氢原子光谱研究性实验报告..docx

氢原子光谱和里德伯常量测定 —-定量误差分析和创新实验改进 摘要：本文详细地介绍了氢原子光谱和里德伯常量实验的实验要求、实验原理、仪器介绍、实验内容和数据处理，并从实验本身和数据处理方法等方面进行了思考与创新，从理论上论证了实验方案的可行性，总结了基础物理实验的经验感想。关键字：氢原子光谱? 里德伯常量 ?钠黄双线 Abstract:This paper introduced the hydrogen atoms spectrum and Rydberg constant experiment from experimental requirements, experimental principle, instruments required, content and Data processing. We analyze the cause of this phenomenon and the resulting errors quantitatively and propose an innovate experiment method combined with inadequate sharpness and lightness of the spectrum as well as the errors brought during the turning of telescope. We verify the feasibility of this method In theory and summarizes the experience and understanding of basic physics experiment.Key words: hydrogen atoms spectrum, Rydberg constant, Na-light double yellow line 一．实验目的巩固提高从事光学实验和使用光学仪器的能力；掌握光栅的基本知识和使用方法；了解氢原子光谱的特点并用光栅衍射测量巴耳末系的波长和里德伯常数；巩固与扩展实验数据的处理方法，及测量结果的加权平均，不确定度和误差计算，实验结果的讨论等。二．实验原理1.光栅衍射及其衍射波绕过障碍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。本实验采用的是通过明胶复制的方法做的透射光栅。他可以看成是平面衍射屏上开有宽度为a的平面行狭缝，封建的不透光部分的宽度为b，d=a+b称为光栅常数。有关光栅夫琅和费衍射的结论有：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，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。2.光栅的色散本领与色分辨本领和所有的分光元件一样，反应衍射光栅色散性能的主要指标有两个，一是色散率，而是色分辨本领。他们都是为了说明最终能够被系统所分辨的最小的波长差。色散率色散率讨论的是分光元件能把不同波长的光分开多大的角度。若两种光的波长差为，他们颜射的角间距为，则角色散率定义为。可由光栅方程导出：当波长由时，衍射角由，于是,则上式表明，越大，对相同的的两条光线分开的角度也越大，实用光栅的d值很小，所以有很大的色散能力。这一特性使光栅成为一种有两的光谱分光元件。与色散率类似的另一个指标是线色散率。它指的是对波长差为的两条谱线，在观察屏上分开的（线）距离有多大。考虑到光栅后面望远镜的物镜焦距即可，，于是线色散率色分辨率本领色散率只反映了谱线（主极强）中心分离的程度，它不能说明两条谱线是否重叠。色分辨本领是指分辨波长很接近的两条谱线的能力。由于光学系统尺寸的限制，狭缝的像因衍射而展宽。光谱线表现为光强从极大到极小逐渐变化的条纹。根据瑞利判据，当一条谱线强度的极大值刚好与另一条谱线的极小值重合时，两者刚好分辨。由可知，波长差为的两条谱线，其主极大中心的角