氢原子光谱和里德伯常数的测量

北京航空航天大学基础物理实验北京航空航天大学基础物理实验PAGE\*MERGEFORMAT15氢原子光谱和里德伯常数的测量第一作者XXX第二作者XXX指导老师：XXX实验要求实验重点eq\o\ac(○,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）eq\o\ac(○,2)掌握光栅的基本知识和 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 eq\o\ac(○,3)了解氢原子光谱的特点并使用光栅衍射测量巴尔末系的波长和里德伯常数eq\o\ac(○,4)巩固与扩展实验数据处理的方法——测量结果的加权平均，不确定度和误差的计算，实验结果的讨论等预习思 考题 安全员b证考试题库金融学机考题库消防安全技术实务思考题答案朝花夕拾考题答案excel基本考题 eq\o\ac(○,1)如何由（5.11-1）出发证明：在相邻的两个主极大之间由N-1个极小，N-1个次极大；N越大，主极大的角宽度越小？答：光栅衍射可以看作是单缝衍射和多缝干涉干涉的综合。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，及沿着方向的的衍射光强，式中是光栅的总缝数。当时，也等于0，，形成干涉极大；当但时，，为干涉极小。它说明：两个相邻的主极大之间有N-1个极小，N-2个次极大；N数越多，主极大的角宽度越小。eq\o\ac(○,2)氢原子里德伯常数的理论值等于什么？氢原子光谱的巴尔末系中对应的n=3，4，5的3条谱线应当是什么颜色？答：理论值RH=（10967758.10.8）。谱线分别是红色、蓝色、与紫色。eq\o\ac(○,3) 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 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、平行光管射出平行光、平行光管主轴垂直仪器主轴的过程中应分别调整什么？调整完成的标志又是什么？答：分别应该调整目镜与载物台；载物台调平螺母；狭缝套筒与平行光管的水平调节螺母。调节完成的标志是：平面镜反射回来的绿色十字与叉丝无视差；平面镜正反两面反射回来的绿色十字均与上叉丝重合，而且在平台转动的过程中绿色十字沿着上叉丝移动；狭缝像与叉丝无视差，而且其中点与中心叉丝等高。eq\o\ac(○,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？答：目的是使得光栅平面与仪器主轴平行，且光栅平面垂直平行光管，光栅刻线与仪器主轴平行。通过调平螺钉来实现。eq\o\ac(○,5)导出附录二中加权平均及其不确定度的计算公式。答：最佳测量值由导出。由此可知：二、实验原理1、氢原子光谱原子光谱是线光谱，光谱排列的规律不同，反映出原子结构的不同，研究原子结构的基本方法之一是进行光谱分析。氢（氘）原子光谱是最简单、最典型的原子光谱。人们很早就发现了氢原子光谱在可见区和紫外区有好多谱线,构成一个很有规律的系统,谱线的间隔和强度都向着短波方向递减。1985年,从某些星体的光谱中观察到的氢原子光谱已达十四条,巴耳末发现这些谱线的波长具有如下的分布规律,n=3,4,5…（1）式中的B=364.56nm,由此式计算所得波长值,与实验测量值符合得很好,这一发现对光谱学提供了重要的开端,后人称该式为巴耳末公式,该公式所 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达的一组谱线称为巴耳末系。后来,里德伯发现,若(1)式中令RH=4/B,则巴耳末公式即可改写为:n=3,4,5…式中V为波数,称为氢的里德伯常数。根据波尔理论，可得出氢和类氢原子的里德伯常数为：其中：M为原子核质量，m为电子质量，e为电子电荷，C为光速，h为普朗克常数，为真空介电常数，z为原子序数。当时，可得里德伯常数为：里德伯常数是重要的基本物理常数之一，对它的精密测量在科学上有重要意义，它的公认值为：。光栅及其衍射分光原理通常把由大量等宽等间距的狭缝构成的光学元件叫做衍射光栅。它能使入射光的振幅或位相，或者两者同时产生周期性空间调制。光栅最重要的应用是用作分光元件，分光原理可以从多缝夫琅和费衍射图象中亮线位置的公式                看出，公式（1）表明，对应于亮线的衍射角与波长有关，是衍射级次。因此对于给定间距（光栅常数）的光栅，当用多色光照明时，不同波长的同一级亮线，除零级外均不重合，即发生了色散，这就是光栅的分光原理。对应于不同波长的不同亮线称为光栅光谱线。公式（1）称为光栅基本方程。3、光栅的色散本领与色分辨本领（1）、 色散本领光栅的色散本领通常指角色散和线色散，光栅的角色散是波长相差的两条谱线分开的角距离，公式表示为：                            光栅的线色散是聚焦物镜焦面上的波长相差的两条谱线分开的距离，公式表示为：                             其中是物镜的焦距。