近代物理主要知识点及思考题答案

一、光学全息照相

1.全息照相原理：全息照相是以物理光学理论为基础的，借助参考光与物光的相互作用，在感光板上以干涉条纹的形式记录下物体的振幅和位相的全部信息。

2.全息照相的过程分两步：

（1）造像，设法把物体光波的全部信息记录在感光材料上；

（2）建像，照明已被记录下的全部信息的感光材料，使其再现原物的光波。

3.全息照相的主要特点：

①立体感强②具有可分割性③同一张全息片上可重叠拍摄多个全息图④全息照片再现时，像可放大缩小⑤全息照片再现时，像的亮度可变化。

4.拍摄系统的技术要求：

①对光源的要求：拍摄全息图必须用具有高度空间和时间相干性的光源；

②对系统稳定性的要求：需要一个刚性和防震性都良好的工作台；

③对光路的要求：参考光和物光两者的光程差要尽量小；两者之间的夹角应小于45°；

④对全息干板的要求：需要制作优良的全息图，一定要有合适的记录介质。

二．光电效应法测普朗克常数

1.截止电压：光电流随加速电压的增加而增加，加速电压增加到一定值后，当光电流达到饱和值I M，I M，与入射光强成正比。当U变成负值时，光电流迅速减小，当U<=U0时，光电流为0，这个相对于阴极是负值的阳极电压U0被称为截止电压。（对于不同频率的光，其截止电压不同）

2.为了获得准确的截止电位，实验所用光电管需要满足的条件：

①对所有可见光谱都比较灵敏；

②阳极包围阴极，当阳极为负电压时，大部分光子仍能射到阳极；

③阳极没有光电效应，不会产生反向电流；

④暗电流很小。

3. 红限：所谓红限是指极限频率。以为光从红到紫频率逐渐升高。发生光电效应的条件是：光的频率大于等于某一极限频率。也就是比这个频率高的光（比这种光更靠近紫色那一端）能发生光电效应。而频率比它更低（也就是更靠近红色那一端）的光不能发生光电效应。所以就把这个极限频率叫做靠近红端的极限。简称红限！

4.反向电流：入射光照射阳极或从阴极反射到阳极之后都会造成阳极光电子发射。加速电压U为负值时，阳极发射的电子向阴极迁移形成阳极反向电流。

5.暗电流：在无光照射时，外加反向电压下光电管流过的微弱电流。

6.为了准确测定截止电位，常用方法：（1）交点法（2）拐点法。

7.光电效应法测普朗克常量的关键是：获得单色光、确定截止电压、测出光电管的伏安特性曲线

8.光电效应：当光照射金属时，光的能量仅部分的以热的形式被物体吸收，而另一部分则转化为金属中某些电子的能量，会使电子逸出金属表面，这种现象称为光电效应。

9. 光电效应的基本实验事实有哪些？

答：①光电流随加速电压的增加而增加，加速电压增加到一定值后，当光电流达到饱和值

I M，I M，与入射光强成正比。

②光电子的初动能与入射光频率成线性关系，而与入射光的强度无关

③光电效应有阈频率存在，该频率称为红限

10.爱因斯坦光电效应方程推导求出h

答：爱因斯坦光电效应方程w m h v +=

221ν 初动能v m 22

1=eU0 w eU h +=0ν推出h=（eU0+w ）/ ν

对于不同的单色光w eU h +=011ν

w eU h +=022ν

w n eU n h +=0ν

直线斜率K=e/h ，截距b=w/e

三．真空技术与真空镀膜

1什么是真空？真空泵有哪些？

答：真空是指低于一个大气压的稀薄气体状态。

常用真空泵有：机械泵、油扩散泵、钛泵、分子泵、凝聚泵、分子吸附泵。

2.为什么机械泵转子的转动方向不可反转？

答：若反转会打坏叶片或将泵油打入真空系统。

3.为什么加热扩散泵之前系统必须达到预备真空？

答：因为扩散泵要在气压小于1Pa 的预备真空条件下，才能加热扩散泵油，这一方面可以降低泵油的汽化点，使油容易沸腾，更重要的是防止泵油在加热时氧化变质，以致影响系统的极限真空度和抽气速率。

