大学近代物理实验复习资料

⼤学近代物理实验复习资料

近代物理实验复习资料

复习题

⼀、填空1、当△M=±1时，垂直于磁场⽅向观察时产⽣线偏振光，线偏振光⽅向垂直于磁场，

叫光。2、氦氖激光的⼀个光⼦能量；1mw的氦氖激光的光⼦流量为

。3、全息照相的物光参光光程；两者之间的夹⾓；两者之间的光强⽐；爆光时间；显影时间；定影时间。

4、椭偏法中为了使Δ和ψ成为⽐较容易测量的物理量，应设法满⾜两个条件：①使⼊射光

束满⾜；②使反射光束成为线偏振光，也就是令反射光两分量的位相差为。5、把光源放在⾜够强的磁场中，原来的⼀条光谱线分裂为；分裂的条数

随能级的类别⽽不同。6、铷原⼦超精细结构塞曼⼦能级间的磁共振信号⽤⽅法检测。

7、由于光电倍增管的响应时间不为零，光电⼦从阴极到阳极存在。

8、光泵磁共振实验时，观测光抽运信号是常采⽤。

9、塞曼效应证实了原⼦。

10、塞曼效应是⽤⾼分辨率的分光仪器观察汞546.1nm谱线。

11、甄别器的响应时间不为零，⼀个甄别器在每个所接受的输⼊脉冲之后存在⼀个

在此时间内不接受的输⼊脉冲。12、光是⼀种，但有能量的粒⼦。⼀个光⼦的能量为。

13、光泵磁共振实验是在的磁共振实验，地磁场⽔平分量和扫场分量的影响不可忽略。

14、写出上图中各序号的名称：

⒈补偿器；⒉；⒊；⒋⒐；⒌⒍；

⒎；⒏；⒑⒒；⒓⒔；⒕光栏

⼆、判断题：1、全息照相要求O光和R光应是相⼲光，O光和R光应在宏观零光程差附近。（）

2、当△M=±1时，垂直于磁场⽅向观察时产⽣线偏振光，线偏振光⽅向平⾏于磁场，叫σ

光。（）3、计算机数值模拟⽅法是从物理定律出发，⽤离散化变量描述物理体系的状态，从⽽体现

物理过程的规律。（）4、当△M=0时，垂直于磁场⽅向观察时产⽣线偏振光，线偏振光⽅向平⾏于磁场，叫π光。

（）5、光电倍增管是由窗、光阴极、倍增极和光阳极组成。（）三、简答题：1、椭偏法的基本思想是什么？各光学部件的名称和作⽤？。

2、I（x,y）=e02+e r2+2e0e r cos(ψo-ψr)公式中，各项的物理意义是什么？

3、结合罗沦兹吸引⼦，谈谈你对混沌现象的理解。

4、在实验过程中如何区分哪个是87Rb、哪个是85Rb的谱线。

5、你怎样理解⼀般全息图每点上都记录了物体上各点光的完全信息。

6、计算机模拟的基本步骤。

7、法布⾥-珀罗标准具的结构、原理和作⽤。

8、为什么要滤去D2光？⽤π光为什么不能实现光抽运？⽤-σ1D光照射85Rb将如何？

四、做图题：1、画出全息照相的实验光路图及各部件的名称。

2、画出汞原⼦546.1nm谱线由3S1和3P2能级分裂情况及谱线强度的图。

五、计算题：1、光泵磁共振实验中，已知：⽔平电流I=0.170A 、f1=622.5KHZ、f2=500.9KHZ、根据公式计算g F的值。（h=6.626*10-34J.S 、µB=9.2741*10-24J.T-1、N=250匝、机号：22054 R=0.2405m、）。

2、光泵磁共振实验中，已知：⽔平电流I=0.248A 、f1=501.2KHZ、f2=581.4KHZ、根据公式计算g F的值。（h=6.626*10-34J.S 、µB=9.2741*10-24J.T-1、N=250匝、机号：22054 R=0.2405m、）。

弗兰克---赫兹实验1914年，弗兰克和赫兹在研究充汞放电管的⽓体放电现象时，发现透过汞蒸⽓的电⼦流随电⼦的能量显现出周期性变化，同年⼜拍摄到汞光谱线235.7nm 的发射光谱,并提出了原⼦中存在着“临界电势”。1920年，弗兰克及其合作者对原先装置做了改进，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，从⽽确证了原⼦能级的存在，为此，弗兰克和赫兹获得了1925年的诺贝尔物理奖。

本实验通过汞原⼦第⼀激发电势的测量，了解弗兰克和赫兹研究原⼦内部能量量⼦化的基本思想和⽅法；了解电⼦与原⼦碰撞和能量交换过程的微观图象，以及影响这个过程的主要物理因素。

微波技术 微波技术的应⽤⼗分⼴泛，如军事，国民经济，科学研究，医疗卫⽣，以及家庭⽣活等各个领域，正在成为⽇常⽣活哦和尖端科学发展所不可缺少的门现代技术。

微波传输线 常⽤的微波传输线有同轴传输线、波导传输线、微带传输线等。由于辐射损耗，介质损耗、承受功率和击穿电压等的影响，同轴线和微带线的使⽤受到⼀定的限制，⽽波导传输线由于⽆辐射损耗和外界⼲扰、结构简单、击穿强度⾼等特点在微波段得到了⼴泛的应⽤。

