光学多道和氢氘光谱
- 格式：doc
- 大小：177.60 KB
- 文档页数：5
下载文档原格式
合集下载
近代物理实验思考题答案
近代物理实验思考题答案【篇一：近代物理实验练习题参考答案】txt>一、填空1.核物理实验探测的主要对象是核衰变时所辐射的度非常小，用最先进的电子显微镜也不能观察到，只能根据射线与物质相互作用产生的各种效应实现探测。
2.用百分比表示的能量分辨率定义为： r?最大计数值一半处的全宽度?v?100％。
能量分辨率值峰位置的脉冲幅度v0越小，分辨能力越强。
3.?有三种，它们是光电效应、康普顿效应和电子对效应。
4.对于不同的原子，原子核的质量不同而使得里德伯常量值发生变化。
5.汞的546.1nm谱线的塞曼分裂是反常塞曼效应。
6.由于氢与氘的能级有相同的规律性，故氢和氘的巴耳末公式的形式相同。
7.在塞曼效应实验中，观察纵向效应时放置1/4波片的目的是将圆偏振光变为线偏振光。
8.射线探测器主要分“径迹型”和“信号型”如核乳胶、固体径迹探测器、威尔逊云室、气泡室、火花室等。
这些探测器大多用于高能核物理实验。
信号型探测器则当一个辐射粒子到达时给出一个信号。
根据工作原理的不同又可以分成气体探测器、闪烁探测器和半导体探测器三种，这是我们在低能核物理实验中最常用的探测器。
9.测定氢、氘谱线波长时，是把氢、氘光谱与铁光谱拍摄到同一光谱底片上，利用线性插值法来进行测量。
10.在强磁场中，光谱的分裂是由于能级的分裂引起的。
11.原子光谱是线状光谱。
12.原子的不同能级的总角动量量子数j不同，分裂的子能级的数量也不同。
13.盖革－弥勒计数管按其所充猝灭气体的性质，可以分为①有机管和②卤素管两大类。
坪特性是评价盖革－弥勒计数管的重要特性指标。
包括起始电压、坪长、坪斜等。
一只好的计数管，其坪长不能过短，对于③有机管，其坪长不能低于150伏，对于④卤素管，其坪长不能低于50伏。
坪斜应在⑤0.1----0.01%每伏___以下。
计数管工作时工作点应选在坪区的⑥左1/3-1/2__处。
14.由于光栅摄谱仪的色散接近线性，所以可以使用线性插值法测量光谱线波长。
氢与氘原子光谱
氢灯
5）拍摄氢（氘）谱：换上装好底片（药面对光）的暗 盒，调节暗盒在15mm处，拍下氢光谱，曝光时间参考值：30 －60秒 ；（换上氘灯，暗盒调到35mm处，拍下氘光谱，曝 光时间参考值：2-5分钟）。
刻度 暗盒移动旋轮
6）拍摄铁谱：暗盒 移到25、45mm处，打开铁弧，调 节光稳定和光路，拍下铁光谱，曝光时间1－5秒。关闭暗 盒铁皮取下。
d1 、d 2 、d x
λx 为待测谱，
分别为它们的坐标刻度值，则：
λ2 − λ1
d 2 − d1
=
λx − λ1
d x − d1
dx
λx λ2 d2
d x − d1 λx = λ1 + (λ2 − λ1 ) d 2 − d1
λ1 d1
实验装置
小型棱镜摄谱仪 或多功能组合光栅光谱仪
实验内容பைடு நூலகம்步骤
谱片 放大倍数调节 标记点 谱片投影
调焦 标准谱片
(外)左右移动
（内）前后移动
认
标准 谱片
注意:谱片投影 和标准谱片的 谱线波长变化 方向要一致 查标准谱片 找出其波长
谱
特征 谱线 基本 对准
波长越长
铁 谱 谱 片 投 待 影 测 谱
λ1
λ2
λx
标记点
提示:通过查待测量谱线的理论波长 值,在理论值附近找就容易认出谱线.
多功能组合光栅光谱仪
多功能组合光栅光谱仪是一种新型测谱仪,由 单色仪、光接收单元、电控箱、计算机等组成。
显示器 单色仪 接收单元 电控箱 计算机 打印机
键盘、鼠标
多功能组合光栅光谱仪
狭缝调节轮 PMT CCD(背后) 电控箱
DVD
TP RWDS-8型组合多功能光栅光谱仪电控箱
光学多道与氢氘
光学多道与氢、氚同位素光谱实验日期：2012-10-10 【摘要】本实验主要利用光学多道分析仪研究氢氘光谱，测量巴尔末系下的氢氘光谱线波长并得到氢氘光谱的能级图。
首先使用CCD 测光谱，用已知波长的氦光谱和氖光谱进行定标测量氢光谱n=3,4,5的谱线波长，然后利用光电倍增管测量氢氘光谱n=3,4,5,6,7的谱线波长，利用测得的氢谱线波长进行修正；利用测得的波长值计算出氢氘的里德伯常量分别为H R =1.0969cm -1，R D = 1.0972cm -1。
画出氢氘能量随量子数n 的分布图。
并计算得出了电子与质子质量之比为m p /m e =1808.4。
【关键词】光学多道分析仪 氢氘光谱 能级 CCD 光电倍增管 【实验引言】光谱是不同强度的电磁辐射按照波长的有序排列。
光谱学是研究各种物质的光谱特征，并根据这些特征研究物质结构、物质成分和物质与电磁辐射的相互作用，以及光谱产生和测量方法的科学。
光谱学在物理学各分支学科中都占有重要地位，而且在很多方面有着广泛的应用。
在光谱学史上，氢光谱的实验和理论研究都占有特别重要的地位。
1885年，巴耳末（J.J.Balmer ）发现了可见光区氢光谱线波长的规律。
1892年，尤雷（H.C.Urey ）等发现氢(H)的同位素氘(D)的光谱，氢氘原子对应的谱线波长存在“同位素位移”。
本实验利用光学多道分析仪，从巴尔末公式出发研究氢氘光谱，了解其谱线特点， 并学习光学多道仪的使用方法及基本的光谱学技术。
【实验原理】 理论原理在原子体系中，原子的能量状态是量子化的。
用1E 和2E 表示不同能级的能量，对于原子从高能级到低能级的跃迁我们有：21h E E ν=-，其中21E E hν-=（1） 由于原子能级的分立，频率ν也为分立值，在分光仪上表现为一条条分立的“线性光谱”，这些频率由巴耳末公式确定： H原子：2212111H H R n n λ⎛⎫=- ⎪⎝⎭（2）其中1n 和2n 为轨道量子数，H R 为氢原子的里德伯常数。
氢与氘原子光谱实验讲解
氢与氘原子光谱实验
实验目的
实验仪器
实验原理
实验内容
数据处理 思考问题
注意事项
实验目的
1. 了解光栅光谱仪的工作原理，掌握其使用用法； 2. 用光栅光谱仪测量氢（氘）原子光谱巴 尔末线系的波长，求里德伯常数。
实验仪器
5
1
4
2 3
图1 光栅光谱仪系统组成
1.光谱仪主机 2.控制箱 3.光源 4.光电倍增管 5. 计算机
可见光区域氢光谱谱线称为巴尔末线系，其分布规律
为：
1
RH（212
1） n2
RH 是实验常数，称为里德伯(Rydberg)常数。
由上式确定的氢谱线为巴尔末线系，当n＝3，4，5，6时，所得的谱
线分别标记为 H 、H 、H 、H 。
根据波尔理论，可得出氢和类氢原子的里德伯常数为：
Rz
2 2e4 z4
m2凹面反射镜具有会聚和准值作用光线经m2入射到光栅m3凹面反射镜具有会聚和准值作用衍射光经m3入射到m4m4平面反射镜经会聚的衍射光线改变方向可在s2狭缝观察到衍射光
普通物理(近代物理)实验
氢与氘原子光谱实验
背景简介
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的测 量结果，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。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，成为检验原理论可靠 性的标准和测量其它基本物理常数的依据。
近代物理实验教程的实验报告
近代物理实验教程的实验报告时间过得真快啊！我以为自己还有许多时间，只是当一个睁眼闭眼的瞬间，一个学期都快结束了，现在我们为一学期的高校物理试验就要画上一个圆满的句号了，本学期从其次周开设了近代物理试验课程，在三个多月的试验中我明白了近代物理试验是一门综合性和技术性很强的课程，回顾这一学期的学习，感觉非常的充实，通过亲自动手，使我进一步了解了物理试验的基本过程和基本方法，为我今后的学习和工作奠定了良好的试验基础。
