钠原子光谱

钠原子光谱的拍摄与分析试验目的：通过对钠原子光谱的观察、拍摄和分析，加深对碱金属原子中外层电子与原子实相互作用以及自旋与轨道运动的相互作用的了解。

实验器材：钠光灯、光栅摄谱仪、光电倍增管、A/D接口、计算机和相应软件系统。

实验原理：1、钠原子光谱的线系：碱金属原子只有一个价电子，所以和氢原子类似，但是由于价电子在原子实中贯穿的程度和引起原子实极化的程度与价电子的量子态有关，所以电子的能量与量子数n,l都有关。

钠原子光谱有四个线系：主线系：3S—nP，有自吸收线，仅共振线在可见区漫线系：3P—nD，谱线展宽明显锐线系：3P—nS，谱线比较清晰基线系：3D—nF，全部在红外区2、钠原子光谱的双重结构：由于电子自旋和轨道运动的相互作用使能级分裂，钠原子光谱显示出双重结构。

主线系光谱线双重结构的两个成分中短波成分与长波成分的强度比为2:1，而锐线系和漫线系则相反。

实验步骤：1、打开光源、光电倍增管、计算机电源，进入软件界面，定标光电管位置。

2、调整光源位置和单色仪的两个狭缝宽度，初步测量300nm—620nm间的谱线分布和相对强度。

3、调整光源位置，分别测量记录不同强度的各个谱线，依据共振线定标。

4、记录各个谱线的位置、强度、特点等数据。

5、退出软件系统，关闭所有仪器。

数据处理：原始测量数据：（范围：300nm—620nm负高压：6增益：6采集次数：10）定标误差曲线：（用处见后面问题思考）对证认了的Na的谱线的计算：能级数据表格：能级图：对于3p轨道有效电荷的计算：而用双重结构的波数差计算：问题思考：1、在光路的设计上，应当把狭缝尽量放小，而光源在需要时可以尽量接近狭缝，使得在保证光强的同时尽量使单色仪的分辨率提高。

2、可以通过把光源移近和拉远两次扫描并对比所得光谱，来得到每条光谱线的来源信息：如果来自于钠光灯，则光源移近后增强明显，反之则为杂散光（普通日光灯也是发射线）。

3、共振线在弥散较强烈的发射线背景上有一条吸收线。

实验二 钠原子光谱碱金属是元素周期表中的第一列元素（H 除外），包括Li 、Na 、K 、Rb 、Cs 、Fr ，是一价元素，具有相似的化学、物理性质。

碱金属原子的光谱和氢原子光谱相似，也可以归纳成一些谱线系列，而且各种不同的碱金属原子具有非常相似的谱线系列。

碱金属原子的光谱线主要由4个线系组成：主线系、第一谱线系（漫线系）、第二辅线系（锐线系）和柏格曼线系（基线系）。

碱金属原子与氢原子在能级方面存在差异，而且谱线系种类也不完全相同。

原子实的极化和轨道贯穿理论很好的解释了这种差别。

进一步对碱金属原子光谱精细结构的研究证实了电子自旋的存在和原子中电子的自旋与轨道运动的相互作用，即自旋－轨道相互作用，这种作用较弱，由它引起了光谱的精细结构。

钠原子光谱及其相应的能级结构具有碱金属原子光谱和能级结构的典型特征。

本实验通过钠原子光谱的观察与分析，加深对有关原子结构、原子内部电子的运动、碱金属原子的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，在分析光谱线和测量波长的基础上，计算钠原子中价电子的各能级和相应的量子亏损，绘制钠原子的部分能级图。

【实验原理】原子光谱是研究原子结构的一种重要方法。

1885年，巴尔末（J.J.Balmer ）根据人们的观测数据，发现了氢光谱的规律，提出了著名的氢光谱线的经验公式。

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了重要作用。

根据玻尔理论或量子力学中的相关理论，可得出对氢及类氢离子的光谱规律为： ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=222111~n n R H ν （2—1） 其中，ν~为波数，HR 为氢的里德伯常数（109 677.58cm ）,1n 和2n 为整数。

钠是碱金属原子，核外有11个电子，其中622221p s s 这10个电子形成稳定的满壳层结构，并与原子核共同组成原子实，在最外层只有一个价电子。

在这一点上又与最简单的氢原子相似，因此纳原子光谱中各谱线的波数ν~，也可以用下列关系式表示： ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=222111~n n R ν （2—2） 其中 R 为里德伯常数 (＝109737.31cm -1 )，在氢原子光谱中，1n 和2n 都是正整数，相应于 1n ＝1，2，3，···等值，分别有赖曼谱系，巴耳末谱系，帕邢谱系等。

