钠原子光谱与其试验数据处理-复旦大学物理教学试验中心Fudan.PDF

1 / 6 《近代物理实验》07 光科 王承悦 07300720365 钠原子光谱与其实验数据处理 Abstract: Introduce two ways to deal with the dates of Na atom spectrum experiment. One is Rydberg Form method and the other is Excel ‘Goal Seek’method. Key words: Na atom spectrum; Rydberg form; Excel ‘Goal Seek’; 一、基本原理与概念： 1、碱金属原子结构: 我们知道，碱金属原子的最外面的壳层上只有一个容易电离的电子，把这个电子成为价 电子。而内壳层则都是满壳层，满壳层上的电子不易电离而绕原子核运动，这些电子与原子 核形成一个比较坚实的集团，成为原子实。因此，可以提出这样的碱金属原子模型，即一个 价电子围绕原子实运动，原子实的净电荷Z 是1。因此，碱金属是一种类氢原子，但它有别 于氢原子，它的原子实并不密实。原子实是由Z 个带正电荷的质子和Z-1 个带负电荷的电子 所组成，在价电子场的作用下，正、负电荷的中心不再重合，原子实被极化，这样，价电子 不仅受到库电场的作用，还将受到偶极距的作用，即价电子的势能成为 2 2 e e V  C 2 r r 式中C 是一个与原子实极化程度有关的一个常数。由于价电子的势能增加了极化能这一 项，类氢原子的能级将为 1 E hcR n H n 2 式中n’成为有效量子数。同时，价电子的轨道将能在原子实中贯穿，电子进入原子实内 时，所受的作用力比在外面时的大，所以贯穿轨道对应的能量应比同一主量子数n 的非贯穿 轨道的能量要低一些。显然，只有在主量子数n 不大时，上述两种效应才显著。 因此上式中的n’=n+Δ ，n 为正整数，Δ 称为量子亏损，对应于 l=0,1,2,3 时的Δ 值分别 用Δ s,Δ p,Δ d,Δ f 来表示。 2、钠原子光谱： 我们一般可以观察到钠原子光谱中的四个谱线系： 主线系：相应于np 向3s 的跃迁。n=3,4,5,„。在可见光仅一条谱线，波长约为589.3 nm， 其余均在紫外区。特点为谱线光强很大。 锐线系：相应于ns 向3p 的跃迁。n =4,5,6,„。第一条谱线波长约为818.9 nm，其余均 在可见光区域。特点为谱线强度较弱，但边缘比较清晰。 漫线系：相应于nd 向3p 的跃迁。n =3,4,5,„。第一条谱线波长约为1139.3 nm，其余 均在可见光区域。特点为谱线较粗且边缘模糊。 基线系：相应于 nf 向3d 的跃迁。n=4,5,6, „。所有谱线均在红外区。特点为谱线强度 很弱。 各谱线系的波数公式为： 2 2 R R 主线系：n S 3 P 跃迁，  ,n 3 (3 s) (n p) 2 / 6