我们所做的试验基本上都是在物理学进展过程中起到打算性作用的闻名试验，以及体现科学试验中不行缺少的现代试验技术的试验。
它们是我受到了闻名物理学家的物理思想和探究精神的熏陶，激发了我的探究和创新精神。
同时近代物理试验也是一门包括物理、应用物理、材料科学、光电子科学与技术等系的重要专业技术基础物理试验课程也是我们物理系的专业必修课程。
我们原来每个人要做共八个试验，后来由于时间关系做了七个试验，我做的七个试验分别是：光纤通讯，光学多道与氢氘，法拉第效应，液晶物性，非线性电路与混沌，高温超导，塞满效应，下面我对每个试验及心得体会做些简洁介绍：一、光纤通讯：本试验主要是通过对光纤的一些特性的探究（包括对光纤耦合效率的测量，光纤数值孔径的测量以及对塑料光纤光纤损耗的测量与计算），了解光纤光学的基础学问。
探究相位调制型温度传感器的干涉条纹随温度的变化的移动状况，模拟语电话光通信，了解光纤语音通信的基本原理和系统构成。
老师讲的也很清晰，本试验在操作上并不是很困难，很易于实现，易于胜利。
二、光学多道与氢氘：本试验利用光学多道分析仪，从巴尔末公式动身讨论氢氘光谱，了解其谱线特点，并学习光学多道仪的使用方法及基本的光谱学技术通过此次试验得出了氢原子和氘原子在巴尔末系下的光谱波长，并利用测得的波长值计算出了氢氘的里德伯常量，得到了氢氘光谱的各光谱项及巴耳末系跃迁能级图，计算得出了质子和电子的质量之比。
个人觉得这个试验有点太智能化，建议熬炼操作的部分能有所加强。
光学多道实验报告
光学多道与氢、氘同位素光谱武晓忠201211141046（北京师范大学2012级非师范班）指导教师：何琛娟实验时间：2014.9.16摘要本实验通过光学多道分析仪来研究了H、D的光谱，观察并了解了H、D原子谱线的特征。
H和D的光谱非常相似，但是二者的巴尔末系的同一能级的光谱之间仍有波长差，用光电倍增管可以测量出这个差值。
通过实验我们也学习了光学多道分析仪的使用和基本光谱学技术关键词光学多道H、D光谱1、引言光谱是不同强度的电磁辐射按照波长的有序排列，而原子光谱是由原子中的电子在能量变化时所发射或吸收的一系列波长的光所组成的光谱。
由于氘原子和氢原子核外都只有一个电子，只是里德伯常量有一些差异，因此对应的谱线波长稍有差别。
我们可以在实验中通过测出对应的谱线λ和Δλ来得到二者的里德伯常量和电子与质子的质量比。
2、原理2.1 物理原理可知原子能量状态为一系列的分立值，有一系列的能级，并且当高能级的原子跃迁到低能级的时候会发射光子。
设光子能量为ε，频率为ν，高能级为E2，低能级为E1，则有：ε= hν=E2-E1 （1）从而有ν=E2−E1（2）h由于能量状态的分立，发射光子的频率自然也分立，这些光会在分光仪上表现为分立的光谱线，也就是“线状光谱”。
根据巴尔末公式，对氢原子有1λH =R H(1n12- 1n22) （3）R H为氢原子的里德伯常量。
当n1=2, n2=3,4,5,····时，光谱是巴尔末系，在可见光区域。
对氘原子，同样有1λD =R D(1n12- 1n22)（4）R D是氘原子的里德伯常量，当n1=2, n2=3,4,5,····时，光谱是巴尔末系。
则Δλ =λH-λD= (1R H - 1R D) (122- 1n2)，n=2,3,4, (5)若忽略质子和中子的细微差别，我们可以得到H、D的里德伯常量关系为：R H=R∞m pm p+m e , R D=R∞2m p2m p+m e（6）又知R∞=109737.31cm−1，它是原子核质量为无穷大时候的里德伯常量则1 R H =2（m p+m e2m p+m e）1R D（7）1 R H - 1R D=m e2m p+m e1R DΔλ=m e2m p+m e [1R D∗1/(122- 1n2)]=m e2m p+m eλD（8）由于m e≪m p，则ΔλλD ≈m e2m p（9）因此只要在实验中测出对应谱线λ和Δλ即可得电子和质子质量比。
光学多道与氢氘同位素光谱
光学多道与氢氘同位素光谱王舒涵 201311141005日期：2015年12月24日 指导教师：王亚非【摘要】本实验利用光学多道分析仪，用氦氖光谱线作为已知波长进行定标，测量了H 在巴尔末系下n=3,4,5,6的波长。