1-2钠原子光谱-图文1.2钠原子光谱氢原子光谱和波尔理论给出了单纯正负电荷间相互吸引作用的电场量子化规律。

正确认识复杂原子光谱的规律，是完善波尔理论的必要条件。

在多电子原子体系中，碱金属原子只有一个价电子，与氢原子的结构相似，分析二者原子光谱的异同，是研究复杂原子光谱的切入点，不但认清了同种电荷间排斥作用的电场量子化规律，为解释元素的周期律奠定基础，还导致电子自旋的发现。

多电子原子中存在原子核-电子、电子-电子以及自旋-轨道多重相互作用。

通过拍摄钠原子光谱，在测量波长和分析光谱线系的基础上，根据价电子在不同轨道运动时的量子缺来理解电子-电子排斥作用对能级结构的影响，可以较全面地掌握光谱分析技术的基本方法。

一、实验目的（1）测量钠主线系的谱线波长；（2）了解原子光谱与原子结构的关系，求钠原子主线系的量子改正数（量子缺）。

二、实验原理原子中电子绕核运动的能量是量子化的。

电子从一个能级跃迁到另一能级,就要辐射或吸收一定的能量，由此形成原子的发射光谱或吸收光谱。

电子在主量数为n2和n1的上、下能级之间跃迁时，其发射光谱的波数为11~1(EE)R，（1.2.1）2122hcn1n2其中E1与E2分别表示上能级与下能级的能量，h为普朗克常数，c为光速,R为里德伯常数。

每一谱线的波数都可以表达为两光谱项之差,即~TT，（1.2.2）12T为光谱项,对于氢原子，光谱项可写成TRH。

（1.2.3）n2碱金属（Li，Na，K，Rb，C，Fr）原子只有一个价电子，在由原子核和闭壳层电子组成的离子实库仑场中运动，具有和氢原子相仿的结构，但比氢原子和类氢离子（He原子去掉一个核外电子形成的离子）要复杂。

这是由于碱金属原子中存在离子实的极化与贯穿，电子在主量子数n相同、轨道量子数l（l=1,2,…,n-1）不同的轨道上运动，其能量并不相同。

因此，电子的能量与n和l都有关系，即每个主量子数为n的能级分为n个子能级。

离子实的极化（离子实正负电荷中心不重合）与贯穿（价电子穿入离子实封闭电子壳层）都会使价电子受到附加的吸引作用，因此能量比氢原子体系的能量要低。

钠原子发射光谱实验目的：1、通过对钠原子光谱的观察与分析加深对碱金属原子的外层电子与原子实相互作用级轨道自旋相互作用的了解。

2、在分析光谱线和测量波长的基础上计算钠原子在不同轨道上运动时的量子数之损3、绘制钠原子的能级跃迁图，并与氢原子的能级进行比较。

实验仪器：钠灯光源 光栅光谱仪 计算机实验原理：对钠原子光谱的研究能使我们获得有关原子结构，原子内部电子的运动，碱金属原子的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知识，并能对电子自旋的发现和元素周期表做出解释。

（一） 原子光谱的产生：1、原子的壳层结构原子是由原子核与绕核运动的电子所组成。

每一个电子的运动状态可用主量子数n 、角量子数l 、磁量子数l m 和自旋量子数S m 等四个量子数来描述。

主量子数n ，决定了电子的主要能量E 。

角量子数l ，决定了电子绕核运动的角动量。

电子在原子核库仑场中在一个平面上绕核运动，一般是沿椭圆轨道运动，是二自由度的运动，必须有两个量子化条件。

这里所说的轨道，按照量子力学的含义，是指电子出现几率大的空间区域。

对于一定的主量子数n ，可有n 个具有相同半长轴、不同半短轴的轨道，当不考虑相对论效应时，它们的能量是相同的。

如果受到外电磁场或多电子原子内电子间的相互摄动的影响，具有不同l 的各种形状的椭圆轨道因受到的影响不同，能量有差别，使原来简并的能级分开了，角量子数l 最小的、最扁的椭圆轨道的能量最低。

