近代物理实验报告2
2016/10/10 10:24:00近代物理实验报告2
实验名称：光磁共振
指导教师：刘洋
专业：物理
班级：求是物理班1401
姓名：朱劲翔
学号：3140105747
实验日期：2016.11.23
实验目的：
1．加深对超精细结构原子核自旋，原子核磁矩，光跃迁，磁共振的理解。
2．掌握以光抽运为基础的光检测磁共振方法。
3．测定铷(Rb )原子超精细结构塞曼子能级的朗德因子F g 和地磁场强度E B 。
实验原理：
1 铷原子基态及最低激发态能级的塞曼分裂
天然铷含量大的同位素有两种：Rb 85占72.15%,Rb 87
占27.85%。铷是一价碱金属原子
（原子序数为37），基态是
2
125S ，即电子的轨道量子数0=L ，自旋量子数21=S 。轨
道角动量与自旋角动量耦合成总的角动量J 。由于是LS 耦合，S L J +=，···,S L J -=。
铷的基态21=J 。铷原子的最低光激发态是125P 及2325P 双重态，它们是LS 耦合产生的双重结构，轨道量子数L=1，自旋量子数 S=1/2。
2
125P 态J=1/2；
325P 态J=3/2。
在5P 与5S 能级之间产生的跃迁是铷原子主线系的第一条线，为双线，在铷灯的光谱中
强度特别强，2125P 到2125S 跃迁产生的谱线为1D 线，波长为nm 8.794，325P 到212
5S 的
跃迁产生的谱线为2D 线，波长是nm 0.780。
原子物理学中已给出核自旋I=0时，原子的价电子LS 耦合后总角动量J P
与原子总磁矩
J μ
的关系：
J
e J J P m e g
2-=μ (4-1)
)1(2)
1()1()1(1++++-++
=J J S S L L J J g J
(4-2)
其中式中J g 为铷原子精细结构朗德因子。
当I ≠0时，Rb 87
的I=3/2，Rb 85
的I=5/2。设核自旋角动量为I P ，核磁矩为I μ
，I P 与
J P 耦合成F P
，有J I F P P P +=。耦合后的总量子数F=I+J ，··· ，∣I-J ∣。Rb 87的基态F 有两个值F=2及F=1；Rb 85
的基态F 有两个值F=3及F=2。由F 量子数表征的能级称为超精细结构能级，这是由于核磁矩与电子自旋，轨道磁矩的相互作用，使能级发生分
裂而形成的。原子总角动量F P 与总磁矩F μ
之间关系：
F
e
F F P m e g
2-=μ (4-3)
)1(2)
1()1()1(++-+++=F F I I J J F F g g J
F
(4-4)
其中式中F g 为铷原子超精细结构的朗德因子。
在磁场'
0B 中原子的超精细能级产生塞曼分裂(弱磁场时为反常塞曼效应)，磁量子数F
m =F ，(F-1)，……，(-F)，即分裂成2F+1个能量间距基本相等的塞曼子能级，如图4- 1所示。
原子各能级能量可由薛定谔方程确定的能量本征值给出。在弱磁场中铷原子的能量算符是：
'???0H H H += (4-5)
式中0?H 为只考虑了LS 耦合作用的哈密顿量，'?H
为微扰项，它包括I 与J 耦合作用能及弱磁场'0B 对总磁矩F μ的作用能。当取'
0B 的方向为坐标轴的Z 方向时，由量子理论导
出式(4-5)各能级的能量本征值为：
00')]1()1()1([2'B m g I I J J F F ah
E E B
F F μ++-+-++
= (4-6)
玻尔磁子12410)80(2740949.94--??==T J m eh e B πμ，h 为普朗克常数，a 为磁偶极相
互作用常数，在'
H 中忽略了四极矩及更高极矩的作用能。
图（4-1 ）铷原子能级示意图
当外场'
0B =0时，则塞曼子能级简并为超精细结构能级，其基态2125S (J=1/2,L=0)的两
个(即'
F 和F )超精细结构能级之间的能量差为：
)]1()1'('[2+-+=
?F F F F ah
E F
(4-7)
Rb 87
的
125S 态的87a =3417.342MHZ, '
F =2, F =1，则F E ?=287a ·h =6834.684MHZ ·
h 。Rb 85
的212
5S 态的85a =1011.911MHZ, 'F =3, F =2, 则F E ?=3035.733MHZ ·
h 。 当外磁场'
0B ≠0（即弱磁场中）时，相邻的塞曼子能级之间(F m ?=±1)的能量差可由式
(4-6)得：