4.为什么真空度达10-1Pa 以上才能用电力真空计测量？符合真空机的操作程序怎样？ 答：当压强大于10-1Pa 时，阴极容易被烧坏。

复合真空计由热电偶真空计和电离真空计组成。测量时，各自用一根电缆线与复合真空计相接，在使用前或停止使用时，应使面板上所有开关处于关闭状态。

5.旋片式抽气泵的抽气原理是什么？为什么关闭机械泵时，一定要将真空抽气口与大气相连？

答：原理：机械泵工作时，电动机动力维持抽气口与排气口的压强差。

一旦停止工作，排气口的大气压将真空泵油压到定子腔中造成返油事故，因此，机械泵停止时必须与大气相通使泵的进气口与出气口气压平衡。

6.油扩散泵的抽气原理是什么?为什么在扩散泵工作期间不可断冷却水？

答：原理：根据分子的扩散原理。

必须打开冷却水源才能使油蒸汽反复凝结为液体不断循环工作，断开冷却水后的油品会很快老化。

7.热偶真空计和电离真空计的抽气原理和范围？

答：热电偶真空计：原理是基于气体足够稀薄时，气体的热传导系数与压强成正比的性质，其测量范围为102——10-1Pa

电离真空计原理：基于一定条件下，待测气体的压力与气体产生的电子流成正比的关系。其测量范围为10-1——10-6Pa

四、电子衍射实验

1．本实验证实了电子具有波动性，这个波动性是单个电子还是大量电子所具有的行为表现？如何解释？

答：这个波动性是大量电子所具有的行为表现。德布罗意波是种概率波，是大量粒子在一起

的集体表现，在电子衍射实验中，电子总是作为整体出现的,它出现的概率与空间波的强度成正比。

2．根据实验能否给出曲线？由曲线怎么测定普朗克常量的值？ 答：可以。 由曲线得出其斜率k ，由e k m h e 22

=算出h 根据电子的理论波长此有：，可得U k U e m h e 11.22

2==

λ 3.加高压前为什么要先将电离真空计关掉？

答：电离真空计是基于在一定条件下，待测气体的压力与气体电离产生的离子流呈正比关系的原理制作的真空测量仪器。其测量范围为10-1——10-6Pa 。当压强大于10-1Pa 时，阴极容易被烧坏。所以需要先关掉。

五、核磁共振

1.何谓核磁共振？在哪些物质中可以有核磁共振现象？实验中是如何观察的?

答：所谓核磁共振是指磁矩不为零的原子或原子核处于恒定磁场中，由射频或微波电磁场引起塞曼能级之间的跃迁现象。只要质子数和中子数两者或其中之一为奇数时，这种物质的核由非零的核磁矩，这种磁性核能就能产生核磁共振。观察核磁共振信号有两种方法：①磁场B0固定不变，让旋转磁场B1的频率在共振频率w0附近来回变化；②扫场法，B1的频率相对固定，让磁场B0在共振区域来回扫描。

2.观察NMR 吸收信号时，要提供哪几种磁场？各起什么作用？各有什么要求？

答：两种。第一种恒磁场B0，使核自旋与之相互作用，核能级发生塞曼分裂，分裂为两个能级；第二种垂直于B0的B1，使原子核吸收能量从低能级跃迁到高能级，发生核磁共振。 共振条件足条件00B γωω==

六、电子自旋共振

1．电子自旋共振：是指处于稳恒恒磁场中的电子自旋磁矩，在交变射频电磁场或微波波段的作用下，发生的一种磁能级间的共振吸收跃迁现象。

2.为了实现磁共振，通常是在稳恒磁场B0区域叠加一个同B0垂直的弱的射频或微波段的旋进磁场B1，其旋进频率恰好等于进动频率或能级存在的固有频率，旋进方向与进动方向相同

3．电子自旋共振试验中，共振吸收条件可通过扫频法和扫场法两种途径实现。附加磁场按频率来分，可以是射频电子自旋共振或微波电子自旋共振。

4. ①边限振荡器的工作原理：在一般情况下，它的工作刚好处于起振的临界状态，此时输

出等幅振动信号，通过检波滤掉交变成分，得到的仅是直流成分，在示波器上显示为扫描直线。

②由于采用边限振荡器，交变射频场B1很弱，因此饱和因子的影响很弱。

5.g 因子的测定：按电子自选共振条件公式：0H g

hf B μ=代入H0与f 求得。

七、铁磁共振

1.什么是铁磁共振？

答：铁磁共振是指铁磁体在稳定磁场与高频交变磁场的共同作用下的共振吸收现象。 2铁氧体样品应当置于谐振腔的什么位置？为什么？

答：置于谐振腔中央。

3. 为什么要使微波频率始终跟踪谐振频率？

八．高温超导材料特性测试

1.超导材料具有什么基本特征？那些测试方法可以用来表征超导材料?

答：超导材料的特征①、零电阻性 ，超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。②、完全抗磁性，超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。

温度的升高，磁场或电流的增大，都可以使超导体从超导态变为正常态，常用临界温度Tc ，临界磁场Bc 和临街电流密度jc 作为临界参量来表征。Tc 常用电阻测量法和磁测量法；Bc 主要测量磁化率与温度变化的曲线。

2.电阻测量公式：Rn Un I /= Un UxRn I Ux Rx //==

3.四引线测量法:低温物理实验的原则之一是必须尽可能减小室温漏热，因此测量引线通常又细又长，其阻值可能远远超过待测样品的阻值，为了减小引线和接触电阻对测量的影响，采用“四引线测量法”，即每个电阻元件都采用四根引线，其中两根为电流引线，两根为电压引线。

4. 四引线测量法的基本原理：是恒流源通过两根电流引线将测量电流I 提供给待测样品，而数字电压表是通过两根电压引线来测量电流I 在样品上所形成的电势差U

5.在“四引线测量法”中，电流引线能和电压引线能否互换？为什么?

