塞曼效应实验数据分析与处理方法改进

1、第卷第期年月物理实验，塞曼效应实验数据分析与处理方法改进杨冰，丁蔻，李丽华，董瑞新，闫循领（聊城大学物理科学与信息工程学院，山东聊城）摘要：利用观测系统获取了塞曼效应实验分裂的干涉圆环图像，通过计算机软件编写灰度获取程序将传统的测微目镜测量法和画圆法测量干涉圆环直径改进为利用计算机程序自动获取干涉圆环数据，并通过编写的数据处理程序对获得的数据自动计算和分析，简化了数据分析与处理过程并提高了实验结果的精度关键词：塞曼效应；比荷；，灰度值中图分类号：文献标识码：文章编号：（）引言 塞曼效应实验是近代物理实验中著名的实验，可以测定电子的比荷和朗德因子，证明原子具有磁矩及其空间取向量子化】目前，普通高

2、校近代物理实验教学中大都使用目镜直接测量或微机塞曼效应实验装置种方法【目镜直接测量就是实验者通过测微目镜直接测量干涉圆环直径，进而计算电子比荷该方法测量过程简单，易于掌握，但在测量过程中，由于操作者通过目镜长时间观察干涉圆环，很容易疲劳，再加上操作者视觉观察能力等主观因素的差异，使得测量的随机误差很大利用微机塞曼效应实验装置进行实验，大多采用摄像头将塞曼效应分裂的干涉圆环图像保存到微机中，然后通过画圆法进行数据处理这种方法直观，操作简单，但实验时由于显示器显示性能和显示比例以及操作者的主观判断误差等因素的影响，测量的随机误差也很大 基于上述种方法存在的缺陷，在数据分析与处理过程中，应尽量减小操

3、作者的主观判断误差和仪器的功能偏差为此我们改进了实验数据分析与处理方法，设计了相应的程序，实现了干涉圆环数据的自动获取及电子比荷与误差的自动计算，提高了实验结果的精度及实验效率干涉圆环数据分析与测量方法改进通过观测系统获得的谱线塞曼效应分裂的干涉圆环图像如图所示利用计算机软件编写程序，将图片转换为灰度处理，在干涉图像上任取一横线，将该横线上各像素点的灰度数值提取出来，就可以获得干涉圆环的数据信息。以丌成分为例，利用计算机软件编写的“获取灰度数据”程序及图像灰度提取如图所示（成分方法类似）（）芤成分（）口成分图塞曼效应分裂的干涉圆环图像图图像灰度提取打开“获取灰度数据”程序，点击“打开图像”，选

4、择要分析的图像文件，系统会根据图像纵收稿日期：；修改日期：基金项目：聊城大学基金项目作者简介：杨冰（一），男山东枣庄人，聊城大学物理科学与信息工程学院讲师，硕士，从事近代物理实验教学研究万方数据第期杨冰，等：塞曼效应实验数据分析与处理方法改进 向像素总数自动选择中间像素点作一横线（如图像纵向像素点为个，则系统会在第个像素点上作一横线（如图中水平线），并提取此横线上各个像素点的灰度值点击“输出”，程序自动将灰度数据以文件“一年一月一日一时一分一秒”保存在该程序所在的文件夹里可以看出。程序自动选择的横线不一定和直径重合，因此程序测量的数据是在圆环的弦上，但可以证明，这对结果是没有影响的可以改变程序

5、界面中第一个输入框中的数值（像素点位置）以选择横线在纵向的合适位置，便于测量第二个输入框用来设置像素点在单位长度上的数目软件输出文件是列数据组文件，可用打开，其中第一列数据为横线上由左至右的数据点位置，第二列数据为相应数据点的灰度值图像文件的像素越高，得到的数据点越多，数据也就越精细，因此采用高分辨率的摄像头可以提高实验精度利用本身自带的绘图功能就可以做出该横线上各像素点灰度的直观表示，如图所示灰度值越大处亮度越高，即是干涉圆环所在的位置标记出这些位置的数值，就可以很容易地确定各个干涉圆环弦的长度堙埘描。萨铷秽岛工图横线上各像素点灰度值数据处理方法改进将测量出来的相关数据代入公式即可计算出电子

6、的比荷，进而进行误差分析但是代入公式计算过程繁琐，很容易出现错误，为此，设计了种方法简化计算一是利用的计算功能，将公式计算设计在各个单元格中，建立好超链接，当实验者在相应的位置上输入相关测量数据后，结果就自动显示在相应的位置上，图为制做的样表再者通过计算机软件编写程序，开发独立的数据处理程序图是利用程序研制的数据自动处理软件界面，实验者只要把相关的测量数据填入到软件中的相应位置，即可得到数据结果、误差计算等，并可自动保存数据及实验相关信息睁。图样表图数据自动处理软件通过数据计算方法的改进，可方便快捷地进行数据处理，省去了实验者繁琐的计算，节约了时间，从而可以扩展实验内容，提高实验效率教师还可把

7、大量的实验数据保存下来，进行统计分析，得出该项实验的总体情况结果及分析利用目镜直接测量、微机塞曼效应实验装置画圆法和改进后的灰度提取和数据自动处理种方法获得的电子比荷数值及其误差分析如表、表和图所示裹种不同方法得到的电子比荷一（“一）目镜直接测量画圆法灰度提取万方数据物理实验第卷襄误差方法三（“一）平均值相对误差 图种方法测得的电子比荷分布可以看出，目镜直接测量法随机误差最大，统计结果得出的平均值相对误差也较大；画圆法的随机误差较小，平均值相对误差也较小；而改进后的提取图像灰度的方法无论是随机误差还是平均值误差都是最小的因此，改进后的实验数据分析与处理方法的确减小了实验者的主观误差和仪器的功能

8、偏差，从而起到了提高实验精度、减小实验误差的效果结束语针对高校塞曼效应实验教学中数据分析与处理环节进行了方法改进利用计算机软件编写了程序，实现了塞曼效应分裂干涉图像的灰度自动提取，精确定位了干涉圆环最亮点的位置通过数据处理软件，自动计算出电子比荷的数值及误差改进的数据分析与处理方法消除了实验者的主观误差，减少了仪器的功能偏差，从而减小了实验误差，提高了实验精度；省去了实验者繁琐的计算，节约了大量时间，从而可以增加实验的信息量，提高实验的效率同时。该方法对涉及图像分析的实验项目也有一定的参考意义参考文献：杨福家原子物理学。北京：高等教育出版社，：胡芳林。付成伟，张振华等在摄像式塞曼效应实验装置上实现光学多道方式光谱测量物理实验，（）赵书阳，程强，俞洁晟，等技术在塞曼效应实验中应