0'
B g E B F m F μ=? (4-8)
2 圆偏振对铷原子的激发与光抽运效应
在热平衡状态下，各能级的粒子数遵守玻耳兹曼分布，其分布规律为
T E e N N T E
κ?-≈=κ?-112 (4-9)
由于超精细塞曼子能级间的能量差E ?很小，可近似地认为这些子能级上的粒子数是相等的，这样很不利于观测这些子能级之间的磁共振现象。为此，卡斯特勒提出光抽运方法，即用圆偏振光激发原子，造成能级原子数分布偏离热平衡下的玻耳兹曼分布，即使原子能级的粒子数分布产生重大改变，使粒子数在某一能级偏极化。
光波中磁场对电子的作用远小于电场对电子的的作用，当一定频率为ν的入射光是圆偏振光(如+
σ)时，起作用的电场部分，根据光跃迁的选择定则，当入射光为左旋圆偏振1
D +σ时，选择定则为:
L ?=±1;F ?=±1,0;F m ?= ±1 (4-10)
图（4-2）
(a)b R 87
基态粒子吸收1D +
σ的受激跃迁，F m =+2的粒子跃迁概率为零
(b)b R 87
激发态粒子通过自发辐射退激回到基态各子能级
当入射光为1D +
σ(+
σ的角动量为+h)时，只能产生F m ?=+1的跃迁，故1D +
σ光只能把
基态中除F m =+2以外各子能级上的原子激发到125P 的相应子能级上，如图4- 2(a)所
示。当原子经历无辐射跃迁过程从
2
125P 回到
2
125S 时，则粒子返回基态各子能级的概
率相等。如图4- 2(b)所示,这样经过若干循环之后，基态F m =+2能级上粒子数就会大大增加，即大量粒子被“抽运”到基态的F m =+2的子能级上，这就是光抽运效应。 同理，用1D -
σ光照射，将大量粒子“抽运”到基态的F m =-2的子能级上。1D +
σ和1
D -σ对光抽运有反作用，因此当入射光为线偏振光(例如π光，由等量+σ和-σ的混合)时，铷原子对光有强烈的吸收，但无光抽运效应。当入射光为椭园偏振光(不等量+
σ和
-σ的混合)时，光抽运效应较园偏振光小；同理，对于铷Rb 85若用1D +σ光照射，粒子将会“抽运”到F m =+3的子能级上。
3 弛豫过程
我们把系统由非热平衡分布状态趋向于热平衡分布状态的过程称为弛豫过程。在实验过程中，为了保持原子分布有较大的偏极化程度，根据产生弛豫过程原因来抑制弛豫过程。一般来讲，弛豫的微观过程很复杂，主要是原子之间和原子与其他物质之间的相互作用。实验装置上采用了下列办法：
1．在铷Rb 吸收泡内充有1333Pa 的缓冲氮气，它的密度比铷蒸气原子的密度大6个数量级，可以减弱与容器壁以及与其他的Rb 原子的碰撞机率，有利于加快粒子的抽运过程。
2．对铷样品泡选择最佳的温度控制在40-60℃之间。因为温度太高，气态铷原子密度增大，会增加与容器壁以及与其他的Rb 原子的碰撞机率，但如果温度太低，铷蒸气原
子数会不足，引起信号幅度变小，因为Rb 的溶点为38.89C 0
。
3.在一般情况下，光抽运造成塞曼子能级之间的粒子差数，比玻尔兹曼分布造成的塞曼子能级之间的粒子差数大几个数量级。
但为了观察抽运信号，我们要把弛豫过程表现出来，就是使外磁场过零时，塞曼子能级简并，这样使原子系统的偏极化减弱。
4 塞曼子能级之间的磁共振和光检测
原子具有总角动量F P 及总磁矩F μ ，在外磁场0'B 的作用下，F μ
将发生量子取向，能级
发生塞曼分裂，另一方面也可看成各种取向的F μ 将绕0'
B
作不同锥角θ的拉摩进动，如
图（4-3）所示，拉摩进动的频率为h B g B F L /'0
μν=，如果在垂直于恒定磁场'
0B 的方向
加一个频率为1ν的射频场1B
，此射频场可分解为一个左旋圆偏振磁场与一个右旋圆偏振磁场，当1ν满足共振条件：
1ν=h B g B F L /'
μν= (4-11) 塞曼子能级之间将产生磁共振。磁共振时，被抽运到2+=F m (对于Rb 87
)子能级上的大
量粒子，由于射频场1B
的作用而发生感应跃迁，选择定则为F m ?= ±1，即由2+=F m 跃迁到F m =+1(当然也有F m =+1 ，F m =0)，同时由于抽运光的存在，处于基态非2+=F m 子能级上的粒子又将被抽运到F m =+2子能级上。感应跃迁与光抽运将达到一个新的动
态平衡。在产生磁共振时，F m ≠+2各子能级上的粒子数大于不共振时，因此对+
σ1D 光
的吸收增大。图4-4显示磁共振过程塞曼子能级粒子的变化。
