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北京航空航天大学
物理研究性实验报告
氢原子光谱和里德伯常数的测定
第一作者：11031138 余永超 第二作者：11031149 马仲海 所在院系：自动化科学与电气工程学院 所在院系：自动化科学与电气工程学院 就读专业： 自动化 就读专业： 自动化
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目录
摘要 .................................................................................................................................................. 1 一、实验原理 ................................................................................................................................... 1
1、光栅及其衍射 ..................................................................................................................... 1 2、光栅的色散分辨本领与色分辨本领 ................................................................................. 2 3、氢原子光谱 ......................................................................................................................... 3 二、实验仪器 ................................................................................................................................... 4
1、分光仪 ................................................................................................................................. 4 2、投射光栅 ............................................................................................................................. 4 3、钠灯及电源 ......................................................................................................................... 4 4、氢灯及电源 ......................................................................................................................... 5 三、实验步骤 ................................................................................................................................... 5
1、调节分光仪 ......................................................................................................................... 5 2、调节光栅 ............................................................................................................................. 5 3、测光栅常数 ......................................................................................................................... 6 4、测量氢原子里德伯常数 ..................................................................................................... 6 四、数据处理 ................................................................................................................................... 6
1、用钠灯测光栅常数 ............................................................................................................. 6 2、用氢灯测定里德伯常数 ..................................................................................................... 8 3、计算钠黄光的角色散率和分辨本领 ............................................................................... 11 五、实验讨论 ................................................................................................................................. 11 六、实验仪器的改进建议 ............................................................................................................. 12 七、实验感想 ................................................................................................................................. 13 八、参考文献 ................................................................................................................................. 13
II
摘要
在上学期学习了分光仪的调整的基础上，本学期进一步的应用分光仪来测量光栅常数，并对氢原子光谱和里德波常数进行了观察和测量，本报告对实验数据进行了处理及误差分析，同时对实验结果以及误差的来源进行了进一步的讨论，最后提出了减小误差的一些建议。 关键词：分光仪 里德伯常数 角色散率 误差
一、实验原理 1、光栅及其衍射
波绕过障碍物而传播的现象称为衍射。衍射是波动的一个基本特征，在声学、光学和微观世界都有着重要的基础研究和应用价值。具有周期性的空间结构的衍射屏称为“栅”。当波源与接收器距离衍射屏都是无限远时所产生的衍射称为夫琅禾费衍射。
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、等间隔的平行狭缝就形成了一个投射光栅；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。
本实验采用的是通过明胶复制的方法做成的投射光栅。它可以看成是平面衍射屏上开有
d?a?b称为光栅常数。宽度为a的平行狭缝，缝间的不透光的部分的宽度为b，如图1.1.1
图1.1.1 透射光栅 图1.1.2 光程差
①光栅衍射可以看成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市，其衍射光振幅的角分布正比于单缝衍射因子向的衍射光强：
sin??和缝间衍射因子
sinN?乘积，即沿? 方
sin??sin???sinN??I(?)?I0????
????N??式中??22?asin??dsin?，??，N是光栅的总缝数。 ??1