氫原子光譜和里德伯常數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及改進(jìn)

1、原始數(shù)據(jù)及處理1、 測(cè)量光柵常數(shù)測(cè)量鈉黃光光譜±1級(jí)偏角，原始數(shù)據(jù)列表如下：測(cè)量項(xiàng)1 2345則有由（）得到：下面先進(jìn)行的合成：由，進(jìn)而得到：故有，其中。進(jìn)行不確定度計(jì)算：則則光柵常數(shù)d最終表示為2、 測(cè)量里德伯常數(shù)根據(jù)巴爾末系公式以及可以得到：由于，可以化簡(jiǎn)為：1、1級(jí)紅光譜線及其數(shù)據(jù)處理原始數(shù)據(jù)列表如下：測(cè)量項(xiàng)1 2則有里德伯常數(shù)進(jìn)行不確定度的計(jì)算：則得到里德伯常數(shù)最終表示為2、1級(jí)藍(lán)光譜線及其數(shù)據(jù)處理原始數(shù)據(jù)列表如下：測(cè)量項(xiàng)1 2則有里德伯常數(shù)進(jìn)行不確定度的計(jì)算：則得到里德伯常數(shù)最終表示為3、2級(jí)紅光譜線及其數(shù)據(jù)處理原始數(shù)據(jù)列表如下：測(cè)量項(xiàng)1 2則有里德伯常數(shù)進(jìn)行不確定度的計(jì)算

2、：則得到里德伯常數(shù)最終表示為4、 通過(guò)加權(quán)平均值來(lái)獲得的最佳值：則獲得里德伯常數(shù)的最佳表達(dá)式與里德伯常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值相比較，其相對(duì)誤差為，相對(duì)誤差已經(jīng)很小。3、 計(jì)算鈉黃光的角色散率和色分辨本領(lǐng)鈉黃光的級(jí)光譜線原始數(shù)據(jù)記錄如下：測(cè)量項(xiàng)1 2由角色散率的物理定義知道：（1） 當(dāng)時(shí)，（2） 當(dāng)時(shí)，由色分辨本領(lǐng)的物理定義知道：（1） 當(dāng)時(shí)，（2） 當(dāng)時(shí)，根據(jù)瑞利判據(jù)，當(dāng)時(shí)恰好可以被分辨。（1） 當(dāng)時(shí)，顯然有。（2） 當(dāng)時(shí)，此時(shí)仍然有。綜上所述，鈉黃光的雙線是無(wú)法被分開(kāi)的。誤差分析本實(shí)驗(yàn)的主要和重點(diǎn)部分是分光儀的調(diào)整及應(yīng)用，也就是說(shuō)分光儀使用能力的是否熟練掌握將影響到實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度以及精確度。針對(duì)于本實(shí)驗(yàn)的誤差

3、可以從以下兩個(gè)方面進(jìn)行分析：1、儀器因素 儀器本身所帶來(lái)的誤差是不可避免的，比如實(shí)驗(yàn)中刻度盤(pán)上刻度線不均勻；叉絲在叉絲分劃板上的位置未處于正中央；光學(xué)儀器表面的污物、劃痕等，均會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)中的讀數(shù)精確度以及實(shí)驗(yàn)者的判斷精度。2、人為因素 本實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)性技能就是分光儀的調(diào)整，如果分光儀的調(diào)整結(jié)果與試驗(yàn)所要求的標(biāo)準(zhǔn)相差一定程度的話，將會(huì)直接影響到后續(xù)的實(shí)驗(yàn)操作。實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題主要有：綠十字未調(diào)整到完全與上叉絲中心重合，即望遠(yuǎn)鏡未能與平面鏡垂直；綠十字在目鏡中的像有重影；利用平行光管的狹縫調(diào)整其與儀器主軸垂直時(shí)的視覺(jué)誤差等。除此之外，其余的誤差還有：刻度盤(pán)讀數(shù)時(shí)所帶入的隨機(jī)誤差；判斷譜線與中心豎直