图4-4 磁共振过程塞曼能级粒子数的变化 (a)未发生磁共振时，F m =+2能级上的粒子数多
(b) 发生磁共振时，F m =+2能级上的粒子数减少+
σ1D 光吸收增加
塞曼子能级间的磁共振信号是很弱的，但光磁共振观测中巧妙地采用了光检测技术。射到样品上的光1D +
σ一方面起光抽运作用，另一方面透过样品的光兼作探测光。探测样
品的透射光在发生磁共振时的光强的变化，这相当于将一个频率低的射频光子（其能量为νh ，ν约0.1MHz 至10MHz ）的变化转变为一个频率高的光频光子（ν≈8
10MHz ，即对1D +
σ光吸收）的变化，这使信号功率提高了7～8个数量级，从而使检测灵敏度大
为提高。
实验内容与步骤：
1 准备工作
在装置加电之前，先进行调整(已调好)主体单元光路的机械调整。再借助指南针将光具座与地磁场水平分量平行搁置。检查各连线是否正确(已调试及检查过)。将“垂直场”“水平场”“扫场幅度”旋钮调至最小，按下池温开关。然后接通电源线，按下电源开关。约30分钟后，灯温池指示灯点亮，实验装置进入工作状态。
2 观测光抽运信号
将指南针置于吸收池上边，分别判断出扫场方向和水平场方向，并记录下来。扫场方式选择“方波”，接着设置扫场方向与地磁场水平分量方向相反（为什么？），水平场取零（仪器本身有一点值），取去指南针后用黑布遮盖主体单元，避免光电检测器接收到其它杂散光，影响信号幅度及线型。预置垂直场电流为0.060A左右，用来抵消地磁场垂直分量，正确选取方向，即与地磁场垂直分量相反，可观察到光抽运信号。再多次调节旋转偏振片的方向、扫场幅度、垂直场大小，使光抽运信号幅度最佳。扫场波形如图4-8及光抽运信号如图4- 9所示。
（a）方波 (b) 三角波
图4-8 扫场波形
图4- 9 光抽运信号
3 观测光磁共振信号
在获得最佳的光抽运信号的基础上，改用三角波(锯齿波或正弦波)作扫场，开启射频信号源，对Rb 吸收泡施加射频磁场，用水平磁场线圈产生一定水平磁场(地磁场垂直分量已抵消)，连续调节射频率信号源的频率，即可在示波器上获得共振信号，其满足(4-11)，可写为：
N E B F B F B B B g B g h
++==//0'0μμν --------------------- (4-12)
这里'
B 为水平磁场线圈产生的水平磁场0B ，地磁场水平分量//E B 和扫场N B 的矢量
和的数值。ν为射频信号的频率，在ν、F g 、'
0B 三个量中，已知两个量，即可求出第三个量，F g 为铷Rb 原子超精细结构的朗德因子，在弱磁场'0B 中，其'0B 与ν一一对应，
加入扫描磁场N B 是为了便于观测，在这里N B
是直流水平调制磁场，不是正负交变的磁
场。
4 测量铷Rb 原子超精细结构的朗德因子F g
首先学会观察测Rb 85和Rb 87的光泵磁共振信号。由理论计算可知，共振频率与磁场的关系：
Rb 85
：010085
'104652.0'B B h
g B
F ?=μ=
ν ----------------------- (4-13) Rb 87
：010087
'106978.0'B B h
g B
F ?=μ=
ν ----------------------- (4-14) 式中磁场的单位为T ，频率的单位为Hz,由上两式可见，由于Rb 85和Rb 87的F g 不同，对于同一磁场两种同位素的共振频率是不同的，反过来，对同一频率值，它们的共振磁场也是不同的，在实验中，如何判断Rb 85和Rb 87的光泵磁共振信号？计算Rb 85和Rb 87的
F g 因子的理论值，并与下列实验中测得实验值比较。
测量F g 因子选用下列方法之一：
方法一：用最小二乘法求实验数据的拟合直线。垂直磁场的大小，偏振片的位置保持在获得最大的光抽运信号的基础上，选择三角波(或锯齿波、正弦波)作扫场，将扫场N B 的方向，水平磁场0B
的方向与地磁场水平分量//E B 的方向相同(用指南针判断)，这
样可保证有外磁场'
0B 作用，且避开光抽运信号在测量范围内与磁共振信号同时出现，以免增加观测难度。对同一方向的不同大小的水平磁场，测出其相应的共振频率ν即可。在(4-12)式中ν与(0B +11E B +N B )之间成线性关系，由直线的斜率可计算出F g 值，但应注意实验过程要选择扫场的同一点(最好选在峰点或谷点)作參考点，以确保实验的精确度。选择參考点在峰点或谷点，其拟合直线的斜率不变，只是直线的截距不同。地磁场水平分量//E B 和扫场N B 只影响直线的截距，即使还存在杂散的磁场，也只是影响拟合直线的截距，对测量F g 没有影响。
