如何区分钠光谱双黄线的内外侧
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将望远镜正对平行管,可以见到中央零级条纹（与光源的颜色相同,在这里为黄色,只有一条明亮的钠光线）；继续向右转动望远镜（设向右谱线级数为正）,第一次见到的钠光线为+1级谱线,如果只见到一条黄光线,刚减少狭缝的宽度至能清晰见到黄双线为止,此双线互相紧靠在一起,角距离只有1‘~2’,左边为内侧,右边为外侧.再向右较大幅度移动望远镜,第二次见到的钠光线为+2级谱线,此时的双线分开一些,依然,左边为内侧,右边为外侧.再继续右转,可以见到+K级的谱线,至于最多能见多少级的谱线,请参考大学物理理论教材相关内容.然后,向左转,越过中央零级条纹,会重复右转的现象,只是,此时,左边为外侧,右边为内侧.一句话,看到的双黄线,离中央零线条纹角距最近的为内侧,反之,外侧.
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扫描下载二维码如何区分钠光谱双黄线内外侧_百度知道　　1666年，英国科学家牛顿将一束太阳光通过三棱镜，在棱镜后的白屏上接收到了连续的彩色光带，从而发现了光在折射介质中的色散。实验中白屏上看到的光带称为光谱。光谱的实质就是光的频率强度分布。
　　一百多年后，德国光学专家夫琅和费将制作了精度更高的分光镜，发现了太阳光谱中更精细的结构。他发现在太阳连续的背景光谱上，还有几百条暗线。夫琅和费用拉丁字母给最明显的暗线编了号，但遗憾的是他并没有弄清楚这些暗线的本质。
　　德国物理学家基尔霍夫与化学家本生合作研究了这些暗线的秘密。他们利用“先进武器”本生灯和分光镜，研究了不同物质在高温下火焰的光谱。并发现：不同物质高温蒸汽的光谱都成分立线状，并且只与其所含元素有关(如食盐(氯化钠)与硫酸钠有相同的黄色亮双线)。很多元素火焰中的亮线光谱与太阳光谱中的暗线有对应关系，如钠的双黄线与太阳光谱中的D双线对应。经过进一步研究，他们还发现，当低温蒸汽位于高温连续谱发射源与分光镜之间时，观察到的光谱与太阳光谱十分类似。并且暗线的位置与对应的高温蒸汽亮线的位置也是一致的。基尔霍夫据此总结出两条定律：每一种元素有其对应的几个光谱频率;当稀薄气体的温度低于背景辐射体的温度时，光谱中产生在该频率上的吸收谱线，反之光谱中产生在该频率上的发射谱。这两条定律称为基尔霍夫定律，是光谱分析的基础。从此，人们便依照光谱可以知道恒星的化学组成了。
　　20世纪上叶，量子理论的出现为基尔霍夫定律的物理意义提供了合理的解释。在此以较为粗糙、容易理解的玻尔原子模型解释，有兴趣的读者可以阅读专业书籍了解由电子波函数描绘的电子云模型。丹麦物理学家玻尔从稀薄气体光谱是分立的线状谱出发，认为电子是处在原子核周围不同确定能量的轨道(能级)上的。当电子在不同能级之间跃迁时，就会吸收或发射一个与两能级间距等能量的光子，反之亦然。当稀薄气体温度比背景辐射源高时，前者中位于高能级的电子就比后者中的多，对于两个确定的能级，在这团气体中向较低能级跃迁的电子比向较高能级跃迁的多，所以就产生了对背景辐射的吸收。
　　当然，固定能级是有上限的。当电子吸收的光量子能量超过上限时，电子脱离原子核束缚，称为电离，电离过程发射的辐射频率是不确定的。气体云的温度、密度和成分不同，都会导致它辐射的连续谱和分立谱强度比例的不同，通过分析这个比例，也可以反推出气体云的信息。由于温度很高，各种碰撞和跃迁产生了大量不同的频率，太阳光球的辐射是连续谱，其辐射功率关于频率的函数曲线满足普朗克黑体辐射公式。紧靠光球表面的那层大气产生了光谱中主要的暗线。大部分恒星的状况与太阳类似。
