本物理常数的依据，所以至今有许多科学家仍在用最先进的激光光谱学的方法对其进行测量和研究。

不断的减小了测量结果的不确定度，增加了结果的有效位数。

⏹传统的光谱分析，需要摄谱、暗室冲洗、测谱等阶段，实验周期较长。

组合式多功能光谱仪汲取了计算机和CCD 技术，一改传统摄谱仪用感光胶片的记录方法，使得光谱既可以在计算机屏幕上显示，又可以打印成谱图进行保存，大大缩短了实验的周期，增大了实验的精确程度。

目录⏹一、实验目的⏹二、实验原理⏹三、实验仪器设备的介绍⏹四、实验内容⏹五、实验的步骤⏹六、实验的数据处理一、实验的目的：⏹1.测量氢原子光谱中巴尔末线系的几条谱线的波长，并将在空气中的波长修正为真空中的波长。

⏹2.测量计算各谱线的里德伯常数R H ，并求其平均值或用线性拟和的方法求出R H 。

⏹3.学习多功能组合光谱仪的使用。

二、实验原理⏹1.氢原子光谱的实验现象⏹光谱仪观察某些星体的光谱或分析氢放电管的光谱，在可见光的区域内得到巴耳末系,内有四条最亮的谱线，分别称为H α、H β、H γ、H δ。

谱线H αH βH γH δ波长（n m ）656.279486.133434.046410.173颜色红深绿青紫δλ（n m ）0.1810.1360.1210.116αH βH γH δH ∞H2.巴耳末用经验公式1885年瑞士的巴耳末用经验公式表示出氢原子的前四条可见光谱：Λ,5,4,3,nm 256.364222=-=n n nλ422-=n nB λΛ,5,4,3=n B=364.56 为一经验常数.3.里德伯公式:里德伯将此式改写成用波数表示的形式.⎪⎭⎫ ⎝⎛-==22~1211n R H λν4.里兹并合原理：里德伯.里兹发现碱金属光谱有类似的规律.)()(1122~n T m T n m R H -=⎪⎭⎫⎝⎛-=νT 称为光谱项，其中m =1，2，3，……，对于每一个m ，n=m+1，m+2，……，构成一个谱线系。

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式。

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成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年尤里按照里德伯常数随原子核质量不同而转变的规律，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准的常数之一，成为查验原子理论靠得住性的标准和测量其他大体物理常数的依据。

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)，可取得线状氢原子光谱。

瑞士物理学家巴尔末按如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，则上式变成（2）式中ＲH 称为氢的里德伯常数。

按照玻尔理论，对氢和类氢原子的里德伯常数的计算，得4220-=n n H λλ⎪⎭⎫ ⎝⎛-==221211~n R v H H H λ（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)（4）所以R ∞=R ̅H （1+m/M H ） （5） 对于氢，有（6）这里ＭH 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，借助（6）式可求得氢的里德伯常数。

里德伯常数Ｒ∞是重要的大体物理常数之一，对它的精密测量在科学上有重要意义，目前它的推荐值为R ∞＝10973731.568549(83)/m 。

实验三氢原子光谱的研究实验三氢原子光谱的研究引言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年玻尔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，他根据相对论力学修正了玻尔的理论，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。

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。

氢原子光谱的测量一、试验目的(1）、了解小型棱镜摄谱仪的结构,掌握其分光原理。

(2）、学习用摄谱仪测量光谱波长的基本实验技术。

（3)、测量氢原子光谱巴尔末线系的波长，并计算里德伯常量.二、实验原理1、氢原子光谱的规律原子光谱与原子能级是密切相关的。

测量原子光谱的波长可推知原子能级的结构。

氢光谱中位于可见光区四条谱线的波长可用下面的经验公式表示：λ B (n=3,4，5,…） (2-232）式中，B是一恒量，值为364.56nm，是谱线系极限值，即n→∞时的波长值。

里德伯将此公式改为波数=1/λ表示=） (2—233）式中，R H 称为氢原子的里德伯常量,其实验测量值为109677.6cm-1。

2、棱镜摄谱仪原理及结构棱镜摄谱仪的光学系统由三部分组成:（1）平行光管包括狭缝S（作为被拍摄的物,光线由狭缝射入仪器)和透镜L1.S平面位于L1的焦面上，因而从S上每点发出的复色光经L1后变为平行光。

（2）、色散系统以棱镜作为色散元件。

不同波长的平行光经棱镜折射后变为不同方向的平行光。

（3）光谱接收部分包括透镜L2及放置在L2焦面上的照相感光板F.不同方向的平行光束L2聚焦，成像在不同位置，形成S的一系列单色像S1，S2,…。

F放在像面上，就在F上形成一排细线，每一条细线对应于一定的波长，叫光谱线。

图1 小型棱镜光路图2 摄谱仪光学系统原理图3、谱线波长的测量（1）、目测法用眼睛通过看谱镜直接观测。

先用已知波长λs的光谱作标准，通过读数鼓轮来确定待测各谱线的波长λx。

（2)、照相法将波长已知的光谱线（比较光谱）和波长未知的光谱线（待测谱线）拍摄在同一张感光板上。

拍摄时,不能移动狭缝和摄谱暗箱,只能通过抽动哈特曼光阑,使比较光谱和待测光谱中常用线性内插法测量.一般情况下，棱镜是非线性色散元件,但在一较小波长范围内(约几个nm）可认为色散是均匀的，即谱线的感光片上的距离之差与波长之差成正比。

