关于柯西色散公式的研究ppt课件

关于棱镜光学性质的研究,EXPERIMENTREPORT,汇报人：杨杰,肖贺文,目录,实验目的及原理,1,实验方法及步骤,2,数据处理及分析,3,实验结论及意义,4,CONTENTS,目的：,1,实验目的及原理,熟悉光谱分析基本方法,研究棱镜色散曲线（汞灯、钠灯）,验证柯西色散公式,计算机进行数据分析和处理的方法,对比分析并改进实验,仪器：JJY型分光仪、平面镜、三棱镜、高压汞灯、钠光灯、汞灯以及钠灯的光谱；,实验目的及原理,1,原理：,复色光:由不同波长混合成的光源；汞灯，钠灯,光谱分析：观察复色光发射的光谱，并从原子内部电子状态的量子特性，玻璃的色散特性，原子能级，及电子能级跃迁来进行实验现象的解释,分光仪器：使复色光在通过棱镜时发生色散。（由于复色光的各种色光通过棱镜时折射率不同，传播方向发生偏折）测量仪器：测量角度的仪器,4,1.2.说内容，原理及目的、方法及步骤、数据处理及分析、实验结论及意义3.说目的，熟悉光谱分析的基本方法；实验研究棱镜色散曲线；验证柯西色散公式；掌握计算机进行数据分析和处理的方法。4.说原理，首先，我们知道光的色散(Dispersionoflight)指的是复色光分解为单色光的现象;复色光通过棱镜分解成单色光的现象;光纤中由光源光谱成分中不同波长的不同群速度所引起的光脉冲展宽的现象。色散也是对光纤的一个传播参数与波长关系的描述。光的色散可以用三棱镜，衍射光栅，干涉仪等来实现。光的色散证明了光具有波动性。当入射光不是单色光并且入射到三棱镜上时，虽然入射角对各种波长的光都相同，但出射角并不相同，表明折射率也不相同，从而有了对光色散性质的研究。借助三棱镜对不同光源的色散性质的研究，利用计算机数据处理软件进行数据分析和处理，从而验证柯西色散公式的验证，分析比较实验数据得到结论；,5,实验目的及原理,1,原理：,6,2,实验方法及步骤,调节分光仪（粗调和细调）（1）调节望远镜聚焦无穷远（2）调节望远镜光轴与仪器转轴垂直（3）调整平行光管，使其产生平行光，并使其光轴与仪器转轴平行测量三棱镜的顶角（自准直法和棱脊分束法，测量三次，求取平均值）测量不同光谱的最小偏向角（测量三次求取平均值）求汞灯各种光谱的折射率n及不确定度。根据折射率n与波长作出玻璃材料的色散曲线,验证柯西色散公式。,7,3,数据处理及分析,数据处理：,实验数据处理方法,8,3,数据处理及分析,数据处理：,9,3,数据处理及分析,数据处理：,10,数据处理及分析,数据处理：,3,11,3,数据处理及分析,数据处理：,12,3,数据处理及分析,数据处理：,比对常见光学材料的色散曲线，经过简单换算可知实验中所用三棱镜的材料为轻火石玻璃,13,3,数据处理及分析,数据分析结果分析,14,3,数据处理及分析,数据分析误差分析及解决方案,系统误差（1）仪器误差分光计调节不正确导致误差；改进：粗调到位很重要,三面平行再细调;三面一点像清晰,逐次调节慢慢来；室内漆黑谱线明,光源紧靠狭缝来；不同曲线有个性,狭缝窄了找小角；左右转动载物台,定位观测无差错。,15,3,数据处理及分析,数据分析误差分析及解决方案,（2）方法误差同一种材料可能存在不同的正常色散区；轨道贯穿理论与原子实的极化；利用最小偏向角法测折射率存在误差叠加累计，使相对误差增大。（3）装置误差三棱镜顶角过小影响谱线的色散程度；改进：使用顶角大，角色散率大的三棱镜使分辨率大（4）环境误差外界光干扰影响谱线的观测；改进：在较暗环境中进行观测；空气湿度，温度影响，导致空气折射率不为1。