第16卷第1期大学物理实验Vo1．16No．12003年3月出版PHYSICALEXPERIMENT0FC0LLECEM81"．2o03文章编号：1007—2934(2003)01—0005—05氢原子光谱实验研究姜辉(盐城师范学院，盐城，224002)摘要氢原子的结构简单，其光谱具有明显的规律，各种原子光谱线规律性的研究首先是在氢原子上得到突破。通过测量氢光谱可见谱线的波长，能较准确测定氢的里德伯常数，可使学生对近代物理测量有初步了解。关键词摄谱仪；氢光谱；里德伯常数中图分类号：0433文献标识码：A1氢光谱原理在1885年巴尔末(J．J．Balmer)发现氢光谱线的波长可纳入下列简单的公式一巴尔末公式中：(一1)n=3==、4、5、。式中v表示波数，常数R称为里德伯常数原子核的质量M要比电子质量m大的多，且电子和原子核绕二者的质心运动，原子体系的能量是：E：一—(2)(4roe。)2n2^(1+rtb)此式表示能量的数值是分隔的。对于巴尔末线系来讲，有：~_h(l(3)c(4roe)^3c(1+面rtb)2‘‘0将(3)式和(1)式比较，得：RⅣ=2丌(4)(4roe。)^3c(1+rtb)收稿日期：2002—09—20一5一设M为质子的质量，则署=(5446170．13土0．11)×10一加，c=2．997925×10m／s代入(4)式可得：RH=10967758．306土0．013m一2实验仪器(1)摄谱仪：照明系统的光轴必须与摄谱仪的光轴重合，才能使谱线最昵亮。(2)电弧做光源：本实验采用了两根铁棒作电极，接wJD一4型交流电弧火花发生器。为了能使电弧火花均匀而集中地照射狭缝后的棱镜中央，采用单透镜光路，称为照明系统，照明系统的光轴必须调到与摄谱仪光轴重合。(3)氢管做为氢光光源a．氢管b．J1206感应圈(输入电压10～12V，火花距离80mm，工作电流1．5—2A)c．wYJ晶体管稳压电源。接线如图1：图1氢管做为氢光光源接线图(4)氢灯做氢光光源：GPIOH氢灯该灯系冷阴极辉光放电管，其是由镍制电极封于硬质玻璃壳中，管内充满高纯度氢气。当加高压启辉后，发出氢的特征谱线(4341A，4861A，6563A等)，其被应用于V棱镜折射仪、干涉仪等光学仪器中，作为单色光源使用，接线如图2。／，．、2OV自耦变压器霓虹灯变压器氢灯＼，图2氢灯做氢光光源接线图(5)寻找和辨认谱线的蔡司映谱仪(放大20倍)和铁谱图。(6)测量谱线距离用的阿贝比长仪。3实验内容调整狭缝的宽度，选择底片曝光时间以及显影时间，以得到理想的光谱底片，并且测量氢光谱在可见区和近紫外光区的谱线波长，计算里德伯常数。本实验利用哈特曼光栏并排拍下氢谱和铁谱成为一组，用已知铁谱波长求氢谱波长。为了拍摄出一张好的谱片，可参照以下方法进行：I．拟订摄谱计划F．Hurter和V．G．Dmeld曾证明曝光量H(H=I·t，t为暴光时间)的对数与底片的黑度D之间有着简单的依赖关系，即D—lgH图线(感光乳胶特性曲线)所描述的底片的感——6——光性能，见图3。衰1摄谱计划I仅供参考)组合板移哈特曼光栏号码摄谱内容曝光时间狭缝宽度变化谱线分析4．5cm标尺4分①由A计划所摄谱片可以明显5．5cml氢管3分看出氢管曝光3分钟的谱线强2氢管lO分弱与氢灯曝光lO分钟的谱线强A3Fe7秒弱相当6，因此氢管的光强比氢灯．5cml氢灯l5分(55V)2氢灯lO分(85V)强；3FelO秒4．5cm标尺1分变小5．5cml氢灯1分B2Fe2秒3氢灯lO分②由BCD组计划所摄谱片看出．4．5cm标尺1分氢谱片曝光时间长(1分钟)时．5．5cml氢灯1分(6OV)H：线曝光过足，谱线粗，不易2Fe1秒C3氢灯<0．5秒测；曝光时间惹(1Os)~，线曝6．5cml氢管1分光不足。因此拍谱线应分两组，2氢管20秒1组1分钟仅拍，H．；另一3氢管lO秒组lOs拍．4．5cm标尺1分5．5eraI氢管IO秒★2氢管1分D3Fe1秒6．5cmlFe2秒2Fe1秒3Fe>0．5秒★表不在此条件F能得到较好的谱线图典型的日一D曲线，可分为四个部分：(1)曝光不足部分，即曲线AB段。此区域u内黑度随曝光量的增长缓慢增加，景物上照度的差别在底片上得不到足够的反映。(2)曝光正常部分，即日～D曲线上的直线部分BC段，在此范围内底片的黑度与曝光量的对数呈线性关系，因此在拟订曝光时间时，应在入射光强度不变的情况