物理仿真實(shí)驗氫氘光譜拍攝實(shí)驗報告范本
一、實(shí)驗目的
1．掌握氫氘光譜各譜線(xiàn)系的規律，即計算氫氘里德伯常數RH，RD的方法。
2．掌握獲得和測量氫氘光譜的實(shí)驗方法。
3．學(xué)習光柵攝譜儀的運行機理，并學(xué)會(huì )正確使用。
二、實(shí)驗儀器及其使用方法
WPS-1自動(dòng)控制箱，光源：鐵電極。電弧發(fā)生器，光源：氫氘放電管。中間光闌，哈德曼光闌，攝譜窗口。
平面光柵攝譜儀是以平面衍射光柵作為色散元件的光譜儀器。它的光學(xué)系統用Ebert-Fastie裝置（垂直對稱(chēng)式裝置）， 其光學(xué)系統如圖2所示。由光源B(鐵電極、氫氘放電管)發(fā)射的光，經(jīng)過(guò)消色差的三透鏡照明系統L均勻照明狹縫S， 再經(jīng)反射鏡P折向球面反射鏡M下方的準光鏡O1上，經(jīng)O1反射，以平行光束射到光柵G上，經(jīng)光柵衍射后， 不同方向的單色光束射到球面反射鏡的中央窗口暗箱物鏡O2處， 最后按波長(cháng)排列聚焦于感光板F上，旋轉光柵G，改變光柵的入射角，便可改變拍攝譜線(xiàn)的波段范圍和光譜級次。 這種裝置的入射狹縫S和光譜感光板是垂直平面內對稱(chēng)于光柵G放置的，由于光路結構的對稱(chēng)性， 彗差和像散可以矯正到理想的程度，使得在較長(cháng)譜面范圍內，譜線(xiàn)清晰、均勻。 同時(shí)由于使用球面鏡M同時(shí)作為準直物鏡和攝譜物鏡，因此不產(chǎn)生色差，且譜面平直。 使用攝譜儀做光譜實(shí)驗時(shí)必須注意以下事項：
�。�1）攝譜儀為精密儀器，使用時(shí)要注意愛(ài)護。尤其是狹縫，非經(jīng)教師允許，不可以隨意調節各旋鈕，手柄均應輕調慢調，旋到頭時(shí)不能再繼續用力，不要觸及儀器的各光學(xué)表面；
�。�2）燃電弧時(shí)，注意操作安全。電弧利用高頻高壓，點(diǎn)燃后不要用手觸及儀器外殼；更換電極時(shí)要切斷高壓電，用絕緣性能好的鉗子或手套來(lái)更換；電弧有強紫外線(xiàn)輻射，使用時(shí)要戴防護眼鏡；
�。�3）鐵弧電極上不能有氧化物，應經(jīng)常磨光，呈圓錐形；調節兩電極頭之間的距離，注意電極頭成像不要進(jìn)入中間光闌。
三、實(shí)驗原理
巴爾末總結出來(lái)的可見(jiàn)光區氫光譜的規律為：
�。╪ = 3，4，5 ……）
式中的B=364.56nm。此規律可改寫(xiě)為：
式中的為波數，為氫的里德伯常數（109 678cm）。
根據玻爾理論或量子力學(xué)中的相關(guān)理論，可得出對氫及類(lèi)氫離子的光譜規律為：
其中，和為整數，z為該元素的核電荷數，相應元素的里德伯常數為：
其中，m和e為電子的質(zhì)量和電荷，c是真空中的光速，h為普朗克常數，M為原子核的質(zhì)量。顯然，隨元素的不同R應略有不同，但當認為M→∞時(shí)，便可得到里德伯常量為：
這與玻爾原子理論（即電子繞不動(dòng)的核運動(dòng)）所推出的R值完全一樣�，F在公認的
的值為：10973731m，這與理論值完全符合。有了這樣精密測定的里德伯常量，又可以反過(guò)來(lái)計算還沒(méi)有測定的某些元素的里德伯常數。即：
比如應用到氫和氘為：
可見(jiàn)，氫和氘的里德伯常數是有差別的，其結果就是氘的譜線(xiàn)相對于氫的譜線(xiàn)會(huì )有微小的'位移，叫同位素位移。和是能夠直接精確測量的量，測出它們，也就可以計算出氫和氘的里德伯常數。同時(shí)還可以計算出氫和氘的原子核質(zhì)量比。
式中是已知量。注意：波長(cháng)應為真空中的波長(cháng)，同一光波，在不同介質(zhì)中波長(cháng)是不同的，唯有頻率及對應光子的能量是不變的，我們的測量往往是在空氣中進(jìn)行的，所以為精確得到結果時(shí)應將空氣中的波長(cháng)轉換為真空中的波長(cháng)。
四、測量?jì)热菁皵祿幚?/strong>
測量?jì)热?/p>
1.拍攝氫氘和鐵的光譜。按實(shí)驗要求，擬好攝譜程序表格，調好光路后，按程序用哈特曼光欄的相應光孔，分別拍下氫氘和鐵的光譜。
2．顯示譜片。取下底片盒，到暗室進(jìn)行顯影，定影、水洗等處理得到譜片。
3．觀(guān)察和測量氫氘光譜線(xiàn)的波長(cháng)。在光譜投影儀上觀(guān)察譜片上的光譜，區分鐵光譜和氫氘光譜，基于在很小的波長(cháng)范圍內可以認為線(xiàn)色散是個(gè)常數。如下圖所示.用線(xiàn)性?xún)炔宸ň涂梢运愠龃郎y的譜線(xiàn)的波長(cháng)。在映譜儀上用直尺進(jìn)行粗測，在阿貝比長(cháng)儀上進(jìn)行精確測量計算出氫氘譜線(xiàn)的波長(cháng)。
4.數據處理。計算出氫氘的里德伯常數，確定其不確定度，給出實(shí)驗結果表達式。
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