原子の発光スペクトル

原子の発光スペクトル
目的
元素の発光スペクトルを分光法で観察し、光学、量子力学の基礎を理解する
概略
水素、ヘリウム、その他の原子の発光スペクトルを観察、撮影し、リュードベリの公式を用
いて発光波長を求める。
実験器具
分光器（ジョバンイボン社製、HR320） 、回折格子（300 line/mm）、ランプ用光源（水素、
ヘリウム、アルゴンなど） 、デジタルカメラ
実験
① 下準備（文献調査）
原子の発光メカニズム、その他本実験に必要と思われる事柄について調べ、要点をまとめ
る。インターネットを使わずに調べること。実験開始前に質疑応答を行う。予習していると、
即実験開始できる場合もある。原子の発光については、｢リュードベリ｣（または｢リドベルク｣）
、
｢ボーアの原子モデル｣をキーワードに、量子力学の参考書を調べるとよい。例として、図書
館にある参考書を文末に挙げる。
以下、②～⑤は順序が入れ替わってもよい。
② 戦略の考案
写真撮影した発光スペクトルとリュードベリの公式から導いた発光波長を使って、未知の
発光波長を求める。そのために、どうすれば未知波長を特定できるか、戦略を考える。
③ スペクトルの撮影
発光スペクトルを撮影する。発光波長を精度よく測定するために、撮影条件をよく考慮し
ておくこと。
光源にランプを設置し、カメラの最適撮影条件（ピント、露出時間）を決める。分光器の
出口面に焦点を合わせるとピントが合う。薄紙を出口面に装丁してスペクトルを投影させ、
そこにピントを合わせると容易である。
まず、水素のスペクトルを撮影する。3 本（赤、水色、青）のスペクトルが見えることを
確認する。撮影時は振動防止のため、リモコンでシャッターを切る。続いてヘリウムの発光
スペクトル撮影を行う。発光強度は光源によって異なるため、適宜露出時間を調節すること。
余力があれば、その他の元素についても撮影を行う。
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④ 水素の発光波長の算出
リュードベリの公式より、観察できると思われる水素の発光波長を算出する。
⑤ データ解析
ヘリウム、その他の元素の発光波長を求める。妥当な測定値が得られていれば、実験終了。
レポート作成
一般的な学術論文の形式で作成する。その際、構成、言葉遣い、図表の表し方、参考文献の
示し方など、論文作成の基本事項に注意する。実際の論文や文末の付録を参照しながら作成す
ること。２段組みにする必要はない。
データ解釈における付随事項
得られた発光波長を NIST のデータベースにある値と比較し、それぞれどのバンド間遷移の
軌道に相当しているか調べるとよい。
NIST データベース: http://192.104.15.35/cgi-bin/AtData/lines_form
【参照文献】全て 図書館の４Ｆ開架 にあります
１．量子力学入門－ＭＩＴ物理;１／Ａ．Ｐ．フレンチ，Ｅ．Ｆ．テイラ－／共著
421.3/F46/1
２．量子力学／佐川弘幸／清水克多郎/著
421.3/Sa16//A09
３．量子力学;２／清水清孝／著 産業図書
421.3/Ka95/2
４．量子力学;１／原田勲／杉山忠男／著
421.3/R97/1
５．なっとくする演習・量子力学／小暮陽三／／著
421.3/Ko26/
６．今日から使える量子力学／岸野正剛/著
421.3/Ki58/
７．量子力学－基礎と物性／岸野正剛／／著
421.3/Ki58/
８．量子力学基礎／末光眞希／枝松圭一/著
421.3/Su17/
９．工学系のための量子力学－量子効果ナノデバイスの基礎／上羽弘/著
421.3/U31//A05
１０． 工学系のための量子力学／上羽弘／／著
421.3/U31/
１１． 絵でわかる量子力学／都筑卓司／／著
421.3/Ts99/
１２． なっとくする量子力学／都筑卓司／著
421.3/Ts99/
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