　　弄清了恒星光谱的组成部分——连续背景和暗线的成因后，我们就知道恒星光谱能告诉我们那些信息了。它几乎能告诉我们恒星表面的一切信息：温度、成分、密度，或是有尘埃带、喷发之类的异常。除了暗线，有些极高温的活跃恒星还有亮线叠加在连续谱上，但对于大多数恒星而言，暗线仍是主要的研究对象。
　　根据暗线的分布特征，可以把恒星光谱分成很多光谱型。光谱型主要决定于恒星的表面温度。这是由于不同种原子(中性和电离也算不同种)的能级间距对应的温度范围是不同的。在普通原子中，能级间距最宽(即对应谱线频率最大)的是电离氦，即一个电子成为自由电子的氦原子。中性氦次之，然后是一些电离金属原子，如钙(太阳光谱中有很强的电离钙的H线和K线)，间距最窄的是一些中性金属原子，如中性铁。所以温度越高的星，其主要谱线的能级间距就越宽。根据不同谱线对应不同温度的原理，人们把恒星光谱分为以下几类：
　　分类记号 　　　　　　　　　　　　主要谱线特征 　　　　　　　　　　表面温度范围(K)
　　O 　　　　　　　　　　　　电离氦比中性氦强 　　　　　　　　　　　&30000
　　B 　　　　　　　　　　　　电离氦比中性氦弱 　　　　　　　　　　
　　A 　　　　　　　　　　　　氢强度最大，电离钙出现 　　　　　　　
　　F 　　　　　　　　　　　　电离钙强，氢减弱，中性金属出现 　　　
　　G 　　　　　　　　　　　　电离钙强，中性金属强 　　　　　　　　
　　K 　　　　　　　　　　　　中性金属强，电离钙减弱 　　　　　　　
　　M 　　　　　　　　　　　　中性金属强，出现分子吸收谱带 　　　　　　&3500
　　对于这个分类的记号，可以用一句英文来记忆：Oh!Be A Fine Girl Kiss Me Right Now，Smack!
　　与M类似的冷星光谱型还有R、N、S。它们的光谱中有着不同的分子吸收谱带，M型是氧化钛，R型是氰，N型是碳，而S型是氧化锆。长周期脉动变星的光谱就属于这些类型，并且光谱型也会随着亮度的变化而变化，如刍藁增二(鲸鱼ο)的光谱是M5e-M9e。
　　选用这些字母作为光谱型是由于某些历史原因，这是在人们还没有弄清楚不同光谱型的意义的时候开始使用并沿用至今的。每个光谱型中依温度从高到低又有0~9十种亚型，每种亚型下又有很多次型。人们通过测定不同谱线相对强度来确定每颗恒星所在的具体光谱型，即它的表面温度。
　　对于普通的天文爱好者，他们没有恒星的光谱数据，看到一颗恒星的彩色照片却也能大概说出它的光谱型，这是为什么呢？原来，不同温度的恒星，它们光谱中连续部分的强度分布也是不同的。温度越高的恒星，连续部分强度极大对应的频率越大，所以OBAFGKM所对应的恒星颜色依次是蓝、蓝白、青白、黄白、黄、橙黄、橙红。这与烧一根铁棒时随着温度的上升铁棒的颜色由暗红逐渐变成白色是一样的道理。
编辑：未来哥来源：蝌蚪五线谱1-3钠原子光谱-五星文库
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1-3钠原子光谱
导读：1-3钠原子光谱，研究元素的光谱是了解原子结构的一个重要途径，通过对原子光谱的研究，可以了解原子内部电子的运动，通过对氢原子光谱的研究，人们认识到电子绕原子核运动时只能处于一些能量不连续的状态，得到了关于氢原子结构的认识，氢原子是单电子原子，原子内部相互作用也比较简单，对于多电子原子，除了原子核与电子的相互作用外，钠原子序数为11，其光谱结构比较简单，在激光光谱日益发展的今天，钠原子光谱仍是人
