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(4)通过加权平均获得RH?u(RH)
?Ru(R?R1?(uRHi2H2Hi))?1.0991186?107m
?1
Hiu(RH)?1?1?1.95?10Hi4m?1u(R2)7所以最终结果为RH?u(RH)?(1.099?0.002)?10
m?1。
五、误差分析
根据基础物理学《近代物理》教材关于玻尔氢原子理论的内容,有R??me?1.0973731?10m。对于氢原子,4?(4??)hc7-1234里德伯常量RH?1m1?MR??111?1836R??1.0967763?107m。通过
7?1本实验测的里德伯常量为RH?u(RH)?(1.099?0.002)?10m?1。可
见,实验测量的结果基本准确,误差大致在可以接受的范围内。
通过对实验原理和实验步骤的分析,讨论后总结出实验中的误差来源,如下:
①读数不准确,由于谱线有一定的宽度,对位置的判断会有一定的范围,造成由位置判断不准确而造成的误差;
②分光仪的调整工作没有做好,例如光栅刻线与仪器主轴不严格平行,导致衍射条纹不是严格平行于竖直的叉丝,对读数造
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成影响;
③处理实验数据用的一些公式本身就是由近似的计算方法得来的,以及实验数据处理过程中角度和弧度的换算,都存在一定的误差;
④实验器材的问题,例如光栅相邻缝之间的距离并不是严格等于光栅常数d,限于实验仪器的制造精度游标盘对偏心差的消除不够彻底等等。
六、实验技巧总结和实验讨论
1.分光仪调整和使用
本实验借助分光仪用衍射来测量里德伯常数,分光仪调整的好坏对实验的效果起到了决定性的作用,故对分光仪的操作和使用技巧和经验总结如下:
①首先,应该做好粗调工作,这一点尤其不能忽视,这一步对后续实验的进行有很大的影响。
②要熟悉每一个螺钉的作用,进行实验之前把微调螺钉和载物平台下方的三个螺钉都调整到一个进退自如的位置。在本实验中,测量衍射角转动望远镜时,应锁紧望远镜与度盘联结螺钉;读数时应锁紧望远镜固紧螺钉并用望远镜微调进行微调对准。
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③游标盘最好能位于操作者的左右两侧,这样便于读数,操作方便。本实验中为了使实验现象清晰,外界光线很暗,这时便突出了读数放大镜的作用,一定要照亮刻度盘看准后再读数,以减小误差,提高实验的准确度。
2.在调节分光仪的过程中快速找到十字叉丝
让平面镜转180°后仍可以找到绿十字并与上叉丝重合,这是调节分光仪的难点,实验中经常出现一面可以看到绿十字而另一面没有绿十字,或者两面均没有绿十字的结果。在网上的视频和书上的讲解中,说的都只是最理想的一种情况。
下面介绍一种简单易行的方法:如果转动载物台使平面镜的另一面对准望远镜,如看不到十字像,则可以转动载物台使望远镜对准有十字像的一面,通过调节望远镜倾斜螺丝,使十字像处于视场的最上方,转动载物台在另一面寻找十字像,通常可以找到。如果找不到,则转动载物台,使望远镜对准有十字像的那一面,调节望远镜的倾斜螺丝,使十字像调至视场的最下方,转动载物台,将原来无反射十字像的镜面对着望远镜,就可以找到十字像了。
2.氢原子光谱的调整
实验中可以发现,无论怎么调节,紫色谱线都比较微弱,这
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对实验操作造成了一定的障碍。在调节氢灯入射到平行光管狭缝时,在狭缝之前放一张白纸,使聚焦后的光在白纸上又亮又细,达到最佳亮度,此时,撤去白纸,在望远镜中基本就可以看到紫色的光谱了,如果现象还不是太理想(可能有周围钠光的影响),可用黑纸板放在光路周围,减小外界的影响。
3.关于钠黄光双线能都被分辨的讨论
由数据处理部分第一个表格中的数据,k=1时,
??10?10?45?,k=2时??20?47?05?。
由分辨本领公式R??D?kN?k及实验中所测数据可得??dk=1,2时分别有??1?0.09nm和??2?0.045nm,两者都小于0.6nm,所以在试验中,钠黄光的双线从理论上讲可以被分开。
观察结果却不然,由基础物理学教材《光学》可知,人眼的最小分辨角??1.22?d?1.22589.3nm?1.2? 2mmk又由角色散率D??可得k=1,2时其值分别为
dcos?4?13.046?10m和1.319?10m,所以k=1时,??1?0.094?,k=2时,
5?1??2?0.099?,均小于人眼的最小分辨角,所以人眼无法分辨钠黄
光的双线。
综上,实验仪器可以将钠双线分开,只是人眼无法分辨。
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七、实验改进及课程建议
1.关于教材中分光仪调整的部分
书中用半调法调节望远镜光轴与仪器主轴垂直时,要求一直调整直至平面镜绕主轴旋转180°,绿色十字始终都落在上叉丝中心为止。但是在光栅衍射中,要求使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。在实验中发现用书中的方法只能保证前两个条件,第三个条件无法保证。即使载物平台绕与望远镜和平行光管轴平行的轴转动一个很大角度,书中的调节要求仍然能够满足,但是对实验的进行显然会造成很大的困扰。应当补充一点,在满足书上的要求后,将平面镜转90°,绿色十字始终都落在上叉丝中心,这样才能保证光栅刻线与仪器主轴平行。所以,书中应明确说明这一点,以确保实验的顺利进行。
2.叉丝分划板
关于叉丝分划板的改进是为了让实验操作更准确更方便,一般的叉丝分划板只有一个“丰”刻线,调解中如果作为参照对初学者来说可能不太容易把握,可以在水平和竖直方向上都均匀的加上一些刻线(“丰”字刻线要求仍可以很清楚的分辨),这样,可以使判断位置时的参照物更多(如转动载物台使可以更准确的
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