方法二：采用“换向”方法进行测量。由(4-12)式可知，引起塞曼能级分裂的磁场
是水平方向的总磁场N E B B B B ++=//00'(地磁场的垂直分量已抵消)，而其中//E B 、N B
以及可能存在的杂散磁场，这些磁场难于测定的，采用“换向”方法进行测量可以确保实验的精确度。
当水平磁场0B
的方向、扫场N B 的方向与地磁场水平分量//E B 的方向相同时，水平
磁场电流为0I ，最好选择扫场的峰点(或谷点)作参考点，调节射频信号发生器频率，可观察到共振信号S V ，对应图4-10(a)所示波形，对应水平磁场电流0I 的射频频率1ν，这时其满足共振条件：
1//0)(ν=++μh B B B g N E B F
-------------------------------- (4-15)
(a) 0B 、N
B 和11E B 方向相同时的共振信号
(b) 0B 与11E B 相反时，且0B ?N B +//E B 的的共振信号 (c) 0B 与11E B 相反时，且0B ?N B +//E B 的共振信号
图4- 10
当改变水平磁场0B
的方向与地磁场水平分量//E B 的方向、扫场N B 的方向相反，仍用上述方法，可观察到共振信号，其对应图4-10(b)或图4-10(c) 波形可得到2ν，这时其满足共振条件：
2//0ν=++-μh B B B g N E B F
------------------------------- (4-16) 当0B
2//0)(ν=++-μh B B B g N E B F
------------------------------ (4-17) 当0B >//E B +N B 时，有
2//0)(νμh B B B g N E B F =--
------------------------------ (4-18) 由式(4-15)、(4-17)、(4-18)式得：
212)
(B h g B F μνν=
------------------------------------------ (4-19)
一般属于取“+ ”号的情况，但不排除出现取“-”号的情况，这与做实验时选取水平磁场电流0I (即0B )，扫场的幅度大小及参考点有关。最好取0I 较大些时，确保取“+”。
根据电流及亥姆霍兹线圈的参数来确定中心磁场0B ：
I r
N
B ???????=-72/310516π
------------------------------------- (4-20) 其中： N －每组线圈匝数
r －线圈有效半径，单位：m I －流过线圈的电流，单位：A B －磁感应强度，单位：T
注：1.两个水平磁场线圈是并联的，数字表显示的电流是流过两线圈电流之和。
2.两个垂直磁场线圈是串联的，数字表显示的电流是流过单个线圈的电流。
值得注意的是当水平磁场反向时，总磁场→
'
0B 会出现反向过零，有光抽运信号，这样会与磁共
振信号混淆，为了避免判断错误，最好避开。选取没有光抽运信号的水平磁场电流0I 值。其区分光抽运信号和磁共振信号的方法是断开射频场1B
时，仍然存在的信号是光抽运信号，否则是磁共振信号。
选取几个（3个以上）水平磁场的电流值，重复上述实验，分别测量F g 85和F g 87，分别求出他们的平均值F g 85和F g 87。
实验器材及注意事项
1. 实验装置
本实验系统由主体单元、电源、辅助源、射频信号发生器及示波器五部分组成，如图4- 5所示。主体单元：是该实验装置的核心，如图4-6所示，其主要由铷光谱灯、准直透镜、吸收池、聚光镜、光电探测器及亥姆霍兹线圈组成。
图4-7是主体单元示意图。
铷样品泡：天然铷和惰性缓冲气体被充在一个直径约为52mm 的玻璃泡内。 该铷泡两側对称放置着一对小射频线圈，它为铷原子跃迁提供射频磁场。这个铷样品泡铷样品泡和射频磁场都置于园柱形恒温槽内，称为“吸收池”。槽内温度约在55℃左右(当池温在40～45℃之间，Rb 85信号有最大值；当池温在50～55℃之间，Rb 87信号有最大值)。吸收池放置在两对亥姆霍兹线圈的中心。小的一对线圈产生的磁场用来抵消地磁场的垂直分量。大的一对线圈有两个绕组，一组为水平直流磁场线圈，它使铷