如图4所示，若波长为λx的待测谱线位于已知波长λ1和λ2两谱线之间，用d和x分别表示λ1和λ2及λ1和λx之间距，则待测谱线的波长为λx=λ1+（λ2—λ1) (2-236)图3 定标曲线图4 内插法测波长三、实验仪器WPL小型棱镜摄谱仪、光谱投影仪、氦灯、氢灯、调压器、霓虹灯变压器、全色胶卷及暗房设备.四、实验步骤1、调试小型棱镜摄谱仪至工作状态（1）调整光源与聚光镜的位置,使其与平行光管等高、共轴；点燃氦灯,前后移动聚光灯，将光源成像于狭缝处，均匀照亮整个狭缝使通过摄谱仪的光通量达到最大.(2)调节狭缝宽度和调焦,使该谱线清晰.2、用目测法测量氢原子光谱的波长（1）用看谱镜对氦光谱进行全方位观察(2）根据实验要求结合数据处理方法自行设计目视法具体测量过程中应注意的事项。

原子光谱实验报告原子光谱实验报告引言：原子光谱是研究原子结构和性质的重要实验方法之一。

通过对原子的电子跃迁和辐射现象进行观察和分析，可以得到关于原子能级和光谱特征的信息。

本实验旨在通过测量氢气的光谱线，探究原子光谱的基本原理和方法。

实验步骤：1. 实验仪器与材料准备：本实验使用的仪器包括：氢气放电管、光栅光谱仪、高压电源、电流表、电压表等。

实验材料为氢气。

2. 实验操作：a. 将氢气放电管与高压电源连接，并调整电流和电压，使氢气放电管正常工作。

b. 将光栅光谱仪与氢气放电管连接，打开光栅光谱仪的光源和接收系统。

c. 调整光栅光谱仪的光栅角度，使其与氢气放电管的光线平行，并观察光栅光谱仪的光谱图像。

实验结果：通过实验观察，我们得到了氢气的光谱图像。

在光谱图像中，我们可以看到一系列明亮的谱线，这些谱线代表了氢气原子的电子跃迁过程。

讨论与分析：1. 谱线的解释：根据实验结果，我们可以将氢气的谱线分为几个系列，如巴耳末系列、帕邢系列等。

这些系列对应了不同的电子跃迁过程，每个谱线都代表了一个特定的能级差。

2. 能级结构的推测：根据氢原子的能级结构理论，我们可以推测出氢气的能级结构。

例如，巴耳末系列的谱线对应的是电子从第二能级跃迁到第一能级，而帕邢系列的谱线对应的是电子从第三能级跃迁到第一能级。

3. 能级差的计算：根据谱线的波长，我们可以计算出不同能级之间的能级差。

通过对能级差的分析，我们可以验证氢原子能级结构理论的准确性。

4. 光谱线的宽度：在实验中，我们还可以观察到谱线的宽度。

谱线的宽度反映了原子能级的寿命，宽度越窄，能级寿命越长。

通过对谱线宽度的测量，我们可以研究原子的寿命和相应的能级跃迁过程。

结论：通过本实验，我们成功地观察和分析了氢气的光谱线，并对原子光谱的基本原理和方法有了更深入的了解。

通过测量谱线的波长和宽度，我们可以推测原子的能级结构和能级差，并验证相关理论的准确性。

原子光谱实验为研究原子结构和性质提供了重要的实验手段。

氢原子光谱的研究直至目前，对元素的光谱进行研究仍然是了解原子结构的重要手段之一。

通过对原子光谱的研究使得我们了解了原子内部电子的自旋运动。

光谱线的超精细结构曾被认为是不同的同位素所发出的谱线，后来又被许多理论和实验如塞曼效应等证实，这些谱线是由单一的同位素由于原子核的自旋而发出的。

本实验通过对氢原子光谱的研究，初步认识电子围绕原子核运动时只能处于一系列能量不连续的状态，并获得氢原子结构的知识。

一、实验目的1、 验证巴尔末公式并测定里德伯（H R ；2、 了解棱镜摄谱仪的原理及相关实验操作方法。

二、实验原理1885年巴尔末（，确定了可见光区域氢光谱的分布规律，指出各谱线的波长可由下式表示：4220-=n n λλ （1） 式中n 为正整数3、4、5，。

nm 56.3640=λ（1）式就是巴尔末公式。

符合这个公式的一系列氢光谱线系称为巴尔末系。

以后又发现了氢原子的其他线系。

为了更加清楚地表明谱线分布规律，里德伯把巴尔末公式改用波数表示如下： ）（）（22220121411~nR n n v H -=-==λλ （2） H R 称为氢光谱的里德伯常数，近代的测量值为17100973731.1-⨯=m R H为了解释氢原子光谱的规律性，在这些完全从实验得到的经验公式的基础上，玻尔（Bohr ）在卢瑟福原子模型的基础上，把库仑定律、牛顿第二定律以及普朗克量子理论运用于原子系统，建立了氢原子理论，得到氢原子的内部能量为：222048hn me E ε-= ， ，，，321=n （3） （3）式表示氢原子能量的数值是分立的，不连续的。

