实验一夫兰克—赫兹实验
一、实验概述
1914年，夫兰克和赫兹在研究气体放电现象中低能电子与原子间相互作用时，在充汞的放电管中，发现透过汞蒸气的电子流随电子的能量显现有规律的周期性变化，能量间隔为eV
9.4。同一年，使用石英制作的充汞管，拍摄到与能量9.4相应的光谱线253.7nm 的发射光谱。对此，他们提出了原子中存在“临界
eV
电势”的概念：当电子能量低于与临界电势相应的临界能量时，电子与原子的碰撞是弹性的；而当电子能量达到这一临界能量时，碰撞过程由弹性转变为非弹性，电子把这份特定的能量转移给原子，使之受激；原子退激时，再以特定频率的光量子形式辐射出来。1920年，夫兰克及其合作者对原先的装置做了改进，提高了分辨率，测得了亚稳能级和较高的激发能级，进一步证实了原子内部能量是量子化的。1925年，夫兰克和赫兹共同获得了诺贝尔物理学奖。
二、实验目的
1、学习夫兰克和赫兹研究原子内部能量的基本思想和实验设计方法。掌握测量原子激发电势的实验方法。
2、测量氩原子的第一激发电势，从而验证原子能级的存在。
三、实验仪器
夫兰克—赫兹实验仪1台
示波器1台
电源线1根
Q线2根
9
四、实验原理
根据玻尔理论，原子只能较长久地停留在一些稳定状态（即定态），其中每一状态对应于一定的能量值，各定态的能量是分立的，原子只能吸收或辐射相当于两定态间能量差地能量。如果处于基态的原子要发生状态改变，所具备的能量不能少于原子从基态跃迁到第一激发态时所需要地能量。夫兰克—赫兹实验是通过具有一定能量的电子与原子碰撞，进行能量交换而实现原子从基态到高能态地
跃迁。
电子与原子碰撞过程可以用以下方程表示：
E V M v m MV v m e e ?+'+'=+22222
1
212121； 其中e m 是电子质量，M 是原子质量，v 是电子的碰撞前的速度，V 是原子的碰撞前的速度，v '是电子的碰撞后速度，V '是原子的碰撞后速度，E ?为内能项。因为M m e <<，所以电子的动能可以转变为原子的内能。因为原子的内能是不连续的，所以电子的动能小于原子的第一激发态电位时，原子与电子发生弹性碰撞
0=?E ；当电子的动能大于原子的第一激发态电位时，电子的动能转化为原子
的内能1E E =?，1E 为原子的第一激发电位。
夫兰克—赫兹实验原理如图1所示，充氩气的夫兰克—赫兹管中，电子由热
图1
阴极发出，阴极K 和栅极1G 之间的加速电压1G V 使电子加速，在板极P 和栅极2G 之间有减速电压P V 。当电子通过栅极2G 进入P G 2空间时，如果能量大于P eV ，就能到达板极形成电流P I 。电子在21G G 空间与氩原子发生了弹性碰撞，电子本身剩余的能量小于P eV ，则电子不能到达板极，板极电流将会随着栅极电压的增加而减少。实验时使2G V 逐渐增加，观察板极电流的变化将得到如图2所示的
2G P V I ～曲线。
图2
随着2G V 的增加，电子的能量增加，当电子与氩原子碰撞后仍留下足够的能量，可以克服P G 2空间的减速电场而到达板极P 时，板极电流又开始上升。如果电子在加速电场得到的能量等于E ?2时，电子在21G G 空间会因二次非弹性碰撞而失去能量，结果板极电流第二次下降。
在加速电压较高的情况下，电子在运动过程中，将与氩原子发生多次非弹性碰撞，在2G P V I ～关系曲线上就表现为多次下降。对氩来说，曲线上相邻两峰（或谷）之间的2G V 之差，即为氩原子的第一激发电位。这即证明了氩原子能量状态的不连续性。
五、实验过程
1、别用9Q 线将主机正面板上“2G V 输出”和“p I 输出”与示波器上的“onX CH 1”和“onY CH 2”相连，将电源线插在主机后面板的插孔内，打开电源开关；
2、把扫描开关调至“自动”档，扫描速度开关调至“快速”，把p I 电流增益波段开关拨至“nA 10”；、
3、打开示波器的电源开关，并分别将“X ”、“Y ”电压调节旋钮调至“V 1”和“V 2”，“POSITION ”调至“y x -”，“交直流”全部打到“DC ”；
4、分别调节1G V 、P V 、F V 电压至主机上部厂商标定数值，将2G V 调节至最大，此时可以在示波器上观察到稳定的氩的2G p V I ～曲线；
5、将扫描开关拨至“手动”档，调节2G V 至最小，然后逐渐增大其值，寻找P I 值的极大和 极小值点，以及相应的2G V 值，即找出对应的极值点（2G V ，P I ），也即2G p V I ～关系曲线中波峰和波谷的位置，相临波峰或波谷的横坐标之差就是氩的第一激发电位；（注：实验记录数据时，P I 电流值为表头示值“nA 10?”，；2G V 实际测量值为：表头示值V 10?）
6、每隔V 1记录一组数据，列出表格，然后描画氩的2G p V I ～关系曲线图。
六、实验记录
1、数据记录（实验中可以在波峰和波谷位置周围多记录几组数据，以提高测量精度）：
2、描画出2G p V I ～关系曲线图。
七、思考题
1、实验测量的2G p V I ～曲线为什么阳极电流P I 在激发电位V0,2V0,……处,其变化是缓慢的而不是突然下降的？
2、在2G p V I ～曲线中,第一个峰值对应的是否就是氩原子的第一激发电位？为什么？
3、在夫兰克—赫兹实验中,得到的2G p V I ～曲线为什么呈周期性变化？
4、在夫兰克—赫兹管内为什么要在板极和栅极之间加反向拒斥电压？
【参考资料】
[1] 沙振舜 黄润生 《新编近代物理实验》 南京大学出版社 [2] 戴乐山 戴道宣 《近代物理实验》 复旦大学出版社 [3] 相关仪器设备厂商附赠的实验讲义
附录 FD-FH-Ⅰ型 夫兰克—赫兹实验仪介绍
一、仪器简介
本实验仪是用于重现1914年夫兰克和赫兹进行的低能电子轰击原子的实验设备。实验充分证明原子内部能量是量子化的。学生通过实验建立原子内部能量量子化的概念，并能学习夫兰克和赫兹研究电子和原子碰撞的实验思想和实验方法。
本实验仪为一体式实验仪，设计紧凑，面板直观，功能齐全，操作方便。提供给夫兰克—赫兹管用的各组电源电压稳定，测量微电流用的放大器有很好的
抗干扰能力。实验仪能够获得稳定优良的实验曲线。本实验仪实验方法多样，除实测数据外还可和示波器,X-Y 记录仪，及微机连用。
二、仪器性能和面板功能
1、夫兰克—赫兹实验管
F-H 管为实验仪的核心部件，F-H 管采用间热式阴极、双栅极和板极的四极形式，各极均为圆筒状。这种F-H 管内充氩气，玻璃封装。电性能及各电极与其他部件的连接示意图如下：
2、F-H 管电源组
提供F-H 管各电极所需的工作电压。性能如下： 1）灯丝电压F V ， 直流 1.3～5V ，连续可调； 2）栅极1G —阴极间电压!G V ，直流，0～6V ，连续可调； 3）栅极2G —阴极间电压2G V ，直流，0～90V ，连续可调； 3、扫描电源和微电流放大器
扫描电源提供可调直流电压或输出锯齿波电压作为F-H 管电子加速电压。直流电压供手动测量，锯齿波电压供示波器显示，X-Y 记录仪和微机用。微电流放大器用来检测F-H 管的板流P I 。性能如下：
1）具有“手动”和“自动”两种扫描方式：“手动”输出直流电压，0～90V ，连续可调；“自动”输出0～90V 锯齿波电压，扫描上限可以设定。
2）扫描速率分“快速”和“慢速”两档：“快速”是周期约为20S /次 锯齿波，供
示波器和微机用；“慢速”是周期约为0.5S /次的锯齿波，供X-Y 记录仪用。
3）微电流放大测量范围为910-，810-，710-，610-A 四档。
4、夫兰克—赫兹实验值P I 和2G V 分别用三位半数字表头显示。另设端口供示波
器，X-Y 记录仪，及微机显示或者直接记录2~G P V I 曲线的各种信息。 5、面板及功能
1）P I 显示表头（表头示值?2）指示挡后为P I 实际值）；
2）P I 微电流放大器量程选择开关，分A μ1、nA 100、nA 10、nA 1四档； 3）数字电压表头（与8）相关，可以分别显示F V 、1G V 、P V 、2G V 值，其中2G V 值为表头示值V 10?）； 4）2G V 电压调节旋钮； 5）P V 电压调节旋钮； 6）1G V 电压调节旋钮； 7）F V 电压调节旋钮；
8）电压示值选择开关，可以分别选择F V 、1G V 、P V 、2G V ；
9）P I 输出端口，接示波器Y 端，X-Y 记录仪Y 端或者微机接口的电流输入端；
10）2G V 扫描速率选择开关，
“快速”档供接示波器观察2G p V I ～曲线或微机用，“慢速”档供X-Y 记录仪用；
11）2G V 扫描方式选择开关，“自动”档供示波器，X-Y 记录仪或微机用，“手
动”档供手测记录数据使用；
12）2G V 输出端口，接示波器X 端， X-Y 记录仪X 端，或微机接口电压输
入用； 13）电源开关。
