普通物理實驗教學中基于數學軟件MATLAB的氫原子光譜實驗的數據處理探究

王輝　李會平　孫紅章

摘要：氫原子光譜實驗是大學普通物理實驗教學中的一個基本實驗，氫原子光譜分析是探究氫原子內部結構的基本方法。本文將利用數學軟件MATLAB語言編程來對實驗數據進行處理，得到氫光譜的里德伯常數，它和傳統數據處理方法相比，用數學軟件MATLAB對實驗數據進行處理能避免人工處理所產生的人為誤差，非常適合在物理實驗教學中應用，而且能提升大一學生利用軟件語言編程對實驗數據進行處理的能力，取得了較好的教學效果。

關鍵詞：大學物理實驗教學；氫原子光譜實驗；MATLAB

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）14-0211-02

氫原子光譜實驗是大學普通物理實驗中的基本實驗之一，氫原子光譜實驗用到了顯微鏡和讀譜儀（棱鏡攝譜儀），顯微鏡和讀譜儀在醫學實驗中的用途也非常廣泛。[1，2]氫原子光譜實驗的數據處理方法非常重要，但普通方法數據處理一般存在不容易核查校對的缺點，比如說最小二乘法的運算量非常大，既耗時又費力，而同時也存在沒有辦法找出誤差大甚至錯誤的數據等不容易解決的問題，然而MATLAB數學軟件是集合程序設計、數值運算、符號計算及優秀的圖形處理等功能于一身的科學語言。[3-8]用MATLAB數學軟件處理實驗數據僅僅需編寫十幾行的簡單程序，運行后就可以得到我們所需的結果。我們應用MATLAB既克服了最小二乘法計算量大等缺點，又讓復雜、無味的數學計算變成一種容易、直觀的可視化流程，而且能非常精確地記錄實驗數據點和畫出數據擬合曲線。

一、氫原子光譜測定的實驗原理和實驗數據

每種原子都有它特定的線狀型光譜。分析光譜是鑒定物質成分和物質含量的有效方法。氫原子光譜具有最簡單、最明顯的規律。我們測定氫原子光譜的波長對認識氫原子的能級和光譜規律具有重要作用。氫原子光譜測定實驗用讀譜儀（棱鏡攝譜儀）測量氫原子可見光譜的波長，并運用氫原子巴耳末公式推算出氫原子的里德伯常數。

三、結論

氫原子光譜實驗是大學基礎物理實驗教學中的重要實驗之一，氫原子光譜分析是探究氫原子內部結構的重要手段。氫原子光譜實驗的數據處理方法非常重要，但普通方法數據處理一般存在運算量大，而且不容易檢查校對，容易帶來人為誤差或錯誤等缺點。本文利用了數學軟件MATLAB語言編程來對實驗數據進行分析，得到氫原子光譜的里德伯常數，它和傳統數據處理方法相比，用數學軟件MATLAB對實驗數據進行處理能避免人工處理所產生的人為誤差，非常適合在大學物理實驗教學中應用，而且能提高大學生利用MATLAB語言編程對實驗數據進行處理的能力，最終取得了較好的大學物理實驗教與學的效果。

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