磁量子数l m (轨道方向的量子数)，决定了电子绕核运动的角动量沿磁场方向的分量。

所有半长轴相同的在空间不同取向的椭圆轨道，在有外电磁场作用下能量不同。

能量大小不仅与n 和l 有关，而且也与l m 有关。

自旋量子数S m （自旋方向量子数）,决定了自旋角动量沿磁场方向的分量。

电子自旋在空间的取向只有两个，一个顺着磁场；另一个反着磁场，因此，自旋角动量在磁场方向上有两个分量。

电子的每一运动状态都与一定的能量相联系。

钠原子光谱目的要求：本实验通过对钠原子光谱的观察、拍摄与分析，加深对碱金属原子的外层电子与原子实相互作用以及自旋与轨道运动相互作用的了解，在分析光谱线系和测量波长的基础上，计算钠原子的价电子在不同轨道运动时的量子缺，绘制钠原子的部分能级图．科学小史：(1)原子光谱及光谱研究元素的原子光谱，可以了解原子的内部结构，认识原子内部电子的运动，并导致电子自旋的发现．钠原子是一个多电子原子，既存在着原子核和电子的相互作用，又存在着电子之间的相互作用，还有电子自旋运动与轨道运动的相互作用．光谱是用来鉴别物质、发现新元素和确定它的化学组成的重要依据。

光谱分为发射光谱和吸收光谱两大类。

物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。

其中炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱；而稀薄气体或金属蒸气的发射光谱是一些不连续的亮线，叫做明线光谱。

明线光谱是由游离态的原子发射的，所以也叫原子光谱。

还有一些物质的发射光谱呈带状，是由该元素的原子团或分子发射的，叫做带状光谱或分子光谱。

吸收光谱是指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，某些波长的光波物质吸收后产生的光谱。

所以吸收光谱是以连续光谱为背景的若干条暗线。

各种原子的吸收光谱中的每条暗线，都跟该种原子的发射光谱中的一条明线相对应。

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又叫做原子的特征谱线。

特征谱线为光谱分析技术的应用、研究和发展，提供了可靠的基础和保障。

光谱分析就是使用分光镜、分光仪、单色仪、摄谱仪、投影仪、记录仪和计算机等光谱仪器和分析仪器，通过对各类光谱的产生、拍摄、观察、记录等手段对物质进行定性或定量的检测、分析与研究。

它在我国国民经济中，特别是地质、矿产部门有着广泛的应用，在现代航天事业和对外星球的探测中，光谱分析有着更广阔的发展前景。

我们选了十幅有代表性的各类光谱图例。

a．氢的明线光谱；f．高压汞灯的明线光谱；b．氦的明线光谱；g．荧光灯的明线光谱；c．氩的明线光谱；h．钠的吸收光谱；d．钢的明线光谱；i．白炽灯的连续光谱；e．氙的明线光谱；j．太阳的连续光谱（其中有暗线）。

实验 3­3 钠原子光谱对元素的光谱进行研究是了解原子结构的重要途径之一。

通过对原子光谱的研究，不仅让我们 了解了原子内部电子的运动，同时也导致了电子自旋的发现和对元素周期表的解释。

在对氢原子光谱的研究中， 人们认识到电子围绕原子核运动只能处于一系列能量不连续的状态， 从而获得了关于氢原子结构的知识。

但对于多电子原子，除了原子核和电子的相互作用外，还存着 电子之间的相互作用，而且电子的自旋运动和轨道运动的相互作用也更为显著。

为了更好地理解这 方面的知识，我们安排了钠原子光谱实验。

【实验目的】1、通过对钠原子光谱的观察和分析，加深对碱金属原子中外层电子与原子实相互作用以及自旋 与轨道运动相互作用的了解；2、在对光谱线系进行分析和波长测量的基础上，计算钠原子中价电子在不同轨道运动时的量子 缺，绘制钠原子的部分能级图，并根据双重线不同成分的波长差，计算价电子在某些轨道运动时原 子实的有效电荷。

