巴尔末系

原子和分子在吸收和释放能量时会表现出非常有趣的行为。原子中的电子通常处于最低能量状态，称为基态，标记为 n 等于 1。然而，当原子吸收能量时，电子会被激发并跃迁到更高的能级。当电子弛豫回到较低能量状态或基态时，多余的能量会以发射光的形式释放出来。

您可能对这些能态较为熟悉，它们在玻尔模型中有所体现，该模型将原子描述为具有围绕原子核运行的电子，这些电子位于壳层或轨道上。这些壳层与能级相同，并用 n 标记。所发射光的波长取决于高能级与低能级之间的差值。高能光的发射源于电子从较高能级弛豫，而低能光的发射则源于电子从较低能级弛豫。

发射光谱用于测量在一定波长范围内发射的辐射。对于纯元素物质，其发射行为表现为特定波长的谱线，而非连续的宽谱带。由于不同原子具有不同的能级，这些谱线随元素而异，取决于电子受激发时在不同能级之间跃迁的方式。例如，氢原子有六个命名的谱线系，其中之一是巴尔末系。

当电子从高于 n = 3 的能级跃迁回 n = 2 能级时，会产生谱线的巴尔末系。巴尔末系的可见光光谱表现为位于 410 nm、434 nm、486 nm 和 656 nm 处的谱线。Hα 谱线是位于 656 nm 的红光谱线，由 n = 3 到 n = 2 的能级跃迁产生。青色、蓝色和紫色谱线分别对应于从 n = 4、5 和 6 能级向 n = 2 能级的跃迁。此外，还可测量到位于可见光范围之外的其他谱线。

约翰·巴尔默使用巴尔默公式对可见光谱线进行了量化。其中，λ 是观测到的波长，c 是一个常数，n 是较低的能级（为2），m 是较高的能级。将巴尔默公式与玻尔模型结合，可得到里德伯公式，该公式可用于描述多种不同元素的光谱线。在此公式中，λ 是记录的波长，R_H 是里德伯常数。标记为 n 初的初始能级代表电子被激发至的较高能级，而 n 末是电子弛豫返回的较低能级。对于巴尔末系，n_最终 = 2.

在本实验中，您将测量并观察氢、氦和氖的发射光谱，并利用里德伯方程确定谱线的位置。