參與評論

評論

登錄后參與評論

全部評論(1條)

• 

  不如跳舞八 2017-05-05 00:00:00

  >二、實驗原理： 實驗原理： 氫原子光譜 光譜線波長是由產(chǎn)生這種光譜的原子能級結(jié)構(gòu)所決定的。每一種元素都有自己 特定的光譜，所以稱它為原子的標識光譜。光譜實驗是研究探索原子內(nèi)部電子 的分布及運動情況的一個重要手段。J.J.Balmer(巴爾末，1825-1898)發(fā)現(xiàn)，在可見 光區(qū)氫原子譜線可以由下面公式確定： 1 λ = RH （ 1 1 ? 2） 2 2 n （4-1） 其中 n 是大于 2 的整數(shù)， R H 是實驗常數(shù)，稱為里德伯(Rydberg)常數(shù)。由上式確定 的氫譜線為巴爾末線系，當 n ＝3，4，5，6 時，所得的譜線分別標記為 H α 、 H β 、 H γ 、 Hσ 。 以這些經(jīng)驗公式為基礎(chǔ)，N.Bohr (玻爾，1885-1962) 建立了氫原子的理論(玻爾模 型)，并從而解釋了氣體放電時的發(fā)光過程。根據(jù)玻爾理論：當原子從高能量的 能級躍遷到低能量的能級時，以光子的形式釋放能量。氫原子 n 能級上的能量 為 En = me 4 2 8ε 0 hn 2 （n 是正整數(shù)） ，所以光子的波數(shù) 1 1 me 4 (En ? E0 ) = 2 2 ( 12 ? 12 ) = RH ( 12 ? 12 ) = λ hc 8ε 0 h c n0 n n0 n 1 其中 n0 =1，2，3……， 德伯常數(shù)的理論值為 (4-2) n = n0 +1， n0 +2， n0 +3……。根據(jù)玻爾模型得到里 RH = me 4 2 8ε 0 h 3 c － （4-3） 代入各常數(shù)值計算，RH＝1.097 373 153 4×107m 1。該值與實驗值十分接近。 實驗裝置及操作要點： 實驗裝置及操作要點： 本實驗選用小型棱鏡攝譜儀，通過照相法測定光譜線的波長。如果不用照相機 拍片，而是在輸出端用測微目鏡讀數(shù)，則此裝置稱為“讀譜儀” 。小型棱鏡攝譜 L1 S1 L S * L2 S2 L2 鼓輪 F a.攝譜儀光路 圖 4-2 棱鏡讀（攝）譜儀光路圖 測微目鏡 b.讀譜部分 儀的光路見圖 4-2。 攝譜儀的內(nèi)部各光學(xué)元件的調(diào)整步驟大致如下： 將攝譜儀及附件按圖 4-2a 布置，S 為待測光源。L 為聚光透鏡，它將光源 S 的 像成于狹縫 S1 的附近，調(diào)節(jié)好 S 與 L 的位置，使它們與平行光管共軸、等高， 并均勻照亮整個狹縫，使通過攝譜儀的光通量能達到Z大值。也可將光源放到 S1 附近，調(diào)整光源的位置，使譜線清晰明亮。 調(diào)節(jié)狹縫 S1 與透鏡 L1 的相對位置，使 S1 在 L1 的焦平面上，以產(chǎn)生平行光。 調(diào)節(jié) L2 的位置使狹縫成像在底版 F 上Z清晰。調(diào)此步時要將 L2 放于不同位置， 通過拍攝譜線進行比較，得出Z佳位置。 2 調(diào)節(jié)底片暗箱的傾角，得到各波長的清晰的譜線，用拍攝譜線的方法，進行比 較。 轉(zhuǎn)動鼓輪以調(diào)節(jié)棱鏡的角度，使特定波長折射光滿足Z小偏向角條件。該光線 正好沿與入射方向垂直 的方向射出，譜線位于底 片當中，相鄰譜線位于其 兩側(cè)。 從照相底版上無法直接 讀出各譜線的波長，為了 測量某譜線的波長，我們 必須在待測譜線的上方 或下方并排拍攝一已知波長的光譜，叫做比較光譜，如圖 4-3 所示，比較光譜 一般為鐵光譜，鐵譜通過純鐵電極的電弧放電得到。拍攝上、下兩排比較光譜 時，應(yīng)該選擇不同的曝光時間，以得到所有波段都較為清晰的譜線。 用讀譜法實驗時，可采用氦氖燈光源光譜作為比較譜。 設(shè)待測譜線 λ x 的上方臨近兩測有已知波長為 λ1 和 λ 2 的譜線，λ1 與 λ 2 之間的距 離為 d ， λ x 與 λ1 之間的距離為 x ，且 λ1 < λ 2 而又相差很小時，波長差與間距 滿足以下關(guān)系： 圖 4-3 比較譜與待測譜 (λ 2 ? λ1 ) : d = (λ x ? λ1 ) : x (4-4) 由 λ x = λ1 + λ 2 ? λ1 d x (4-5) 即可得出待測譜線波長 λ x 。這種求波長的方法叫“線性內(nèi)插法”。 應(yīng)用(4－11)式時必須注意以下三點： 3 diyi，在拍攝待測譜線與比較譜線時，要注意不要將照相底版盒移動。