实验四 OMA研究氢氘原子光谱

实验四 OMA研究氢氘原子光谱 实验四 OMA研究氢氘原子光谱 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 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。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 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 和测量其它基本物理常数的依据。 一、实验目的 1( 熟悉光栅光谱仪的性能与用法。 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。 二、实验仪器 光学多通道分析仪、原子定标灯(氮灯、氖灯、汞灯)、氢氘灯。 三、实验原理 原子光谱是线光谱，光谱排列的规律不同，反映出原子结构的不同，研究原子结构的基本方法之一是进行光谱分析。 氢(氘)原子光谱是最简单、最典型的原子光谱。瑞士物理学家巴尔末根据实验结果给出氢原子光谱在可见光区域的经验公式为: 2n,B, (1) H:2n,4 B,364.56nm式中为氢原子谱线在真空中的波长，，上式分别给出H、,n,3,4,5？,H HHH、、各谱线波长，(1)式是瑞士物理学家巴耳末根据实验结果首先总结出来的。,,, 故称为巴耳末公式。 ~若用波数,,1,表示谱线，则(1)式可改写为: 2,,1n,441111,,,,~,,,,,,,R, (2) ,,,,H22222,,BBn2n2n,,,,,, R式中为里德伯常数。 H 根据波尔理论，可得出氢和类氢原子的里德伯常数为: 1 24444,,,R2ez2ezm,R (3) ,,,,z2233mm，，，，4hc4hc,,,,001，1，MM 其中: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，,0 M,,为真空介电常数，z为原子序数。当时，可得里德伯常数为: 244,2mezR ,,23，，4,,hc0 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，它的R, ,1公认值为:。 R,10973731.568549m, 对于没有测定的某些元素的里德伯常数为: R,R, z1，mM 应用到氢和氘为: R,R, (4) H1，mMH R,R, (5) D1，mMD 可见，氢和氘的里德伯常数是有差别的，其结果就是氘的谱线相对于氢的谱线会有微小的位移，叫同位素位移。和是能够直接精确测量的量，测出它们，也就可以计算出氢和氘,,HD 的里德伯常数。由(4)、(5)两式解出: MR/RDDH, (6) M1,(R/R,1)M/mHDHHe MmRR为氢原子核质量与电子质量之比(取值为1836)，如果通过实验测出，HeDH则可算出氢与氘原子核质量比。 由于氢与氘的光谱有相同的规律性，故氢和氘的巴耳末公式的形式相同，分别为: 111,,~,,,,R (7) ,,HH22,2n,,H 2 111,,~ (8) ,,,,R,,DD22,2n,,D 式中为氘的各谱线波长。实验中只要测得各谱线的或，并辨认出与各谱线对应的，,,,nDDH 即可算出。 R与RHD 四、实验内容及步骤 1(熟悉仪器的各部分结构，掌握仪器的工作原理。 2(先打开光栅光谱仪电源开关，然后进入计算机应用软件系统，熟悉软件的应用。 3(分别针对巴耳末系的四条谱线确定波长范围进行单程扫描，经寻峰后，H,H,H,H,,,, 根据氢光谱的理论值对已得峰值进行数据修正，记下各波长范围内的和。 ,,DH4( 把测量数据代入式(7)、(8)中，计算出相应的里德伯常量和，把的平均值与RRRHHD 的平均值代入(6)式，计算出氘与氢原子核质量比。 RMMDHD 汞灯标准线 五、思考题 1(在同一n值下氢氘谱线的波长，与哪一个大一点,为什么, ,,DH 2(对于不同的原子，是什么原因使里德伯常量发生了变化, 3 附录1:WGD-8A型光栅光谱仪原理 【原理简介】 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、 M2电子放大器、A/D采集单元、计算机组成。 