节斩光器的转速要适中。过快,则示波器上两路波形会左右晃动;过慢,则示波器上两路波形会闪烁,引起眼睛观看的不适;另外各光学器件的光轴设定在平台表面上方62.5mm的高度,调节时注意保持才不致调节困难。 【数据记录与处理】
1、记下频率计上的读数?,在记录过程中应随时注意?,如发生变化,应立即调节声光功率源面板上的“频率”旋钮,保持f在整个实验过程中的稳定;
2、利用千分尺将棱镜小车A定位于导轨A最左端某处(比如5mm处),这个起始值记为Da(0);同样,从导轨B最左端开始运动棱镜小车B,当示波器上的两条正弦波完全重合时,记下棱镜小车B在导轨B上的读数,反复重合5次,取这5次的平均值,记为Db(0);
3、将棱镜小车A定位于导轨A右端某处(比如535mm处),这个值记为Da(2π);将棱镜小车B向右移动,当示波器上的两条正弦波再次完全重合时,记下棱镜小车B在导轨B上的读数,反复重合5次,取这5次的平均值,记为Db(2π); 4、将上述各值填入下表,计算出光速V:
次数 1 2 3 Da?0? Da?2?? Db?0? Db?2?? ? V?2*f*?2*?Db?2???Db?0???2*?Da?2???Da?0??? 8误差 % % % ?10m/s *光在真空中的传播速度为2.99792【思考与讨论】
1.“拍”是怎样形成的?它有什么特性?
2.声光调制器是如何形成驻波衍射光栅的?激光束通过它后其衍射有什么特点? 3.根据实验中各个量的测量精度,估计本实验的误差,如何进一步提高本实验的测量精度?
附 录
一. LM2000C光速测量仪外形结构介绍:
3 4 5 6 7 8 19 12 1 111111.电路控制箱 2.光电接收盒 3.斩光器 4. 斩光器转速控制旋钮 5. 手调旋钮1 6.手调旋钮2 7.声光器件 8.棱镜小车B 9.导轨B 10. 导轨A 11. 棱镜小车A 12.半导体激光器 13.示波器 14 频率计 15棱镜小车横向移动手轮 16 棱镜小车俯仰手轮
机械结构图
二.LM2000C光速测量仪光学系统示意图:
实验二 氢原子光谱
对元素的光谱进行研究是了解原子结构的重要途径之一。氢原子的结构最简单,它的光谱明显地具有规律,早就为人们所注意。各种原子光谱线的规律性的研究正是首先在氢原子上得到突破的。氢原子又是一种典型的最适合于进行理论与实验比较的原子。二十世纪初对氢原子光谱的研究在量子论的发展中多次起过重要作用。1913年玻尔建立了半经典的氢原子理论,成功解释了包括巴耳末线系在内的氢光谱的规律。事实上氢的每一谱线都不是一条单独的线,换言之,都具有精细结构,不过用普通的光谱仪器难以分辨,因而被当作单独一条而已。这一事实意味着氢原子的每一能级都具有精细结构。1916年索末菲考虑到氢原子中电子的椭圆轨道上近日点的速度已经接近光速,他根据相对论修正了玻尔的理论,得到了氢原子能级精细结构的精确公式。但这仍是一个半经典理论的结果。1925年薛定谔建立了波动力学(即量子学中的薛定谔方程),重新解释了玻尔理论所得到的氢原子能级。不久海森伯和约丹(1926年)根据相对论和薛定谔方程推得一个比索末菲所得的在理论基础上更加坚实的结果,将这结果与托马斯(1926年)推得的电子自旋轨道相互作用的结果合并起来,得到了精确的氢原子能级精细结构公式。尽管如此,根据该公式所得巴耳末系第一条(理论)精细结构与不断发展的精密测量中所得实验结果相比,仍有约百分之几的微小差异。1947年蓝姆和李瑟福用射频波谱学方法,进一步肯定了氢原子第二能级中轨道角动量为零的一个能级确实比上述精确公式所预言的高出1057MHz(乘以普朗克常数即得相应的能量值),这就是有名的蓝姆移动。直到1949年,利用量子电动力学理论将电子与电磁场的相互作用考虑在内。这一事实才得到了解释,成为量子电动力学的一项重要实验根据。 【实验目的】
1. 学习识谱和一种测量谱线波长的方法。 2. 了解小型棱镜读谱仪的结构和原理。
3. 通过测量氢光谱可见谱线的波长,验证巴耳末公式的正确性,从而对玻尔理论的实验基础有具体了解,力求准确测定氢的里德伯常数,对近代测量所达到的精度有一初步了解。 【仪器设备】
1. WPL小型棱镜读谱仪 2. 氢灯 3. 汞灯 4. 升降载物台
【实验原理】
1. 仪器介绍
WPL小型棱镜读谱仪可从光谱教学、金属与合金光谱分析与一般科学研究使用仪器以摄谱为主,并能看谱和作单色光计用。
图1 仪器原理图
1、聚光镜 2、入射狭缝 3、入射物镜 4、恒偏向棱镜 5、出射物镜 6、出射狭缝 7、看谱目镜 8、照相物镜 9、摄谱底片 10、读谱装置
在图1中,来自被分析物质所激发的光束经聚光镜1聚焦在入射狭缝2上,并以发射光束射到入射物镜,因入射狭缝2位于物镜3的焦面上,所以通过物镜后变成平行光束,恒偏向棱镜4把投射在它上面的光束分解成单色光,出射物镜5把光束的每种单色光会聚到它的焦面上,结果得到入射狭缝的不连续或连续的依照波长排列的单色光像,这就是对应于某物质的光谱。借助看谱镜的出射狭缝6,便可获得所需单色光;通过看谱目镜观察时,可看到它的光谱像。摄谱时,通过照相物镜8的作用,在摄谱底片9上可摄下相应的光谱。通过读谱装置10,可以读出各个谱线的相对位置。
2. 恒偏向角棱镜
三棱镜的光谱实验一般在最小偏向角附近进行。由于不同波长的光和不同材料棱镜折射的最小偏向角不同,测量时要先寻找各种波长的光的最小偏向角,十分不方便。
为此本实验仪器中采用的是恒偏向角棱镜,其结构如图2所示。A’BD’是三棱镜,光线

