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验证快速电子的动量与动能的相对论关系1、为了验证狭义相对论的动量与能量关系，需要一个速度接近光速的实验对象，在此我们采用了β−粒子作为实验对象，实验标明：当β−粒子能量为1MeV时，其速度是光速的94.11%，能量是2MeV时，其速度已是光速的97.91%了。
2、由于β源（0～2.27MeV）射出的β粒子具有连续的能量分布（0～2.27 MeV），因此探测器在不同位置（不同ΔX ）就可测得一系列不同得能量与对应得动量值。
实验步骤：1、检查仪器线路连接是否正确，然后开启高压电源，开始工作；2、打开60Coγ定标源的盖子，移动闪烁探测器使其狭缝对准60Co 源的出射孔并开始记数测量；3、调整加到闪烁探测器上的高压和放大数值，使测得的60Co 的1.33MeV 峰位道数在一个比较合理的位置（建议：在多道脉冲分析器总道数的50%～70%之间，这样既可以保证测量高能β粒子（1.8～1.9MeV）时不越出量程范围，又充分利用多道分析器的有效探测范围）；4、选择好高压和放大数值后，稳定10～20 分钟；5、正式开始对NaI(Tl)闪烁探测器进行能量定标，首先测量60Co 的γ能谱，等1.33 MeV 光电峰的峰顶记数达到1000 以上后（尽量减少统计涨落带来的误差），对能谱进行数据分析，记录下1.17 和1.33MeV 两个光电峰在多道能谱分析器上对应的道数CH3、CH4；6、移开探测器，关上60Coγ定标源的盖子，然后打开137Csγ定标源的盖子并移动闪烁探测器使其狭缝对准137Cs 源的出射孔并开始记数测量，等0.661MeV 光电峰在多道能谱分析器上对应的道数CH1、CH2；7、关上137Csγ定标源，打开机械泵抽真空（机械泵正常运转2～3 分钟即可停止工作）；8、盖上有机玻璃罩，打开β源的盖子开始测量快速电子的动量和动能，探测器与β源的距离ΔX 最近要小于9cm、最远要大于24cm，保证获得动能范围0.4～1.8MeV的电子。
近代物理实验上课通知
本学期《近代物理实验2》按照上学期末选课，分为四个专题做实验，由于专题四的指导教师高垣梅老师出国还没回来，故将原来选做专题四的各班同学分别分到其他三个专题做实验。
三个专题的学生分配见“专题实验学生名单表”。
本学期专题讲座在长清校区，实验操作仍在校本部，有关专题讲座上课、到校本部做实验及专题实验考试的时间安排见“近代物理实验上课时间表”。
请各班同学按照名单表，确定自己所选作的专题实验及讲座上课时间，做好专题讲座听课和实验操作准备。
近代物理实验上课时间表
一、专题讲座上课时间
二、实验操作上课时间
注意：1、各班同学按照专题实验学生名单听专题讲座
2、实验操作按照班级乘车到校本部做实验
三、考试时间
《近代物理实验2》各专题考试时间安排在学校教学日历第十四周（6月4～7日）。
近代物理专题实验学生名单专题一：指导教师高铁军。
近代物理实验实验报告实验名称：X射线衍射所在学院：物理与电子学院专业班级：物理升华班1301学生姓名：黄佳清学生学号：0801130117指导教师：黄迪辉一、目的要求（1）掌握X射线衍射仪分析法（衍射仪法）的基本原理和方法。
（2）了解Y-2000型Ｘ射线衍射仪的结构、工作原理和使用方法。