（2） 光栅的色分辨本领光栅的色分辨本领是指分辨两条波长差很小的谱线的能力。光栅的色分辨本领可以由瑞利条件算出，即波长谱线的强度极大值和波长为的谱线强度极大值近旁的强度极小值重合，这时的就是光栅所能分辨的最小波长差。公式表示为：                              公式表明，光栅的色分辨本领正比于光谱级次和光栅线数，与光栅常数无关。实验仪器主要仪器：1、分光仪2、透射光栅——空间频率600/mm的黑白复制光栅3、钠灯——钠灯型号为ND20，用GP20Na-B型交流电源（功率20W，工作电压20V，工作电流1.3A）点燃，预热十分钟后发出平均波长为589.3nm的强黄光。本实验中用做标准谱线来校准光栅常数4、氢灯——氢灯用单独的直流高压电源（150型激光电源）点燃。使用时电极性不能接反，也不用手去碰电极（几千伏）。实验内容本实验要求通过巴尔末系的二至三条谱线的测定，获得里德伯常数的最佳实验值，计算不确定度和相对误差，并随实验结果进行讨论，具体内容为：eq\o\ac(○,1)调节分光仪调节的基本要求是使望远镜聚焦于无穷远处，其光轴垂直于仪器主轴；平行光管射出平行光，其光轴垂直仪器主轴。eq\o\ac(○,2)调节光栅调节光栅的要求是使得光栅平面（光刻线所在的平面）与仪器主轴平行，且光栅平面垂直于平行光管；光栅刻线与仪器主轴平行。eq\o\ac(○,3)用钠黄光作为标准谱线校准光栅常数d。eq\o\ac(○,4)测定氢光谱中2到3条可见光的波长，并由此测定里德伯常数RH。数据处理原始数据列表与初步处理eq\o\ac(○,1)用钠灯校准光栅常数项目13º31’183º30’322º2’142º1’41º29’41º29’41º31’2243º16’63º14’201º45’21º46’41º29’41º28’41º29’30’’3270º1’90º0’228º35’48º36’41º34’41º24’41º25’4254º18’74º18’212º55’32º56’41º37’41º22’41º22’30’’5228º8’48º8’186º41’6º42’41º33’41º26’41º26’30’’20º45’30’’20º44’45’’20º42’30’’20º41’15’’20º43’15’’eq\o\ac(○,2)用氢灯计算里德伯常数紫色光数据项目1222º31’42º32’192º12’12º13’30º19’30º19’30º19’2178º43’358º45’148º33’328’25’30º19’30º20’30º19’30’’3163º1’342º2’133º0’313º1’30º1’30º1’30º1’491º53’271º52’61º38’241º40’30º15’30º12’30º13’30’’591º50’271º52’61º35’241º36’30º15’30º16’30º15’30’’15º9’30’’15º9’45’’15º0’30’’15º6’45’’15º7’45’’蓝色光数据项目1224º21’44º32’190º20’10º22’34º1’34º1’34º1’2180º33’0º34’146º32’326º34’34º1’34º0’34º0’30’’3165º1’345º2’130º55’311º0’34º6’34º2’34º4’493º36’273º37’59º44’239º44’33º52’33º53’33º52’30’’593º39’273º40’59º43’239º45’33º56’33º55’33º55’30’’17º0’30’’17º0’15’’17º2’0’’16º56’15’’16º57’45’’红色光数据项目1230º33’50º33’184º8’4º8’46º25’46º25’46º25’2186º45’6º47’140º16’320º18’46º29’45º49’46º09’3171º9’351º10’124º42’304º43’46º27’46º27’46º27’499º55’279º57’53º31’233º30’46º24’46º27’46º25’30’’599º47’279º49’53º31’233º30’46º16’46º19’46º17’30’’23º12’30’’23º4’30’’23º12’45’’23º12’45’’23º8’45’’校准光栅常数d由公式，其中k=1，首先计算d的值：m下面进行d的不确定度的合成即而其中eq\o\ac(○,1)首先合成其b类不确定度仪器的最小分度值为1’,即得到eq\o\ac(○,2)合成其a类不确定度eq\o\ac(○,3)合成d的不确定度m于是得到d结果的最终表述为：计算氢原子的里德伯常数得到其中n与k可以视为常数，因此就得到：n=3时，看到红光线；n=4时，看到蓝光线；n=5时，看到紫光线由光栅方程知道（1）当观察到是紫色光光谱时，n=5因此得到其波长为首先求解里德伯常数根据紫光数据eq\o\ac(○,1)首先合成其b类不确定度仪器的最小分度值为1’,即得到eq\o\ac(○,2)合成其a类不