【实验原理】（一） 钠原子光谱的线系为了比较与说明，我们先回忆一下氢原子的光谱规律。

对于氢原子光谱，人们早就发现它们的 光谱线的波数可以用两项值之差表示：2 1 2 2 n R n R - = n （3­3­1）式中 R 为里德伯常数。

若令 2 n =2， 1n =3、4、5……，则可得熟知的巴尔末线系。

碱金属原子只有一个价电子，价电子在核和内层电子组成的原子实的中心力场中运动，和氢原 子有点类似。

但是，由于原子实的存在，价电子处在不同量子态时，或者按轨道模型的描述，处于 不同的轨道时，它和原子实的相互作用是不同的。

这主要是因为：首先，价电子处于不同轨道时， 它们的轨道在原子实中贯穿的程度不同，所受到的作用不同；其次，价电子处于不同轨道时，引起 原子实极化的程度也不同。

这二者都要影响原子的能量。

即使电于所处轨道的主量子数 n 相同而轨 道量子数 l 不同，原子的能量也是不同的，因此原子的能量与价电子所处轨道的量子数 n,l 都有关。

实验二 钠原子光谱碱金属是元素周期表中的第一列元素（H 除外），包括Li 、Na 、K 、Rb 、Cs 、Fr ，是一价元素，具有相似的化学、物理性质。

碱金属原子的光谱和氢原子光谱相似，也可以归纳成一些谱线系列，而且各种不同的碱金属原子具有非常相似的谱线系列。

碱金属原子的光谱线主要由4个线系组成：主线系、第一谱线系（漫线系）、第二辅线系（锐线系）和柏格曼线系（基线系）。

碱金属原子与氢原子在能级方面存在差异，而且谱线系种类也不完全相同。

原子实的极化和轨道贯穿理论很好的解释了这种差别。

进一步对碱金属原子光谱精细结构的研究证实了电子自旋的存在和原子中电子的自旋与轨道运动的相互作用，即自旋－轨道相互作用，这种作用较弱，由它引起了光谱的精细结构。

钠原子光谱及其相应的能级结构具有碱金属原子光谱和能级结构的典型特征。

本实验通过钠原子光谱的观察与分析，加深对有关原子结构、原子内部电子的运动、碱金属原子的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，在分析光谱线和测量波长的基础上，计算钠原子中价电子的各能级和相应的量子亏损，绘制钠原子的部分能级图。

【实验原理】原子光谱是研究原子结构的一种重要方法。

1885年，巴尔末（）根据人们的观测数据，发现了氢光谱的规律，提出了著名的氢光谱线的经验公式。

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了重要作用。

根据玻尔理论或量子力学中的相关理论，可得出对氢及类氢离子的光谱规律为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=222111~n n R H ν （2—1） 其中，ν~为波数，H R 为氢的里德伯常数（109 ）,1n 和2n 为整数。

钠是碱金属原子，核外有11个电子，其中622221p s s 这10个电子形成稳定的满壳层结构，并与原子核共同组成原子实，在最外层只有一个价电子。

在这一点上又与最简单的氢原子相似，因此纳原子光谱中各谱线的波数ν~，也可以用下列关系式表示： ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=222111~n n R ν （2—2） 其中 R 为里德伯常数 (＝ )，在氢原子光谱中，1n 和2n 都是正整数，相应于 1n ＝1，2，3，···等值，分别有赖曼谱系，巴耳末谱系，帕邢谱系等。

近代物理实验题目钠原子光谱的观测与分析班级 09物理学号 09072053姓名张泽民指导教师余云鹏钠原子光谱的观测与分析研究元素的原子光谱，可以了解原子的内部结构，认识原子内部电子的运动，并导致电子自旋的发现。

原子光谱的观测，为量子理论的建立提供了坚实的实验基础。

1885年末，巴尔末（J.J.Balmer）根据人们的观测数据，总结出了氢光谱线的经验公式。

1913年2月，玻尔（N.Bohr）得知巴尔末公式后，3月6日就寄出了氢原子理论的第一篇文章，他说：“我一看到巴尔末公式，整个问题对我来说就清楚了。

”1925年，海森伯（W.Heisenberg）提出的量子力学理论，更是建筑在原子光谱的测量基础之上的。

现在，原子光谱的观测研究，仍然是研究原子结构的重要方法之一。

20世纪初，人们根据实验预测氢有同位素，1912年发明质谱仪后，物理学家用质谱仪测得氢的原子量为1.00778，而化学家由各种化合物测得为1.00799。

基于上述微小的差异，伯奇（Birge）和门泽尔（Menzel）认为氢也有同位素2H（元素左上角标代表原子量），它的质量约为1H的2倍，据此他们算得1H和2H在自然界中的含量比大约为4000：1，由于里德伯（J.R.Rydberg）常量和原子核的质量有关，2H的光谱相对于1H的应该会有位移。