三、仪器使用说明
1、示波器演示法
1）连好主机后面板电源线，用Q9线将主机正面板上 “2G V 输出”与示波器上的“X 相”（供外触发使用）相连，“p I 输出”与示波器“Y 相”相连； 2）将扫描开关置于“自动”档，扫描速度开关置于“快速”档，微电流放大器量程选择开关置于“nA 10”；
3）分别将“X ”、“Y ”电压调节旋钮调至“V 1”和“V 2”，“POSITION ”调至“y x ”，“交直流”全部打到“DC ”； 4）分别开启主机和示波器电源开关，稍等片刻；
5）分别调节1G V 、P V 、F V 电压（可以先参考给出值）至合适值，将2G V 由小慢慢调大（以F-H 管不击穿为界），直至示波器上呈现充氩管稳定的2G p V I ～曲线； 2、手动测量法
1）调节2G V 至最小，扫描开关置于“手动”档，打开主机电源；
2）选取合适的实验条件，置1G V 、P V 、F V 于适当值，用手动方式逐渐增大2G V ，同时观察P I 变化。适当调整预置1G V 、P V 、F V 值，使2G V 由小到大能够出现5个以上峰。
3）选取合适实验点，分别由数字表头读取P V 和2G V 值，作图可得2~G P V I 曲线，
注意示值和实际值关系。
例：P I 表头示值为“23.3”，电流量程选择“nA 10”档，则实际测量P I 电流值应该为“nA 3.32”；2G V 表头示值为“35.6”，实际值为“V 5.63”。
四、注意事项
1、仪器应该检查无误后才能接电源，开关电源前应先将各电位器逆时针旋转至最小值位置。
2、灯丝电压F V 不宜放得过大，一般在2V 左右，如电流偏小再适当增加。
3、要防止F-H 管击穿（电流急剧增大），如发生击穿应立即调低2G V 以免F-H 管受损。
4、F-H 管为玻璃制品不耐冲击应重点保护。
5、实验完毕，应将各电位器逆时针旋转至最小值位置。
实验二 霍尔效应实验
一、实验概述
置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，这个现象是霍普金斯大学研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应。如今霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且利用该效应制成的霍尔器件已广泛用于非电量的电测量、自动控制和信息处理等方面。在工业生产要求自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍尔器件，将有更广泛的应用前景。掌握这一富有实用性的实验，对日后的工作将有益处。
二、实验目的
1.了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔器件对材料要求的知识。
2.学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量试样的V H -I S 和V H -I M 曲线。
3.计算元件霍尔系数并确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。
三、实验仪器
TH-H 型霍尔效应实验仪、测试仪、导线等。
四、实验原理
X
Y
Z
1、霍尔效应
霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场
H E 。如图1所示的半导体试样，若在X 方向通以电流S I ，在Z 方向加磁场B ，则在Y 方向即试样 A-A / 电极两侧就开始聚集异号电荷而产生相应的附加电场。电场的指向取决于试样的导电类型。对图1（a ）所示的N 型试样，霍尔电场逆Y 方向，（b ）的P 型试样则沿Y 方向。即有
)
(P 0)()(N 0)(型型?>? 显然，霍尔电场H E 是阻止载流子继续向侧面偏移，当载流子所受的横向电场力H eE 与洛仑兹力B v e 相等，样品两侧电荷的积累就达到动态平衡，故 B v e eE H = （1） 其中H E 为霍尔电场，v 是载流子在电流方向上的平均漂移速度。 设试样的宽为b ，厚度为d ，载流子浓度为n ，则 bd v ne I S = (2) 由（1）、（2）两式可得： d B I R d B I ne b E V S H S H H == =1 (3) 即霍尔电压H V （A 、A ／电极之间的电压）与B I S 乘积成正比与试样厚度d 成反比。比例系数ne R H 1 = 称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要 参数。只要测出H V （伏）以及知道S I （安）、B （高斯）和d （厘米）可按下式计算H R （厘米3／库仑）： R H ＝ 810?B I d V S H （4） 上式中的108是由于磁感应强度B 用电磁单位（高斯）而其它各量均采用CGS 实用单位而引入。 2、霍尔系数H R 与其它参数间的关系 根据H R 可进一步确定以下参数： （１）由H R 的符号（或霍尔电压的正负）判断样品的导电类型。判别的方法是按图1所示的I S 和B 的方向，若测得的,V V A 'A H 0<=即点A 点电位高于点'A 的电位，则H R 为负，样品属N 型；反之则为P 型。 （２）由R H 求载流子浓度n 。即e R n H 1= 。应该指出，这个关系式是假定 所有载流子都具有相同的漂移速度得到的，严格一点，如果考虑载流子的速度统计分布，需引入 8 3π 的修正因子（可参阅黄昆、谢希德著《半导体物理学》）。 （3）结合电导率的测量，求载流子的迁移率μ。电导率σ与载流子浓度n 以及迁移率μ之间有如下关系： μσne = (5) 即μ＝σ|R |H ，测出σ值即可求μ。 3、霍尔效应与材料性能的关系 根据上述可知，要得到大的霍尔电压，关键是要选择霍尔系数大（即迁移率高、电阻率ρ亦较高）的材料。因μρ=|R |H ，就金属导体而言，μ和ρ均很低，而不良导体ρ虽高，但μ极小，因而上述两种材料的霍尔系数都很小，不能用来制造霍尔器件。半导体μ高，ρ适中，是制造霍尔元件较理想的材料，由于电子的迁移率比空穴迁移率大，所于霍尔元件多采用N 型材料，其次霍尔电压的大小与材料的厚度成反比，因此薄膜型的霍尔元件的输出电压较片状要高得多。就霍尔器件而言，其厚度是一定的，所以实用上采用ned K H 1 =来表示器件的灵敏度，H K 称为霍尔灵敏度，单位为mV/(mA.T )。 4、实验方法 (1）霍尔电压H V 的测量方法 值得注意的是，在产生霍尔效应的同时，因伴随着各种副效应，以致实验测得的A 、A '两极间的电压并不等于真实的霍尔电压H V 值，而是包含着各种副效应所引起的附加电压，因此必须设法消除。根据副效应产生的机理可知，采用电流和磁场换向的对称测量法，基本上能把副效应的影响从测量结果中消除。即在规定了电流和磁场正、反方向后，分别测量由下列四组不同方向的S I 和B 组合 的A 'A V （'A 、A 两点的电位差）即： ＋Ｂ，＋S I A 'A V ＝1V －Ｂ，＋S I A 'A V ＝2V －Ｂ，－S I A 'A V ＝3V ＋Ｂ，－S I A 'A V ＝4V 然后求1V 、2V 、3V 和4V 的代数平均值。 H V ＝ 4 4 321V V V V -+- （６） 通过上述的测量方法，虽然还不能消除所有的副效应，但其引入的误差不大，可以略而不计。 (2)电导率σ的测量 σ 可以通过图１所示的Ａ、Ｃ（或A /、'C ）电极进行测量，设Ａ、Ｃ间的 距离为l ，样品的横截面积为bd S =，流经样品的电流为S I ，在零磁场下，若测得A 、C 间的电位差为σV （即AC V ），可由下式求得： σ＝ S V l I S σ （7） 五、实验内容 1、掌握仪器性能，连接测试仪与实验仪之间的各组连线 （1）开关机前，测试仪的“I S 调节”和“I M 调节”旋钮均置零位（即逆时针旋到底）。 （2）按图2 连接测试仪与实验仪之间各组连线。注意：①样品各电极引线与对应的双刀开关之间的连线已由制造厂家连接好，请勿再动！②严禁将测试仪的励磁电源“I M 输出”误接到实验仪的 “I S 输入”或“ＶＨ、ＶＯ输出”处，否则，一旦通电，霍尔样品即遭损坏！样品共有三对电极，其中A 、A /或C 、C /用于测量霍尔电压H V ，A 、C 或A /、C /用于测量电导，D 、E 为样品工作电流电极。样品的几尺寸为：d=0.5mm ,b=4.0mm ,A 、C 电极间距l =3.0mm 。仪器出产前，霍尔片已调至中心位置。霍尔片性脆易碎，电极甚细易断，严防撞击，或用手去摸，否则，即遭损坏! 霍尔片放置在电磁铁空隙中间，在需要调节霍尔片位置时，必须谨慎，切勿随意改变y 轴方向的高度，以免霍尔片与磁极面磨擦而受损。 （3）接通电源，预热数分钟，电流表显示“.000”( 当按下“测量选择”键时 )或“0.00”（放开“测量选择”键时），电压表显示为“0.00”。 （4）置“测量选择”于I S 挡（放键），电流表所示的值即随“I S 调节”旋钮顺时针转动而增大，其变化范围为0-10mA ，此时电压表所示读数为“不等势”电压值，它随I S 增大而增大，I S 换向，ＶＨ极性改号（此乃“不等势”电压值，可通过“对称测量法”予以消除）。取I S ≈2mA 。 图2 实验线路连接装置图 (5)置“测量选择”于I M 挡（按键），顺时针转动“I M 调节” 旋钮，电流表变化范围为0-1A 。此时H V 值随I M 增大而增大，I M 换向，ＶＨ极性改号（其绝对值随I M 流向不同而异，此乃副效应而致，可通过“对称测量法”予以消除）。至此，应将“I M 调节”旋钮置零位（即逆时针旋到底）。 （6）放开测量选择键，再测S I ，调节mA 2I S ≈，然后将“σV ,V H 输出”切换开关倒向σV -侧，测量σV 电压（C ,A 电极间电压）；S I 换向，σV 亦改号。这些说明霍尔样品的各电极工作均正常，可进行测量。将“σV ,V H 输出”切换开关恢复H V 一侧。 2、测绘S H I V -曲线 将测试仪的“功能切换”置H V ，S I 及M I 换向开关掷向上方，表明S I 及M I 均为正值（即S I 沿X 轴方向，M I 沿Y 轴方向）。反之，则为负。保持M I 值不变（取M I ＝0.600A ），改变S I 的值，S I 取值范围为mA 00.400.1-。将实验测量值记入表1中。 表1 I M =0.800A 3、测绘M H I V -曲线 保持S I 值不变（取S I ＝3.00mA ），改变M I 的值，M I 取值范围为 A 800.0300.0-。将测量数据记入表2中。 表2 I S =3.00mA 4、测量σV 值 “H V σV 输出”倒向σV 侧，“功能切换”置σV 。在零磁场下（0I M =），取S I ＝2.00mA ，测量Ac V （即σV ）。注意：S I 取值不要大于mA 2，以免σV 过大使毫伏表超量程（此时首位数码显示为1，后三位数码熄灭）。H V 和σV 通过功能切换开关由同一只数字电压表进行测量。电压表零位可通过调零电位器进行调整。当显示器的数字前出现“－”时，被测电压极性为负值。 5、确定样品导电类型 将实验仪三组双刀开关均掷向上方，即S I 沿X 方向，B 沿Z 方向，毫伏表测量电压为A A V '。取A .I ,mA I M S 602==，测量A A V '大小及极性，由此判断样品导电类型。 6、求样品的σ、、n R H 和μ值 六、思考题 1、什么是霍尔效应，并给出定量公式：产生霍尔效应应具备哪些条件？ 2、简述怎样利用Is 、B 方向及UH 极性判断霍尔元件类型（要求详细地说明理由）？ 3、用什么方法消除UH 中的副效应的影响？并简述其原理？ 4、若磁场B 不恰好与霍尔片的法线方向一致，对测量结果有何影响？ 【参考资料】 [1] 李学慧、高峰等编,大学物理实验，高等教育出版社。 [2] 丁慎训，张连芳．物理实验教程，清华大学出版社。 [3] 梁灿彬 电磁学 高等教育出版社。 [4] 相关仪器设备厂商附赠的实验讲义。 附录 TH-H 型霍尔效应实验组合仪 一、实验仪 1、电磁铁产生磁感应强度B 的方向在仪器线包上用箭头标明，B 的大小和励磁 电流I m 的关系也同时标明在线包上。 2、样品和样品架。样品材料为N 型半导体硅单晶片，样品尺寸见示意图，宽度a =4.0 mm ，厚度b =0.5mm ，A 、C 电极间距l =4.0mm ，样品共有三对电极，A 、A '或C 、C '用于测量霍尔电压U H ；A 、C 或A '、C '用于测量电导率；D 、E 为样品工作电流I S 的电极。各电极与双刀换接开关的接线见实验仪上图示说明。 3、 I S 和I M 换向开关及U H 、U σ测量选择开关。 二、测试仪 样品示意图 霍尔效应测试仪面板图 1、两组恒流源，“I S输出”为样品提供工作电流源；“I M输出”为电磁铁的励磁电流。 I S、I M电流大小通过“I S调节旋钮”和“I M调节旋钮”进行调节（连续可调）。其值可通过“测量选择”按键由同一数字电流表进行测量，按键测I M，放键测I S。2、直流数字电压表。U H和Uσ值通过切换开关由同一只数字电压表进行测量。 电压表零位可通过调零电位器进行调整。当显示器的显示数字前出现“-”号时，表示被测电压极性为负值。 3、使用说明 三、电源插座及电源开关均安装在机箱背面 1、接通电源前，将测试仪的“I S调节”、“I M调节”旋钮均逆时针旋到底，此时I S、 I M为最小值。 2、测试仪的“I S输出”接实验仪的“I S输入”；“I M输出”接实验仪的“I M输入”，并将实验仪的I S及I M换向开关掷向任一侧。切记：决不允许将“I M输出”接到“I S输入”或“U H、Uσ输出”处，否则，一旦通电，霍尔样品即遭损坏。 3、实验仪的“U H、Uσ输出”接测试仪的“U H、Uσ输入”，“U H、Uσ输出”切换开关掷向U H一侧。 4、接通电源，预热数分钟后，电流表显示“0.000”，电压表显示“0.00”（若不为零，通过面板左下方小孔内电位器来调整），即可进行实验。 5、置“测量选择”于I S档（放键），顺时针旋转“I S调节”可得所需I S值（I S值随旋钮顺时转动而增大）。置“测量选择”于I M档（按键），顺时针旋转“I M调节”可得所需I M值（I M值随旋钮顺时转动而增大）。此时电压表所示值为测量的U H值。 I S 或I M 换向，U H 极性改号。 6、将“测量选择”置I M 档，逆时针调节I M 旋钮，使电流表显示“0.000”，置“U H 、U σ输出”切换开关于U σ一侧，I S 值不为零时（此时I S 值不易过大），电压表所示读数即为U σ“不等势”电势差值。 7、关机前，应将“I S 调节”、“I M 调节”旋钮逆时针方向旋到底，然后切断电源。 四、霍尔器件中的副效应及其消除方法 1、不等势电压0V 这是由于测量霍尔电压的电极Ａ和A /位置难以做到在一个理想的等势面上，因此当有电 流S I 通过时，即使不加磁场也会产生附加的电压0V ＝r I S ，其中r 为Ａ、A / 所在的两个等势面之间的电阻（如图 3 所示）。0V 的符号只与电 流S I 的方向有关，与磁场Ｂ的方向无关，因此，0V 可以通过改变S I 的方向予以消除。 2、温差电效应引起的附加电压E V 如图4所示，由于构成电流的载流子速度不同，若速度为v 的载流子所受的洛仑兹力与霍尔电场力的作用刚好抵消，则速度大于或小于v 的载流子在电场和磁场作用下，将各自朝对立面偏转，从而在Y 方向引起温差'A A T T -， 由此产生的温差电效应。在'A ,A 电极上引入附加电压E V ，且B I V S E ∝，其符号与S I 和B 的方向关系跟H V 是相同的，因此不能用改变S I 和B 方向的方法予以消除，但其引入的误差很小，可以忽略。 3、热磁效应直接引起的附加电压N V 因器件两端电流引线的接触电阻不等，通电后在接触点两处将产生不同的焦尔热，导致在X 方向有温度梯度，引起载流子沿梯度方向 扩散而产生热扩散电流。热流Q 在Z 方向磁场作用下，类似于霍尔效应在Y 方向上产生一附加电场N ε，相应的电压QB V N ∝，而N V 的符号只与B 的方向有关，与S I 的方向无关。因此可通过改变B 的方向予以消除。 4、热磁效应产生的温差引起的附加电压RL V 如上所述的X 方向热扩散电流，因载流子的速度统计分布，在Z 方向的B 作用下，和2中所述同理将在Y 方向产生温度梯度'A A T T -，由此引入的附加电压 QB V RL ∝，RL V 的符号只与B 的方向有关， 亦能消除之。 综上所述, 实验中测得的A 、'A 之间的电压除H V 外还包含,V ,V ,V RL N 0和E V 各个电压的代数和，其中,V ,V ,V RL N 0均可以通过S I 和B 换向对称测量法予以消除。 设定电流S I 和磁场B 的正方向，即 当B ,I S ++ 时，测得A 、'A 之间的电压：E RL N H V V V V V V ++++=01 当B ,I S -+ 时，测得A 、'A 之间的电压：E RL N H V V V V V V ---+-=02 当B - ,I S -时，测得A 、'A 之间的电压：E RL N H V V V V V V +---=03 当B ,I S +- 时，测得A 、'A 之间的电压：E RL N H V V V V V V -++--=04 求以上四组数据4321V ,V ,V ,V 的代数平均值，可得 4 4 321V V V V V V E H -+-= + 由于E V 符号与B ,I S 两者方向关系和H V 是相同的，故无法消除，但在电流S I 和磁场B 较小时，E H V V >>，因此，E V 可略去不计，所以霍尔电压为 4 4 321V V V V V H -+-= 5、根据RH 可进一步确定以下参数 由RH 求载流子浓度n 。