原子的超精细能级产生塞曼分裂。另一组为扫场线圈，它使直流磁场上叠加一个调制磁场。铷光谱灯作为抽运光源。光路上有两个透镜，一个为准直透镜，一个为聚光透镜，两透镜焦距为77mm ，它们使铷灯发出的光平行通过吸收泡，然后再汇聚到光电池上。干涉滤光镜(装在铷光谱灯的口上)从铷光谱中选出1D 光nm 8.794。偏振片和1/4波片(和准直透镜装在一起)使1D 光成为左旋园偏振光。此左旋园偏振光对基态超精细塞曼能级有不同的跃迁几率，可以在这些能级间造成较大的粒子数偏差。当加上某一频率的射频磁场时，将产生“光磁双共振”。在共振区的光强由于铷原子的吸收而减弱。通过调场法，可以从终端的光电探测器上得到这个信号，经放大可以从示波器上显示出来。
图4-5 光磁共振实验装置方框图
(1)滑轨 (2)铷光谱灯 (3)准直透镜(偏振片、1/4波片) (4)吸收池 (5)垂直线圈 (6)水平线圈 (7)聚光镜 (8)光电探测器 (9)地脚 (10)滑块
图4-6 主体单元
铷光谱灯：是一种高频气体放电灯，它由高频振荡器、控温装置和铷灯泡组成。铷灯泡放置在高频振荡回路的电感线圈中，在高频电磁场的激励下产生无极放电而发光。整个振荡器连同铷灯泡放在同一恒温槽内，温度控制在90℃左右。高频振荡器频率约为65MHZ 。
光电探测器：用来接收透射光强变化，并把光信号转换成电信号，接收部分采用硅光电池，其放大器倍数大于100。
在精确测量时，为避免吸收池加热丝产生的剩余磁场影响测量的准确性，可短时间断掉池温电源。
电源：电源为主体单元提供三组直流电源，第Ⅰ路是0～1A可调稳流电源，为水平磁场提供电流，第Ⅱ路是0～0.5A可调稳流电源，为垂直磁场提供电流。第Ⅲ路是24V/2A稳压电源，为控温电路，扫场提供工作电压。电源有两个数字表头，分别指示水平场，垂直场的电流大小。有电源开关及水平磁场调节与垂直磁场调节的电位器旋钮。其前、后面版见说明书。
图4- 7 主体单元示意图
辅助源：辅助源为主题单元提供三角波、方波扫场信号及温度控制电路等。并设“外接扫描”插座，可接SBR-1型示波器的扫描输出，将其锯齿扫描经电阻分压及电流放大，作为扫场信号，辅助源与主体单元由24线电缆连接。辅助源上设有水平场、垂直场和扫场的方向控制开关。铷光谱灯和吸收池的控温指示，有方波、三角波选择开关，扫场幅度调节器。如果要用示波器的锯齿扫描场调制，则可用Q9电缆将示波器的“扫描输出”联接至辅助源后面版的“外接扫描”。并把扫描开关置于“外”位置。“内、外”转换开关在后面版上。其前、后面版见说明书。
射频信号发生器：本实验装置中的射频信号发生器使用频率范围为10KHz～3MHz 频段，频率可调，输出功率在50 负载上不小于0.5W，并且输出幅度可调节。
示波器：采用的示波器是一种双通道示波器，用来观看扫描磁场及光电探测器接收的透射光强的变化。
2.注意事项
1.垂直场应该调节到抵消地磁分量
2.来回调动扫场与水平长电流判断磁场方向
3.进行实验时，应该用黑布盖住装置，防止外界杂散光的影响
数据处理处理及实验结果：
实验数据处理：
1.实验数据图表
2.实验结果由最小二乘法得到
对于铷85 n=85g
F
m
B
h
B'
=0.481′1010B'
85g
F =
k*h
m
B
=0.344
对于铷87n=87g
F
m
B
h
B'
=0.780′1010B'
87g
F =
k*h
m
B
=0.556
误差分析：
1、外界杂散光对示波器图样的影响
2、实验者对共振图样判断不准
3、频率不断波动使读数不准
4、仪器老化使测量误差变大
思考题与解答：
(1) 何谓光磁共振?它研究的对象是什么?
答:通过圆偏振光作用使原子跃迁,然后原子又会向下跃迁发出光子,由于选择定则,反复这个过程就会使粒子数偏极化,不再服从玻耳兹曼分布.而这时若加一个射频场使其发生磁共振,则会减弱这种偏极化,与光抽运达到动态平衡,增加对圆偏振光的吸收,即
发生光磁共振.
(2) 何谓光抽运?光抽运的目的是什么?
答:通过圆偏振光作用使原子跃迁,然后原子又会向下跃迁发出光子,由于选择定则,反复这个过程就会使粒子数偏极化,不再服从玻耳兹曼分布,这个过程就是光抽运,目的就是是粒子数在某一能级上出现偏极化.
(3) 怎样实现塞曼子能级间的磁共振?
答:在垂直于恒定磁场'0B 的方向加一个频率为1 的射频场1B ，此射频场可分解为一个左旋圆偏振磁场与一个右旋圆偏振磁场，当1 满足共振条件：1 =hBgBFL/'0 时就能发生塞曼子能级之间的磁共振
(4) 描述光磁共振的实验装置,指出各个部件所起的作用是什么?