二、原理简述（1）X射线产生机理：X射线管的灯丝发射的电子在强磁场的作用下加速，以很高的速度打在金属靶上，从而产生X射线。
其中由于金属给电子带来的巨大的减速作用会使电子发出具有连续波谱的X射线；而若是高速电子将金属原子的内层电子打出，则其他层的电子就会向内跃迁，从而产生具有特定波长的X射线。
故由此得到的X射线是具有特征峰的连续波谱。
其它层向K层跃迁产生的射线统称为K线系（其中L层来的称为Kα线，M层来的称为Kα线），向L层跃迁的称为L线系。
（2）晶体学基础：晶体中的原子、分子或离子都是有规则呈周期性排布的，排布方式称为晶格结构，在晶体学上常取与客观晶体有同等对称性的平行六面体作为构成晶体体积的最小单元，称为晶胞。
（3）X射线衍射机理：由于X射线的波长很小，不可能拿一般的光栅做衍射实验，但晶体中晶胞的线度却跟X射线波长在同一数量级上，因此可以用晶体来做X射线的衍射实验（如图一）。
当两反射光同相时，产生干涉加强，此时满足如下关系式：QA'Q'－PAP'＝SA'＋A'T＝nλ n＝0，±1，±2…… 即：2dsinθ=nλ满足此式则在该处能观察到衍射极大，试验中通过测量不同角度在相同时间内所接收到的X 射线粒子数来进行判断，得到极大衍射角也可由上式推得晶格系数d。
图1.晶体衍射原理图三、仪器本实验选用的设备是Y-2000型全自动X射线衍射仪。
下面分别介绍实验中用到的各部分的名称与功能。
其主要结构的示意图如下：图2.Y-2000型X射线衍射仪主要结构示意图（字母与代表含义同图2）图3.X射线光路图四、数据表格及数据处理C u靶产生的X射线的波长λ = 1.54178 Å2dsinθ=nλn＝0，±1，±2……（1）Si粉末试样图4.Si粉末试样X射线衍射图谱序号2θ角衍射峰高d值1 28.4 1886 3.14252 47.25 1256 1.92363 56.05 518 1.64074 69.1 120 1.35935 76.35 218 1.24736 87.95 392 1.1102表1.Si粉末试样数据处理（2）Si薄片试样图5.Si薄片试样X射线衍射图谱序号2θ角衍射峰高d值1 28.45 882 3.1371表2.Si薄片试样数据处理五、分析和讨论实验结果通过实验发现Si粉末试样本和Si薄片试样前者峰值比后者多，衍射仪采取样品不动，光管和探测器都与样品成同一角度对称运动，从而探测器接收不到非平行晶面的衍射。
南昌大学物理实验报告课程名称：大学物理实验（下）_____________实验名称：等厚干涉____________学院：信息工程学院专业班级：学生姓名：学号：_实验地点：基础实验大楼B313 座位号： ___实验时间：第6周星期三下午三点四十五分_______在薄膜的下表面反射后，又经上表面折射，最后回到原来的媒质中，在这里与反射光交迭，发生相干。
只要光源发出的光束足够宽，相干光束的交迭区可以从薄膜表面一直延伸到无穷远。
薄膜厚度相同处产生同一级的干涉条纹，厚度不同处产生不同级的干涉条纹。
这种干涉称为等厚干涉。
如图1图12. 牛顿环测定透镜的曲率半径当一个曲率半径很大的平凸透镜的凸面放在一片平玻璃上时，两者之间就形成类似劈尖的劈形空气薄层，当平行光垂直地射向平凸透镜时，由于透镜下表面所反射的光和平玻璃片上表面所反射的光互相干涉，结果形成干涉条纹。
如果光束是单色光，我们将观察到明暗相间的同心环形条纹；如是白色光，将观察到彩色条纹。