1932年，尤雷（H.C.Urey）将3L 液氢在低压下细心蒸发至1毫升以提高2H的含量，然后将那1mL注入放电管中，用它拍得的光谱，果然出现了相对于1H移位了的2H的光谱，从而发现了重氢，取名为氘，化学符号用D表示。

由此可见，对样品的考究，实验的细心，测量的精确，于科学进步非常重要。

二、【实验仪器】1、WGD—8A型组合式多功能光栅光谱仪由光栅单色仪、接收单元、扫描系统、电子放大器、A/D采集单元、计算机组成。

该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。

光学系统采用C-T 型。

入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围0-2mm连续可调，顺时针旋转为狭缝宽度加大，反之减小，每旋转一周狭缝宽度变化0.5nm。

钠原子光谱目的要求：本实验通过对钠原子光谱的观察、拍摄与分析，加深对碱金属原子的外层电子与原子实相互作用以及自旋与轨道运动相互作用的了解，在分析光谱线系和测量波长的基础上，计算钠原子的价电子在不同轨道运动时的量子缺，绘制钠原子的部分能级图．科学小史：(1)原子光谱及光谱研究元素的原子光谱，可以了解原子的内部结构，认识原子内部电子的运动，并导致电子自旋的发现．钠原子是一个多电子原子，既存在着原子核和电子的相互作用，又存在着电子之间的相互作用，还有电子自旋运动与轨道运动的相互作用．光谱是用来鉴别物质、发现新元素和确定它的化学组成的重要依据。

光谱分为发射光谱和吸收光谱两大类。

物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。

其中炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱；而稀薄气体或金属蒸气的发射光谱是一些不连续的亮线，叫做明线光谱。

明线光谱是由游离态的原子发射的，所以也叫原子光谱。

还有一些物质的发射光谱呈带状，是由该元素的原子团或分子发射的，叫做带状光谱或分子光谱。

吸收光谱是指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，某些波长的光波物质吸收后产生的光谱。

所以吸收光谱是以连续光谱为背景的若干条暗线。

各种原子的吸收光谱中的每条暗线，都跟该种原子的发射光谱中的一条明线相对应。

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又叫做原子的特征谱线。

特征谱线为光谱分析技术的应用、研究和发展，提供了可靠的基础和保障。

光谱分析就是使用分光镜、分光仪、单色仪、摄谱仪、投影仪、记录仪和计算机等光谱仪器和分析仪器，通过对各类光谱的产生、拍摄、观察、记录等手段对物质进行定性或定量的检测、分析与研究。

它在我国国民经济中，特别是地质、矿产部门有着广泛的应用，在现代航天事业和对外星球的探测中，光谱分析有着更广阔的发展前景。

我们选了十幅有代表性的各类光谱图例。

a．氢的明线光谱；f．高压汞灯的明线光谱；b．氦的明线光谱；g．荧光灯的明线光谱；c．氩的明线光谱；h．钠的吸收光谱；d．钢的明线光谱；i．白炽灯的连续光谱；e．氙的明线光谱；j．太阳的连续光谱（其中有暗线）。

实验简介碱金属是元素周期表中的第一列元素（H除外），包括Li、Na、K、Rb、Cs、Fr，是一价元素，具有相似的化学、物理性质。

碱金属原子的光谱和氢原子光谱相似，也可以归纳成一些谱线系列，而且各种不同的碱金属原子具有非常相似的谱线系列。

碱金属原子的光谱线主要由4个线系组成：主线系、第一谱线系（漫线系）、第二辅线系（锐线系）和柏格曼线系（基线系）。

碱金属原子与氢原子在能级方面存在差异，而且谱线系种类也不完全相同。

原子实的极化和轨道贯穿理论很好的解释了这种差别。

进一步对碱金属原子光谱精细结构的研究证实了电子自旋的存在和原子中电子的自旋与轨道运动的相互作用，即自旋－轨道相互作用，这种作用较弱，由它引起了光谱的精细结构。

钠原子光谱及其相应的能级结构具有碱金属原子光谱和能级结构的典型特征。

本实验以钠原子光谱为研究对象，通过摄谱、识谱和波长测量，求出量子缺和钠原子若干激发态能级。

实验原理⏹原理●钠原子由一个完整而稳固的原子实和它外面的一个价电子组成。

原子的化学性质以及光谱规律主要决定于价电子。

●与氢原子光谱规律相仿，钠原子光谱线的波数可表示为两项差（1）其中为有效量子数，当无限大时，，为线系限的波数。

●钠原子光谱项它与氢原子光谱项的差别在于有效量子书不是整数，而是主量子数n减去一个数值，即量子修正，成为量子缺。

量子缺是由原子实的极化和价电子在原子实中的贯穿引起的。

碱金属原子的各个內壳层均被电子占满，剩下的一个电子在最外层轨道上，此电子称为价电子，价电子与原子的结合较为松散，与原子核的距离比其他內壳层电子远得多，因此可以把除价电子之外的所有电子和原子核看作一个核心，称为原子实。