由公式n=1/e|RH|可得。应该指出，这个关系式是假定所有载流子都具有相同的漂流速度，严格说来，考虑载流子的速度统计分布，需引入3π/8的修正因子。 近代物理实验报告 实验题目：高温超导材料的特性与表征作者：李健 时间：2015-09-17 高温超导材料的特性与表征 【摘要】本实验主要通过对高温超导材料Y-Ba-Cu-O特性的测量，理解超导体的两个基本特性，即完全导电性和完全抗磁性，了解超导磁悬浮的原理。本实验利用液氮将高温超导材料Y-Ba-Cu-O降温，用铂电阻温度计测量温度，通过测量铂电阻的大小及查询铂电阻-温度对照表得出相应的温度，再电压表测得超导体电阻，即能得到超导体电阻温度曲线，测得该样品的超导转变温度约为93K；再通过超导磁悬浮实验验证了高温超导材料的磁特性，得到分别在零场冷却，有场冷却下的超导体的磁悬浮力与超导磁体间距的关系曲线。 【关键词】高温超导零电阻现象MEISSNER效应低温恒温器四引线法磁悬浮 【引言】 从1991年荷兰物理学家卡默林·翁纳斯（H.K.Onnes）发现低温超导体，超导科技发展大体经历了三个阶段：1911年到1957年BCS超导微观理论问世，是人类对超导电性的基本探索和认识阶段，核心是提出库珀电子对；第二阶段是从1958年到1985年是超导技术应用的准备阶段，成功研制强磁场超导材料，发现约瑟夫森效应；第三阶段是1986年发现高于30K的超导材料，进入超导技术开发时代。超导研究领域的系列最新进展，为超导技术在更方面的应用开辟了十分广阔的前景。 超导电性的应用十分广泛，例如超导磁悬浮列车、超导重力仪、超导计算机、超导微波器件等，超导电性还可以用于计量标准，在991年1月1日开始生效的伏特和欧姆的新实验基准中，电压基准就是以超导电性为基础。 本实验目的是通过对氧化物高温超导材料的测量与演示、加深理解超导体两个基本特性；了解超导磁悬浮原理；了解金属和半导体的电阻随温度变化以及温差电效应；掌握低温物理实验的基本方法：低温的获得、控制和测量。 【正文】 一、实验原理 1.超导现象、临界参数及实用超导体 （1）零电阻现象 将物体冷却到某一临界温度Tc以下时电阻突然降为零的现象，称为超导体的零电阻现象。不同的超导体的临界温度各不相同。如下图，用电阻法测量临界温度，把降温过程中电阻温度曲线开始从直线偏离处的温度称为起始转变温度Tc,onset，临界温度Tc定义为待测样品电阻从起始转变处下降到一半对应的温度，也称作超导转变的中点温度Tcm。电阻变化10%到90%所对应的温度间隔定义为转变宽度△Tc，电阻全降到零时的温度为零电阻温度Tc。通常说的超导转变温度Tc指Tcm。 近代物理实验教程的实验报告 时间过得真快啊！我以为自己还有很多时间，只是当一个睁眼闭眼的瞬间，一个学期都快结束了，现在我们为一学期的大学物理实验就要画上一个圆满的句号了，本学期从第二周开设了近代物理实验课程，在三个多月的实验中我明白了近代物理实验是一门综合性和技术性很强的课程，回顾这一学期的学习，感觉十分的充实，通过亲自动手，使我进一步了解了物理实验的基本过程和基本方法，为我今后的学习和工作奠定了良好的实验基础。我们所做的实验基本上都是在物理学发展过程中起到决定性作用的著名实验，以及体现科学实验中不可缺少的现代实验技术的实验。它们是我受到了著名物理学家的物理思想和探索精神的熏陶，激发了我的探索和创新精神。同时近代物理实验也是一门包括物理、应用物理、材料科学、光电子科学与技术等系的重要专业技术基础物理实验课程也是我们物理系的专业必修课程。 我们本来每个人要做共八个实验，后来由于时间关系做了七个实验，我做的七个实验分别是：光纤通讯，光学多道与氢氘，法拉第效应，液晶物性，非线性电路与混沌，高温超导，塞满效应，下面我对每个实验及心得体会做些简单介绍： 一、光纤通讯：本实验主要是通过对光纤的一些特性的探究（包括对光纤耦合效率的测量，光纤数值孔径的测量以及对塑料光纤光纤损耗的测量与计算），了解光纤光学的基础知识。探究相位调制型温度传感器的干涉条纹随温度的变化的移动情况，模拟语电话光通信， 了解光纤语音通信的基本原理和系统构成。老师讲的也很清楚，本试验在操作上并不是很困难，很易于实现，易于成功。 二、光学多道与氢氘：本实验利用光学多道分析仪，从巴尔末公式出发研究氢氘光谱，了解其谱线特点，并学习光学多道仪的使用方法及基本的光谱学技术通过此次实验得出了氢原子和氘原子在巴尔末系下的光谱波长，并利用测得的波长值计算出了氢氘的里德伯常量，得到了氢氘光谱的各光谱项及巴耳末系跃迁能级图，计算得出了质子和电子的质量之比。个人觉得这个实验有点太智能化，建议锻炼操作的部分能有所加强。对于一些仪器的原理在实验中没有体现。如果有所体现会比较容易使学生深入理解。数据处理有些麻烦。不过这也正是好好提高自己的分析数据、处理数据能力的好时候、更是理论联系实际的桥梁。 三、法拉第效应：本实验中，我们首先对磁场进行了均匀性测定，进一步测量了磁场和励磁电流之间的关系，利用磁场和励磁电流之间的线性关系，用电流表征磁场的大小；再利用磁光调制器和示波器，采用倍频法找出ZF6、MR3－2样品在不同强度的旋光角θ和磁场强度B的关系，并计算费尔德常数；最后利用MR3样品和石英晶体区分自然旋光和磁致旋光，验证磁致旋光的非互易性。 四p液晶物性：本实验主要是通过对液晶盒的扭曲角，电光响应曲线和响应时间的测量，以及对液晶光栅的观察分析，了解液晶在外电场的作用下的变化，以及引起的液晶盒光学性质的变化，并掌握对液晶电光效应测量的方法。本实验中我们研究了液晶的基本物理性质 和电光效应等。发现液晶的双折射现象会对旋光角的大小产生的影响，在实验中通过测量液晶盒两面锚泊方向的差值，得到液晶盒扭曲角的大小为125度；测量了液晶的响应时间。观察液晶光栅的衍射现象，在“常黑模式”和“常白模式”下分别测量了液晶升压和降压过程的电光响应曲线，求得了阈值电压、饱 怀化学院 大学物理实验实验报告 系别物信系年级2009专业电信班级09电信1班姓名张三学号09104010***组别1实验日期2009-10-20 实验项目:长度和质量的测量 【实验题目】长度和质量的测量 【实验目的】 1. 掌握米尺、游标卡尺、螺旋测微计等几种常用测长仪器的读数原理和使用方法。 2. 学会物理天平的调节使用方法，掌握测质量的方法。 3. 学会直接测量和间接测量数据的处理，会对实验结果的不确定度进行估算和分析，能正确地表示测量结果。 【实验仪器】(应记录具体型号规格等，进实验室后按实填写) 直尺(50cm)、游标卡尺(0.02mm)、螺旋测微计(0～25mm,0.01mm),物理天平(TW-1B 型，分度值0.1g ，灵敏度1div/100mg),被测物体 【实验原理】(在理解基础上，简明扼要表述原理，主要公式、重要原理图等) 一、游标卡尺 主尺分度值：x=1mm,游标卡尺分度数：n （游标的n 个小格宽度与主尺的n-1小格长度相等）,游标尺分度值： x n n 1 -（50分度卡尺为0.98mm,20分度的为：0.95mm ）,主尺分度值与游标尺分度值的差值为：n x x n n x =-- 1,即为游标卡尺的分度值。如50分度卡尺的分度值为：1/50=0.02mm,20分度的为：1/20=0.05mm 。 读数原理：如图，整毫米数L 0由主尺读取，不足1格的小数部分l ?需根据游标尺与主尺对 齐的刻线数k 和卡尺的分度值x/n 读取：n x k x n n k kx l =--=?1 读数方法（分两步）： (1)从游标零线位置读出主尺的读数.(2)根据游标尺上与主尺对齐的刻线k 读出不足一分格的小数,二者相加即为测量值.即: n x k l l l l +=?+=00,对于50分度卡尺：02.00?+=k l l ;对20分度：05.00?+=k l l 。实际读数时采取直读法读数。 二、螺旋测微器 原理：测微螺杆的螺距为，微分筒上的刻度通常为50分度。当微分筒转一周时，测微螺杆前进或后退mm ，而微分筒每转一格时，测微螺杆前进或后退50=。可见该螺旋测微器的分度值为mm ，即千分之一厘米，故亦称千分尺。 读数方法：先读主尺的毫米数（注意刻度是否露出），再看微分筒上与主尺读数准线对齐的刻线（估读一位）,乖以, 最后二者相加。 三：物理天平 天平测质量依据的是杠杆平衡原理 分度值:指针产生1格偏转所需加的砝码质量，灵敏度是分度值的倒数，即n S m =?