钠原子光谱的精确测量.doc

本科学生毕业论文（设计） 钠原子光谱的精确测量 　　　　姓　　名　　　 　　　　　　 学　　号　　 　　　　　 院、　系　　 物理与电子信息学院 专　　业　　　　物理学类　　　　　 指导教师　 　　　　　 职称（学历） 钠原子光谱的精确测量 摘要：本文对钠原子光谱强度进行精确测量，进而算出钠原子光谱双重结构不同成分的强度比。通过多谱线叠加的方法增加强度，适当改变负高压，狭缝宽度等参数来测量钠原子光谱，改善测量方法得到的谱线线形较好.结果表明双线结构的谱线强度比与理论值相吻合，此方法有助于判断各谱线所属的线系，也有助于准确确定峰位，从而计算得到准确的量子缺。 关键词：钠原子光谱；强度测量；多谱叠加  1引言 钠原子光谱实验是近代物理实验中相当重要的一个实验。对于我们了解钠原子内部结构还有对它的理论分析工作都有相当大的指导意义。对钠原子光谱的分析已经有很多研究，文献[1]利用双光栅单色仪对钠原子光谱进行了研究，可以很明显的观察到谱线双重结构不同成分间的强度比。文献[2]利用看谱与摄谱结合的方法，对谱线成分由钠原子能级结构，跃迁机理等进行了分析。 本文通过WGD-8A型光栅光谱仪，将数据传递给计算机，在通过软件进行分析，得到简便直观的光谱图。根据计算机读取钠原子光谱双重线的波长以及强度，以此数据为依据，计算出钠谱线双重结构不同成分的强度比。本方法使用的设备简单，根据谱线图可以更简便的将各个线系区分开。 2实验原理 对于只有一个价电子的碱金属原子，其价电子是在核和内层电子组成的原子实的库仑场中运动，和氢原子类似，若不考虑电子自旋和轨道运动的相互作用引起的能级分裂，可以把光谱项表示为[3]： （1） 式中分别是主量子和轨道量子数，是原子实的平均有效电荷[3]，1。因此还可以把上式改写为[3]： （2） 是一个与和都有关的正的修正数，称为量子缺。理论计算和实验观测都表明，当不是很大时，量子缺的大小主要决定而随变化不大，本实验中近似地认为与无关。 电子由上能级（量子数为,）跃迁到下能级（）发射的光谱线的波数由上式决定[4]： （3） 如果令固定，而依次改变（的选择定则为=±1），则得到一系列的值，它们构成一个光谱线系。光谱中常用这种符号表示线系。=0,1,2,3分别用S,P,D,F表示。钠原子光谱有四个线系[4]： 主线系（P线系）：3S-nP， n=3,4,5,…； 漫线系（D线系）：3P-nD, n=3,4,5,…； 锐线系（S线系）：3P-nS， n=4,5,6,…； 基线系（F线系）：3P-nF， n=4,5,6,…； 3 实验仪器与方法 WGD-8/8A型多功能光栅光谱仪、汞灯、钠灯及电源 本实验使用的WGD-8A型多功能光栅光谱仪，属于反射式光栅光谱仪，光路见图1。 图1 光学原理图 Figure 1 optical principle diagram M1反射镜、M2准光镜、M3物镜、G平面衍射光栅、S1入射狭缝、S2光电倍增管接收、S3 CCD接收WGD－8/8A型组合式多功能光栅光谱仪，由光栅单色仪，接收单元，扫描系统，电子放大器，A/D采集单元，计算机组成。入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围0－2mm连续可调，光源发出的光束进入入射狭缝S1，S1位于反射式准光镜M2的焦面上，通过S1射入的光束经M2反射成平行光束投向平面光栅G上，衍射后的平行光束 经物镜M3成象在S2上或S3上。 本文用WGD-8A型光栅光谱仪，钠灯，汞灯，计算机以及光电倍增管软件记录钠原子光谱实验。实验系统框图如图2所示。将汞灯放置在WGD-8A光栅光谱仪入口狭缝前，使发出的光直接进入狭缝，狭缝宽度0.30mm，调节高压在300-900V之间，软件增益在2-6之间，采集次数在1-50之间， 点击“单程”进行整体采集汞原子光谱,正常情况下，在570nm-585nm会出现双峰,以左边缘作为起始波长，右边缘作为终止波长，点击“单程”，实现从起始波长到终止波长的扫描。扫描结束后，读出汞的相邻两个峰值，已经理论值分别为576.96nm和579.07nm，根据测得的数值与标准值比较，对差值进行校正，至此完成了校正。校正结束后，接下来进行测量钠原子的波长，首先要将汞灯换为钠灯，波长的扫描间隔设置为0.01nm，将钠灯放在WGD-8A光栅光谱仪入口狭缝前，狭缝宽度0.30mm，高压调节在300V-1000V之间。要测量哪个峰位，根据“波长参考表”来进行设置起始波长和终止波长。在调节的过程中，如果得到的波长效果不佳，要适当的调节高压，狭缝，增益