由于价电子电场的作用，原子实中带正电的原子核和带负电的电子的中心会发生微小的相对位移，于是负电子的中心不再在原子核上，形成一个电偶极子。

极化产生的电偶极子的电场作用于价电子，使它受到吸引力而引起能量降低，降低了势能，此即轨道贯穿现象。

原子能量的这两项也将受到原子实的附加引力，降低了势能，此即轨道贯穿现象。

耶拿原子吸收光谱仪钠
耶拿原子吸收光谱仪是一种用来测量原子的吸收光谱的仪器，它以德国耶拿市命名，其原理是通过将样品中的原子蒸发并激发，然后通过测量原子在特定波长下吸收光的强度来分析样品中的元素成分。

钠是一种常见的化学元素，化学符号为Na，原子序数为11。

在耶拿原子吸收光谱仪中，钠的吸收光谱可以用来确定样品中的钠含量。

钠的吸收光谱位于可见光区域，主要集中在波长为589.0纳米和589.6纳米的黄线。

通过将样品中的钠原子蒸发并激发，耶拿原子吸收光谱仪可以测量在589.0纳米和589.6纳米波长下钠原子所吸收的光强度。

通过对比吸收峰的强度与已知标准溶液的光谱进行对比，可以确定样品中钠的含量。

耶拿原子吸收光谱仪的使用范围广泛，并且可以适用于许多不同领域，包括环境监测、食品检测、药物分析等。

它提供了一种快速、准确、灵敏的方法来分析样品中的钠含量，可以帮助科学家们进行质量控制、研究和监测工作。

钠的原子光谱
钠的原子光谱是指钠原子在光激发条件下发射出的特定波长的光线。

钠原子的光谱包括主要的黄线、双黄线和一些次要的紫线。

钠原子的主要发射线是两条黄线，波长分别为589.0纳米和589.6纳米。

其中589.0纳米的黄线也被称为"D线"，是钠的最明亮的发射线，常用于光谱学实验和研究中。

另外，钠原子的双黄线波长分别为568.8纳米和568.3纳米。

这两条双黄线的发射光线相互靠近，形成一个亮点，因此也被称为"D1线"和"D2线"。

此外，钠原子还有一些次要的发射线，如紫线。

这些发射线的波长较短，常出现在紫色光谱区域。

钠原子的光谱是由钠原子在被光子激发后，电子从高能级跃迁到低能级时释放能量所产生的。

根据玻尔模型和量子力学理论，每个能级之间的跃迁会产生特定的波长和频率的光线，因此钠原子的光谱是由这些特定的发射线组成的。

钠的原子光谱不仅在科学研究中有重要应用，还被广泛应用于光谱分析、光谱仪校准、激光等领域。

钠原子光谱实验报告一、实验目的与实验仪器实验目的：1）了解钠原子光谱的实验规律及原子结构关系2）测定钠原子光谱；辨认同一线系的钠原子光谱线3）根据钠原子双黄线估计钠原子有效电荷数和内部磁场实验仪器:WGD-8A 型组合式多功能光栅光谱仪，钠光谱灯，汞灯等二、实验原理（要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式）1.钠原子光谱对于氢原子，当电子在主量子数n2和n1上下能级间跃迁时发射光谱波数R H是氢原子的里德伯常量。

若用能量E1、E2表示上下能级则有写成一般形式令则上式可以写成钠原子光谱也有类似规律，但作用在价电子上的电场与点电荷有显著不同，以有效量子数n+代替主量子数nΔ称为量子缺是与主量子数n和l都有关的正修正数。