确定度eq\o\ac(○,3)合成的不确定度有公式又有==于是得到里德伯常数的表达式为：（2）当观察到的是蓝色光光谱时，n=4因此得到其波长为首先求解里德伯常数根据蓝光数据eq\o\ac(○,1)首先合成其b类不确定度仪器的最小分度值为1’,即得到eq\o\ac(○,2)合成其a类不确定度eq\o\ac(○,3)合成的不确定度有公式又有==于是得到里德伯常数的表达式为：（3）当观察到是红色光光谱时，n=3因此得到其波长为首先求解里德伯常数根据蓝光数据eq\o\ac(○,1)首先合成其b类不确定度仪器的最小分度值为1’,即得到eq\o\ac(○,2)合成其a类不确定度eq\o\ac(○,3)合成的不确定度有公式又有==于是得到里德伯常数的表达式为：进行里德伯常数的加权合成根据公式：因此里德伯常数的最佳测量值为：计算钠黄光角色散率和分辨本领由角色散率的物理定义知道：由色分辨本领的物理定义知道：实验总结这次做的实验名称是《氢原子光谱及里德伯常数的测定》。物理实验是物理学习的基础与加深，在其中要用到很多课堂上所学到的理论知识与结果，是将自己所学到的知识付诸实践的一种形式。在物理实验中，影响物理实验的因素很多，产生的物理实验现象也错综复杂，要求我们有一颗严谨的心，严格控制好实验条件等多种途径，以最佳的试验方式呈现物理问题，考验了我们实际动手能力和分析解决问题的能力。大学物理实验比较复杂，为了在规定的时间内完成老师所要求的实验内容，达到良好的实验结果，需要课前认真的预习，比如说这个实验的基础实验便是《分光仪的调整与使用》，因此在课前，我认真预习了上学期所做的分光仪的调整和使用的相关步骤与注意事项，了解了仪器的工作原理、性能、正确的操作步骤，写好了实验预习报告。预习是实验前面必须要完成的工作，但是工作的重点还是在实验过程中。我在做分光仪的调整中，格外小心，因为分光仪是个精密的仪器，稍微一动便会产生较大的实验误差，甚至有可能的重新在调整一次分光仪。我觉得过程中老师的指导是必不可少的，在本次试验中，通过老师在实验过程中的检查，能够使我意识到我的实验是否在一路正确的进行下去。在读数的过程中一定要小心，不要马虎了事，这样才能够保证我们所测量的数据的精确性。试验完成后，要认真清理试验台，把所有的仪器恢复到位。在实验完成后，我认真的处理了实验数据。实验数据是定量分析的依据，是探索、验证物理规律的第一手资料。本次试验我进一步学习了用电脑处理实验数据，刚开始我还不是很熟，但越到后来越发现用电脑处理数据更方便、快捷，可以节省不少时间，而且尤其是在修改错误的时候更有优势，让人开起来清晰明了。但是用电脑处理数据的前提条件依然是我们对理论知识比较熟悉，而且实验操作过程必须认真完成， 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 的数据要准确、有效。在写实验报告的过程中，遇到了不少问题，但是经过自己的独立思考和向同学的请教，以及参考模板，基本上本上还算是有质量的完成了实验报告。实验改进建议对狭缝缝宽和倍增高压管电压选择设定的研究（最优参数的确定）在氢原子光谱扫描的过程中,主要涉及到两个参数的设定：一个是狭缝缝宽的选择调节,另一个是光电倍增管电压的设定，这两个参数对实验扫描出的图像和测量有较大的影响。光电倍增管电压的设定，直接影响到仪器测量增益。当光电倍增管电压设定值过低时，增益过小，扫描谱线过平，可能导致一些谱线无法扫描出来；见图当光电倍增管电压设定值过高时，增益过大，一些杂谱被激发，扫描对氢原子光谱的测量干扰过大。同时光电倍增管电压设定值过高，超过光电倍增管的工作电压范围时，会引起仪器噪音过大，影响测量而且会对仪器造成损伤，影响仪器的使用寿命。狭缝的宽度则会直接影响到测定的灵敏度。狭缝宽度过大时，入射光的单色光降低，容易受到其他因素的影响，灵敏度降低；狭缝宽度过窄时，光强变弱，可能出现与高压管电压过低相同的情况，谱线无法完全扫描出来，因此势必要提高仪器的增益，即倍增高压管的电压，提高倍增高压管电压随之而来的是仪器噪声增大，不利于扫描测量。由上述实验结果可以发现，当光电倍增管电压和狭缝缝宽其中之一设置不当或数值搭配不当时都会引起氢原子光谱图像失真，从而影响到图像的扫描和测量结果。运用控制变量法分别在不同缝宽和不同光电倍增管电压条件下对氢原子光谱进行扫描，通过比较图像，找出最适缝宽和最佳电压组合。在对数据进行处理时，需要利用公式对实验值进行数据修正，所得数据经过对照，比未修正数据更为精确，故在对数据处理时，可引入数据修正一项。（这是因为在历史上，巴尔末规律只是作为一个近似规律，其实氢原子有更为复杂的结构，同时光谱分布也是呈现高斯分布等多种分布的）通过对在不同光电倍增管电压和缝宽组合实验条件下进行光谱扫描，对比扫描图像，可以得出一个最优的参数条件，在此数据下，扫描出来的图像其增益和灵敏度都比较适合，在抑制杂谱和对氢原子谱线感应灵敏程度上表现较为出色，可以将杂谱对实验数据测量的影响降低到最小，可作为进行实验时的参考数值。八参考文献吴百诗。大学物理学。北京，高等教育出版社2004.12杨述武，王定兴，普通物理实验，高等教育出版社。2000