答: 铷样品泡：天然铷和惰性缓冲气体被充在一个直径约为52mm的玻璃泡内。
铷光谱灯：是一种高频气体放电灯，它由高频振荡器、控温装置和铷灯泡组成。
光电探测器：用来接收透射光强变化，并把光信号转换成电信号，接收部分采用硅光电池，其放大器倍数大于100。
电源：电源为主体单元提供三组直流电源，第Ⅰ路是0～1A可调稳流电源，为水平磁场提供电流，第Ⅱ路是0～0.5A可调稳流电源，为垂直磁场提供电流。第Ⅲ路是24V/2A 稳压电源，为控温电路，扫场提供工作电压。
辅助源：辅助源为主题单元提供三角波、方波扫场信号及温度控制电路等。
射频信号发生器：本实验装置中的射频信号发生器使用频率范围为10KHz～3MHz频段，频率可调，输出功率在50 负载上不小于0.5W，并且输出幅度可调节。
示波器：采用的示波器是一种双通道示波器，用来观看扫描磁场及光电探测器接收的透射光强的变化。
(5) 使用周期性的“扫描场”有什么好处?
答：能更简单的找出共振信号，且不影响实验结果
(6) 铷原子塞曼子能级间的磁共振信号是什么方法检测的？
答：通过光检测，因为是发生了光磁共振，检测磁共振信号跟检测光信号都是可以的，而光信号较射频信号功率提高了7~8个数量级，可以提高检测的灵敏度。
7) 你测定Fg因子的方法是否受到地磁场的影响？为什么？
答：基本上认为没有影响，因为采用的是拟合直线的方法，那些散杂的磁场只能影响截距，而不会对斜率产生影响，而我们需要的就是斜率。
(8) 试计算出本实验Rb85和Rb87的因子Fg理论值？
答:在实验数据处理中已经给出了二者Fg的理论值，其中Rb85
的Fg值为1/3，而Rb87的Fg值为1/2。
(9) 扫场不过零，能否观察到光抽运信号？为什么？
答：不能或者说不明显，因为扫场不过零的话就会由于光抽运的作用使粒子在某一能级偏极化，而在其他能级上粒子数减少，从而导致接下来的光抽运现象不明显，即难以再观察到光抽运信号。而若过零，则前后所产生偏极化的能级是不同的，故一直都能看到偏极化现象。
(10) 如何确定水平磁场、扫场直流分量方向与地磁场水平分量方向的关系及垂直磁场与地磁场垂直分量的关系？
答：将扫场置0，调大水平磁场线圈的电流同时用指南针观察，若指南针没有转向相反方向则二者同向，否则二者反向。同理可以判断其他的关系。
(11) 如何区分磁共振信号与光抽运信号？
答：看扫场的方向及发生共振时的参考点可以加以判断
(12) 如何判别磁共振信号是Rb85还是Rb87产生的？
答：由于Rb87的Fg值较大，故在相同外磁场情况下测得频率较大的为Rb87
产生的，较小的为Rb85产生的。
近 代 物 理 实 验 报 告 -高温超导
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。
【实验报告】近代物理实验教程的实验报告
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），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
大学物理实验报告及答案
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 大学物理实验报告答案大全（实验数据及思考题答案全包括） 伏安法测电阻 实验目的(1) 利用伏安法测电阻。 (2) 验证欧姆定律。 (3) 学会间接测量量不确定度的计算；进一步掌握有效数字的概念。 U 实验方法原理根据欧姆定律，R =，如测得U 和I 则可计算出R。值得注意的是，本实验待测电阻有两只， I 一个阻值相对较大，一个较小，因此测量时必须采用安培表内接和外接两个方式，以减小测量误差。 实验装置待测电阻两只，0～5mA 电流表1 只，0－5V 电压表1 只，0～50mA 电流表1 只，0～10V 电压表一只，滑线变阻器1 只，DF1730SB3A 稳压源1 台。 实验步骤本实验为简单设计性实验，实验线路、数据记录表格和具体实验步骤应由学生自行设计。必要时，可提示学生参照第2 章中的第2.4 一节的有关内容。分压电路是必须要使用的，并作具体提示。 (1) 根据相应的电路图对电阻进行测量，记录U 值和I 值。对每一个电阻测量3 次。 (2) 计算各次测量结果。如多次测量值相差不大，可取其平均值作为测量结果。 (3) 如果同一电阻多次测量结果相差很大，应分析原因并重新测量。 数据处理 (1) 由?U =U max ×1.5% ，得到?U 1 = 0.15V,?U2 = 0.075V ； (2) 由?I = I max ×1.5% ，得到?I 1 = 0.075mA,?I 2 = 0.75mA； (3) 再由u= R ( ?U )2 + ( ?I ) 2 ，求得u= 9 ×101?, u= 1?； R 3V 3I R1 R2 (4) 结果表示R1 = (2.92 ± 0.09) ×10光栅衍射实验目的 (1) 了解分光计的原理和构造。 (2) 学会分光计的调节和使用方法。?, R 2 = (44 ±1)? (3) 观测汞灯在可见光范围内几条光谱线的波长实验方法原理
大学物理实验报告范例
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
大学物理实验报告优秀模板