1-3 钠原子光谱
研究元素的光谱是了解原子结构的一个重要途径。通过对原子光谱的研究，可以了解原子内部电子的运动，并导致电子自旋的发现和元素周期表的解释。
通过对氢原子光谱的研究，人们认识到电子绕原子核运动时只能处于一些能量不连续的状态，得到了关于氢原子结构的认识。氢原子是单电子原子，结构比较简单，原子内部相互作用也比较简单。对于多电子原子，除了原子核与电子的相互作用外，还存在着电子之间的相互作用，电子的自旋运动和轨道运动间的相互作用也更加显著。钠原子序数为11，具有稳定的满内壳层结构，外层有一个价电子，其光谱结构比较简单，也比较典型。在激光光谱日益发展的今天，钠原子光谱仍是人们深入研究的对象之一。本实验以钠原子光谱为例，研究多电子原子的光谱结构。以加深对碱金属原子的外层电子与原子实相互作用以及自旋运动与轨道运动相互作用的理解。
1．与氢原子主量子数相同的能级相比，钠原子的能级有哪些差别，造成这些差别的原因是什么？
2．如何通过光栅光谱仪获得钠原子的光谱图像？ 3．根据测量的钠光谱线结果，如何利用里德伯表求出各个线系谱线对应的上下能级的主量子数、量子缺和光谱项，进而绘制出钠原子的能级图？
1．学习使用光栅光谱仪测量钠原子光谱的实验方法。
2．加深对碱金属原子的外层电子与原子实相互作用以及自旋与轨道运动相互作用的理解。 3．掌握计算钠原子的价电子在不同轨道运动时的量子缺的方法，学会绘制钠原子的部分能级图。
一、钠原子光谱的线系 氢原子光谱线的波数可写成：
（1.3.1） ?
式中RH是氢的里德伯常数。当n1=2，n2依次为3，4，5，…时，为巴耳末线系各谱线波数。原子能级En可表示为
令Tn?RHn，则En???cTn，Tn称为光谱项。
对于只有一个价电子的碱金属原子，例如钠原子，其价电子是在核与内层电子所组成的原子实的库仑场中运动，和氢原子有些类似。但是，由于原子实的存在，价电子处于不同量子态时，或者按轨道模型的描述，处于不同的轨道时，它和原子实的相互作用是不同的。价电子处于不同轨道时，它们的轨道在原子实中的贯穿程度也不同，所以受到的作用不同；还有，价电子处于不同轨道时，引起原子实极化的程度也不同。这二者都要影响原子的能量，因此，电子所处轨道的主量子数n相同，轨道量子数l不同，原子的能量也是不同的。所以原子的能量与价电子所处轨道的量子数n、l都有关。轨道贯穿和原子实极化都可以使原子
的能量减少。量子数l越小，轨道进入原子实部分越多，原子实的极化也越显著，因而原子的能量减少得越多。与主量子数n相同的氢原子相比，碱金属原子的能量要小。而且不同的轨道量子数l对应着不同的能量，l值越小，能量越小；l越大，越接近相应的氢原子能级的能量。
对于钠原子，我们可以用有效量子数n*代替n，来统一描述轨道贯穿和原子实极化的总效果。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，可把光谱项表示为：
上式的R＝68549cm为里德伯常量；Δl称为量子缺；而n*不再是整数。由于Δl &0，因此有效量子数n*比主量子数n要小。理论计算和实验观测都表明，当n不很大时，量子缺的大小主要决定于l，而与n的关系很小。本实验中近似认为它是一个和n无关的量。
由此可知，电子由上能级跃迁至下能级时，发射光谱谱线的波数可以用下式表示：
???R?*2?*2??R??22
n2??n??n????????n1l?l?
（1.3.4） ??