这种同心的环形干涉条纹称为牛顿环。
图3本实验用牛顿环来测定透镜的曲率半径。
如图2。
设在干涉条纹半径ｒ处空气厚度为ｅ,那么，在空气层下表面Ｂ处所反射的光线比在Ａ处所反射的光线多经过一段距离２ｅ。
此外，由于两者反射情况不同：Ｂ处是从光疏媒质（空气）射向光密媒质（玻璃）时在界面上的反射，Ａ处则从光密媒质射向光疏媒质时被反射，因Ｂ处产生半波损失，所以光程差还要增加半个波长，即：δ=2ｅ＋λ/2 （１）根据干涉条件，当光程差为波长整数倍时互相加强，为半波长奇数倍时互相抵消，因此：从上图中可知：r2=R2(Re)2=2Ree2因Ｒ远大于ｅ，故ｅ2远小于２Ｒｅ，ｅ2可忽略不计，于是：ｅ＝ｒ2／2Ｒ（３）上式说明ｅ与ｒ的平方成正比，所以离开中心愈远，光程差增加愈快，所看到的圆环也变得愈来愈密。
把上面（３）式代入（２）式可求得明环和暗环的半径：如果已知入射光的波长λ，测出第ｋ级暗环的半径ｒ，由上式即可求出透镜的曲率半径Ｒ。
2013-2014学年度第1学期物理化学实验安排表3实验时间：单周周5上午8:00-12:00 下午13:00-17:00（物化实验一）
实验班级：11级应化文正学院36人
指导教师随学生组循环，单周上、下午各做一个实验
实验循环次序与时间安排：
成绩评定说明
期末总评成绩中，平时成绩占80%，期末考试占20%。
实验平时成绩按100分记：其中预习满分10分；实验操作满分50分；实验报告满分40分。
实验报告留作评估资料。
每位指导老师所带实验均要有实验备课记录。
新教师还需有预做实验报告。
物化实验记分表（单周五）
11级文正36人（物化实验一）单周周5上午8:00-12:00 下午13:00-17:00（物化实验一）
2013-2014学年度第1学期物理化学实验安排表4实验时间：周5 下午13:00-16:00（物化实验二）
实验班级：11级环境工程14人11级材料化学21人
指导教师随学生组循环
实验循环次序与时间安排：
成绩评定说明
期末总评成绩中，平时成绩占80%，期末考试占20%。
实验平时成绩按100分记：其中预习满分10分；实验操作满分50分；实验报告满分40分。
实验报告留作评估资料。
每位指导老师所带实验均要有实验备课记录。
新教师还需有预做实验报告。
物化实验记分表
11级环境工程14人11级材料化学21人（物化实验二）周5 下午13:00-16:00（物化实验二）。
物理兴趣小组记录日期：XXXX年XX月XX日地点：XX楼XXX教室参与人员：XXX、XXX、XXX、XXX、XXX主持人XXX：大家好，欢迎来到今天的物理兴趣小组。
今天我们的话题是“电磁感应”。
在开始之前，我们先来回顾一下上次的讨论内容。
XXX，你能帮我们进行回顾吗？XXX：当然可以。
上次我们讨论了“力学”这个话题，包括牛顿力学的三大定律、重力、摩擦力等等。
我们还就一些力学问题进行了讨论并进行了实验验证。
进一步加深了对物理学的理解。
XXX：非常好。
大家对力学有了一定的了解之后，今天我们来进一步探讨电磁感应这个话题。
首先，我想请XXX为我们介绍一下电磁感应的基本概念。
XXX：电磁感应是指当导体中的磁场发生变化时，在导体中产生感应电动势。
简单来说，就是通过磁场对导体的作用，产生电流。
XXX：非常好。
那我们来谈一谈电磁感应的应用。
XXX，你有什么例子可以展示给大家吗？XXX：当然可以。
比如电磁感应在发电机中的应用。