答：不能。

九、音频信号光纤传输技术

1.在LED 已确定的情况下，为了实现光讯号的远距离传输，应如何设定它的偏置电流和调制幅度？

2.在偏LED 置电流一定情况下，当调制信号幅度较小时，指示LED 偏置电流的毫安表读数与调制信号幅度无关，当调制信号幅度增加到某一程度后，毫安表读数将随着调制信号的幅度增加，为什么？

3.利用SPD 、I —V 变换电路和数字毫伏表，设计一光功率计。

十、氢原子光谱

1.在什么条件下才能使用“内插法”求波长？

答：在光谱照片上的很小间隔内，摄谱仪的线色散可以看做是一个常数。这就是说，谱线的间隔与谱线的波长差成正比，这就是内插法的依据。

2.用比长仪测谱线间距的步骤：

①将谱线放在置片台上，调节下后侧反射镜，使视场明亮；

②调节显微镜的手轮，使看到谱线清晰的像为止；

③调节微移手轮，调节谱线方位，使谱片随置片台移动时，叉丝始终保持垂直于水平方向，以保证测得的距离是谱线间的垂直距离；

④调节叉线，使之与谱线平行。移动置片台，依次测定各谱线位置坐标。

3.平面光栅的色散与棱镜的色散有什么不同？

答：平面光栅是通过衍射的方式，不同的光有不同的衍射角，使光散开；复色光进入棱镜后，由于它对各种频率的光具有不同折射率，各种色光的传播方向有不同程度的偏折，因而在离开棱镜时就各自分散，形成光谱。

4.要想把氢氘光谱可见光的四条谱线都拍摄下来，该如何操作?

答：（1）栅位选择，实验采用一级光谱拍摄氢氘光谱，转动光栅， 选择两个光栅转角分段拍摄不同范围的光谱。 （2）滤色镜的选择，由光栅方程 d (sini + sinβ) = kλ 可知，一级 衍射光谱和二级、三级的光谱重叠。（3）曝光时间的选择，由于各种元素或同位素的各条光谱强度 有很大差别，为使每条谱线都有便于观察的像，应使用不同的曝光 时间分别拍摄。

5.在氢光谱中，怎样判断所观察到的谱线哪些是氢原子发出的，而不是氢分子发出的？氢分子光谱与氢原子光谱有何不同？

答：氢光谱通常是在放电管中观察的。那里的氢在等离子态，没有氢分子存在。 氢原子光谱是线状光谱，氢分子光谱是带状光谱

十一、塞曼效应

1. 塞曼效应：当发光的光源置于足够强的外磁场中时，由于磁场的作用，使每条光谱线分

裂成波长很靠近的几条偏振化的谱线，分裂的条数随能级的类别而不同，这种现象称为塞曼效应。

2. 为什么要用F-P 标准具来观察塞曼分裂？

答：塞曼分裂的波长差是很小的，波长和波束的关系是-

2νλλ?=?。波长λ的值为500.00nm 的谱线，在B=1T 的磁场中，分裂谱线的波长差只有0.01nm ，要观察到如此小的波长差，用一般棱镜摄谱仪是不可能的，需要采用高分辨率的仪器如F-P 标准具。

3. F-P 标准具为什么能测量光源中微小波长差？

答：F-P 标准具是由平行放置的两块平面玻璃或石英板及板间的一个间隔圈组成，在两板相应的平面上镀有银膜或其他有较高反射率（>90%）的薄膜，间隔圈用膨胀系数很小的熔融石英材料精加工成一定的长度，用来保证两块平行玻璃板之间精确的平行度和稳定的间距。

4. 如何测量电子的荷质比？ 答：波长差mC eB g M g M πλλ4)1122(2-=? 1

1221)(221222

/g M g M K dB C m e D D D D K K K

---=+π对于汞的546.1nm 谱线，相邻间距为1/2L ，即（M2g2-M1g1）=1/2，

因此)(421

22

2/D D D D K K K K dB C m e +--=π，已知d ，B ，从塞曼分裂的底片测出各圆环直径就可计算出e/m 的值

5. 横向或纵向观察塞曼效应时，当B 由零逐渐增大才，谱线会发生什么变化？ 答：由式 )(42122

2/D D D D K K K K dB C m e +--=π可知，条纹的条数会增加，裂距会逐渐增大。