,16,3,数据处理及分析,数据分析误差分析及解决方案,（5）人为误差转动载物台不仔细，操作中易碰到三棱镜，会影响最小偏向角的确定和读数；由于用眼睛观测光谱受到人眼对不同波长电磁波的灵敏度，相对可见度，与谱线强度的限制，产生误差。偶然误差读数不准；最小偏向角判断不准确；改进：多次测量取平均值，并计算不确定度，左右逼近法。粗大误差某些数据错误或者偏差过大，歪曲测量结果；改进：剔除坏数据，进行再次测量。,17,3,数据处理及分析,数据分析现象解释,18,按光谱机制分类,发射光谱,吸收光谱,按光谱结构分类,连续光谱,线状光谱,固体热辐射,原子发光,带状光谱,分子发光,光谱的分类,数据分析现象解释,数据处理及分析,3,19,2.3氢原子光谱及其经验规律,巴耳末公式,B=3645.6,里德伯公式,Rh=4/B=1.0967758107m-1,20,3,数据处理及分析,数据分析现象解释,钠原子能级图及观测的光谱图,21,数据分析现象解释,数据处理及分析,3,4P,4S,3P,3D,3S,3P,钠双黄线解释,五条谱线解释,22,碱金属原子光谱的精细结构,对于碱金属原子的光谱，当用高分辨率光谱仪进行观察时，发现每一条光谱线不是简单的一条线，而是由二条或三条线组成的，这称作光谱线的精细结构。所有碱金属原子的光谱有相仿的精细结构。主线系和第二辅线系的每一条光谱线是由两条线构成的，第一辅线系及柏格曼线系是由三条线构成的。大家熟悉的钠的黄色光（5893）就是它的主线系第一条线，这是由波长为5890和5896的两线组成的。下图是碱金属原子三个光谱线系前四条线的精细结构和线系限的示意图，坚直线代表光谱线的精细成分,它们的间隔代表谱线成分的波数差。,23,汞原子能级图及发射光谱,数据分析现象解释,24,3,数据处理及分析,数据分析实验改进,改进一：,改进二：,以任意角入射，i1为光线入射角，i4为经棱镜色散后的出射角。,25,3,数据处理及分析,数据分析实验改进,（2）折射率测量方法改进以任意角入射，i1为光线入射角，i4为经棱镜色散后的出射角优点：测量数据少，是一种静态测量，更直观简介。缺点：在公式推导，计算过程及不确定度的计算上都比较繁琐。,26,4,实验结论及意义,运用已知柯西色散公式的材料，利用棱镜光谱仪来测量未知谱线的波长；运用棱镜光谱仪测得原子光谱来探究未知材料元素的构成；事实上，成像光谱技术因其能够获得被测目标的两维空间信息和一维光谱信息，而有着广泛的运用的目标图像含有丰富的空间,辐射和光谱三重信息，能够表现出被测目标空间分布的影像特征，同时可以以某一个像元或者某像元组得到其相应的光谱信息。目前制造的各种分光仪器中，光栅逐渐取代了棱镜，更令人注目的是，随着全息技术的发展，全息光栅与刻化光栅相比具有色分辨本领高，自由光谱范围广，有效孔径大，有效效率高的特点，成为人们研究光谱精细结构的强有力工具。,实验意义：,27,参考文献【1】杨福家.原子物理.【M】北京；高等教育出版社.20083964【2】胡亚范.朱二旷.陈海良.测量棱镜色散规律的方法改进【J】.物理实验【3】王小怀.分光计调节和使用中的困难及解决措施【J】.物理实验.广东.1006-7167（2007）02-0035-03【4】王敏.分光计最小偏向角法测量方案及其误差产生原因与改进【J】物理实验【5】何颖卓翟琛.在玻