发电机通过旋转的磁场与线圈之间的相互作用，产生感应电动势，从而产生电能。
这就是我们日常生活中使用的电力了。
XXX：非常好的例子。
请问还有其他应用吗？XXX：还有电磁铁和电磁炉等。
电磁铁利用电流在导线上产生磁场，将铁磁物质吸引住。
电磁炉则是利用感应加热的原理，通过在锅底放置铁磁物质，利用电磁感应加热锅底。
XXX：非常好。
电磁感应在现代社会中有着广泛的应用。
接下来，我们讨论电磁感应的数学表达式。
XXX，你能帮我们解释一下吗？XXX：当然可以。
根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比。
磁通量的计算公式为Φ= B * S * cosθ，其中B为磁场强度，S为面积，θ为磁场与法向量的夹角。
感应电动势的计算公式为ε = -dΦ/dt，即感应电动势等于磁通量的变化率的负数。
XXX：很好的解释。
现在，让我们来做一个实验吧。
XXX，你有什么实验可以分享给大家吗？XXX：我们可以做一个简易的发电机实验。
近代物理實驗結報 Modern Interference
組別：週三班 第五組 組員：張學文 莊智涵 陳子響 實驗日期：2009/4/14~2009/4/28 實驗原理： 干涉儀是利用所使用之光的特性， 將來自有相同特性的兩個或多個光源的光波， 在空間某點相互會合， 因相位之間的差異而產生光強度變強或弱的現象， 我們稱之為干涉。所謂有相同特性的光源， 是指具有相同頻率和穩定的相位關係的光源（例如有相同的相位差）。在使用兩道光作干涉時， 有時必須注意到兩者的偏極性， 以免雖然兩道光交會了， 卻沒有干涉條紋產生。通常比較容易出現光束偏極特性偏轉的情形， 是利用面鏡將光束之水平面高度上升或下降時引起的， 如果將光束分光後即保持在同一水平面， 便比較沒有這一層顧慮。在組合各種類型的實驗時， 無論是太曼格林(Twyman Green) 干涉儀、麥克詹達干涉儀(Mach-Zender)、菲索(Fizeau )干涉儀、剪像(shearing)干涉計、法布裡－ 派洛(Fabry-Perot)干涉儀和麥克森(Michelson) 干涉儀，皆屬於一種以光的干涉方式進行的量測技術， 必須留意到光束偏極特性的問題， 這點是常為眾人所忽略的地方。
光的干涉方式可按波動說的解釋： 光以正弦波的波形前進， 因此兩相同頻率及相同相位的光波向同一方向前進， 即波峰對波峰， 波谷對波谷時， 會產生光波增強的現象， 該處即得明亮條紋。若兩相同頻率， 相位差180 度， 即波峰對波谷， 波谷對波峰時， 兩光波會互相干涉而抵銷， 該處即得黑暗的條紋。利用條紋數及其分佈情形即可進行待測物之物理量差異的定量分析。
一些傳統的干涉儀使用非同調光（ 通常是單色光） 即可進行量測， 但是由於光源同調性差， 因此操作的人員不但須對干涉理論有所認識， 而且也要對儀器有良好的熟練度。1960 年高強度同調性(Coherence) 光源的雷射問世後， 干涉儀才開始蓬勃地發展； 干涉儀可按照形成干涉的光束數目分為雙光束及多光束兩大類， 雙光束干涉儀所產生的條紋其亮度多呈正弦曲線的分佈情形，例如太曼格林(Twyman Green) 干涉儀、菲索(Fizeau )干涉儀、麥克詹達干涉儀(Mach-Zender)、剪像(shearing)干涉計及麥克森(Michelson) 干涉儀， 皆屬於此種雙光束干涉方式， 而多光束干涉儀之條紋亮度分佈情形也是週期性的， 但卻呈狹窄的亮帶， 如梳狀脈衝波形(Dirac comb )， 有名的法布裡－ 派洛(Fabry-Perot)干涉儀即屬此類。