M1光学原理如图所示。 入射狭缝、出射缝均为直狭缝，宽度 G 范围0-2mm连续可调(顺时 时针狭缝变宽，逆时针狭缝变小)，光源发 出的光束进入狭缝S1，S1位于反射式准M3 S2光镜M2焦面上，通过S1射入的光束经 M2反射成平行光束投向平面光栅G(2400 S3条/mm，波长范围200-660nm)上，衍射 后的平行光束经M3成像在S2(光电倍增 管接收)或S3(CCD接收)上。 在光栅光谱仪中长使用反射式闪耀光栅。如图2所示。锯齿型是光栅刻痕形状。现考虑相 ,,,,PQPQQR邻刻槽的相应点上反射的光线。和是以角入射的光线。和是以角衍射的两,IPRI ,,,,PQRPQRb，，sinI，sinI条光线。和两条光线之间的光程差是，其 I 中是相邻刻槽间的距离，称为光栅常数。当光程差满足光栅方b Q程 ,I,b，，sinI，sinI,k,, k,0,,1,,2,？ ,R I,P,Q时，光强有一及大值，或者说将出现一条亮的光谱线。 ,I,对同一，根据、可以确定衍射光的波长，着就是光k,IIR栅测量光谱的原理。闪耀光栅将同一波长的衍射光集中到某一特P定的级上。 k 为了对光谱进行扫描，将光栅安装在转盘上，转盘由电极驱 图2 闪耀光栅示意图动，转动转盘，可以改变入射角，改变波长范围，实现较大波I 长范围的扫描，软件中的初始化工作，就是改变的大小，改变测试波长范围。 I 【实验步骤】 1(准备 (1) 将转换开关(机箱后板)置“光电倍增管”挡(本实验用光电倍增管接收)，接通电箱 SSS电源，将电压调至400~500V。根据光源等实际情况，调节、、狭缝。顺时针123 旋转狭缝增大，反之减小。旋转一周狭缝宽度变化0.5mm。为保护狭缝，最大不超过 2.5mm，也不要使狭缝刀口相接触。调节使动作要轻。 (2) 打开电脑，点击WGD-8A型组合式多功能光栅光谱仪控制处理软件，选择光电倍增管。 (3) 初始化。屏幕显示工作界面，弹出对话框，让用户确认当前的波长位置是否有效、是 4 否重新初始化。如果选择确定，则确认当前的波长位置，不再初始化;如果选择取消， 则初始化，波长位置回到200nm处。 (4) 熟悉界面。工作界面主要由菜单栏、主工具栏、辅工具栏、工作区、状态栏、参数设 置区以及寄存器信息提示区等组成。菜单栏中有“文件”、“信息/视图”、“工作”、“读 取数字”、“数据图形处理”、“关于”等菜单项，与一般的Windows应用程序类似。 2、参数设置。 工作方式。模式:所采集的数据格式，有能量、透过率、吸光度、基线。测光谱时选择能量。间隔:两个数据点间的最小波长间隔，根据需要在0.01~1.00nm之间选择。 工作范围。在起始、终止波长(200~660nm)和最大、最小值4个编辑框中输入相应的值，已确定扫描时的范围。 负高压:设置提供给倍增管的负高压大小，设1~8共8档。增益:设置放大器的放大率。设1~8档。 采集次数。在每个数据点，采集数据区平均的次数。拖动滑块，可在1~1000次之间改变。 在参数设置区中，选择“数据”项，在“寄存器”下拉列表框中选择某一寄存器，在数据框中显示该寄存器的数据。参数设置区中，“系统”、“高级”两个选项，一般不用改动。 3、波长定标 (1) 取下氘灯，把汞灯置于狭缝1前，使光均匀照亮狭缝。 (2) 用鼠标点击新建，再点击单程进行扫描，工作区内显示汞灯谱线图。 ) 下拉菜单“读取数据”—“寻峰”—“自动寻峰”，在对话框中选择好寄存器，进行寻峰，(3 读出波长，与汞灯已知谱线(附后)波长进行比较。 (4) 下拉菜单“工作”—“检索”，在对话框中输入需校准的波长值，当提示框自动消失时， 波长被校准。 4、氢(氘)原子光谱的测量 (1) 将光源换成氢(氘)灯，测量氢(氘)光谱的谱线。注意:换灯前，先关闭原来的光源， 选择待测光源，再开启光源。 (2) 进行单程扫描，获得氢(氘)光谱的谱线，通过“寻峰”求出巴尔末线系前3~4条谱线 的波长。 在单程扫描过程中发现峰值超过最大值，可点击“停止”。然后寻找最高峰对应的波长，进行定波长扫描。同时调节狭缝，将峰值调到合适位置。然后将波长范围设置成200~660nm，再单程扫描。扫描完毕，保存文件。 5