同时利用光电倍增管得到氢氘400~660nm 的光谱。
【关键词】CCD ，光电倍增管，光栅，光学多道分析仪。
一、引言：光谱学在物理学、计量学、化学、生物学、医学、刑侦学、地质学、冶金学、矿物学、考古学及许多技术方面有重要的应用，主要用于材料结构的参数测定物理性质的诊断，及物质中元素的定性和定量分析。
氢光谱的试验和理论研究都占有特别重要的地位，1885年瑞典物理学家巴尔末发现了可见光区H 光谱谱线波长的规律，即巴尔末公式，这些谱线构成了巴尔末系。
D 光谱与H 光谱极为相似，但他们原子核质量不同，对应谱线的波长稍有差别，这种差别称为“同位素位移”。
本实验利用光学多道分析仪研究H 的同位素光谱，了解H 、D 原子谱线的特点，学习光学多道分析仪的使用方法和基本的光谱学技术。
二、实验原理：在量子化的原子体系里，原子能量状态，…为一系列分立的值，原子的每一个能量状态称为原子的一个能级。
原子的最低能级称为原子的基态，高于基态的其余各个能级称为原子的激发态。
处于高能级的原子，总是会自发跃迁到低能级，并且发射光子，设光子能量为ε，频率为ν，高能级为E2，低能级为E1，则 hE E E E h 1212,-=-==ννε 由于原子的能级是分立的，所以原子由高能级向低能级跃迁时，会发射一些特定频率的光，在分光仪上表现为一条条分立的光谱线，称为“线状光谱”或“原子光谱”。
而波长λ的倒数是波数，它的值由巴耳末公式决定。
对于H 原子有 )11(12221n n R H H -=λ（R H 为H 原子的里德伯常量）。
当n 1=2，n 2=3，4，5，…时，为巴耳末系，大部分在可见光区。
与H 类似，其同位素D 的巴耳末系公式为...5,4,3),121(122=-=n nR D D λ 式中，R D 为D 原子的里德伯常量。
用光学多道分析器研究氢原子光谱
用光学多道分析器研究氢原子光谱俞维民（物理科学与技术学院物理学基地班学号：2008301020001）摘要：使用光学多道分析器测定氢原子巴尔末系中HαHβHγHδ波长，并利用所测的波长拟合计算出氢原子的里德伯常量。
关键词：光学多道分析器，氢原子光谱，巴尔末系，里德伯常量THE STUDY OF HYDROGEN ATOMIC SPECTRUM WITH OPTICALMULTICHANNEL ANALYZERAbstract:By using the OMA, this article will measure out the wavelength ofHαHβHγHδin the Balmer spectrum, and work out the Rydberg constant of hydrogenatom by using the wavelength above.Keywords: Optical Multichannel Analyzer, Hydrogen atom spectrum, Balmer spectrum, Rydberg constant1.引言：下图为氢原子的能级图．根据玻尔理论，氢原子的能级公式为：（34-1）式中称为约化质量，m e为电子质量，M为原子核质量．氢原子的等于1836.15。
电子从高能级跃迁到低能级时，发射的光子能量hν为两能级间的能量差如以波数表示，则上式为式中R H 称为氢原子的里德伯常数，单位是m -1，T(n)称为光谱项，它与能级E(n)是对应的．从R H 可得氢原子各能级的能量式中-1584.1356710, 2.9979210-1h=eV s m s c ⨯⋅=⨯⋅从能级图可知，从3≥m 至2n =的跃迁．光子波长位于可见光区．其光谱符合规律这就是1885年巴耳末发现并总结的经验规律，称为巴耳末系．2. 实验原理：由于H α线波长为656.28nm ，H δ波长为410.17nm ，波长间隔246nm 超过CCD 一帧159nm 范围，无法在同屏中观察到，故需分两次观察测量。
光学多道与氢氘同位素光谱
光学多道与氢氘同位素光谱
首先，光学多道谱仪是一种用于测量光谱的仪器。
它通过将光分散成不同波长的组成部分，并将其定量地记录下来，从而提供了有关光的能量分布和波长特性的信息。
光学多道谱仪通常由光源、入射系统、分光系统、检测器和数据处理系统等组成。
它可以用于研究物质的吸收、发射、散射等光学性质，从而揭示物质的结构和特性。
氢和氘是两种同位素，它们的原子核中分别含有一个质子和一个中子，或一个质子和两个中子。
由于氢和氘的核结构不同，它们的光谱特性也有所不同。
氢氘同位素光谱研究主要关注氢和氘在光谱中的吸收、发射、散射等现象，以及它们与其他物质相互作用的过程。
在研究氢氘同位素光谱时，可以使用光学多道谱仪来记录氢和氘的光谱信息。
通过测量氢氘光谱的特征峰的位置、强度和形状等参数，可以获得有关氢氘同位素的结构、能级和相互作用等信息。
这对于理解原子和分子的性质、反应机制以及物质的动力学过程具有重要意义。
此外，研究氢氘同位素光谱还可以应用于其他领域。
例如，在
天文学中，通过观测氢氘同位素的光谱可以研究星系、星际介质和
宇宙的演化过程。
在化学和生物化学中，氢氘同位素标记技术被广
泛应用于研究分子结构、代谢途径和药物代谢动力学等方面。
总结起来，光学多道与氢氘同位素光谱是一个涉及到光学和原
子物理的研究领域。
通过使用光学多道谱仪来记录氢氘光谱的信息，可以获得有关氢氘同位素的结构、能级和相互作用等重要信息。
这
对于理解物质的性质、反应机制以及宇宙的演化过程具有重要意义。
氢氘光谱
实验五 氘原子光谱一.实验目的1.了解造成光谱的同位素移位的原因。
2.了解利用氢原子光谱的同位素移位测量质子与电子质量比的原理。
3.学会使用多功能光栅光谱仪。
二.实验器材氢氘灯 多功能光栅光谱仪 三．实验原理同位素是英国人索迪于1911年开始使用的。
1919年英国物理学家阿斯顿（F. W. Aston ）制成了用来分离不同质量并测定粒子质量的粒子质谱仪，把研究同位素的方法提高了一大步。
阿斯顿利用质谱仪在71种元素之中，陆续找到了202种同位素之多，这为我们认识同位素，开始积累了大量资料。
为了寻找氢的同位素，人们前后用了十几年的时间，而没有得出肯定的结果。
1931年初，有人从理论上推导，认为应该有质量数为2的氢同位素存在，并且估算出2H:1H=1:4500的比例。
1931年年底，美国哥伦比亚大学的尤里教授和他的助手们，把四升液态氢在三相点14°K 下缓慢蒸发，最后只剩下几立方毫米液氢，然后用光谱分析。
结果在氢原子光谱的谱线中，得到一些新谱线，它们的位置正好与预期的质量为2的氢谱线一致，从而发现了重氢（deuterium ），即氘，符号D 。
自然界中许多元素都存在同位素，它们的原子核具有相同数量的质子，但中子数不同，在谱线上，同位素对应的谱线会发生移位，称同位素移位。
移位大小与核质量有关：核质量越轻，移位效应越大，因此氢具有最大的同位素移位。
据玻尔理论，原子的能量是量子化的，即具有分立的能级；当电子从高能级跃迁到低能级时，原子释放出能量，并以电磁波形式辐射。
氢与类氢原子的巴耳末系对应光谱线波数为)121()1()4(22230442nm m c h Z e m z e e -+=πεπσ则类氢原子的里德伯常数可写成()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=z e e Z mm c h Z e m R 1142320242πεπ∞→z m 即假定原子核不动，则有()ch z e m R e 32024242πεπ=∞因此有ze Z m m R R +=∞1R Z 随原子核质量m z 变化，对于不同元素或同一元素的不同同位素R Z 值不同，m z 对R z 影响很小，因此氢和它的同位素的相对波数很接近，在光谱上开成很难分辨的双线或多线。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
光学多道和氢氘光谱一、摘要：本实验通过使用光栅多色仪和电子耦合器件来测量氢氘原子的巴耳末系光谱，对其进行多到分析，并扫描出氢氘原子光谱的差别，求出具体的数值，计算氢氘的里德伯常量和质子与电子的质量比，利用所的数值作出氢原子的能级示意图。
二、关键词：光学多道，氢氘光谱，多色仪，电子耦合器件，巴耳末系，里德堡常数，同位素位移三、引言：光谱学在原子分子物理、天文物理、等离子体物理、激光物理和材料物理等物理学科中都占有很重要的地位，在许多技术方面也有重要的应用。
在光谱学史乃至近代物理学史上，氢光谱的实验和理论研究都占有特别重要的地位。