4、叉絲的重合度誤差等。這些誤差都將影響到實(shí)驗(yàn)的最終結(jié)果。實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案針對(duì)于實(shí)驗(yàn)中所出現(xiàn)的普遍性問(wèn)題，我們提出了以下幾點(diǎn)可行的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案和實(shí)驗(yàn)技巧：1、 分光儀的調(diào)整技巧根據(jù)分光儀的調(diào)節(jié)原理，我們要使載物臺(tái)上反光鏡的法線和望遠(yuǎn)鏡的光軸與水平線重合，也就是載物臺(tái)水平，望遠(yuǎn)鏡水平。如果反射鏡法線和望遠(yuǎn)鏡光軸均與水平線重合，如圖可以看出：“十”字叉絲發(fā)出的光經(jīng)過(guò)反射鏡反射進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡后，其反射像出現(xiàn)在“十”字叉絲的對(duì)稱(chēng)位置上。當(dāng)反射鏡旋轉(zhuǎn)時(shí)，像的位置不變。這正是望遠(yuǎn)鏡調(diào)整好了的狀態(tài)。 在調(diào)整過(guò)程中一般會(huì)出現(xiàn)下列情況： （1）反射鏡法線水平，望遠(yuǎn)鏡光軸向上或向下傾斜； （2）反射鏡法線向上或向下傾斜，望遠(yuǎn)

5、鏡光軸水平； （3）反射鏡法線向上或向下傾斜，望遠(yuǎn)鏡光軸向上或向下傾斜。 由于沒(méi)有水平參考物，很難判斷哪一個(gè)水平，哪一個(gè)傾斜。在調(diào)節(jié)一個(gè)方向的水平后，當(dāng)我們旋轉(zhuǎn)后，對(duì)“十”字叉絲的反射像位置都有較大影響。根據(jù)上面分析，我們認(rèn)為關(guān)鍵就是對(duì)載物臺(tái)和望遠(yuǎn)鏡分別進(jìn)行水平調(diào)節(jié)： （1）取一個(gè)用來(lái)調(diào)節(jié)水平的水平氣泡儀，放在載物臺(tái)中央，調(diào)節(jié)載物臺(tái)下面的三個(gè)調(diào)節(jié)螺釘，使載物臺(tái)水平，并在載物臺(tái)旋轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中仍保持水平，然后取下水平氣泡，載物臺(tái)已調(diào)好。 （2）將反射鏡放在載物臺(tái)中央，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)螺釘，觀察“十”字叉絲的反射像。并使反射像出現(xiàn)在“十”字叉絲的對(duì)稱(chēng)位置上，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的焦距，使反射像明亮清晰；然后

6、，旋轉(zhuǎn)反光鏡，出現(xiàn)“十”字叉絲的反射像；再利用各半調(diào)法把分光計(jì)調(diào)整好。 該方法簡(jiǎn)單可行，在實(shí)際的操作過(guò)程中也證明很有效。2、 氫燈的改進(jìn)在測(cè)定里德伯常數(shù)的實(shí)驗(yàn)中所使用的是氫原子光譜中的巴爾末線系，實(shí)驗(yàn)中會(huì)觀察到紅、藍(lán)、紫三種顏色的譜線，然而很多實(shí)驗(yàn)者在實(shí)驗(yàn)中并不能清晰地觀察到甚至是完全觀察不到紫色譜線，這有一部分原因是從氫燈傳播到平行光管中的光強(qiáng)不夠。實(shí)驗(yàn)中所使用的氫燈是如右圖所示的類(lèi)型，發(fā)光件是豎直排布的燈管，其實(shí)充滿(mǎn)了氫氣。當(dāng)通以電流后燈管中的氫原子吸收能量發(fā)生躍遷，從而發(fā)射出三種顏色的譜線。這種氫燈的外殼是鐵質(zhì)的，從而吸收了一部分的光能；其次燈管比較狹長(zhǎng)，所以透出的光線向四周發(fā)散的程度加