，它表示 天平两盘中负载相差一个单位质量时，指针偏转的分格数。如果天平不等臂，会产生系统误差，消除方法：复称法，先正常称1次，再将物放在右盘、左盘放砝码称1次(此时被测质量应为砝码质量减游码读数)，则被测物体质量的修正值为：21m m m ?= 。 【实验内容与步骤】(实验内容及主要操作步骤) 1. 米尺测XX 面积：分别测量长和宽各一次。 2. 游标卡尺测圆环体积：(1)记下游标卡尺的分度值和零点误差。(2)用游标卡尺测量圆环 《近代物理实验》教学大纲 一、课程名称与编号 课程名称：近代物理实验编号：023315 二、学时与学分 本课程学时：84 本课程学分：5学分 三、授课对象 物理学专业学生，第六、七个学期做 四、先修课程 力学、热学、电磁学、光学、原子物理学、高等数学 五、课程的性质和目的 科学实验是理论的源泉，是自然科学的根本，也是工程技术的基础。物理学是一门实验科学，所有物理定律的形成和发展都是建立在客观自然现象的观察和研究的基础上的，并以实验结果为检验理论正确与否的唯一标准，重要的物理实验常常是新兴科学技术的生长点。 《近代物理实验》是继《普通物理实验》和《无线电电子实验》后的一门重要实验基础课程，本课程所涉及的物理基础知识面较广，并具有较强的综合性和技术性。 本课程的主要目的是：通过近代物理实验，丰富和活跃学生的物理思想，培养学生敏锐的观察能力，分析、归纳和综合能力，掌握新技术的能力，创新意识和综合素质。引导学生了解物理实验在物理概念的产生、形成和发展中的作用，学习近代物理中的一些常用方法、技术、仪器等知识，使他们具备良好的实验素养，严谨的科学作风，求实的科学精神，并具备一定的独立工作能力和科学研究能力。 六、主要内容、基本要求及学时分配 讲授部分 1、绪论（2学时） 理解近代物理实验课的特点，了解课程的内容、任务和学习方法。了解一些实验的史料，加深对近代物理实验的了解。 2、实验的误差分析与数据处理（4学时） 在普通物理验实训练的基础上，继续巩固和加强有关实验误差和数据处理的训练。如泊松分布、曲线的拟合等，可通过讲授或落实到一些实验题目中进行。 3、理解近代物理实验仪器的工作原理、使用常识（2学时） 掌握实验中的注意事项，包括人身安全及防护、通用仪器的正常使用。理解使用特殊仪 一、 夫兰克—赫兹实验 1解释曲线I p －V G2形成的原因 答；充汞的夫兰克-赫兹管，其阴极K 被灯丝H 加热，发射电子。电子在K 和栅极G 之间被加速电压KG U 加速而获得能量，并与汞原子碰撞，栅极与板极A 之间加反向拒斥电压GA U ，只有穿过栅极后仍有较大动能的电子，才能克服拒斥电场作用，到达板极形成板流A I 。 2实验中，取不同的减速电压V p 时，曲线I p －V G2应有何变化？为什么？ 答；减速电压增大时，在相同的条件下到达极板的电子所需的动能就越大，一些在较小的拒斥电压下能到达极板的电子在拒斥电压升高后就不能到达极板了。总的来说到达极板的电子数减小，因此极板电流减小。 3实验中，取不同的灯丝电压V f 时，曲线I p －V G2应有何变化？为什么？ 答；灯丝电压变大导致灯丝实际功率变大，灯丝的温度升高，从而在其他参数不变得情况下，单位时间到达极板的电子数增加，从而极板电流增大。灯丝电压不能过高或过低。因为灯丝电压的高低，确定了阴极的工作温度，按照热电子发射的规律，影响阴极热电子的发射能力。灯丝电位低，阴极的发射电子的能力减小，使得在碰撞区与汞原子相碰撞的电子减少，从而使板极A 所检测到的电流减小，给检测带来困难，从而致使A GK I U -曲线的分辨率下降；灯丝电压高，按照上面的分析，灯丝电压的提高能提高电流的分辨率。但灯丝电压高, 致使阴极的热电子发射能力增加，同时电子的初速增大，引起逃逸电子增多，相邻峰、谷值的差值却减小了。 二、 塞曼效应 1、什么叫塞曼效应，磁场为何可使谱线分裂？ 答；若光源放在足够强的磁场中时，原来的一条光谱线分裂成几条光谱线，分裂的谱线成分是偏振的，分裂的条数随能级的类别而不同。后人称此现象为塞曼效应。原子中电子的轨道磁矩和自旋磁矩合成为原子的总磁矩。总磁矩在磁场中受到力矩的作用而绕磁场方向旋进从而可以使谱线分离 2、叙述各光学器件在实验中各起什么作用? 答；略 3、如何判断F-P 标准具已调好？ 答；实验时当眼睛上下左右移动时候，圆环无吞吐现象时说明F-P 标准具的两反射面平行了。 4、实验中如何观察和鉴别塞曼分裂谱线中的π成分和σ成分？如何观察和分辨σ成分中的左旋和右旋偏振光？ 答；沿着磁场方向观测时，M ?=+1为右旋圆偏振光，M ?=-1时为左旋偏振光。在实验中，+σ成分经四分之一玻片后，当偏振片透振方向在一、三象限时才可观察到，因此为相位差为π2的线偏振光，所以+σ成分为右旋偏振光。同理可得-σ成分为左旋偏振光。 三、核磁共振 1、 什么叫核磁共振？ 近代物理实验总结 通过这个学期的大学物理实验，我体会颇深。首先，我通过做实验了解了许多实验的基本原理和实验方法，学会了基本物理量的测量和不确定度的分析方法、基本实验仪器的使用等；其次，我已经学会了独立作实验的能力，大大提高了我的动手能力和思维能力以及基本操作与基本技能的训练，并且我也深深感受到做实验要具备科学的态度、认真态度和创造性的思维。下面就我所做的实验我作了一些总结。 一.核磁共振实验 核磁共振实验中为什么要求磁场大均匀度高的磁场?扫场线圈能否只放一个?对两个线圈的放置有什么要求？测量共振频率时交变磁场的幅度越小越好? 1, 核磁共振实验中为什么要求磁场大均匀度高的磁场? 要求磁场大是为了获得较大的核磁能级分裂。这样，根据波尔茨 曼，低能和高能的占据数（population)的“差值增大，信号增强。 均匀度高是为了提高resolution. 2. 扫场线圈能否只放一个?对两个线圈的放置有什么要求? 扫场线圈可以只放一个。若放两个，这两个线圈的放置要相互垂直， 且均垂直于外加磁场。 3. 测量共振频率时交变磁场的幅度越小越好? 不对。但是太大也不好（会有信号溢出）应该有合适的FID信号 二.密立根有实验 对油滴进行测量时，油滴有时会变模糊，为什么？如何避免测量过程丢失油滴？若油滴平很调节不好，对实验结果有何影响？为什么每测量一次tg都要对油滴进行一次平衡调节？为什么必须使油滴做匀速运动或静止？试验中如 何保证油滴在测量范围内做匀速运动？ 1、油滴模糊原因有：目镜清洁不够导致局部模糊或者是油滴的平衡没 有调节好导致速度过快 为防止测量过程中丢失油滴，油滴的速度不要太大，尽可能比较小 一些，这样虽然比较费时间，但不会出现油滴模糊或者丢失现象 2、根据实验原理可知，如果油滴平衡没有调节好，则数据必然是错误 的，结果也是错误的。因为油滴的带电量计算公式要的是平衡时的 数据 因为油滴很微小，所以不同的油滴其大小和质量都有一些差异，导 致其粘滞力和重力都会变化，因此需要重新调节平衡才可以确保实 验是在平衡条件下进行的。 近代物理实验报告 实验题目： 1 真空获得与真空测量 2 热蒸发法制备金属薄膜材料 3 磁控溅射法制备金属薄膜材料班级： 学号： 学生姓名： 实验教师： 2010-2011学年第1学期 实验1真空获得与真空测量 实验时间： 地点： 指导学生： 【摘要】本实验采用JCP-350C 型热蒸发/磁控溅射真空镀膜机，初步了解真空获得与测量的方法，熟悉使用镀膜机的机械泵和油扩散泵，能用测量真空的热偶真空计和电离真空计等实验仪器，掌握真空的获得和测量方法。 【关键词】镀膜机；机械泵；扩散泵；真空获得和测量 一、实验目的 1.1、学习并了解真空科学基础知识，学会掌握低、高真空获得和测量的原理及方法； 1.2、熟悉实验设备和仪器的使用。 二、实验仪器 JCP-350C 型热蒸发/磁控溅射真空镀膜机。 三、真空简介 3.1真空 “真空”这一术语译自拉丁文Vacuo ，其意义是虚无。其实真空应理解为气体较稀薄的空 间。在指定的空间内，低于一个大气压力的气体状态统称为真空。 3.2真空的等级 真空状态下气体稀薄程度称为真空度，通常用压力值表示。1958年，第一界国际技术 会议曾建议采用“托”(Torr)作为测量真空度的单位。国际单位制(SI)中规定压力的单位为帕(Pa)。我国采用SI 规定。 ● 1标准大气压(1atm)≈1.013×105Pa(帕) ● 1Torr≈1/760atm≈1mmHg ● 1Torr≈133Pa ● 我国真空区域划分为：粗真空、低真空、高真空、超高真空和极高真空。 ● 粗真空 Pa 35103331~100131???? ● 低真空 Pa 13103331~103331-???? ● 高真空 Pa 61 103331~103331--???? ● 超高真空 Pa 106103331~103331--???? ● 极高真空 Pa 10103331-??