氢原子光谱和里德伯常数的测量Word格式文档下载.docx
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调整完成的标志又是什么？
分别应该调整目镜与载物台；
载物台调平螺母；
狭缝套筒与平行光管的水平调节螺母。
调节完成的标志是：
平面镜反射回来的绿色十字与叉丝无视差；
平面镜正反两面反射回来的绿色十字均与上叉丝重合，而且在平台转动的过程中绿色十字沿着上叉丝移动；
狭缝像与叉丝无视差，而且其中点与中心叉丝等高。
光栅位置的调整和固定要达到什么目的？
通过什么螺钉来进行？
目的是使得光栅平面与仪器主轴平行，且光栅平面垂直平行光管，光栅刻线与仪器主轴平行。
通过调平螺钉来实现。
导出附录二中加权平均及其不确定度的计算公式。
最佳测量值由导出。
由此可知：
二、实验原理
1、氢原子光谱
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。
人们很早就发现了氢原子光谱在可见区和紫外区有好多谱线,构成一个很有规律的系统,谱线的间隔和强度都向着短波方向递减。
1985年,从某些星体的光谱中观察到的氢原子光谱已达十四条,巴耳末发现这些谱线的波长具有如下的分布规律,
n=3,4,5…
（1）
式中的B=364.56nm,由此式计算所得波长值,与实验测量值符合得很好,这一发现对光谱学提供了重要的开端,后人称该式为巴耳末公式,该公式所表达的一组谱线称为巴耳末系。
后来,里德伯发现,若
（1）式中令RH=4/B,则巴耳末公式即可改写为:
n=3,4,5…
式中V为波数,称为氢的里德伯常数。
根据波尔理论，可得出氢和类氢原子的里德伯常数为：
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，为真空介电常数，z为原子序数。
当时，可得里德伯常数为：
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，它的公认值为：
。
2、光栅及其衍射分光原理
通常把由大量等宽等间距的狭缝构成的光学元件叫做衍射光栅。
它能使入射光的振幅或位相，或者两者同时产生周期性空间调制。
光栅最重要的应用是用作分光元件，分光原理可以从多缝夫琅和费衍射图象中亮线位置的公式
看出，公式
（1）表明，对应于亮线的衍射角与波长有关，是衍射级次。
因此对于给定间距（光栅常数）的光栅，当用多色光照明时，不同波长的同一级亮线，除零级外均不重合，即发生了色散，这就是光栅的分光原理。
对应于不同波长的不同亮线称为光栅光谱线。
公式
（1）称为光栅基本方程。
3、光栅的色散本领与色分辨本领
（1）、
色散本领
光栅的色散本领通常指角色散和线色散，光栅的角色散是波长相差的两条谱线分开的角距离，公式表示为：
光栅的线色散是聚焦物镜焦面上的波长相差的两条谱线分开的距离，公式表示为：
其中是物镜的焦距。
（2）
光栅的色分辨本领
光栅的色分辨本领是指分辨两条波长差很小的谱线的能力。
光栅的色分辨本领可以由瑞利条件算出，即波长谱线的强度极大值和波长为的谱线强度极大值近旁的强度极小值重合，这时的就是光栅所能分辨的最小波长差。
公式表示为：
公式表明，光栅的色分辨本领正比于光谱级次和光栅线数，与光栅常数无关。
三、实验仪器
主要仪器：
1、分光仪
2、透射光栅——空间频率600/mm的黑白复制光栅
3、钠灯——钠灯型号为ND20，用GP20Na-B型交流电源（功率20W，工作电压20V，工作电流1.3A）点燃，预热十分钟后发出平均波长为589.3nm的强黄光。
本实验中用做标准谱线来校准光栅常数
4、氢灯——氢灯用单独的直流高压电源（150型激光电源）点燃。
使用时电极性不能接反，也不用手去碰电极（几千伏）。
四、实验内容
本实验要求通过巴尔末系的二至三条谱线的测定，获得里德伯常数的最佳实验值，计算不确定度和相对误差，并随实验结果进行讨论，具体内容为：
调节分光仪
调节的基本要求是使望远镜聚焦于无穷远处，其光轴垂直于仪器主轴；
平行光管射出平行光，其光轴垂直仪器主轴。
调节光栅
调节光栅的要求是使得光栅平面（光刻线所在的平面）与仪器主轴平行，且光栅平面垂直于平行光管；
光栅刻线与仪器主轴平行。
用钠黄光作为标准谱线校准光栅常数d。
测定氢光谱中2到3条可见光的波长，并由此测定里德伯常数RH。
五、数据处理
1、原始数据列表与初步处理
用钠灯校准光栅常数
项目
1
3º
31’
183º
30’
322º
2’
142º
1’
41º
29’
2
243º
16’
63º
14’
201º
45’
21º
46’
28’
29’30’’
3
270º
90º
0’
228º
35’
48º
36’
34’
24’
25’
4
254º
18’
74º
212º
55’
32º
56’
37’
22’
22’30’’
5
8’
186º
41’
6º
42’
33’
26’
26’30’’
20º
45’30’’20º
44’45’’20º
42’30’’20º
41’15’’20º
43’15’’
用氢灯计算里德伯常数
（1）紫色光数据
222º
31’
42º
32’
192º
12’
12º
13’
30º
19’
178º
43’
358º
45’
148º
33’
328’25’
30º
20’
19’30’’
163º
1’
342º
2’
133º
0’
313º
91º
53’
271º
52’
61º
38’
241º
40’
15’
12’
13’30’’
50’
35’
241º
36’
30º
15’30’’
15º
9’30’’15º
9’45’’15º
0’30’’15º
6’45’’15º
7’45’’
（2）蓝色光数据
224º
21’
44º
32’
190º
10º
34º
180º
0º
146º
326º
34º
0’30’’
165º
345º
130º
311º
6’
4’
93º
273º
59º
44’
239º
33º
52’
53’
52’30’’
39’
43’
55’30’’
17º
0’30’’17º
0’15’’17º
2’0’’16º
56’15’’16º
57’45’’
（3）红色光数据
230º
50º
184º
4º
46º
46º
186º
6º
47’
140º
320º
45º
49’
09’
171º
9’
351º
10’
124º
304º
27’
99º
279º
57’
53º
233º
25’30’’
17’30’’
23º
12’30’’23º
4’30’’23º
12’45’’23º
8’45’’
2、校准光栅常数d
由公式，其中k=1，
首先计算d的值：
m
下面进行d的不确定度的合成
即
而其中
首先合成其b类不确定度
仪器的最小分度值为1’,即得到
合成其a类不确定度
合成d的不确定度
于是得到d结果的最终表述为：
3、计算氢原子的里德伯常数
得到
其中n与k可以视为常数，因此就得到：
n=3时，看到红光线；
n=4时，看到蓝光线；
n=5时，看到紫光线
由光栅方程知道
（1）当观察到是紫色光光谱时，n=5
因此得到其波长为
首先求解里德伯常数
根据紫光数据
合成的不确定度
有公式
又有=
=
于是得到里德伯常数的表达式为：
（2）当观察到的是蓝色光光谱时，n=4
根据蓝光数据
（3）当观察到是红色光光谱时，n=3
又
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