高中物理選修3 5人教版w3543

氫原子光譜引言每種原子、分子都有其特征光譜。因此分析其特征光譜，對(duì)研究不同原子、分子及其結(jié)構(gòu)有著重大的意義。光譜學(xué)已成為光學(xué)的一個(gè)重要分支，并被廣泛用于科研和生產(chǎn)中。氫原子是最簡單的原子，其光譜線在按波長（或波數(shù)）大小的排列次序上顯示出簡單的規(guī)律性。研究原子結(jié)構(gòu)，很自然氫原子首先被關(guān)注。１８８５年巴耳末（Ｂａｌｍｅｒ，Ｊ．Ｊ．１８２５—１８９８）根據(jù)埃格斯充（Ａｕｇｓｔｒｏｍ，Ａ．Ｊ．１８１４—１８７４）對(duì)光譜線的精確測(cè)量，提出了氫原子光譜可見光區(qū)域光譜線波長的經(jīng)驗(yàn)公式。１９

１３年，玻爾（Ｂｏｈｒ，Ｎ．Ｈ．Ｄ．１８８５—１９６２）引入量子概念提出的氫原子模型假說，給出了氫光譜線系規(guī)律的理論解釋。一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?實(shí)驗(yàn)原理三.實(shí)驗(yàn)儀器四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟五.數(shù)據(jù)記錄與處理一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)光譜分析的方法；2、測(cè)量氫原子特征譜線波長，并驗(yàn)算里德伯常量。二、實(shí)驗(yàn)原理原子受激發(fā)后，核外電子由低能級(jí)被激發(fā)

到較高能級(jí)上。處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，在電子從比較高的能級(jí)躍遷到低能級(jí)的過程中，原子釋放能量發(fā)光，每條譜線對(duì)應(yīng)于從一能級(jí)

躍遷到另一個(gè)能級(jí)發(fā)射的光子。氫原子的光譜

線在可見光區(qū)有３條，分別紅線、藍(lán)綠線、青線。1.

氫光譜巴耳末線系分布規(guī)律的經(jīng)驗(yàn)公式為稱為里德伯常量；表一條譜線。ijn2

n2

1

R

(

1

1

)ij

j

i2.

式中：ν為波數(shù)（波長的倒數(shù)）；R

是一個(gè)實(shí)驗(yàn)常數(shù)，

3,，4,每5

一個(gè)數(shù)代n

j

2;

ni本實(shí)驗(yàn)通過棱鏡的色散觀察氫原子的巴耳末線系中的紅青藍(lán)三條譜線．借助于分光計(jì)，和三棱鏡通過測(cè)量氫原子特征譜線波長，來驗(yàn)算里德伯常

量．利用高電壓激發(fā)的汞燈來獲得汞的原子光譜，

(汞的原子光譜線波長是知道的)。利用高電壓激發(fā)的氫燈來獲得氫的原子光譜，用分光計(jì)測(cè)量光譜線的偏向角。一束平行光經(jīng)過棱鏡之后會(huì)發(fā)生偏折。偏折后的方向和原來入射方向所夾的角叫偏向角如圖。對(duì)于一定的棱鏡來說，如果保持光線的入射角i不變，則偏向角與入射光線的波長有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，在保持入射角i不變的前提下，用含有各種已知波長的光線入射，用分光計(jì)分別測(cè)出各波長相應(yīng)的偏向角θ，再以θ為橫坐標(biāo)，波長λ為縱坐標(biāo)，就可畫出一條曲線，即為定標(biāo)曲線，如圖所示。若此時(shí)仍保持入射角i不變，用未知波長的光線入射，測(cè)出相應(yīng)的偏向角θ′，便可從定標(biāo)曲線上找出它所對(duì)應(yīng)的波長來。本實(shí)驗(yàn)用汞原子光譜作出

定標(biāo)曲線，再測(cè)出氫原子三條可觀察到的光譜線

的偏向角，在定標(biāo)曲線上求出它們所對(duì)應(yīng)的波長，驗(yàn)算里德伯常數(shù)。為了保證入射角i不變，可以采用如下方法：在測(cè)定定標(biāo)曲線時(shí)，使汞的青譜線的入射角等于出射角，也就是使青譜線的偏向角剛好等于最小偏向角。三．實(shí)驗(yàn)儀器四．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、

調(diào)節(jié)分光計(jì)。2、

利用高壓汞燈的譜線(其波長作為已知)，畫偏向角θ和波長λ關(guān)系曲線——定標(biāo)曲線。3、

測(cè)量氫譜線三條特征譜線的偏向角θ，根據(jù)定標(biāo)曲線計(jì)算波長．4、

驗(yàn)算里德伯常量(R∞標(biāo)=1.097×10