大学物理实验报告优秀模板 大学物理实验报告模板 实验报告 一.预习报告 1.简要原理 2.注意事项 二.实验目的 三.实验器材 四.实验原理 五.实验内容、步骤 六.实验数据记录与处理 七.实验结果分析以及实验心得 八.原始数据记录栏(最后一页) 把实验的目的、方法、过程、结果等记录下来，经过整理，写成的书面汇报，就叫实验报告。 实验报告的种类因科学实验的对象而异。如化学实验的报告叫化学实验报告，物理实验的报告就叫物理实验报告。随着科学事业的日益发展，实验的种类、项目等日见繁多，但其格式大同小异，比较固定。实验报告必须在科学实验的基础上进行。它主要的用途在于帮助实验者不断地积累研究资料，总结研究成果。 实验报告的书写是一项重要的基本技能训练。它不仅是对每次实验的总结，更重要的是它可以初步地培养和训练学生的逻辑归纳能力、综合分析能力和文字表达能力，是科学
论文写作的基础。因此，参加实验的每位学生，均应及时认真地书写实验报告。要求内容实事求是，分析全面具体，文字简练通顺，誊写清楚整洁。 实验报告内容与格式 (一) 实验名称 要用最简练的语言反映实验的内容。如验证某程序、定律、算法，可写成“验证×××”；分析×××。 (二) 所属课程名称 (三) 学生姓名、学号、及合作者 (四) 实验日期和地点（年、月、日） (五) 实验目的 目的要明确，在理论上验证定理、公式、算法，并使实验者获得深刻和系统的理解，在实践上，掌握使用实验设备的技能技巧和程序的调试方法。一般需说明是验证型实验还是设计型实验，是创新型实验还是综合型实验。 (六) 实验内容 这是实验报告极其重要的内容。要抓住重点，可以从理论和实践两个方面考虑。这部分要写明依据何种原理、定律算法、或操作方法进行实验。详细理论计算过程. (七) 实验环境和器材 实验用的软硬件环境（配置和器材）。 (八) 实验步骤 只写主要操作步骤，不要照抄实习指导，要简明扼要。还应该画出实验流程图（实验装置的结构示意图），再配以
近代物理实验_思考题答案
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
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
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
大学物理实验报告答案大全(实验数据)
U 2 I 2 大学物理实验报告答案大全（实验数据及思考题答案全包括） 伏安法测电阻 实验目的 (1) 利用伏安法测电阻。 (2) 验证欧姆定律。 (3) 学会间接测量量不确定度的计算；进一步掌握有效数字的概念。 实验方法原理 根据欧姆定律， R = U ，如测得 U 和 I 则可计算出 R 。值得注意的是，本实验待测电阻有两只， 一个阻值相对较大，一个较小，因此测量时必须采用安培表内接和外接两个方式，以减小测量误差。 实验装置 待测电阻两只，0～5mA 电流表 1 只，0－5V 电压表 1 只，0～50mA 电流表 1 只，0～10V 电压表一 只，滑线变阻器 1 只，DF1730SB3A 稳压源 1 台。 实验步骤 本实验为简单设计性实验，实验线路、数据记录表格和具体实验步骤应由学生自行设计。必要时，可提示学 生参照第 2 章中的第 2.4 一节的有关内容。分压电路是必须要使用的，并作具体提示。 (1) 根据相应的电路图对电阻进行测量，记录 U 值和 I 值。对每一个电阻测量 3 次。 (2) 计算各次测量结果。如多次测量值相差不大，可取其平均值作为测量结果。 (3) 如果同一电阻多次测量结果相差很大，应分析原因并重新测量。 数据处理 (1) 由 U = U max ? 1.5% ，得到 U 1 = 0.15V , U 2 = 0.075V ； (2) 由 I = I max ? 1.5% ，得到 I 1 = 0.075mA , I 2 = 0.75mA ； (3) 再由 u R = R ( 3V ) + ( 3I ) ，求得 u R 1 = 9 ? 101 &, u R 2 = 1& ； (4) 结果表示 R 1 = (2.92 ± 0.09) ?10 3 &, R 2 = (44 ± 1)& 光栅衍射 实验目的 (1) 了解分光计的原理和构造。 (2) 学会分光计的调节和使用方法。 (3) 观测汞灯在可见光范围内几条光谱线的波长 实验方法原理
近代物理实验习题答案
《 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
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
近代物理镀膜机实验报告
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
大学物理实验报告范例
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
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
《大学物理(一)》实验报告
中国石油大学（华东）现代远程教育 实验报告 课程名称：大学物理(一) 实验名称：速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证 实验形式：在线模拟+现场实践 提交形式：在线提交实验报告 学生姓名：学号： 年级专业层次： 学习中心： 提交时间：2020 年04月05 日
