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物理实验报告
钠原子光谱实验报告
一、实验目的与实验仪器
1、了解钠原子光谱的实验规律以及与原子结构的关系；
2、测定钠原子光谱；学会辨认同一线系的钠原子光谱线，由波长计算光谱项、量子缺
和主量子数，并绘制钠原子能级图；
3、根据钠原子双黄线波长差，估算钠原子有效电荷数和内部磁场，加深对自旋轨道耦
合的认识。
仪器：WGD-8A型组合式多功能光栅光谱仪，钠光谱灯，汞灯等
二、实验原理
（要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式）
钠原子光谱有类似于氢原子的规律，但是由于作用于价电子上的电场与点电荷有显著不同，
所以光谱项是用有效量子数n‘’代替主量子数n。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，钠原子光谱项可以写成
其中为钠原子的里德伯常数；称为量子缺，是和主量子数n和轨道量子数l有关的修正
系数。当n不是很大时，量子缺的大小主要取决于轨道量子数l，本实验近似认为与n无
关。
钠原子光谱线的波数
或
其中表示下能级的有效量子数，表示上能级的有效量子数。
也可以写成
它表示电子从上能级跃迁到下能级发射的光谱线的波数。
如果固定下能级，而改变上能级，则得到一系列值，构成一个光谱线系。在各
谱线系中，不变，称为固定项，记作。光谱中常用这种符号表示
一个线系，并且分别用表示。
原子有效电荷数和内部磁场估算
电子具有两种自旋取向，即自旋向下和自旋向上。钠原子价电子轨道运动产生的磁场与自旋
磁矩相互作用，产生了附加能，
物理实验报告
此处取的方向为z方向，由于电子磁矩，故
由于该附加功能的产生，能级发生分裂，
谱线发生分裂，出现精细结构，,从而
由此可以估算出原子内部的磁场大小。
谱线双层能级的间隔可用波数差表示：
其中，为里德伯常数，α为精细结构，z为原子的有效电荷数，n为主量子数，l为轨道
量子数，若已知α、、l、n、和波数差，就可以计算出原子的有效电荷数z。
三、实验步骤
1、把光栅光谱仪上的接收方式选择开关扳到光电倍增管位置，接通光栅光谱仪电源，接通
控制计算机电源，将光电电压调至500-800V之间，在控制计算机上启动WGD-8A型软件。
选择“光电倍增管接收”，初始化。
2、把汞灯放于入射狭缝处，适当调节入射狭缝宽度和出射狭缝宽度，打开汞灯电源。
3、设置相关参数。
4、单程扫描，获得汞的光谱的强度分布曲线，适当调节狭缝宽度和扫描参数，再次扫描，
直到获得合适的光谱曲线。
5、修正波长。
6、更换钠灯。适当调节狭缝宽度和调整扫描参数，利用单程扫描功能进行扫描。
7、获取理想的钠原子谱线后，读取数据，记录数据，保存文件，打印曲线。
四、数据处理
计算双线的平均波长及对应波数：
序号波长1/nm波长2/nm所属线系
15S-3P615.49614.82锐线系
23P-3S589.16588.6主线系
34D-3P568.42567.81漫线系
46S-3P515.9515.01锐线系
55D-3P498.11497.65漫线系
67S-3P475.13474.61锐线系
76D-3P466.72466.36漫线系
物理实验报告
结果汇总如下表
序号波长1/nm波长2/nm
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