氫、氘光譜實驗報告

1、實驗一（ A） 氫、氘光譜實驗【目的要求】1．測定氫原子與氘原子的巴耳末系發(fā)射光譜的波長和氫原子與氘原子的里德伯常數(shù)；2．了解 WGD －8A 型組合式多功能光柵光譜儀的原理和使用方法。【儀器用具 】氫氘燈、 WGD －8A型組合式多功能光柵光譜儀【原 理】光譜是研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的重要手段， 它廣泛地應(yīng)用于化學(xué)分析、 醫(yī)藥、生物、地質(zhì)、冶金、考古等部門。 常用的光譜有吸收光譜、 發(fā)射光譜、 和散射光譜，波段從 X 射線、紫外線、可見光、

2、紅外光到微波和射頻波段。本實驗通過用光柵光譜儀測量氫原子與氘原子在可見波段的發(fā)射光譜， 了解光譜與微觀結(jié)構(gòu)（能級）間的聯(lián)系和掌握光譜測量的基本方法。1．氫原子光譜圖 1 是氫原子的能級圖，根據(jù)玻爾理論，氫原子的能級公式為：2 2 201 18 ) ( n he n E （n = 1 ，2，3 , ） （1）式中 ) / 1 /( M m m e e 稱為約化質(zhì)量， e m 為電子質(zhì)量， M 為原子核質(zhì)量， 氫原子的 m M : 等于 1

3、836.15 。電子從高能級躍遷到低能級時，發(fā)射的光子能量 h 為兩能級間的能量差，圖 1 氫原子的能級圖圖 3 氫氘光譜巴耳爾末線系的 線具有相同質(zhì)子數(shù)，不同中子數(shù)（或不同質(zhì)量數(shù)）同一元素的不同核素互為同位素。氫原子核只有 1 個質(zhì)子沒有中子，氘 D（又叫重氫）是氫的同位素，它的原子核由一個質(zhì)子和一個中子組成。氘與氫具有相同的能級結(jié)構(gòu)，因而光譜結(jié)構(gòu)也相同，氫原子光譜的每一組譜線都是兩條波長非常接近的譜線，一條是氫原子的譜線，一條是氘原

4、子的譜線。氫原子和氘原子的巴耳末線系的頭幾條譜線的波長為：線 線 線 線波長 H：656.2 486.13 434.047 410.174 D ：656.1 486.01 433.928 410.062 2．儀器組成：WGD-8A 型組合式多功能光柵光譜儀，由光柵單色儀，接收單元，掃描系統(tǒng)，電子放大器， A/D 采集單元，計算機組成。該設(shè)備集光學(xué)、精密機械、電子學(xué)、 計算機技術(shù)于一體， 由計算機對光譜儀進行掃描控制、 信號

5、處理和光譜顯示。其工作原理如圖 4 所示。圖 4 光譜儀的工作原理光譜儀的探測器為光電倍增管或 CCD ，用光電倍增管時，出射光通過狹縫 S 2到達光電倍增管。 用 CCD 做探測器時， 轉(zhuǎn)動小平面反射鏡 M 1，使出射光通過狹縫S 3到達 CCD ，CCD 可以同時探測某一個光譜范圍內(nèi)的光譜信號。光信號經(jīng)過倍增管（或 CCD ）變?yōu)殡娦盘柡螅紫冉?jīng)過前置放大器放大，再經(jīng)過 A/D 變換，將模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量， 最終由計算機處理顯示。

6、前置放大器的增益、光電倍增管的負高壓和 CCD 的積分時間可以由控制軟件根據(jù)需要設(shè)置。 前置放大器的增益現(xiàn)為 1，2，, ， 7 七個檔次，數(shù)越大放大器的增益越高。光電倍增管的負高壓也分為 1，2，, ， 7 七個檔次，數(shù)越大所加的負高壓越高，每檔之間負高壓相差約 200V 。CCD 的積分時間可以在 10ms-40s 之間任意改變。掃描控制是利用步進電機控制正弦機構(gòu) （根據(jù)光柵方程， 波長和光柵的轉(zhuǎn)角成正弦關(guān)系，因此采用正弦機構(gòu)。）中