物理仿真實(shí)驗(yàn)氫氘光譜拍攝實(shí)驗(yàn)報(bào)告范本
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
1．掌握氫氘光譜各譜線系的規(guī)律，即計(jì)算氫氘里德伯常數(shù)RH，RD的方法。
2．掌握獲得和測(cè)量氫氘光譜的實(shí)驗(yàn)方法。
3．學(xué)習(xí)光柵攝譜儀的運(yùn)行機(jī)理，并學(xué)會(huì)正確使用。
二、實(shí)驗(yàn)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(tǒng)用Ebert-Fastie裝置（垂直對(duì)稱式裝置）， 其光學(xué)系統(tǒng)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(tǒng)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(zhǔn)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(zhǎng)排列聚焦于感光板F上，旋轉(zhuǎn)光柵G，改變光柵的入射角，便可改變拍攝譜線的波段范圍和光譜級(jí)次。 這種裝置的入射狹縫S和光譜感光板是垂直平面內(nèi)對(duì)稱于光柵G放置的，由于光路結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性， 彗差和像散可以矯正到理想的程度，使得在較長(zhǎng)譜面范圍內(nèi)，譜線清晰、均勻。 同時(shí)由于使用球面鏡M同時(shí)作為準(zhǔn)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(yàn)時(shí)必須注意以下事項(xiàng)：
�。�1）攝譜儀為精密儀器，使用時(shí)要注意愛護(hù)。尤其是狹縫，非經(jīng)教師允許，不可以隨意調(diào)節(jié)各旋鈕，手柄均應(yīng)輕調(diào)慢調(diào)，旋到頭時(shí)不能再繼續(xù)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(qiáng)紫外線輻射，使用時(shí)要戴防護(hù)眼鏡；
�。�3）鐵弧電極上不能有氧化物，應(yīng)經(jīng)常磨光，呈圓錐形；調(diào)節(jié)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(yàn)原理
巴爾末總結(jié)出來(lái)的可見光區(qū)氫光譜的規(guī)律為：
�。╪ = 3，4，5 ……）
式中的B=364.56nm。此規(guī)律可改寫為：
式中的為波數(shù)，為氫的里德伯常數(shù)（109 678cm）。
根據(jù)玻爾理論或量子力學(xué)中的相關(guān)理論，可得出對(duì)氫及類氫離子的光譜規(guī)律為：
其中，和為整數(shù)，z為該元素的核電荷數(shù)，相應(yīng)元素的里德伯常數(shù)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(shù)，M為原子核的質(zhì)量。顯然，隨元素的不同R應(yīng)略有不同，但當(dāng)認(rèn)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(yùn)動(dòng)）所推出的R值完全一樣�，F(xiàn)在公認(rèn)的
的值為：10973731m，這與理論值完全符合。有了這樣精密測(cè)定的里德伯常量，又可以反過(guò)來(lái)計(jì)算還沒有測(cè)定的某些元素的里德伯常數(shù)。即：
比如應(yīng)用到氫和氘為：
可見，氫和氘的里德伯常數(shù)是有差別的，其結(jié)果就是氘的譜線相對(duì)于氫的譜線會(huì)有微小的'位移，叫同位素位移。和是能夠直接精確測(cè)量的量，測(cè)出它們，也就可以計(jì)算出氫和氘的里德伯常數(shù)。同時(shí)還可以計(jì)算出氫和氘的原子核質(zhì)量比。
式中是已知量。注意：波長(zhǎng)應(yīng)為真空中的波長(zhǎng)，同一光波，在不同介質(zhì)中波長(zhǎng)是不同的，唯有頻率及對(duì)應(yīng)光子的能量是不變的，我們的測(cè)量往往是在空氣中進(jìn)行的，所以為精確得到結(jié)果時(shí)應(yīng)將空氣中的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為真空中的波長(zhǎng)。
四、測(cè)量?jī)?nèi)容及數(shù)據(jù)處理
測(cè)量?jī)?nèi)容
1.拍攝氫氘和鐵的光譜。按實(shí)驗(yàn)要求，擬好攝譜程序表格，調(diào)好光路后，按程序用哈特曼光欄的相應(yīng)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．觀察和測(cè)量氫氘光譜線的波長(zhǎng)。在光譜投影儀上觀察譜片上的光譜，區(qū)分鐵光譜和氫氘光譜，基于在很小的波長(zhǎng)范圍內(nèi)可以認(rèn)為線色散是個(gè)常數(shù)。如下圖所示.用線性內(nèi)插法就可以算出待測(cè)的譜線的波長(zhǎng)。在映譜儀上用直尺進(jìn)行粗測(cè)，在阿貝比長(zhǎng)儀上進(jìn)行精確測(cè)量計(jì)算出氫氘譜線的波長(zhǎng)。
4.數(shù)據(jù)處理。計(jì)算出氫氘的里德伯常數(shù)，確定其不確定度，給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果表達(dá)式。
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