根据氢光谱的波长,计算里德伯常量及普朗克常量
【目的和要求】
测定氢光谱的波长,验证巴耳末公式;根据氢光谱的波长计算里德伯常量及普朗克常量。
【仪器和器材】
分光镜(J2551-1型),光谱管组(J2552型),感应圈(J1206型),低压电源(J1201型或J1201-1型,J1201-2型),学生电源(J1202型或J1202-1型),照明 灯(6伏)。
【实验方法】
根据巴耳末公式,氢光谱巴耳末线系各谱线的波长为:
(1)
R为里德伯常量,n=2、3、4、5、……称量子数。测出对应于某一量子数n的谱线波长λ,即可计算出里德伯常量R,即
(2)
附表列出了四条明线光谱的名称、对应的量子数、谱线颜色、波长理论值和测量值以及根据(2)式计算得到的里德伯常量R。计算时,波长以米为单位,1纳米=10-9米。计算结果,与公认值1.097×107米-1是一致的。
根据玻尔理论,氢原子从较高的能级(量子数n=3、4、5、……)跃迁到量子数n=2的能级时,辐射出的光子属巴耳末线系,其能量差:
(3)
式中h为普朗克常量。v为辐射出的光子频率,v=c/λ为光速。13.6是处于基态上的氢原子的电离能量,单位是电子伏特。测出巴耳末线系的谱线波长λ,代入(3)式,即可计算出普朗克常量。计算时,波长以米为单位,电子伏特化为焦耳(J),1电子伏特=1.60×10-19焦耳。把测量数据和计算结果列在下表中。普朗克常量的公认值为6.63×10-34焦耳·秒。
谱线名称 |
Hα |
Hβ |
Hγ |
Hδ | |
量子数n |
3 |
4 |
5 |
6 | |
谱线颜色 |
红 |
蓝 |
紫 |
紫 | |
谱线波长(纳米) |
理论值 |
656.2 |
486.1 |
434.0 |
410.1 |
测量值 |
658.0 |
487.5 |
433.5 |
411.0 | |
里德伯常量R(107米-1) |
1.09 |
1.09 |
1.10 |
1.09 | |
普朗克常量n(10-34焦耳·秒) |
6.64 |
6.64 |
6.61 |
6.63 |
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