< 3.3获得真空的意义 获得真空不仅在科研、教学、工业以及人类生活中应用起到很大的作用，而且给人类的 整个社会文明的进步、财富创造以及科技创新都具有重大的意义。 3.4真空技术的应用 随着真空获得技术的发展，真空科学的应用领域很广，目前已经渗透到车辆、土木工程 呢、机械、包装、环境保护、医药及医疗机械、石油、化工、食品、光学、电气、电子、原 《 近代物理实验》练习题参考答案一、填空 1、 核物理实验探测的主要对象是核衰变时所辐射的射线、射线和中子。因为这些粒子的尺度非常小，用最先进的电子显微镜也不能观察到，只能根据射线与物质相互作用产生的各种效应实现探测。 2、探测器的能量分辨率是指探测器对于能量很接近的辐射粒子加以区分的能力。用百分比表示的能量分辨率定义为： ％峰位置的脉冲幅度宽度最大计数值一半处的全 1000V V R 。能量分辨率值越小，分辨能 力越强。 3、射线与物质相互作用时，其损失能量方式有两种，分别是电离和激发。其中激发的方式有三种，它们是光电效应、康普顿效应和电子对效应。 4、对于不同的原子，原子核的质量 不同而使得里德伯常量值发生变化。 5、汞的谱线的塞曼分裂是 反常塞曼效应。6、由于氢与氘的 能级有相同的规律性，故氢和氘的巴耳末公式的形式相同。 7、在塞曼效应实验中，观察纵向效应时放置 1/4波片的目的是将圆偏振光变为线偏振光 。8、射线探测器主要分“径迹型”和“信号型”两大类。径迹型探测器能给出粒子运动的轨迹，如核乳胶、固体径迹探测器、威尔逊云室、气 泡室、火花室等。这些探测器大多用于高能核物理实验。信号型探测器则当一个辐射粒子到达时给出一个信号。根据工作原理的不同又可以分成气体探测器、闪烁探测器和半导体探测器三种，这是我们在低能核物理实验中最常用的探测器。 9、测定氢、氘谱线波长时，是把氢、氘光谱与铁光谱拍摄到同一光谱底 片上，利用 线性插值法来进行测量。 10、在强磁场中，光谱的分裂是由于能级的分裂引起的。 11、原子光谱是线状光谱。 12、原子的不同能级的总角动量量子数J不同，分裂的子能级的数量也不同。 13、盖革－弥勒计数管按其所充猝灭气体的性质，可以分为①有机管和 ②卤素管两大类。坪特性是评价盖革－弥勒计数管的重要特性指标。包 括起始电压、坪长、坪斜等。一只好的计数管，其坪长不能过短，对于 ③有机管，其坪长不能低于150伏，对于④卤素管，其坪长不能低于50伏。坪斜应在⑤每伏___以下。计数管工作时工作点应选在坪区的⑥左 1/3-1/2__处。 14、由于光栅摄谱仪的色散接近线性，所以可以使用线性插值法测量光谱线波长。 15、必须把光源放在足够强磁场中，才能产生塞曼分裂。 二、简答题 1.如何区分盖革－弥勒计数管的正负极？ 南京大学近代物理实验2017版 篇一：南京大学-法拉第效应 法拉第效应 (南京大学物理学院江苏南京 210000) 摘要：平面偏振光穿过介质时，如果在介质中沿光的传播方向加上一个磁场，就会观察到光经过样品后光的振动面转过一个角度，也就是磁场使介质具有了旋光性，这种现象称为法拉第效应。本实验通过测量不同磁场下的法拉第转角，计算出介质的费尔德常数。 关键词：法拉第效应；法拉第转角；费尔德常数；旋光性 一、实验目的 1.了解法拉第效应的经典理论。 2.初步掌握进行磁光测量的方法。 二、实验原理 1.法拉第效应 实验表明，偏振面的磁致偏转可以这样定量描述：当磁场不是很强时，振动面旋转的角度θF与光波在介质中走过的路程l及介质中的磁感应强度在光的传播方向上的分量BH成正比，这个规律又叫法拉第_费尔得定律。 (1) 比例系数V由物质和工作波长决定，表征着物质的磁光特性，这个系数称为费尔得(Verdet)常数，它与光频和温度有关。几乎所有的 物质(包括气体液体固体)都有法拉第效应，但一般都很不显著。不同物质的振动面旋转的方向可能不同。一般规定：旋转方向与产生磁场的螺线管中电流方向一致的，叫正旋（V>0），反之叫负旋（V篇二：法拉第效应南京大学 法拉第效应 引言 1845年，英国科学家法拉第在探究电磁现象和光学现象之间的关系时发现：当一束平面偏振光穿过介质时，如果在介质中沿光的传播方向加上一个磁场，就会观察到光经过样品后光的振动面转过一个角度，也即磁场使介质居于了旋光性，这种现象后来就称为法拉第效应。 法拉第效应有许多方面的应用，它可以作为物质结构研究的手段，如根据结构不同的碳氢化合物其法拉第效应的表现不同来分析碳氢化合物导体物理的研究中，它可以用来测量载流子得得有效质量、迁移率和提供能带结构的信息；在激光技术中，利用法拉第效应的特性，制成了光波隔离、光频环形器、调制器等；在磁学测量方面，可以利用法拉第效应测量脉冲磁场。 实验原理 1.法拉第效应 实验表明，偏振面的磁致偏转可以这样定量描述：当磁场不是很强时，振动面旋转的角度θF与光波在介质中走过的路程l及磁感应强度在光的传播方向上的分量BH成正比，这个规律又叫法拉第—费 ( 实验报告) 姓名：____________________ 单位：____________________ 日期：____________________ 编号：YB-BH-054001 近代物理实验教程的实验报告Experimental report of modern physics experiment course 工作报告| Work Report 实验报告近代物理实验教程的实验报告 时间过得真快啊！我以为自己还有很多时间，只是当一个睁眼闭眼的瞬间，一个学期都快结束了，现在我们为一学期的大学物理实验就要画上一个圆满的句号了，本学期从第二周开设了近代物理实验课程，在三个多月的实验中我明白了近代物理实验是一门综合性和技术性很强的课程，回顾这一学期的学习，感觉十分的充实，通过亲自动手，使我进一步了解了物理实验的基本过程和基本方法，为我今后的学习和工作奠定了良好的实验基础。我们所做的实验基本上都是在物理学发展过程中起到决定性作用的著名实验，以及体现科学实验中不可缺少的现代实验技术的实验。它们是我受到了著名物理学家的物理思想和探索精神的熏陶，激发了我的探索和创新精神。同时近代物理实验也是一门包括物理、应用物理、材料科学、光电子科学与技术等系的重要专业技术基础物理实验课程也是我们物理系的专业必修课程。 我们本来每个人要做共八个实验，后来由于时间关系做了七个实验，我做的七个实验分别是：光纤通讯，光学多道与氢氘，法拉第效应，液晶物性，非线性电路与混沌，高温超导，塞满效应，下面我对每个实验及心得体会做些简单介绍： 一、光纤通讯：本实验主要是通过对光纤的一些特性的探究（包括对光纤耦合效率的测量，光纤数值孔径的测量以及对塑料光纤光纤损耗的测量与计算）， 第2页 物理学本科专业近代物理实验报告 实验题目： 1 真空获得与真空测量 2 热蒸发法制备金属薄膜材料 3 磁控溅射法制备金属薄膜材料 班级：*** 学号：*** 学生姓名：*** 实验教师：*** 2014-2015学年第1学期 实验1真空获得与真空测量 地点：福煤实验楼D 栋405 【摘要】本文介绍了真空技术的有关知识，阐述了低真空和高真空的获得与测量方法。 【关键词】机械泵；扩散泵；真空技术；低真空；高真空；获得与测量 1．实验目的 （1）了解真空技术的基本知识。 （2）掌握真空获得和测量的方法。 （3）熟悉有关设备和仪器的使用方法。 2. 实验原理 2.1真空知识 2.1.1真空的概念及真空的区域划分 “真空”这一术语译自拉丁文Vacuo ，其意义是虚无。所谓真空，指的是压强比一个标准大气压更低的稀薄气体状态的空间。气体稀薄的程度称为真空度，通常用气体压强的大小来表示。气体越稀薄，气体压强越小，真空度越高；反之，则真空度越低。 1958年，第一界国际技术会议曾建议采用“托”(Torr )作为测量真空度的单位。国际单位制(SI)中规定压力的单位为帕(Pa )。我国采用SI 规定。 ● 1标准大气压(1atm)≈1.013×105Pa(帕) ● 1Torr≈1/760atm≈1mmHg ● 1Torr≈133Pa 我国真空区域划分为：粗真空、低真空、高真空、超高真空和极高真空。 ● 粗真空 Pa 3 5103331~100131???? ● 低真空 Pa 1 3 103331~103331-???? ● 高真空 Pa 61103331~103331--???? ● 超高真空 Pa 106 103331~10 3331--???? ● 极高真空 Pa 10 103331-??< 2.1.2真空技术的发展及应用 十九世纪初，利用低真空产生压力差的原理发明了真空提升、真空输送、吸尘、过滤、成形等技术。1879年爱迪生发明白炽灯，抽出灯泡中化学成份活泼的气体(氧、水蒸汽等)，防止灯丝在高温下氧化．同年，克鲁克斯发明阴极射线管，第一次利用真空下气体分子平均自由程增大的物理特性．后来，在电子管、电视管、加速器、电子显微镜、镀膜、蒸馏等方面也都应用了这一特性．1893年发明杜瓦瓶，这是真空绝热的首次应用． 