氢原子光谱和里德伯常数实验数据处理及改进.doc

原始数据及处理1、 测量光栅常数测量钠黄光光谱1级偏角，原始数据列表如下：测量项1 2345则有由（）得到：下面先进行的合成：由，进而得到：故有，其中。进行不确定度计算：则则光栅常数d最终表示为2、 测量里德伯常数根据巴尔末系公式以及可以得到：由于，可以化简为：1、1级红光谱线及其数据处理原始数据列表如下：测量项1 2则有里德伯常数进行不确定度的计算：则得到里德伯常数最终表示为2、1级蓝光谱线及其数据处理原始数据列表如下：测量项1 2则有里德伯常数进行不确定度的计算：则得到里德伯常数最终表示为3、2级红光谱线及其数据处理原始数据列表如下：测量项1 2则有里德伯常数进行不确定度的计算：则得到里德伯常数最终表示为4、 通过加权平均值来获得的最佳值：则获得里德伯常数的最佳表达式与里德伯常数标准值相比较，其相对误差为，相对误差已经很小。3、 计算钠黄光的角色散率和色分辨本领钠黄光的级光谱线原始数据记录如下：测量项1 2由角色散率的物理定义知道：（1） 当时，（2） 当时，由色分辨本领的物理定义知道：（1） 当时，（2） 当时，根据瑞利判据，当时恰好可以被分辨。（1） 当时，显然有。（2） 当时，此时仍然有。综上所述，钠黄光的双线是无法被分开的。误差分析本实验的主要和重点部分是分光仪的调整及应用，也就是说分光仪使用能力的是否熟练掌握将影响到实验的进度以及精确度。针对于本实验的误差可以从以下两个方面进行分析：1、仪器因素 仪器本身所带来的误差是不可避免的，比如实验中刻度盘上刻度线不均匀；叉丝在叉丝分划板上的位置未处于正中央；光学仪器表面的污物、划痕等，均会影响到实验中的读数精确度以及实验者的判断精度。2、人为因素 本实验的基础性技能就是分光仪的调整，如果分光仪的调整结果与试验所要求的标准相差一定程度的话，将会直接影响到后续的实验操作。实验中出现的问题主要有：绿十字未调整到完全与上叉丝中心重合，即望远镜未能与平面镜垂直；绿十字在目镜中的像有重影；利用平行光管的狭缝调整其与仪器主轴垂直时的视觉误差等。除此之外，其余的误差还有：刻度盘读数时所带入的随机误差；判断谱线与中心竖直叉丝的重合度误差等。这些误差都将影响到实验的最终结果。实验改进方案针对于实验中所出现的普遍性问题，我们提出了以下几点可行的实验改进方案和实验技巧：1、 分光仪的调整技巧根据分光仪的调节原理，我们要使载物台上反光镜的法线和望远镜的光轴与水平线重合，也就是载物台水平，望远镜水平。如果反射镜法线和望远镜光轴均与水平线重合，如图可以看出：“十”字叉丝发出的光经过反射镜反射进入望远镜后，其反射像出现在“十”字叉丝的对称位置上。当反射镜旋转时，像的位置不变。这正是望远镜调整好了的状态。 在调整过程中一般会出现下列情况： （1）反射镜法线水平，望远镜光轴向上或向下倾斜； （2）反射镜法线向上或向下倾斜，望远镜光轴水平； （3）反射镜法线向上或向下倾斜，望远镜光轴向上或向下倾斜。 由于没有水平参考物，很难判断哪一个水平，哪一个倾斜。在调节一个方向的水平后，当我们旋转后，对“十”字叉丝的反射像位置都有较大影响。根据上面分析，我们认为关键就是对载物台和望远镜分别进行水平调节： （1）取一个用来调节水平的水平气泡仪，放在载物台中央，调节载物台下面的三个调节螺钉，使载物台水平，并在载物台旋转一周的过程中仍保持水平，然后取下水平气泡，载物台已调好。 （2）将反射镜放在载物台中央，调节望远镜的调节螺钉，观察“十”字叉丝的反射像。并使反射像出现在“十”字叉丝的对称位置上，调节望远镜的焦距，使反射像明亮清晰；然后，旋转反光镜，出现“十”字叉丝的反射像；再利用各半调法把分光计调整好。 该方法简单可行，在实际的操作过程中也证明很有效。2、 氢灯的改进在测定里德伯常数的实验中所使用的是氢原子光谱中的巴尔末线系，实验中会观察到红、蓝、紫三种颜色的谱线，然而很多实验者在实验中并不能清晰地观察到甚至是完全观察不到紫色谱线，这有一部分原因是从氢灯传播到平行光管中的光强不够。实验中所使用的氢灯是如右图所示的类型，发光件是竖直排布的灯管，其实充满了氢气。当通以电流后灯管中的氢原子吸收能量发生跃迁，从而发射出三种颜色的谱线。这种氢灯的外壳是铁质的，从而吸收了一部分的光能；其次灯管比较狭长，所以透出的光线向四周发散的程度加大。虽然实验中采用了凸透镜来进行聚光，但是效果并不理想，紫色谱线的光强依旧很弱。所以在氢灯所消耗的功率不变的前提下，可以对其进行如下的改进用以提高氢灯输出给分光仪的光强。 类比于汽车车灯和手电筒，利用抛物凹面镜的聚光原理使得氢灯发出的光线转变为平行光，减少光强耗散。将氢灯的灯管进行形状优化后，放置在抛物凹面镜的焦点处，凹面镜本身反射光线的能力很强，同时还可以使得氢灯发出的光线大部分成为平行光，减少了光线向四周的耗散。此时再使用凸透镜进行汇聚采光将明显提高进入分光仪的光强，解决实验中紫色谱线观察不到的光强原因。实验感想大学生是一个很特殊的社会群体，他们正处在从个人向社会过渡的重要阶段。他们将要利用自己在大学所学习到的知识和能力在不久后投入到建设国家、服务社会中去。国家需要的时有知识、有能力、能动手、能创新的优秀人才，而在现阶段的教育体制下，大学生动手能力差、只懂得理论知识而无法将其运用到实际中去的弊端已经越来越明显，所以强调大学生的实践能力就显得尤为重要。而作为理工类的大学生，他们今后将很大程度上参加科学研究或是制造创新，需要学会科学研究的方法。而大学物理实验就是一个很好的锻炼培养机会。物理学是研究物质的基本结构及其物质运动的普遍规律的科学，它是一门以实验为主导的、严格精密的学科。通过进行物理实验，我们的理论分析能力和实践操作能力都得到了很大程度上的提升，加深了我们对物理现象和物理规律的深层次认识，同时培养了我们发现问题、思考问题、解决问题的能力，提高了独立思考能力和探究问题的方法。在进行物理实验时，首先需要我们进行非常仔细的预习，在这其间我们要理解实验的基本原理、掌握实验步骤和方法，并认真思考实验过程中可能出现的问题以及解决方案。这一定程度上培养了我们对待科学的严谨态度和勤恳务实的作风；其次在实验过程中需要我们将理论知识与实际操作有机地结合在一起，同时还要善于观察、勤于思考，发现实验中存在的问题或是欠缺的因素并积极寻找解决方法。这一点正是在改变我们只重理论忽视实践的现状，培养我们的动手能力的同时也使我们独立解决问题的能力得以提高。通过这几次的物理实验，在获得实践能力和理论水平的提高的同时，我们也深