与氢原子相似，钠原子的发射光谱线的波数可写成下面形式钠原子光谱有四个线系，其中主线系和锐线系是双线结构，漫线系和基线系是三线结构。

各谱线系的波数公式为：2、原子有效电荷数和内部磁场估算电子具有两种自旋取向，即自旋向上和自旋向下。

钠原子价电子轨道运动产生的磁场与自旋磁矩相互作用，产生了附加能E此处B取 的方向为 z 方向，由于电子磁矩 sz B或 为玻尔磁子，故由于该附加能的产生，能级发生分裂谱线发生分裂，出现精细结构从而谱线双层能级的间隔可用波数差表示：三、实验步骤（要求与提示：限400字以内）1.准备工作：选择光电倍增管接收方式，并启动软件同时初始化2.校正光谱仪指示波长：使用汞灯三线作为标准值校正，调节合适的测量参数后开始测量汞灯谱线，并对测量结果进行修正。

3.分波段测量钠原子光谱4.处理数据四、数据处理（要求与提示：对于必要的数据处理过程要贴手算照片）1）锐线系3p-4s 3p-5s 3p-6s=3166.07在3 185.27和3 138.66之间。

3 185.27对应的有效量子数*1n =3.64 右侧*2n =4.64；3 138.66对应的有效量子数*1n =3.66 右侧*2n =4.66 由内插法：648.0)64.066.0(66.313827.318507.316627.318564.0aa m l n 5 n 3 m 1.352 l同理 =1638.76 526.0 aa m l n 6 n 4 m 1.348 l1.35-l固定项)()(*~**0n T n T nn=4 12*~**072.24492)352.04(31.10973769.16246)()(cm n T n T nn=5 12*~**027.24492)352.05(31.1097379412.761)()(cm n T n T n n=6 12*~**057.12449)352.06(31.10973721051.52)()(cm n T n T n2）漫线系 3p-3d 3p-4d 3p-5d=2484.68在2 502.87 和2 469.09 之间。

实验二 钠原子光谱碱金属是元素周期表中的第一列元素（H 除外），包括Li 、Na 、K 、Rb 、Cs 、Fr ，是一价元素，具有相似的化学、物理性质。

碱金属原子的光谱和氢原子光谱相似，也可以归纳成一些谱线系列，而且各种不同的碱金属原子具有非常相似的谱线系列。

碱金属原子的光谱线主要由4个线系组成：主线系、第一谱线系（漫线系）、第二辅线系（锐线系）和柏格曼线系（基线系）。

碱金属原子与氢原子在能级方面存在差异，而且谱线系种类也不完全相同。

原子实的极化和轨道贯穿理论很好的解释了这种差别。

进一步对碱金属原子光谱精细结构的研究证实了电子自旋的存在和原子中电子的自旋与轨道运动的相互作用，即自旋－轨道相互作用，这种作用较弱，由它引起了光谱的精细结构。

钠原子光谱及其相应的能级结构具有碱金属原子光谱和能级结构的典型特征。

本实验通过钠原子光谱的观察与分析，加深对有关原子结构、原子内部电子的运动、碱金属原子的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，在分析光谱线和测量波长的基础上，计算钠原子中价电子的各能级和相应的量子亏损，绘制钠原子的部分能级图。

【实验原理】原子光谱是研究原子结构的一种重要方法。

1885年，巴尔末（J.J.Balmer ）根据人们的观测数据，发现了氢光谱的规律，提出了著名的氢光谱线的经验公式。

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了重要作用。

根据玻尔理论或量子力学中的相关理论，可得出对氢及类氢离子的光谱规律为： ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=222111~n n R H ν （2—1） 其中，ν~为波数，HR 为氢的里德伯常数（109 677.58cm ）,1n 和2n 为整数。

钠是碱金属原子，核外有11个电子，其中622221p s s 这10个电子形成稳定的满壳层结构，并与原子核共同组成原子实，在最外层只有一个价电子。

在这一点上又与最简单的氢原子相似，因此纳原子光谱中各谱线的波数ν~，也可以用下列关系式表示： ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=222111~n n R ν （2—2） 其中 R 为里德伯常数 (＝109737.31cm -1 )，在氢原子光谱中，1n 和2n 都是正整数，相应于 1n ＝1，2，3，···等值，分别有赖曼谱系，巴耳末谱系，帕邢谱系等。

钠原子光谱实验报告一、实验目的与实验仪器1、了解钠原子光谱的实验规律以及与原子结构的关系；2、测定钠原子光谱；学会辨认同一线系的钠原子光谱线，由波长计算光谱项、量子缺和主量子数，并绘制钠原子能级图；3、根据钠原子双黄线波长差，估算钠原子有效电荷数和内部磁场，加深对自旋轨道耦合的认识。

