普通物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中基于數(shù)學(xué)軟件MATLAB的氫原子光譜實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理探究

王輝　李會(huì)平　孫紅章

摘要：氫原子光譜實(shí)驗(yàn)是大學(xué)普通物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一個(gè)基本實(shí)驗(yàn)，氫原子光譜分析是探究氫原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基本方法。本文將利用數(shù)學(xué)軟件MATLAB語言編程來對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到氫光譜的里德伯常數(shù)，它和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法相比，用數(shù)學(xué)軟件MATLAB對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理能避免人工處理所產(chǎn)生的人為誤差，非常適合在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用，而且能提升大一學(xué)生利用軟件語言編程對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的能力，取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)；氫原子光譜實(shí)驗(yàn)；MATLAB

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）14-0211-02

氫原子光譜實(shí)驗(yàn)是大學(xué)普通物理實(shí)驗(yàn)中的基本實(shí)驗(yàn)之一，氫原子光譜實(shí)驗(yàn)用到了顯微鏡和讀譜儀（棱鏡攝譜儀），顯微鏡和讀譜儀在醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中的用途也非常廣泛。[1，2]氫原子光譜實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理方法非常重要，但普通方法數(shù)據(jù)處理一般存在不容易核查校對(duì)的缺點(diǎn)，比如說最小二乘法的運(yùn)算量非常大，既耗時(shí)又費(fèi)力，而同時(shí)也存在沒有辦法找出誤差大甚至錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)等不容易解決的問題，然而MATLAB數(shù)學(xué)軟件是集合程序設(shè)計(jì)、數(shù)值運(yùn)算、符號(hào)計(jì)算及優(yōu)秀的圖形處理等功能于一身的科學(xué)語言。[3-8]用MATLAB數(shù)學(xué)軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)僅僅需編寫十幾行的簡單程序，運(yùn)行后就可以得到我們所需的結(jié)果。我們應(yīng)用MATLAB既克服了最小二乘法計(jì)算量大等缺點(diǎn)，又讓復(fù)雜、無味的數(shù)學(xué)計(jì)算變成一種容易、直觀的可視化流程，而且能非常精確地記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)和畫出數(shù)據(jù)擬合曲線。

一、氫原子光譜測(cè)定的實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

每種原子都有它特定的線狀型光譜。分析光譜是鑒定物質(zhì)成分和物質(zhì)含量的有效方法。氫原子光譜具有最簡單、最明顯的規(guī)律。我們測(cè)定氫原子光譜的波長對(duì)認(rèn)識(shí)氫原子的能級(jí)和光譜規(guī)律具有重要作用。氫原子光譜測(cè)定實(shí)驗(yàn)用讀譜儀（棱鏡攝譜儀）測(cè)量氫原子可見光譜的波長，并運(yùn)用氫原子巴耳末公式推算出氫原子的里德伯常數(shù)。

三、結(jié)論

氫原子光譜實(shí)驗(yàn)是大學(xué)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要實(shí)驗(yàn)之一，氫原子光譜分析是探究氫原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要手段。氫原子光譜實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理方法非常重要，但普通方法數(shù)據(jù)處理一般存在運(yùn)算量大，而且不容易檢查校對(duì)，容易帶來人為誤差或錯(cuò)誤等缺點(diǎn)。本文利用了數(shù)學(xué)軟件MATLAB語言編程來對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到氫原子光譜的里德伯常數(shù)，它和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法相比，用數(shù)學(xué)軟件MATLAB對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理能避免人工處理所產(chǎn)生的人為誤差，非常適合在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用，而且能提高大學(xué)生利用MATLAB語言編程對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的能力，最終取得了較好的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教與學(xué)的效果。

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