7、大。雖然實(shí)驗(yàn)中采用了凸透鏡來(lái)進(jìn)行聚光，但是效果并不理想，紫色譜線的光強(qiáng)依舊很弱。所以在氫燈所消耗的功率不變的前提下，可以對(duì)其進(jìn)行如下的改進(jìn)用以提高氫燈輸出給分光儀的光強(qiáng)。 類(lèi)比于汽車(chē)車(chē)燈和手電筒，利用拋物凹面鏡的聚光原理使得氫燈發(fā)出的光線轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄?，減少光強(qiáng)耗散。將氫燈的燈管進(jìn)行形狀優(yōu)化后，放置在拋物凹面鏡的焦點(diǎn)處，凹面鏡本身反射光線的能力很強(qiáng)，同時(shí)還可以使得氫燈發(fā)出的光線大部分成為平行光，減少了光線向四周的耗散。此時(shí)再使用凸透鏡進(jìn)行匯聚采光將明顯提高進(jìn)入分光儀的光強(qiáng)，解決實(shí)驗(yàn)中紫色譜線觀察不到的光強(qiáng)原因。實(shí)驗(yàn)感想大學(xué)生是一個(gè)很特殊的社會(huì)群體，他們正處在從個(gè)人向社會(huì)過(guò)渡的重要階段。他們將要利

8、用自己在大學(xué)所學(xué)習(xí)到的知識(shí)和能力在不久后投入到建設(shè)國(guó)家、服務(wù)社會(huì)中去。國(guó)家需要的時(shí)有知識(shí)、有能力、能動(dòng)手、能創(chuàng)新的優(yōu)秀人才，而在現(xiàn)階段的教育體制下，大學(xué)生動(dòng)手能力差、只懂得理論知識(shí)而無(wú)法將其運(yùn)用到實(shí)際中去的弊端已經(jīng)越來(lái)越明顯，所以強(qiáng)調(diào)大學(xué)生的實(shí)踐能力就顯得尤為重要。而作為理工類(lèi)的大學(xué)生，他們今后將很大程度上參加科學(xué)研究或是制造創(chuàng)新，需要學(xué)會(huì)科學(xué)研究的方法。而大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)就是一個(gè)很好的鍛煉培養(yǎng)機(jī)會(huì)。物理學(xué)是研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)及其物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的普遍規(guī)律的科學(xué)，它是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為主導(dǎo)的、嚴(yán)格精密的學(xué)科。通過(guò)進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)，我們的理論分析能力和實(shí)踐操作能力都得到了很大程度上的提升，加深了我們對(duì)物理現(xiàn)象和物理規(guī)

9、律的深層次認(rèn)識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)了我們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，提高了獨(dú)立思考能力和探究問(wèn)題的方法。在進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先需要我們進(jìn)行非常仔細(xì)的預(yù)習(xí)，在這其間我們要理解實(shí)驗(yàn)的基本原理、掌握實(shí)驗(yàn)步驟和方法，并認(rèn)真思考實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題以及解決方案。這一定程度上培養(yǎng)了我們對(duì)待科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和勤懇務(wù)實(shí)的作風(fēng)；其次在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要我們將理論知識(shí)與實(shí)際操作有機(jī)地結(jié)合在一起，同時(shí)還要善于觀察、勤于思考，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題或是欠缺的因素并積極尋找解決方法。這一點(diǎn)正是在改變我們只重理論忽視實(shí)踐的現(xiàn)狀，培養(yǎng)我們的動(dòng)手能力的同時(shí)也使我們獨(dú)立解決問(wèn)題的能力得以提高。通過(guò)這幾次的物理實(shí)驗(yàn)，在獲得實(shí)踐能力和理論水平的提高的同時(shí)，我們也深