真空技术在二十世纪得到迅速发展，并有广泛的应用。二十世纪初，在真空获得和测量的设备方面取得进展，如旋转式机械泵，皮氏真空计，扩散泵，热阴极电离真空计的发明，为工业上应用高真空技术创造了条件．接着，油扩散泵，冷阴极电离真空计的出现使高真空 怀化学院 大学物理实验实验报告系别数学系年级2010专业信息与计算班级10信计3班姓名张三学号**组别1实验日期2011-4-10 实验项目:验证牛顿第二定律 1.气垫导轨的水平调节 可用静态调平法或动态调平法，使汽垫导轨保持水平。静态调平法：将滑块在汽垫上静止释放，调节导轨调平螺钉，使滑块保持不动或稍微左右摆动，而无定向运动，即可认为导轨已调平。 2.练习测量速度。 计时测速仪功能设在“计时2”，让滑块在汽垫上以一定的速度通过两个光电门，练习测量速度。 3.练习测量加速度 计时测速仪功能设在“加速度”，在砝码盘上依次加砝码，拖动滑块在汽垫上作匀加速运动，练习测量加速度。 4.验证牛顿第二定律 （1）验证质量不变时，加速度与合外力成正比。 用电子天平称出滑块质量滑块m ，测速仪功能选“加速度”， 按上图所示放置滑块，并在滑块上加4个砝码(每个砝码及砝码盘质量均为5g)，将滑块移至远离滑轮一端，使其从静止开始作匀加速运动，记录通过两个光电门之间的加速度。再将滑块上的4个砝码分四次从滑块上移至砝码盘上，重复上述步骤。 （2）验证合外力不变时，加速度与质量成反比。 计时计数测速仪功能设定在“加速度”档。在砝码盘上放一个砝码（即 g m 102=），测量滑块由静止作匀加速运动时的加速度。再将四个配重块(每个配重 块的质量均为m ′=50g)逐次加在滑块上，分别测量出对应的加速度。 【数据处理】 (数据不必在报告里再抄写一遍，要有主要的处理过程和计算公式，要求用作图法处理的应附坐标纸作图或计算机打印的作图) 1、由数据记录表3，可得到a 与F 的关系如下： 由上图可以看出，a 与F 成线性关系，且直线近似过原点。 上图中直线斜率的倒数表示质量，M=1/=172克，与实际值M=165克的相对误差： %2.4165 165 172=- 可以认为，质量不变时，在误差范围内加速度与合外力成正比。 近代物理实验报告 2019/8/9 18:29:00近代物理实验报告2 实验名称：铁磁共振 指导教师：鲍德松 专业：物理 班级：求是物理班1401 姓名：朱劲翔 学号：3140105747 实验日期：2016.10.19 实验目的： 1. 初步掌握用微波谐振腔方法观察铁磁共振现象。 2．掌握铁磁共振的基本原理和实验方法。 3．测量铁氧体材料的共振磁场r B ,共振线宽B ?，旋磁比γ以及g 因子和弛豫时间 τ。 实验原理： 根据磁学理论可知，物质的铁磁性主要来源于原子或离子的未满壳层中存在的非成对电子自旋磁矩。一块宏观的铁磁体包含有许多磁畴区域，在每一个区域中，自旋磁矩在交换作用的耦合下彼此平行排列，产生自发磁化，但各个磁畴之间的取向并不完全一致，只有在外磁场的作用下，铁磁体内部的所有自旋磁矩才保持同一方向，并围绕 着外磁场方向作进动。当铁磁物质同时受到两个相互垂直的磁场即恒磁场0B ρ 和微波磁 场1B ρ的作用后，磁矩的进动情况将发生重要的变化。一方面，恒磁场0B ρ 使铁磁场物质 被磁化到饱和状态，当磁矩M ρ 原来平衡方向与0B ρ有夹角θ时，0B ρ使磁矩绕它的方向作进动，频率为h B g B H μν=；另一方面，微波磁场1B ρ强迫进动的磁矩M ρ随着1B ρ的作用 而改变进动状态，M ρ 的进动频率再不是H ν了，而是以某一频率绕着恒磁场0B ρ作进动，同时由于进动过程中，磁矩受到阻尼作用，进动振幅逐渐衰减，如图（8—1）所示，微波磁场对进动的磁矩起到不断的补充能量的作用。当维持微波磁场作用时，且微波 频率ν=H ν时，耦合到M ρ的能量刚好与M ρ 进动时受到阻尼消耗的能量平衡时，磁矩就维持稳定的进动，如图（8—2）所示。铁磁共振的原理图如图（8—3）所示。 在恒磁场0B ρ（即0H ρ ）和微波磁场1B ρ（即h ρ）的作用下，其进动方程可写为： dt M d ρ = -γ（M ρ×H ρ）+ T ρ (8-1) 上式中e m e g 2=γ为旋磁比，g 为朗德因子，B ρ（即H ρ）为恒磁场0B ρ（即0H ρ）和微波 磁场1B ρ（即h ρ）合成的总磁场，T ρ 为阻尼力矩，此系统从微波磁场1B ρ中所吸收的全部 能量，恰好补充铁磁样品通过某机制所损耗的能量。阻尼的大小还意味着进动角度θ减少的快慢，θ减少得快，趋于平衡态的时间就短，反之亦然。因此这种阻尼可用弛豫时间τ来表示，τ的定义是进动振幅减小到原来最大振幅的e 1所需要的时间。 图（8—1）进动振幅逐渐衰减 图（8—2）微波磁场作用抵消阻尼，趋于平衡 物理专业《近代物理实验》题目及基本要求： 一、实验内容与实验要求： 1、根据网络课程的特点和网络学员工作的实际需要，《近代物理实验》课程要求学员通过网络课件的学习，根据自己实验教学的需要，结合本学校的实验条件，实验操作部分以学员自己设计实验为主，学员可自选实验题目(要与近代物理实验内容有一定联系)、自己设计实验方案、独立完成实验，目的是培养学员的实验设计能力,提高学员的实验教学水平和实验教学能力，使之成为中学教学的骨干教师和学科带头人。 2、要求每位选修《近代物理实验》课程的学员最低完成5个设计性实验。 二、实验报告的撰写格式： 实验报告要以论文或科研报告的形式来写。实验报告中主要包括： 1． 实验题目 2． 作者及工作单位 3． 内容提要 主要说明报告的主要内容。 4． 关键词 报告中最为关键或有代表性的几个词汇(多为名词)，不宜过多，3~5个即可。 5． 实验原理 设计实验中涉及到的基本原理。 6． 实验方案 学员自己设计的实验方案。 7． 实验内容 实验中要进行的实验项目和内容。 8． 实验结果 通过实验得到的结果。可采用 文字叙述、 图表、曲线图等形式给出实验结果。 9． 结论和讨论 结论是针对本实验所能验证的概念、原则或理论的简明总结，是从实验结果中归纳出的一般性、概括性的判断,要简练、准确、严谨、客观。 在讨论部分可以写一下本次实验的心得、提出一些问题或建议等，如果实验不理想或失败了，要分析原因，提出改进意见。 10. 参考文献 列出设计实验时参考的文献、资料等，并在引用处用上标注明。 参考文献格式: 作者 书名 出版社 年代 页数 作者 篇名 期刊名 年代 页数 弗兰克－赫兹实验 一、实验内容 测量氩原子的第一激发电位，分析误差及其原因。 二、实验步骤 参阅实验课件 三、注意事项： 1、实验过程不允许离开仪器； 2、板极电压不允许超过85V 。 四、思考题 1、在夫兰克－赫兹实验中，为什么I A －U G2K 曲线的波峰和波谷有一定的宽度？ 2、为什么I A －U G2K 曲线有的波谷电流不等于零，并且随着U G2K 的增大而升高？ 3、试分析，当夫兰克—赫兹管的灯丝电压变化时，I A －U G2K 曲线应有何变化？为什么？ 4、夫兰克—赫兹实验中，为什么说我们测到的是汞原子从10S 跃迁到31P 的第一激发电位，而不是10S 跃迁到30P 或32P 的第一激发电位。 5、测量氩原子的第一激发电位时，如果G 2-A 两极间没有反向拒斥电场，I A －U G2K 曲线会是什么样的一条曲线？这条曲线能求出激发电位吗？ 6、I A －U G2K 曲线中，第一个波谷对应U G2K 不是汞原子的第一激发电位，为什么？ 7、实验测出的氩原子I A －U G2K 曲线中，为什么峰-峰间距随U G2K 的增大而略有变大？ 全息照相 一、实验内容 拍摄菲涅尔变换全息图 二、实验步骤 1、设计光路系统，光路系统应 满足下列条件： 1）、用透镜将物光束扩展到一定 程度以保证被摄物体能均匀照亮，参 考光也应扩展使感光板得到均匀光照。 2）、参考光应强于物光，在感光板的地方两光束的强度比约为4:1－10:1。 3）、物光与参考光束的夹角为30°－50°之间，两光束的光程大致相等（光程差小于1cm）。 （光学元件调整好后，关上照明灯，有条件的用照度计测量参考光与物光的强度（略），并调整符合要求。） 2、根据光强调好曝光器的曝光时间，（参考值：1－2秒），关上快门，在暗室下装上底片，底片的乳胶面向入射光（用手摸干片一角，有粘手感的一面为乳胶面），走到曝光器后静置2分钟后按曝光按钮曝光。取下曝光后的干片用黑纸包好放到纸盒中，再用黑布包好，拿到暗房显、定影。 3、显影及定影：先显影后定影，显影过程中应不断轻微摇动干片，显影完后放到清水中稍为洗一下，然后放入定影液中，并轻轻摇动干片，定影结束后取出再用清水洗2分钟。 显影时间：40 －100秒，由曝光时间、显影液浓度和温度决定。 定影时间：3－5分钟。 4、物像再现 1）、将全息片的乳胶面向着参考光，并尽可能使光照方向与原来参考光束的方向一致，从照片背面迎着参考光观察。 