当原子从一个稳定状态跃迁到另一个稳定状态时，发射的单色光谱先的波数为：）（2232004118~nm c h me v -=ε n m （4） 比较（2）式和（4）式，玻尔得到理论上的里德伯常数为：173204100973731.18-⨯==m ch me R H ε理论 随着科学技术的不断发展，人们已经知道氢原子光谱有着更为复杂的结构，巴尔末公式也只能作为一个一级近似的规律。

物理实验报告要求实验报告的撰写是知识系统化的吸收和升华过程，因此课后写实验报告重点在于对原始数据的整理，数据处理和结果的正确表示，对实验过程分析总结等。

完整的实验报告应包括以下内容： 1． 列出实验名称、实验目的 2． 实验原理：简明扼要3． 实验仪器：名称、规格、编号（或组号） 4． 实验任务或实验步骤：列出关键事项，简单明了5． 数据处理：包括实验数据整理、数据处理过程（计算、作图、不确定度分析等）、实验结果 6． 实验小结（有就写，不强求） 7． 后附原始数据表格，简单的预习报告注意： 1-4项手写尽量不超过3页，不要抄讲义，要自己提炼。

报告重点应放在5、6项。

物理实验预习要求课前预习实验的目的在于对要进行的实验有一个全面的认识，因此在预习中应看懂实验原理，了解实验所用的仪器、方法，明确实验任务等，为方便进行实验，还应写出简单的预习报告（手写2—3页），包括以下内容（课上教师可能检查）： 1．实验题目2．实验任务分项写出用到的计算公式、必要的电路图、光路图 3．原始数据记录表格（单独一页）注意：①预习报告如果包含实验报告1—4项内容而又书写整齐的，可以作为实验报告的一部分。

②预习报告为预习时写的报告，不一定冠名“预习”。

实验报告参考格式：实验5.12 氢原子光谱的研究一、实验目的(可以课前写出)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，验证巴耳末公式的准确性，准确测定氢的里德伯常数。

二、实验原理(可以课前写出)在可见光区中氢的谱线可以用巴耳末经验公式来表示⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=22H 2012114141n R n λλ (1)式中R H 称为氢的里德伯常数。

根据玻尔理论，巴耳末线系的理论公式为：()⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛+=22342201211π2π411n M m c h me ελ (2)式中ε0为真空中介电常数，h 为普朗克常数，c 为光速，e 为电子电荷，m 为电子质量，M 为氢核的质量。

实验二十九 氢原子光谱的研究Experiment 29 Hydrogen atom spectrum experiment 氢原子光谱的研究在原子物理学的发展史中起过重要作用。

由于它是最简单、最典型、规律性最明显的一种光谱，因此最早为人们所注意，研究的也最为透彻。

实验方面进行了精细结构的探测，数据越来越精确。

理论方面则相当完满地解释了这些谱线的成因，发展了电子与电磁场相互作用的理论（量子电动力学）。

因此，本实验的操作过程对学生能力的培养无疑有较大的意义。

实验目的Experimental purpose 1．测量氢光谱巴尔末线系在可见光区域的几条谱线的波长、验证巴尔末规律的正确性。

2．验算里德堡常数。

3．熟悉棱镜摄谱仪、光谱投影仪、阿贝比长仪的使用方法，并了解棱镜摄谱仪的工作原理。

实验原理Experimental principle 1885年巴尔末根据实验数据发现了氢原子光谱在可见光区域内的各条谱线波长遵循下述规律(1)4220-=n n λλ式中λ0为恒量。

当n =3，4，5，6，…时，则对应谱线分别称为H α、H β、H γ、H δ、…谱线。

继巴尔末之后，里德堡又把（1）式改写为(2)⎪⎭⎫ ⎝⎛-=221211n R H λ式中n =3，4，5，6，…，R H =（10967758.1±0.8）m -1，称为里德堡常数。

通常取R H =1.097×107m -1即可。

氢原子光谱线中遵循上述两式规律的许多谱线组成氢光谱的巴尔末线系。

对于巴尔末线系来说，谱线的间隔和强度由长波向短波方向，以一种十分规则的方式递减，间隔越来越小。

强度越来越弱。

在巴尔末和里德堡经验公式的基础上，玻尔建立起原子模型理论，该理论能较好地解释气体放电时的发光现象。

玻尔理论认为：原子由原子核及核外电子组成，核外电子围绕原子核运动，它们可以有许多分立的运动轨道（见图1所示）。

电子在不同的轨道上运动时具有不同的能量，能量值是不连续的，是量子化的，只能取由量子数决定的各个分立的能量值。