氢原子光谱和里德伯常量的测量

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1、北京航空航天大学氢原子光谱和里德伯常量测定—-以及实验数据处理方法的选择14北京航空航天大学摘要：1Abstract:Keywords:21.实验背景22.实验要求22.1实验重点22.2实验要点23.实验原理33.1光栅及其衍射33.2光栅的色散本领与色散分辨本领43.3氢原子光谱54．测量结果的加权平均65.实验仪器介绍76.实验内容77.实验数据记录及处理71.光栅常数测量72.氢原子光谱测里德波尔常数83.色散率和色分辨本领118.不同的数据处理方法128.1波数为因变量的一般直线拟合128.2波长为因变量的

2、直线拟合138.3加权平均法求RH138.4波数为因变量的过原点直线的加权拟合1314北京航空航天大学9．实验感想与总结1310．参考文献14摘要：关键字：Abstract: Keywords:1.实验背景衍射光栅在现代光谱分析中具有重要应用。无论发射光谱仪器，还是吸收光谱仪器中的色散元件，大多使用性能优良的光栅。光栅的刻槽密度可达4800条/mm。进入纳米科学范围，属于光、机、电结合的高科技领域。衍射光栅作为各种光谱仪器的核心元件，广泛应用于石油化工、医药卫生、食品、生物、环保等国民经济和科学研究的诸多部门。光谱分

3、析就是利用物质发射的光谱对其元素组成做出分析和判断，它在诸如地质找矿、冶金成分的分析、材料的超纯检测或微量元素识别等国民经济和教学科研各部门被广泛才用。在高科技领域，如各种激光器特别是强激光核聚变、航空航天遥感成像光谱仪、同步辐射光束线等，都需要各种特殊光栅。现代高科技的发展，使光栅有了更广泛的重要应用，许多高科技项目应用的特种光栅还有待于进一步开发。发射光谱有三种类型：线状光谱、带状光谱和连续光谱。氢原子光谱是一种典型的线状光谱，它是量子力学理论得以建立的最重要的是要基础之一。把作为分光元件的光栅和精密测角仪器的分

4、光仪结合起来进行氢原子光谱的测量和观察，不仅可以巩固和强化光学实验的基础训练，还可以了解现代光谱仪器的基本知识，增加有关量子物理的一些感性知识和基本概念。2.实验要求2.1实验重点①巩固、提高从事光学实验和使用光学仪器的能力（分光仪的调整和使用）；②掌握光栅的基本知识和使用方法；③了解氢原子光谱的特点并用光栅测量巴耳末系的波长和里德伯常数；④巩固与扩展实验数据处理的方法，即测量结果的加权平均，不确定度和误差的计算，试验结果的讨论等。2.2实验要点14北京航空航天大学①如何由1出发证明：在两个相邻的主极大之间有个极小、

5、个次级大；越大，主极大的角度宽度越小。②氢原子里德伯常数的理论值等于什么？氢原子光谱的额巴耳末系中对应的三条谱线，应当是什么颜色？③总结分光仪调整的关键步骤，在调整望远镜接受平行光、望远镜光轴垂直仪器主轴、平行光管出射平行光、平行光管光轴垂直仪器主轴的过程中应分别调节什么？调整完成的标志又是什么？④光栅位置的调整和固定要达到什么目的？通过什么螺钉来进行？⑤导出加权平均及其不确定度的计算公式⑥巴耳末系中不同波长的不确定度如何计算？如何由不同算得里德伯常数通过加权平均获得的最佳值？3.实验原理3.1光栅及其衍射波绕过障碍

6、物而传播的现象称之为衍射。衍射是波动的一个基本特征，在声学、光学和围观世界都有重要的基础研究和应用价值。具有周期性的空间结构（或性能）的衍射屏称为“栅”。当博远与接收器距离衍射屏都是无限远时所产生的衍射称之为夫琅和费衍射。光栅是使用最广泛的一种衍射屏。在玻璃上刻画一组等宽度、等间距的平行狭缝就形成了一个透射光栅；在铝膜上刻画出一组端面为锯齿形的刻槽可以形成一个反射光栅；而晶格原子的周期排列则形成了天然的三维光栅本实验才用的是通过明胶复制的方法做成的透射光栅。它可以看成是平面衍射屏上开有宽度为的平行狭缝，缝间额不透光部

7、分的宽度为，称为光栅常数。有关光栅夫琅禾费衍射的理论已经在《大学物理》的学习中进行过讨论，其主要的结论是：①光栅衍射可以看是单缝衍射和多缝干涉的综合。当平面单色光正入射到光栅上时，其衍射光振幅的角分布正比于单缝衍射因子和缝间干涉因子的乘积，即沿着方向的衍射光强式中，，N是光栅的总缝数。当=0时，也等于0，=N，形成干涉极大；当=0，但时，，为干涉极小。它说明：在相邻的主极大之间有个极小，14北京航空航天大学个次极大；N数越多，主机大的角宽度越小。②正入射时，衍射的主机大位置有光栅方程决定，单缝衍射因子不改变主极大的位

8、置，只影响主极大的强度分配。③当平行单色光斜入射时，对入射角和衍射角作以下规定：以光栅面发现为准，由法线为准，由法线到光线逆时针为正，顺时针为负。这时光栅相邻狭缝对应点所产生的光程差光栅方程应写成类似的结果也适用于平面反射光栅。不同波长的光入射到光栅上时，由光栅方程可知，其主极强位置是不同的。对同一级的衍射来讲，波长越长，主极大和衍射角越大。如