传输线中某⼀种确定的电磁场分布称为，通常⽤TME 、TE 或TM 表⽰。同轴线、微波带线中传输的基本波形是TEM 波（横电磁波）；⽽波导中传输的确是TE 波（横电波）或TM 波（横磁波）。矩形波导中的E T 10波有单模传输、频带宽、低损耗、模式简单稳定、已与激励和耦合等优点，⽽⼴泛应⽤。

微波在波导中传输时，存在⼀个截⽌波长

λc ，波导中只能传输λ<λc 电磁波。波导波长⾃由空间波长>λλ

g λ。

（判断题） 在实际情况中，传输线并⾮⽆限长，此时传输线中的电磁波与⼊射波与反射波叠加⽽成成，传输线中的⼯作状态主要决定于负载的情况。

（1） 波导终端接匹配负载时，微波功率全部被负载吸收，⽆反射波，波导中呈⾏驻波状态。此时.1,0==Γρ

（2） 波导终端短路（接理想导体板）、开路或接纯抗性负载时，形成全反射，波导中呈纯驻波状态。此时∞==Γρ,1。

（3） 波导终端接⼀般性负载（有电阻⼜有电抗）时，形成部分反射，波导中呈⾏驻波状态。此时,10<Γ<∞<<ρ1微波的传输特性和基本测量

●波长的计算

本实验是微波实验的基础之⼀，要求学会使⽤基本微波器件，了解微波震荡的基本⼯作特性和传输特性，并掌握频率、功率以及驻波⽐等基本的测量。

微波在波导中传输具有横电波（TE 波）、横磁波（TM 波）和横电波与横磁波的混合波三种形式。矩形波导是常⽤的传输线之⼀，它能传输各种波型的横电波（TE 波）和横磁波（TM 波）。微波实验中使⽤的标准矩形波导管，通常采⽤的传输波型是E T 10波

波导中存在⼊射波和反射波，描述波导管中匹配⾦和反射程度的物理量是驻波⽐和反射系数。依据终端负载的不同，波导管具有三种⼯作状态：

（1） 当终端“匹配负载”时，反射波不存在，波导中呈⾏波状态；

（2） 当终端接“短路⽚”、开路或接纯电抗性负载时，终端全反射，波导

中呈纯驻波状态；

（3） ⼀般情况下，终端是部分反射，波导中传输的既不是⾏波，也不是纯

驻波，⽽是呈混波状态。

实验中通常采⽤驻波测量线来测定波导波长和驻波⽐。图为课本中的驻波测量线结构⽰意图。使⽤驻波测量线进⾏测量时，要考虑探针在开槽波导管内有适当的穿伸度，探针穿伸度⼀般取波导窄边宽度的5%---10%。实验前应注意驻波测量线的调谐，使其具有最佳的灵敏度，⼜使探针对微波通路的影响降⾄最低。⼀般是将测量线终端短接，形成纯驻波场。移动探针置于波节点，调节测量线，使得波节点位置的检波电流最⼤，反复进⾏多次。

微波介质特性的测量

本实验采⽤谐振腔微扰法测量介质的特性参量，⾸先使⽤⽰波器观测速调管的振荡摸和反射式腔的谐振曲线，了解谐振腔的⼯作特性；进⽽学习反射式腔测量微波材料的介电常量'ε和介电损耗⾓正切tan δ的原理和⽅法。

如果在矩形谐振腔内插⼊⼀圆柱形样品棒，样品在谐振腔中电场的作⽤下就会被极化，并在极化过程中产⽣能量损失，因此，谐振腔的谐振频率和品质因数将会变化。

核共振技术1939年美国物理学家拉⽐⽤分⼦束共振法实现了核磁共振这⼀物理思想。核磁共振技术还应⽤到化学、⽣物、医学、地学和计量学等学科领域。

所谓磁共振，是指磁矩不为零的原⼦或原⼦核处于恒定磁场中，由射频或微博电磁场引起塞曼能级之间的共振跃迁现象。这种共振现象若为原⼦核磁矩的能级跃迁便是核磁共振；若为电⼦⾃旋磁矩间的能级跃迁则为电⼦⾃旋共振。

核磁共振的稳态吸收

●g 因⼦的计算

核磁共振（简称NMR ）的研究，始于核磁矩的探测。有清晰、快速、⽆害等优点。在医学上可准确的诊断肿瘤等疾病。NMR 的实验⽅法可采⽤两种不同的射频技术。其⼀是稳态法（即连续波法），⽤连续的射频场作⽤于原⼦核系统，以观测NMR 波谱；其⼆是瞬态法（即脉冲波法），⽤脉冲的强射频场作⽤于原⼦核系统，以观测和此举弛豫过程的⾃由感应现象。

电⼦⾃旋共振

电⼦⾃旋共振（简称ESR ）是1944年由扎伏伊斯基⾸先观察到 的。它是探测物质中未耦合电⼦以及它们周围原⼦互相作⽤的重要⽅法，有很⾼的灵敏性和分辨率，并且在测量

过程中不破坏样品结构的优点。⽬前在化学、物理、⽣物和医学等个⽅⾯得到⼴泛应⽤。

微波段电⼦⾃旋共振

微波ESR谱仪由产⽣恒定磁场的电磁铁记电源，产⽣交变磁场的微波源和微波电路，带有待测样品的谐振腔以及ESR信号的检测和显⽰系统等组成。

铁磁共振●g因⼦的计算

铁磁共振（FMR）观察的对象是铁磁物质中的未偶电⼦。

观察铁磁共振通常采⽤过式谐振腔法。3个实验原理⽅框图