因為任 何微小的移動都會引起兩個光譜的相對移動，此時用內(nèi)插法計算 λ x 時便失去實 際意義。為了保證不移動底版盒就可以并排拍攝兩個或兩個以上的光譜，在攝 譜儀的平行光管的狹縫前面裝有一個光欄，叫哈特曼光欄。如圖 4-4 所示。在 哈特曼光欄上并排有三個小孔，保持底版盒的位置不動，移動哈特曼光欄讓光 分別通過不同高度的孔，就可以拍攝底片上不同高度的光譜。通常用中間孔用 圖 4－4 攝譜儀狹縫前的哈特曼光欄 來拍攝待測光譜，而用上、下兩孔拍攝比較光譜。 第二，使用線性內(nèi)插法計算 λ x 的值時，要求三條譜線的間隔足夠小。因此，本 實驗使用鐵光譜作為已知譜。因為在可見與紫外波段，鐵光譜譜線較均勻而密 集地分布著，并且前人已經(jīng)標定了每條譜線。 第三，選擇譜線時，Z好使三根譜線的幾何間隔小于 1 毫米，不過譜線間隔也 不宜太近，以免兩譜線連成一片而引進測量誤差。同時要選用狹細而黑度適中 的譜線，使它們的幾何位置的測量誤差盡可能小一些。 用讀譜法時，原理與照相法類似，將暗盒取下，換上測微目鏡，調(diào)整光路，在 目鏡內(nèi)觀察到清晰的光譜線，目鏡上的刻度能記錄下兩條光譜線間的距離。用 氦氖光譜作為比較光譜，由“線性內(nèi)插法”得到氫光譜線的波長。 實驗用氫燈獲得氫原子發(fā)光。 4 三、實驗方法與內(nèi)容： 一、照相法： 調(diào)整電弧 鐵譜電流一般在 3 安培左右，將兩電極對正，兩電極的間隙 3—5 毫米，打開電 弧發(fā)生器，應(yīng)產(chǎn)生穩(wěn)定的弧光，否則應(yīng)對電極進行調(diào)整。 調(diào)整光路 光路如圖 4－4 所示。攝譜儀的內(nèi)部光路一般已按前面所述的方法調(diào)整好，因此 只需調(diào)節(jié)外光路，即，調(diào)節(jié)光源（鐵電?。┡c透鏡 L，使光均勻照亮入射狹縫。 3、拍攝氫光譜 將氫燈放于狹縫前，通過毛玻璃觀察譜線，調(diào)整氫燈的位置，使觀察屏上顯示 出四條光譜線，裝好干板，拍攝氫光譜。曝光時間數(shù)十秒。 4、拍攝比較光譜 打開電弧，待其穩(wěn)定后，打開狹縫前的光門，曝光1—2秒鐘。 5、按照規(guī)定的時間和溫度沖洗照相底片。 注意：改變光源，拍攝不同譜線時，只能移動哈特曼光欄。 6、用“線性內(nèi)插法”測量和計算氫光譜線的波長 為每一條氫光譜線選定一組合適的比較光譜和兩條合適的鐵光譜線。 把在照相底片上位于這些氫光譜線附近的鐵光譜與實驗室提供的鐵光譜圖做對 比，根據(jù)鐵光譜線的相對強度和相對間距等特點，在鐵光譜圖上找出被選定的 鐵光譜線并讀出其波長值。 對每根氫光譜線，用阿貝比長儀測出 d 與 x 的值，算出氫光譜 H α 、 H β 、 H γ 、 H σ 的波長。(用 4－5 式算出的值是在空氣中的波長，因為鐵光譜圖上標出的是 在空氣中的波長)。 7、求里德堡常數(shù) R H 的值，并與 R H 的公認值進行比較。 二、讀譜法： 調(diào)整光路 5 首先通過測微目鏡找到氫光譜的清晰譜線，并記錄其位置讀數(shù)。換上氦氖光源， 找到氦氖光譜線，參照氦氖標準譜，記錄下每條氫光譜兩側(cè)的氦氖光譜。 2．用“線性內(nèi)插法”測量和計算氫光譜線的波長 3. 求里德堡常數(shù) R H 的值，并與 R H 的公認值進行比較。 四、數(shù)據(jù)處理 確 定 對 應(yīng) 于 每 根 氫 光 譜 線 的 n 值 和 n0 值 ： 首 先 算 出 每 根 氫 光 譜 線 的 波 數(shù) ~ υ= 1 λ真空 = 1 n空氣 λ ~ 的值，然后根據(jù)公式(4－2)，先假設(shè) n0 的值，定出對應(yīng)于各個 υ ~ 的 n 的可能值，做 υ ~ 1 曲線，得到截距，由此確定 n0 的正確值和各個 n 的值。 n2 求里德堡常數(shù)的平均值。 用測得的 R H 值，計算各能級的光譜項 Tn = En R =? H 。 hc n2 以水平線表示相應(yīng)于這些光譜項的能級。在能級旁應(yīng)標出它的 n 值與 Tn 值。再 用箭頭表示相應(yīng)于巴爾末系的四條譜線的躍遷，并在箭頭旁寫出相應(yīng)的波長。 四、注意事項 拍攝鐵譜時，注意人身安全，防止電擊，并帶好墨鏡。 攝譜儀內(nèi)部光路已經(jīng)調(diào)好，不要再動。

  贊(8)

  回復(fù)(0)

  評論

  評論

  登錄后參與評論