式中n2*和n1*分别为上下能级的有效量子数；n、Δl和n′、Δl'分别为上下能级的主量子数和量子缺；l、l′分别为上下能级所对应的轨道量子数。令n′、l′固定，当n依次改变时（l的
选择定则为Δl＝±1），则可得到一系列的波数值，从而构成一个光谱线系。通常利用n′l′~ nl这种符号来表示线系，而n′l′能级光谱项称为固定项。l＝0，1，2，3分别用S，P，D，F表示。钠原子光谱有四个线系。
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＝3，4，5，… 基线系（F线系）： 3D~nF， n＝3，4，5，…
在钠原子光谱的四个线系中，主线系的下能级是基态（3S1/2）。在光谱学中，主线系的
第一组线（双线）为共振线。钠原子的共振线就是有名的双黄线（588.995nm和589.592nm）。钠原子主线系的其他谱线在紫外区域。基线系在红外区域，漫线系和锐线系除第一组谱线在近红外区域，其余都在可见光区。漫线系和锐线系的下能级都是3P能级，它们的上能级分别对应价电子的D轨道和S轨道。前者易受外电场影响，在钠原子的电弧放电光谱中，漫线系的光谱边缘较弥漫，谱线展宽明显，而锐线系谱线较清晰，边缘较细锐。
二、钠原子光谱的双重结构
电子具有自旋，其自旋量子数S＝1/2。由于电子自旋和轨道运动的相互作用，使原子具
有了附加能量。这个附加能量除了与量子数n，l有关外，还和原子的总角动量量子数j有关。因而，考虑自旋的作用，原子的一个能级会分裂为不同能级。
碱金属原子只有一个价电子，不考虑原子实的角动量（原子核的自旋影响很小，可忽略），原子的总角动量就等于价电子的角动量。对应S轨道（l=0）的电子，其轨道角动量为零。总角动量就等于电子的自旋角动量，所以j可取一个数值，即j＝1/2，从而S谱项只有一个能级，是单重能级。对于l不为零的P，D，F轨道（l=1，2，3），j可能取j＝l±1/2两个数值，所以相应的能级会分裂为双重能级。根据量子力学结果，发生分裂的双重能级的光谱项可以表示为
Tnl,j?l?1/2?
Tnl,j?l?1/2?
式中?nl是只与n，l有关的因子，称为单电子的分裂因子，等于
nl?l?1/2??l?1?
式中R为里德伯常数；a＝1/137.036为精细结构常数；Zs*为原子实的有效电荷数。由（1.3.5）和（1.3.6）式可以看出，双重能级的间隔可用波数差表示为
?????l?1/2??nl?
由上式可以看出，双重能级的间隔随n和l的增大而迅速减小。由于能级发生分裂，碱金属原子的光谱存在着双重结构。
1． 光谱线双重结构不同成分的波数差。
对钠原子光谱，主线系对应的电子跃迁的下能级为单重能级3S谱项，对应j＝1/2。上能级分别为3P，4P，…双能级谱项，其相应量子数分别为1/2和3/2。由于电子在不同能级间跃迁时，量子数j的选择定则为Δj＝0，±1，因此，主线系各组光谱线均包含双重结构的两个部分，其波数差即是上能级中双重能级的波数差，如图1.3.1所示。因此测量出主线系光谱线双重结构两个成分的波长，就可以确定3P，4P，…等谱项双重分裂的大小。
由锐线系所对应的跃迁可以看出，如图1.3.2，锐线系光谱线也包含双重结构的两个成分，但两个成分的波数差都相等，等于3P谱项双重分裂的大小。
漫线系谱线对应的跃迁的上下能级都是双能级，如图1.3.3。根据选择定则Δj＝0，±1，每一组谱线的多重结构中应有三个成分。但这样的一组谱线不叫做三重线，而是称作复双重线。原因在于这些谱线仍是由双重能级之间的跃迁产生的，并且这三个成分中有一个成分的强度比较弱，而且它与另一个成分十分靠近。如果仪器的分辨率不够高，通常只能观察到两个成分，所以这两个成分的波数差近似等于3P谱线的双重分裂。