2）、试改变观察角度，看看物像有什么变化。 3）、移去扩束镜，使激光只照在全息片的一小部分，看看能否观察到整个物像。 浙江大学实验报告 课程名称：嵌入式原理实验类型：计算机实验 实验项目名称：实验四熟悉交叉编译环境和开发工具 学生姓名：何斯琼、姚冠红专业：计算机学号：3043027075、3043027076 同组学生姓名：指导老师：陈文智 实验地点：东四五楼嵌入式实验室实验日期：2007 年 3 月 5 日 实验目的和要求（必填） 目的：熟悉交叉编译环境和开发工具 实验内容和原理（必填） 对交叉编译工具进行熟悉和运用。 主要仪器设备 PC机 操作方法与实验步骤 进入/home/student/XSBase/XSBase255_Linux_B/Toolchain; 解压缩hybus-arm-linux-R1.1.tar.gz； 将解压缩得到的文件夹复制到/usr/local/下； 进入/root, 执行ls –a, 可见隐藏文件.bash_profile； 用vim编辑器编辑此文件：将$PA TH=/bin: /usr/local/hybus-arm-linux-R1.1/bin; 再执行命令source .bash_profile已更新此文件； 此时arm-linux-gcc命令(即交叉编译指令)已经可以执行； 以下为我们进行此实验时的全部过程： [student@localhost student]$ su Password: [root@localhost student]# ls XSBase [root@localhost student]# cd XSBase/ [root@localhost XSBase]# ls XSBase255_Linux_B [root@localhost XSBase]# cd XSBase255_Linux_B/ [root@localhost XSBase255_Linux_B]# ls app Datasheet Filesystem Image Kernel Source Toolchain BootLoader Documents GDB Jflash-XSBase255 RPM Tiny-X [root@localhost XSBase255_Linux_B]# cd Toolchain [root@localhost Toolchain]# ls hybus-arm-linux-R1.1 hybus-arm-linux-R1.1.tar.gz [root@localhost Toolchain]# tar -zxf hybus-arm-linux-R1.1.tar.gz [root@localhost Toolchain]# ls hybus-arm-linux-R1.1 hybus-arm-linux-R1.1.tar.gz [root@localhost Toolchain]# pwd /home/student/XSBase/XSBase255_Linux_B/Toolchain ......cp -a /usr/local/hybus-arm-llinux-R1.1 近代物理实验教学大纲 (供物理类专业使用) 课程名称：近代物理实验 英文名称：Experiment of Modern Physics 实验总学时：108学时（包括绪论课，考试） 周学时：7-8学时 开设实验数：22个实验，每个学生从中选做12个实验 实验课学分：3学分 学生对象：物理基地班、物理学、材料物理专业学生必修，电子科学与技术专业学生选修一、教学目标 近代物理实验是一门涉及知识面广、综合性和技术性较强的实验课，在整个物理实验教学体系中具有承上启下的作用，它从近代物理的主要领域选取一些在物理学发展史中起过重要作用的著名实验以及在实验方法和实验技术上有代表性的实验进行教学。在教学中要求对学生进行严格的实验素质训练，活跃学生的物理思想，锻炼他们对物理现象的洞察力，正确认识新的物理概念的产生、形成和发展过程，培养严谨的科学作风和用实验方法研究物理现象与规律的独立工作能力。 二、教学内容及学时分配 绪论课（4—8学时） 1.介绍近代物理实验的目的、学习方法 2.有关实验的理论基础、原理方法和数据处理的理论与要求 3.实验报告的基本要求 4.实验课的要求、实验规则及实验安全事项 实验内容 1.在近代物理学发展史上有重大影响的实验主要是获得诺贝尔奖的实验。这类实验占50% 以上。 2.学生不仅能获得良好实验方法、技能的驯练，而且也是今后从事研究工作常用到的实验 3.具有武汉大学物理学院科学研究领域内的特色，从研究课题移植过来的实验 4.实验室开发的具有综合性、研究性、设计性，最主要的是具有本校特色的实验 学生从22个实验中选做12个实验，每个实验7—8学时 实验名称及内容摘要 1. 电子电荷的测定 本实验利用CCD图像传感器跟踪带电油滴在两平行电容板间的运动，利用密立根油滴实验 变温霍尔效应 摘要：本实验采用范德堡测试方法，利用由控温仪、恒温器、电磁铁、恒流电源、电输运性质测试仪和装在恒温器内指上的锑化铟，碲镉汞单晶样品等组成的VTHM —1型变温霍尔效应仪首先测量室温条件下的电流和磁场不同方向的霍尔电压，又通过控温的方式测量了碲镉汞单晶样品的霍尔系数，得到并分析了实验与理论对比的T R H /1ln -曲线. 关键词：霍尔效应 半导体 载流子 霍尔系数 一：引言 对通电的导体或半导体施加一与电流方向垂直的磁场，则在垂直于电流和磁场方向上有一横向电位差出现，这个现象于1879年为物理学家霍尔所发现，故称为霍尔效应。在20世纪的前半个世纪，霍尔系数及电阻率的测量一直推动着固体导电理论的发展，特别是在半导体纯度以及杂质种类的一种有力手段，也可用于研究半导体材料电输运特征，至今仍然是半导体材料研制工作中必不可少的一种常备测试手法。在本实验中，采用范德堡测试方法，测量样品霍尔系数随温度的变化。 二:实验原理 2.1 半导体内的载流子 半导体内载流子的产生有两种不同的机制：本征激发和杂质电离 2.1.1本征激发 在一定温度下半导体产生自由电子和空穴，半导体内的两种载流子：自由电子和空穴的产生过程叫做本征激发，与导带和价带有效能级密度，导带底和价带顶的能量温度等有关，确切地说与禁带宽度和温度以及波尔兹曼常数有关。 2.1.2杂质电离 绝大部分的重要半导体材料都含有一定量的浅杂质，它们在常温下的导电性质，主要由浅杂质决定。从能带角度来看，就是价带中的电子激发到禁带中的杂质能级上，使硼原子电离成硼离子，而在价带中留下空穴，参与导电，这种过程称为杂质电离。由受主杂质电离提供空穴导电的半导体叫做P 型半导体，由施主杂质电离提供电子导电的半导体叫做N 型半导体。 2.2 载流子的电导率 p n pq nq μμσ+= 2-2-1 差热分析 摘要：本文阐述了差热分析的基本原理、实验及数据处理方法，分别测量了锡样品 和五水硫酸铜样品的差热曲线，并进行了分析讨论。 关键词：差热分析，差热曲线，五水硫酸铜，锡 引言 差热分析(DTA)是在程序控制温度下测量物质和参比物之间的温度差与温度(或时间)关系的一种技术。描述这种关系的曲线称为差热曲线或DTA曲线。由于试样和参比物之间的温度差主要取决于试样的温度变化，因此就其本质来说，差热分析是一种主要与焓变测定有关并籍此了解物质有关性质的技术。 1.差热分析的基本原理 物质在加热或冷却过程中会发生物理变化或化学变化，与此同时，往往还伴随吸热或放热现象。伴随热效应的变化，有晶型转变、沸腾、升华、蒸发、熔融等物理变化，以及氧化还原、分解、脱水和离解等化学变化。另有一些物理变化，虽无热效应发生但比热容等某些物理性质也会发生改变，这类变化如玻璃化转变等。物质发生焓变时质量不一定改变，但温度是必定会变化的。差热分析正是在物质这类性质基础上建立的一种技术。 若将在实验温区内呈热稳定的已知物质(参比物)和试样一起放入加热系统中(图1)，并以线性程序温度对它们加热。在试样没有发生吸热或放热变化且与程序温度间不存在温度滞后时，试样和参比物的温度与线性程序温度是一致的。若试样发生放热变化，由于热量不可能从试样瞬间导出，于是试样温度偏离线性升温线，且向高温方向移动。反之，在试样发生吸热变化时，由于试样不可能从环境瞬间吸取足够的热量，从而使试样温度低于程序温度。只有经历一个传热过程试样才能回复到与程序温度相同的温度。 图1加热和测定试样与参比物温度的装置示意图 在试样和参比物的比热容、导热系数和质量等相同的理想情况，用图1装置测得的试样和参比物的温度及它们之间的温度差随时间的变化如图2所示。图中参比物的温度始终与程近 代 物 理 实 验 报 告 -高温超导
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