一、实验目的 1．了解气垫导轨的构造和性能，熟悉气垫导轨的调节和使用方法。 2．了解光电计时系统的基本工作原理，学会用光电计时系统测量短暂时间的方法。 3．掌握在气垫导轨上测定速度、加速度的原理和方法。 4．从实验上验证F=ma的关系式，加深对牛顿第二定律的理解。 5．掌握验证物理规律的基本实验方法。 二、实验原理 1．速度的测量 一个作直线运动的物体，如果在t~t+Δt时间内通过的位移为Δx（x~x+Δx），则该物体在Δt时间内的平均速度为，Δt越小，平均速度就越接近于t时刻的实际速度。当Δt→0时，平均速度的极限值就是t时刻（或x位置）的瞬时速度 （1） 实际测量中，计时装置不可能记下Δt→0的时间来，因而直接用式（1）测量某点的速度就难以实现。但在一定误差范围内，只要取很小的位移Δx，测量对应时间间隔Δt，就可以用平均速度近似代替t时刻到达x点的瞬时速度。本实验中取Δx为定值（约10mm），用光电计时系统测出通过Δx所需的极短时间Δt，较好地解决了瞬时速度的测量问题。 2．加速度的测量 在气垫导轨上相距一定距离S的两个位置处各放置一个光电门，分别测出滑块经过这两个位置时的速度v1和v2。对于匀加速直线运动问题，通过加速度、速度、位移及运动时间之间的关系，就可以实现加速度a的测量。 （1）由测量加速度 在气垫导轨上滑块运动经过相隔一定距离的两个光电门时的速度分别为v1和v2，经过两个光电门之间的时间为t21，则加速度a为
近代物理实验步骤、内容(2)
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。
大学实验报告
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
大学物理实验报告霍尔效应
大学物理实验报告霍尔效应 一、实验名称：霍尔效应原理及其应用二、实验目的：1、了解霍尔效应产生原理；2、测量霍尔元件的、曲线，了解霍尔电压与霍尔元件工作电流、直螺线管的励磁电流间的关系；3、学习用霍尔元件测量磁感应强度的原理和方法，测量长直螺旋管轴向磁感应强度及分布；4、学习用对称交换测量法(异号法)消除负效应产生的系统误差。 三、仪器用具：YX-04 型霍尔效应实验仪(仪器资产编号)四、实验原理：1、霍尔效应现象及物理解释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于电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场。对于图1 所示。半导体样品，若在x 方向通以电流，在z 方向加磁场，则在y 方向即样品A、A′电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的电场，电场的指向取决于样品的导电类型。显然，当载流子所受的横向电场力时电荷不断聚积，电场不断加强，直到样品两侧电荷的积累就达到平衡，即样品A、A′间形成了稳定的电势差(霍尔电压)。设为霍尔电场，是载流子在电流方向上的平均漂移速度；样品的宽度为，厚度为，载流子浓度为，则有：(1-1) 因为，，又根据，则(1-2)其中称为霍尔系数，是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。只要测出、以及知道和，可按下式计算：(1-3)(1-4)为霍尔元件灵敏度。 根据RH 可进一步确定以下参数。(1)由的符号(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 所示的和的方向(即测量中的+，+)，若测得的 <0(即A′的电位低于A 的电位)，则样品属N 型，反之为P 型。(2)由求载流子浓度，即。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，考虑载流子的速度统计分布，需引入的修正因子(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。电导率与载流子浓度以及迁移率之间有如下关系：(1-5)2、霍尔效应中的副效应及其消除方法上述推导是从理想情况出发的，实际情况要复杂得多。产生上述霍尔效应的同时还伴随产生四种副效应，使的测量产生系统误差，如图 2 所示。 (1)厄廷好森效应引起的电势差。由于电子实际上并非以同一速度v 沿y 轴负向运动，速度大的电子回转半径大，能较快地到达接点3 的侧面，从而导致3 侧面较4 侧面集中较多能量高的电子，结果3、4 侧面出现温差，产生温差电动势。 可以证明。的正负与和的方向有关。(2)能斯特效应引起的电势差。焊点1、2 间接触电阻可能不同，通电发热程度不同，故1、2 两点间温度可能不同，于是引起热扩散电流。与霍尔效应类似，该热扩散电流也会在 3、4 点间形成电势差。 若只考虑接触电阻的差异，则的方向仅与磁场的方向有关。(3)里纪-勒杜克效应产生的电势差。上述热扩散电流的载流子由于速度不同，根据厄廷好森效应同样的理由，又会在3、4 点间形成温差电动势。的正负仅与的方向有关，而与的方向无关。(4)不等电势效应引起的电势差。由于制造上的困难及材料的不均匀性，3、4 两点实际上不可能在同一等势面上，只要有电流沿x 方向流过，即使没有磁场，3、4 两点间也会出现电势差。的正负只与电流的方向有关，而与的方向无关。综上所述，在确定的磁场和电流下，实际测出的电压是霍尔