基线系谱线与漫线系谱线的形成原理近似，这里不再做讨论。
图1.3.1 主线系双重结构 图1.3.2 锐线系双重结构 图1.3.3 漫线系双重结构
2． 光谱线双重结构不同成分的相对强度。
碱金属原子光谱不同线系的差别还表现在强度方面。谱线跃迁的相对强度可以利用谱线跃迁的强度和定则来估算。强度和定则是：（1）从同一能级向下能级跃迁产生的所有谱线成分的强度和正比于该能级的统计权重g上。每一能级的统计权重g＝2j＋1，j为总角动量量子数。（2）终于同一下能级的所有谱线的强度和正比于该能级的统计权重g下。将强度和定则分别应用到钠原子光谱的不同线系，就可以得到各个线系双重结构不同成分的相对强度比。
主线系光谱的双重线是32S1/2~n2P3/2,1/2（n=3，4，5…）之间跃迁产生的，如图1.3.1所
示。其上能级是双重的，下能级是单重的，由强度和定则，两个成分λ1、λ2的强度比为
其中g3/2和g1/2分别是上能级nP3/2和nP1/2的统计权重。因此主线系中两波长成分的强度比
为2：1。其中λ1是短波成分，λ2为长波成分。
锐线系光谱的双重线是3P3/2,1/2~nS1/2（n=4，5…）之间跃迁产生的，如图1.3.2所示。其上能级是单重的，下能级是双重的，由强度和定则，两个成分λ1、λ2的强度比为
其中g1/2和g3/2分别是下能级3P1/2和3P3/2的统计权重。因此锐线系中光谱双重结构的两个成分中短波与长波的强度比为1:2，与主线系情况相反。
漫线系光谱的复双重线是32P3/2,1/2~n2D5/2,3/2（n=3，4，5…）之间跃迁产生的，如图1.3.3所示。这时上下能级都是双重的。复双重线三个成分的波长从小到大依次为λ1、λ2、λ3，相应强度分别为ID1、ID2、ID3，根据强度和定则（1）：
ID2ID1?ID3
（1.3.10）
其中g5/2和g3/2分别是上能级n2D5/2和n2D3/2的统计权重。根据强度和定则（2）：
（1.3.11）
其中g3/2和g1/2分别是下能级32P3/2和32P1/2的统计权重。由以上两式可解得ID1:ID2:ID3=5:9:1。由于λ2，λ3相距很近，很难分开，所以这两个成分可以作为一个成分看待，其波长用λ23表示。由此可见，漫线系双重线短波成分与长波成分的强度比也是1:2=5:（9+1），与锐线系相同。基线系情况同漫线系相似，这里不作讨论。
在实际测量过程中，由于主线系谱线存在自吸收过程，使得主线系中短波成分与长波成分的强度比不再是2:1。尽管如此，由于锐线系、漫线系不存在自吸收，所以我们仍然可以把主线系与锐线系、漫线系区分开。
实验装置（仪器）
钠灯光源、光栅光谱仪（装置结构及使用见实验1-2附录）。
1． 利用钠原子光谱双黄线校准仪器波长。
检查仪器状态之后，首先找到钠的双黄线，这是钠原子光谱中最强的谱线。通过光谱仪测量双黄线中任一谱线的波长，算出它与标准数值（588.995nm和589.592nm，附录1）的差值，按照仪器提供的修正方法将差值输入，完成仪器校准工作。
2． 观察、测量钠原子光谱其他谱线的波长。
钠原子光谱中谱线强度相差较大，必须在不同条件下观测，才可以获得各波长强度适合观测的谱线。调整的方法主要是调节入、出射狭缝的宽度，仪器控制单元的各项设置（如“负高压”和“增益”的大小）等。按照谱线的特点寻找全部可能找到的钠的光谱线，凡是能分开的双线都需要分别单独测量。
3． 数据处理。
包含总结汇报、文档下载、办公文档、人文社科、教程攻略、外语学习、资格考试、党团工作、IT计算机、考试资料以及1-3钠原子光谱等内容。本文共2页
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