早在1885年瑞士物理学家巴耳末（J.J.Balmer）就发现了可见光区氢（H）光谱谱线波长的规律，即巴耳末公式。
这些谱线构成了一个谱线系，即巴耳末系，并利用Hα、Hβ、Hγ……代表巴耳末系的第一、第二、第三……谱线。
1892年，美国物理学家尤雷（H.C.Urey）等发现氢（H）的同位素氘（D）的光谱。
D的光谱前几条谱线则用Dα、Dβ、Dγ……表示。
由于H原子和D原子的核外都只有一个电子，故光谱极为相似，但是它们的原子核质量不同，因而Hα，Dα；Hβ，Dβ；Hγ，Dγ；……对应的谱线波长稍有差别，这种差别被称为“同位素位移”。
本实验利用光学多道分析仪研究H的同位素光谱，；了解H、D原子谱线的特点，学习光学多道分析仪的使用方法及基本的光谱学技术。
四、实验原理：在量子化的原子体系中，原子能量分为E1、E2、E3……等一系列分立的能级。
原子的最低能量称为原子的基态，高于基态的能级称为激发态。
处于高能级的原子会自发地向低能级跃迁，并发射光子。
设光子的能量为ε，频率为γ，高能级为E2 ,低能级为E1，则：由于原子能级是分立的，所以原子由高能级向低能级跃迁时，会发射一定频率的光，在分光仪上表现为一条条分立的光谱线，称为“线状光谱”或“原子光谱”。
波长λ的倒数是波数，他的值由巴耳末公式决定，对于H原子有式中是H原子的里德伯常量，为波数。
n1=2，n2=3，4，5……时，所对应的线系为巴耳末系，大部分位于可见光区。
与H类似，其同位素D的巴耳末公式为：则H，D的巴耳末系对应谱线的波长差为：λ∆=显然，H ，D 光谱之间的差别在于它们的里德伯常量不同。
这是由于二者的原子核质量不同引起的。
H 核是由一个质子组成，而D 核是由一个质子和一个中子组成。
质子的静止质量为1.6726485×10—27kg ，中子的静止质量为1.6749543×10—27kg ，相差约为千分之一，所以可以忽略它们的差异，统一设为质子质量m p ，则两个同位素原子的里德伯常量为：=H R R ∞e p pm m m +=D R R ∞ep pm m m +22式中R ∞=109737.31cm -1,表示核质量无穷大时的里德伯常量。
由二者的里德伯常量之比可得：De p e p H R m m m m R 1)2(21++= 因而有 De p e D H R m m m R R 1211+=- 那么便有D ep em m m λλ+=∆2由于电子的质量远远比质子的质量要小，所以可以忽略掉坟墓中的电子质量，上式可化成：peDm m 2≈∆λλ如果能从实验中测出对应谱线的波长λ和波长差λ∆，即可由上式求出电子和质子的质量比。
五、实验装置：光学多道分析仪（简称OMA ）主 要是由光学多色仪，电荷耦合器件(简称CCD)或光导摄像管，及带有专用微机处理器组成的数据处理系统三部分组成。
1、仪器结构本实验使用的光学多道分析仪是由光栅多色仪，CCD 接收单元，电子信号处理单元，A/D 采集单元和计算机组成。
实验装置如图1所示。
2、光栅多色仪图2是光栅多色仪的光路图。
透过入射狭缝S 1的光经过平面镜M 1反射后，被凹面镜M 2反射成为平行光投射到光栅G 上。
由于光栅的衍射作用，不同波长的光被反射到不同的方向上，在经过凹面镜M 3的反射，成像在CCD 感光平面所在的焦面S 2上，还可以由可旋入的平面镜M 4反射到观察窗S 3或出射狭缝上。
3、CCD 光电探测仪其工作原理如图3。
光电二极管将信号光子转换为信号电荷，并实现电荷的储存。
当二极管受到光照时，被吸收的光子产生电子—空穴对，其中电子被吸收进电荷反型区，形成电荷的储存。
将按一定规律变化的电压脉冲加到CCD 各向元电极上，电极下的电荷就能在半导体的表面按照一定的方向移动，使电荷发生转移。
转移到CCD 输出端的信号电荷在输出电荷—电压（电流）的线性变化，从而形成电荷的读出。
CCD 的上诉过程由驱动电路实现，而数据的输出过程通过模/数转换交给计算机处理。
CCD 的灵敏度受光电二极管电荷改变量极限的限制，并受材料无规则运动所导致暗电流形成的表面漏电的影响。
OMA 的分辨率主要取决于多色仪，但也受CCD 的限制。
六、实验内容 1、测量（1）用He 灯谱线作为已知波长进行波长测量的定标； （2）观察并记录H —D 光谱。
2、数据处理（1）将波长换算成真空中的波长和波数。
计算真空中的波长乘于与空气的折射率。
