实验六原子光谱及精细结构实验.PDFVIP

實驗六 原子光譜及精細結構實驗 （Atomic spectra ） 一、 目的 1. 藉由實驗瞭解原子殼層中，光子放射和吸收的性質，驗證惰性氣體 和金屬蒸氣的光譜線。 2. 測量原子之精細結構並學習觀測原子光譜的方法。 二、 原理 1. 惰性氣體和金屬蒸氣的光譜線，經由光柵分離後，投影在半透明 的螢幕上。 2. 不同的光譜線藉由在螢幕上的投影，使我們能夠分析這些光譜。 這些來自於不同的原子、或是離子性原子（即帶電原子）所產生 的光譜線，直接源自於能階上連續的光子放射和吸收，因此這些 光譜線展現出特有的波長和屬性。我們根據這樣的屬性和特有性 質，可以用光譜分析的方式，確認它所對應的原子。 3. 由原子的軌道角動量和其電子自旋耦合 ( L-S coupling ) ，可得鈉原 11 2 2 6 1 子Na （原子結構：1S 2S 2P 3S ）能階圖（如圖一）。 原子能階與角動量量子數的相關性可由 3s軌域（ l =0 ）與 3p軌域 （l =1 ）得知。電子在 3p軌域比在 3s軌域有較高的能量。 另外當電子從 3p軌域跳至 3s軌域時放出兩道黃色譜線 2 2 2 2 3 p 3/2 →3 s1/2 3 p 1/2 →3 s1/2 （ 及 ）也表示了 3p軌域能階的 分裂。這是因為總角動量的不同而造成，其總角動量量子數分 別為 j = 3/2 與 j = 1/2 ，此二能階間的差異極其細微。歸咎其根 45 量子物理實驗手冊 ▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔ 本，這是因為電子繞行軌域運轉時產生了一內在磁場（internal magnetic field ），電子自旋量子數的不同（其自旋量子數可為 圖一 s = 1/2 與 s = -1/2 ）在此磁場的影響下造成了能階了分裂，此現象因 此稱為自旋: 軌域效應（- spin-orbit effect ）。如果是在外加磁場的影 響下所造成的能階分裂，則稱之為基曼效應。 三、 實驗儀器 電源供應器 (220 V) 46 原子光譜實驗 實驗 六 ▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔ He燈 Na燈 光譜儀（包括光柵） 【儀器使用說明】 (1) 聚光管；靠鏡片桌 (3)之端有 f=160 ㎜的透鏡。 (2) 接目燈；靠鏡片桌(3)之端有 f=160 ㎜的透鏡。 (3) 鏡片桌。 (4) 三稜鏡。 (5) 刻度桌。 (6) 游標尺。 (7) 放大鏡。 (8) 狹縫。 (9) 狹縫調整鈕。 47 量子物理實驗手冊 ▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔▔