氢原子光谱与里德堡常数的测定

1 中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩： 班级： 应用物理 09-3 班 姓名：程俊义 同组者： 付晓涵 教师： 闫向宏 实验 3-1 氢原子光谱与里德伯常数的测定 【实验目的】 1、通过测量氢光谱（在可见光区域）谱线的波长，验证巴尔末规律的正确性。 2、测定氢的里德伯常数，对近代测量精度有初步了解。 【实验原理】 从氢气放电管可以获得氢原子光谱，可见光区域的四条分别为 Hα、Hβ、Hγ、Hδ ，可见光区域的氢谱线的波长归纳为下列简单关系： 422nnB （3-1-1） 式中 B=364.56 nm。由上式计算所得的波长数值同测得的数值是一致的。所以，一般常称（3-1-1）式为巴尔末公式，称这些谱线为巴尔末线系。 把（3-1-1）式改写为 222221211414411nRnBnnBH n=3,4,5,„ （3-1-2） 式中的常数BRH/4称为里德堡常数。在这些完全从实验得到的经验公式的基础上，丹麦物理学家波尔（Bohr，1885~ 1962）就原子模型提出如下两条基本假设；①一个原子系统内当电子在特定轨道上运转时，它将不向外辐射能量，这些轨道就是电子保持能量不变的“定态”轨道。②当电子从一个定态轨道过渡到另一个轨道时，将发生电磁辐射，其频率完全由这两个定态间的能量差来决定。能量差和频率的比值，就是普朗克常数，即12EEh。所以根据波尔的假设，光谱线对应于氢原子中的电子从一个能级跃迁到另一个能级释放出的能量。所以对应于巴尔末线系的波尔氢原子理论公式为： 22320421211421nMmchmeH （3-1-3） 式中 e 为电子电荷，h 为普朗克常数，c 为光速，m 为电子质量，MH 为氢原子核的质量。由上式可以看出，不仅给予巴尔末公式以物理解释，而且把里德堡常数和许多物理量联系起来。 将（3-1-3）式和（3-1-2）式比较，里德堡常数应等于 HHMmchmeR14232042 （3-1-4） 任意原子 A 的里德堡常数可表示为 2 AAMmchmeR14232042 （3-1-5） 由（3-1-5）式可知，随着原子核质量MA 的不同，原子的里德堡常数也不同。如果把原子外推到∞，且 0Mm，这时里德堡常数应为 3204242chmeR （3-1-6） 由（3-1-4）、（3-1-5）、（3-1-6）式可得R∞与任意给定原子（例如氢）的里德堡常数有下列关系： ...