空气的折射率n 由下式决定：atb p p at n n g +-+=-1*11-100， 式中t(℃)是室温，p 是气压，e 是水蒸气压力，a=1/273℃-1，p 0=1.01×105Pa ，b=4.1×10-10Pa -1，n g 是标准大气压（t=0℃,p=p 0,e=0）下的群速度折射率，C B A n g 4^52^31λλ+++=，其中A=2876.04×10-7，B=16.288×10-7m 2，C=0.136×10-7m 4。
（2）计算氢和氘的里德伯常量。
（3）计算质子和电子的质量比，并与公认值比较。
（4）以波数为单位，按比例画出氢、氘的能级图。
七、注意事项1、当扳动反射镜M 4使光谱由成像在观察窗转换至CCD 时，应先盖上观察窗。
2、开始测量前，转动光栅后和更改参数设置后，应先进行背景实时采集。
3、定标时必须按照道数由小到大采点。
八、实验数据及处理1、准备工作：估算n 2<=6的巴耳末线系的几条波长表1 H 的巴耳末线系的几条波长 n 23 4 5 6 H λ(nm)656.470486.274434.173410.2942、使用He 灯定标后，使用这个标准对氢灯测得：n 2=4时， H λ=486.220nm ；n 2=5时，H λ=434.140nm.对氢—氘灯，使用He 灯的标准，可得如下结果表2 氢—氘灯中各光谱的谱线长 类型3456H λ(nm) 654.76 484.41 432.35 408.50 λD (nm)654.59484.28432.24408.42由上可以看出，两次的测量结果有所差别，这应对它们的值进行修正。
用H 的谱线进行修正：n 2=4时，λ∆=486.22-484.41=1.81nm ；n 2=5时，λ∆=434.14-432.35=1.79nm 。
则平均值1λ=1.80nm ，那么修正以后的个谱线长如下表、 表3 修正后的氢—氘灯中各光谱的谱线长 类型3456H λ(nm) 656.56 486.21 434.15 410.30 λD (nm)656.39486.08434.04410.223、将上述波长转换成真空中的波长 根据上文的公式C B A n g 4^52^31λλ+++=及λ0=g n ⨯λ可得出真空中的波长。
表4 真空中氢—氘灯中各光谱的波长n 2 λ H D空气中λ g n真空中λ0 空气中λ g n真空中λ0 3 656.56 1.0002993 656.7565 656.39 1.0002993 656.5864 4 486.21 1.0003095 486.3605 486.08 1.0003095 486.2304 5 434.15 1.0003153 434.2869 434.04 1.0003153 434.1668 6410.301.0003189410.4608410.221.0003189410.35084、计算波数以及氢氘的里德伯常量（其中n 1取2）以及=1λ可得 根据计算可得结果如下表：n 2n 2表5 氢氘的波数及里德伯常量 类型 n 2ν（m -1）R(cm -1) R(cm -1) H 3 1522634 109542.01109623.164 2056088 109658.025 2302625 109648.806 2436286 109643.83D3 1523029 109570.43109674.114 2056638 109687.415 2303262 109675.80 62436939109673.445、计算质子与电子的质量比 由公式peDm m 2≈∆λλ及上述的已知量可得出： n D λ(nm)λ∆(nm)m p /m e 均值 3 656.5864 0.1701 1930.561868.254 486.2304 0.1301 1869.685 434.1668 0.1201 1807.52 6410.35080.11001865.23取其平均值后，与理论值1836相比较，误差a=1.76%，在可接受的范围内。
6、以波数为单位，画氢的能级图。
表6 -R/n 2的数值表 n 2 3 4 5 6 ∞ -R/n 2-27406-12180-6851-4385-3045以n=∞为零点，以-R/n 2为纵轴，可画出下图图4 氢原子的能级示意图n波数2346 5。