多光束干涉儀通常是由非常多的光束干涉而形成， 至於三光束或四光束的干涉儀通常視為雙光束干涉儀的同類， 因為它們的干涉條紋特性很相近。干涉儀的另一種分類方式是依據光波分割的情形﹐ 亦即分為波前分割與振幅分割兩種型式。波前分割是指光束的波前經過了同一平面的一系列狹縫而產生分割， 例如以雙稜鏡或光柵來把一道光分成二部分。振幅分割則是以部分反射裝置來區分其振幅大小成二部分， 例如光束經過了類似分光鏡的介面而分成兩道光。
麥克森干涉儀的構造如圖1，它的最大特點是干涉的兩束光路徑分離，可以獨立處理，應用方便。光源發出的光經分光鏡O分為兩束，分別由M1及M2反射，部分反射光經分束器之後合併干涉，在Detector處可以觀察干涉條紋。分析時，常將因分束器所造成的兩道光束放到同一軸上，如圖4-2所示，討論兩道光束的的光程差。
圖1 圖2 如圖2，O 將M1 成像於M1’，若M1’平行於M2，光程差完全取決於光線的方向。若光源選用單色光時，在目鏡D 的焦平面將看到同心圓的干涉圖形(圖4-3)，稱為等傾度條紋。若M1’與M2 不平行，在兩平面交線附近，光程差的主要決定因素是該處M1’M2 的距離；M1、M2、O 均為平面時，條紋近於間隔均勻的平行直線，稱為等厚度條紋，遠離二面交線時，光線方向對光程差的影響變大，條紋彎曲。
以雷射光為光源， 麥克森干涉儀很容易就可以得到下列三種圖形： (1) 直線條紋： 將雷射光束直接經過分光鏡及兩反射鏡後， 先不擴束， 而將屏風上的兩點加以重合， 此時即得直線的條紋。
圖3 麥克森干涉儀之直線的條紋 由於雷射光束甚小， 因此必須將干涉條紋用放大透鏡放大來看。 設分光鏡與M1 的距離L1 ， 分光鏡與M2 的距離L2 ， 則兩道光束分開後， 所走的光程差大約為2(L1-L2)。設雷射光在空氣中行走， 其折射率為１ ， 且分光鏡很薄， (其厚度可忽略）因此如果反射面鏡M1 固定不動， 而M2 移動了1/2 個波長時， 我們將發現干涉條紋， 將由明而暗， 再回復到明， 亦即走了一個條紋數， 我們可由條紋的變化量來計算M2 到底走了多少距離。通常如無適當的移動機構或檢測器， 將很難觀察到條紋變化量， 與M2 移動位移的關係， 因為輕微的移動量即導致條紋劇烈的變化。從這點也可看出麥克森干涉儀的敏感程度。當環境不穩定時， 例如有輕微的震動， 干涉條紋即顯出猶如走馬燈一般的移動現象。 (2) 圓形條紋： 直線條紋為兩平行光束干涉的結果， 而圓形條紋則為兩球面波光互相 干涉的結果。若考慮反射鏡與反射鏡虛像的夾角，光入射角，如圖17。 前面的干涉條紋公式可改寫為，其中
而 圖4 反射鏡與反射鏡虛像的幾何關係 進一步可將干涉條紋公式轉化為
當近於0 時， 由干涉條紋公式干涉條紋可以看出干涉條紋為圓形。 當很小， h 比x 、y 大很多時， 從干涉條紋公式干涉條紋可以看出干涉條紋為直線形狀。當較大， h 、x 、y 相近時， 從干涉條紋公式干涉條紋可以看出干涉條紋為雙曲線形狀。 圖11 麥克森干涉儀之圓形條紋 圖12 麥克森干涉儀之雙曲線條紋 (3) 雙曲線條紋： 雙曲線條紋（ 圖6）通常發生於兩個面鏡所呈之像不互相平行， 但L1 與L2 極接近之時.