仪器：WGD-8A型组合式多功能光栅光谱仪，钠光谱灯，汞灯等二、实验原理（要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式）钠原子光谱有类似于氢原子的规律，但是由于作用于价电子上的电场与点电荷有显著不同，所以光谱项是用有效量子数n‘’代替主量子数n。

若不考虑电子自旋和轨道运动的相互作用引起的能级分裂，钠原子光谱项可以写成其中为钠原子的里德伯常数；称为量子缺，是和主量子数n和轨道量子数l有关的修正系数。

当n不是很大时，量子缺的大小主要取决于轨道量子数l，本实验近似认为与n无关。

钠原子光谱线的波数或其中表示下能级的有效量子数，表示上能级的有效量子数。

也可以写成它表示电子从上能级跃迁到下能级发射的光谱线的波数。

如果固定下能级，而改变上能级，则得到一系列值，构成一个光谱线系。

在各谱线系中，不变，称为固定项，记作。

光谱中常用这种符号表示一个线系，并且分别用表示。

原子有效电荷数和内部磁场估算电子具有两种自旋取向，即自旋向下和自旋向上。

钠原子价电子轨道运动产生的磁场与自旋磁矩相互作用，产生了附加能，此处取的方向为z方向，由于电子磁矩，故由于该附加功能的产生，能级发生分裂，谱线发生分裂，出现精细结构，,从而由此可以估算出原子内部的磁场大小。

谱线双层能级的间隔可用波数差表示：其中，为里德伯常数，α为精细结构，z为原子的有效电荷数，n为主量子数，l为轨道量子数，若已知α、、l、n、和波数差，就可以计算出原子的有效电荷数z。

三、实验步骤1、把光栅光谱仪上的接收方式选择开关扳到光电倍增管位置，接通光栅光谱仪电源，接通控制计算机电源，将光电电压调至500-800V之间，在控制计算机上启动WGD-8A型软件。

实验一钠原子发射光谱实验目的：1）通过对钠原子光谱的观察与分析加深对碱金属原子的外层电子与原子实相互作用级轨道自旋相互作用的了解。

2）在分析光谱线和测量波长的基础上计算钠原子在不同轨道上运动时的量子数之损3）绘制钠原子的能级跃迁图，并与氢原子的能级进行比较。

实验仪器：钠光灯源光栅光谱仪计算机实验原理：对钠原子光谱的研究能使我们获得有关原子结构，原子内部电子的运动，碱金属原子的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知识，并能对电子自旋的发现和元素周期表做出解释。

（一）原子光谱的产生：1、原子的壳层结构原子是由原子核与绕核运动的电子所组成。

每一个电子的运动状态可用主量子数n、角量子数l、磁量子数l m和自旋量子数S m等四个量子数来描述。

主量子数n，决定了电子的主要能量E。

角量子数l，决定了电子绕核运动的角动量。

电子在原子核库仑场中在一个平面上绕核运动，一般是沿椭圆轨道运动，是二自由度的运动，必须有两个量子化条件。

这里所说的轨道，按照量子力学的含义，是指电子出现几率大的空间区域。

对于一定的主量子数n，可有n个具有相同半长轴、不同半短轴的轨道，当不考虑相对论效应时，它们的能量是相同的。

如果受到外电磁场或多电子原子内电子间的相互摄动的影响，具有不同l的各种形状的椭圆轨道因受到的影响不同，能量有差别，使原来简并的能级分开了，角量子数l最小的、最扁的椭圆轨道的能量最低。

m(轨道方向的量子数)，决定了电子绕核运动的角动量沿磁场方向的分量。

磁量子数l所有半长轴相同的在空间不同取向的椭圆轨道，在有外电磁场作用下能量不同。

能量大小不仅与n和l有关，而且也与l m有关。

m（自旋方向量子数）,决定了自旋角动量沿磁场方向的分量。

电子自旋在空自旋量子数S间的取向只有两个，一个顺着磁场；另一个反着磁场，因此，自旋角动量在磁场方向上有两个分量。

电子的每一运动状态都与一定的能量相联系。

主量子数n决定了电子的主要能量，半长轴相同的各种轨道电子具有相同的n，可以认为是分布在同一壳层上，随着主量子数不同，可分为许多壳层，n=1的壳层，离原子核最近，称为第一壳层；依次n=2、3、4、……的壳层，分别称为第二、三、四壳层……，用符号K、L、M、N、……代表相应的各个壳层。