邁克生干涉儀的最著名應用即是它在邁克生-莫立實驗中對乙太風觀測中所得到的零結果，這朵十九世紀末古典物理學天空中的烏雲為狹義相對論的基本假設提供了實驗依據。除此之外，由於雷射干涉儀能夠非常精確地測量干涉中的光程差，在當今的重力波偵測中邁克生干涉儀以及其他種類的干涉儀都得到了相當廣泛的應用。雷射干涉重力波天文臺（LIGO）等諸多地面雷射干涉重力波偵測器的基本原理就是通過邁克生干涉儀來測量由重力波引起的雷射的光程變化，而在計劃中的雷射干涉空間天線（LISA）中，應用邁克生干涉儀原理的基本構想也已經被提出。邁克生干涉儀還被應用於尋找太陽系外行星的偵測中，雖然在這種偵測中馬赫-曾特干涉儀的應用更加廣泛。邁克生干涉儀還在延遲干涉儀，即光學差分相移鍵控解調器（Optical DPSK）的製造中有所應用，這種解調器可以在波分復用網路中將相位調製轉換成振幅調製。
實驗步驟： 1. 將雷射光、鏡子、分光鏡與光感應器接好，架好邁克生干涉儀，對準光路。 2. 將Micrometer轉到最底，並固定在光學桌上。 3. 將電動馬達與Micrometer連結，使其緩慢轉動而使鏡子慢慢的後退。此時由於鏡子後退造成的光程差的改變，雷射光的干涉條紋會隨著電動馬達的轉動而呈現周期性的明暗變化。此時由於光感應器的鏡頭太大，故偵測到的入射光的強度就平均而言並沒有什麼變化。用電工膠帶將光感應器的鏡頭封住大部分，只留一個小孔讓光入射。此小孔的大小必須小於一條亮紋或一條暗紋的寬度。 4. 把光感應器的訊號接上示波器。隨著鏡子的後退，看到的訊號也呈現週期性的變化。把Fringe counter打開做記錄。 5. 測量氦氖雷射的波長： 將micrometer旋緊。利用馬達轉動micrometer，使其慢慢後退。記錄退後一段距離時所偵測到的fringe數目。 6. 測量金屬片的厚度 將micrometer旋緊，將待測物夾在micrometer和棒子中間。利用馬達旋轉micrometer使之遠離物體，等到待測物掉落時，即為待測物的厚度。記錄此期間所偵測到的fringe數目。 7. 測量晶體折射率 將晶體架設於分光後的其中一條光路上，利用旋轉晶體改變此光路的光程，對應偵測到的fringe數目可推算出晶體的折射率。光程的計算如下：
總光程cos)cos(cos
LnLD
)11(2)21(22)22)((2)2)(1)(21()21()cos(coscos)()cos)cos(cos(222222222nLnLnLLnLLLnLnLnLLLLnnLLDLnLD
光程差
-
又光程差=fringe數x波長λ/2 故折射率n=12L1數fringe
Ｌ θ φ
D 8. 測量熱膨脹係數 將micrometer旋緊。將熱電偶與金屬棒相貼，再將待測鎳鉻電熱絲纏繞在金屬棒外圍，並且將Kapton tape纏繞在外層以隔熱。將纏繞好的金屬棒放進一個類似橡皮的管子中，並用吹風機吹熱風，使之遇熱收縮而把裡面的電熱絲與金屬棒緊密相貼。最後將整個包好的金屬棒夾在鏡子和micrometer中間。並接上電源供應器使其因為電熱絲發熱而升溫。打開電動馬達使馬達帶動micrometer旋轉，測量此時因鏡子後退所造成的Fringe數目。
實驗結果： 1. 測量氦氖雷射的波長 後退距離d 測得fringe數n 50um 158個
所測得的波長： 查到的氦氖雷射實際波長：632.8nm 誤差：0.015%
2. 測量金屬片的厚度 測得fringe數n micrometer所測厚度 游標尺所測厚度 4139個 1.44mm 1.45mm
所測的厚度： 與micrometer上所顯示的厚度和游標尺所測得的厚度有誤差。而在此待測金 屬片快要掉下來之前的波形變得非常不穩定，故推測此誤差的來源可能是金 屬片受壓變形，與摩擦力的影響使得金屬片落下時機變慢有關。
3. 測量折射率 折射率 10度 8周期 厚度 0.5mm 由公式推出折射率1.50 標準值為 1.55 誤差3％
4. 測量熱膨脹係數 (1) 銅棒 原長(室溫下)L0 測量溫度範圍 測得fringe數n 65mm 90℃→100℃ 34個
