近代物理实验(2)绪论解读
《近代物理实验》教学大纲
《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。
理解使用特殊仪器时要严格按照操作规程使用的必要性。
本课程为实践性教学课。
在每个实验前，根据具体情况，用0.5至1学时讲解有关注意事项和实验要求。
实验具体内容必做实验 要求作八个实验实验一、夫兰克—赫兹实验 （4学时）1、 学习关于原子碰撞激发和测量的方法2、 测量汞原子的第一激发电位0V3、 通过对0V 的测量，证实原子能级的存在实验二、氢氘原子光谱 （6学时）1、 掌握WGD —8型组合式功能光栅光谱仪的原理和使用方法，并学会用光谱仪进行分析。
近代物理实验总结_2
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2
近代物理实验报告2实验名称：光磁共振指导教师：***专业：物理班级：求是物理班1401姓名：***学号：**********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2125P 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。
2125P 态J=1/2；2325P 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 8.794，2325P 到2125S 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：Je J J P m e g2-=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Jg 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，IP 与J P 耦合成F P，有J I F P P P +=。
近代物理2课件_(PDF格式)
2、爱因斯坦光电效应方程 金属中的自由电子吸收一个光子后，就获得能量 hν。 若hν大于该金属的电子逸出功（电子脱离金属表面时 克服表面阻力所做的功），电子就可从金属中逸出。 这些能量一部分用于克服逸出功，一部分转化为光电 子的动能。
ε
O O
m
A
O O O O O O
K
G
V
实验装置
实验规律 （1）饱和光电流 实验指出：饱和光电流和入射光光强成正比。 单位时间内电极上逸出的光电子数和入射 结论： 结论：单位时间内电极上逸出的光电子数和入射 光强成正比。
（2）遏止电压 遏止电压的存在说明光电子具有初动能，且：
1 2 mυ m = eU a 2
4
M (T ) = ∫ M (λ , T )dλ
0
∞
-玻耳兹曼常数： 斯特藩 斯特藩σ = 5.67 × 10−8 W/(m 2 ⋅ K 4 ) λ nm
M (λ , T )
T
λ
热辐射的功率随着温度的升高而迅速增加。
绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线
根据实验得出黑体辐射的两条定律：
（2） 维恩位移定律 对于给定温度 T，黑体 的单色辐出度 M (λ , T ) 有 一最大值,对应波长 λm 。
当ν→0（长波范围），普朗克公式变为瑞利—金斯公式。 当ν→∞（短波范围），普朗克公式与维恩公式一致。
பைடு நூலகம்
-金斯线 瑞利 瑞利---金斯线 维恩线
《近代物理实验2》教学大纲
《近代物理实验2》课程实验教学大纲课程编码：090632004课程名称：Experiments in Modern Physics 2适用专业：光电信息科学与工程专业课程总学时：32 上课：0 实验：32 上机：32大纲制定（修订）时间：2017年6月一、大纲编写依据1、光电信息科学与工程专业2017版教学计划；2、光电信息科学与工程专业人才培养目标；3、本专业的专业特色对实验教学的要求；4、近年来对本专业的实验教学经验。
二、实验课程地位及相关课程的联系1、《近代物理实验2》是光电信息科学与工程专业的专业基础课。
2、是一门综合性较强的实验课程。
它在该专业的整个实验教学中起着承上启下的作用。
所涉及的物理知识面较广，具有较强的综合性与技术性。
在培养学生的独立工作能力、学习如何用实验的方法与技能、配合理论课程、掌握近代物理主要领域中的新概念、培养创新能力等方面起到了重要的作用。
3、本课程以《基础物理学1》、《基础物理学2》、《光电子学》、《物理实验A1》、《物理实验A2》等为先修课；4、本课程对毕业论文等工作具有一定的指导意义。
三、实验目的、性质和任务引导光电信息科学与工程专业学生了解近代物理、光电子学等方面的概念、原理及其应用，学习一些常用的实验方法、实验技术、实验仪器及实验数据分析等知识，通过实验使学生在全息计量、传感器技术、光电检测等方面得到基本操作技能与综合应用的训练，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。
丰富和活跃学生的思维，培养学生敏锐的观察、分析、归纳和解决工程实际问题的能力，培养学生的团队合作意识和较强的人际交往能力，提升自主获取知识的能力、实践和创新能力。
四、实验基本要求1、实验项目和实验内容的选定及其选定原则说明根据教学计划、培养目标的要求，《近代物理实验2》课程中实验项目、实验内容的选取包括综合性、设计性实验，实验方法和实验配置力求反映现代科技水平，注重以学生为主体，所选定的实验项目和实验内容需完成如下的教学任务及基本要求：（1）理解近代物理、光电子学等方面的相关原理及实验仪器的工作原理，了解本专业领域的技术标准和相关行业的政策、法律和法规，学习如何运用实验方法研究物理现象与规律，培养学生在实验过程中发现问题，并能综合运用所学知识解决问题的能力以及创新能力。
物理实验教程——近代物理实验-第二章
第二章微波测量技术实验微波（microwave）是一种波长较短的电磁波，频率范围约为300 MHz~300GHz，对应波长范围约为1m~1mm。
微波波段还可细分为分米波（波长为1m至10cm），厘米波（波长10cm至1cm）和毫米波（波长为1cm至1mm）。
波长在1毫米以下至红外线之间的电磁波称为亚毫米波或超微波，这是一个正在开发的THz波段。
微波技术是近代发展起来的一门尖端科学技术，不仅在雷达、通讯、导航、电子对抗、空间技术、工农业生产的各个方面有着广泛的应用，而且在高能粒子加速器、受控热核反应、射电天文、气象观测、分子生物学、等离子体、遥感技术等当代尖端科学研究中也是一种重要手段。
微波测量技术（microwave measurement technique）作为微波技术的实验部分，在科学研究和工程实际中具有重要作用。
例如：微波加速器可研究原子和分子结构，微波衍射仪可用来研究晶体结构，微波波谱仪可测定物质的许多基本物理量，微波谐振腔可用来测量物质的常数和介电损耗，等等。
因此，微波测量技术已成为重要的近代物理实验技术。
微波测量技术实验的基本目的包含“学微波”和“用微波”两个方面：（1）学习微波基础知识和掌握微波基本测量技术；（2）学习用微波作为观测手段或处理方法来研究物理现象的基本原理和实验方法。
通过一系列实验，了解微波信号（microwave signal）的产生特点、工作状态及传输特性，了解常用微波器件（microwave devices）的基本性能和使用方法；掌握微波传输与测量系统的基本组成和调试技术，掌握频率、功率及驻波比等基本参量的测量技术，掌握微波传输系统的阻抗测量和匹配技术；学会微波网络特性参数测量的基本方法和技术，学会微波天线基本特性参数的测量方法和技术，学会介质材料电磁特性参数的微波测量方法和技术。
本章共包括5个实验项目，分别为微波测量系统调试与频率测量、微波晶体检波律测定与驻波比测量、二端口微波网络散射参量测量、微波天线方向图与极化特性测量、复介电常数的微波测量，各实验项目的实验内容都设计了基础性实验内容和设计性实验内容，后者的设计主要结合了石油或能源应用特色。
近代物理实验2
近代物理实验2报告光学部分2014-3-8CORDELIAXi’an实验目录0.封面1.空间频率滤波与角度调制实验 (1)2.透射光谱测量透明薄膜的厚度实验 (7)3.光学传感三维形貌测量实验 (11)4.傅里叶光学实验（仿真） (16)5.光的偏振 (21)6.光源辐射能谱实验 (27)7.分光计测定三棱镜的顶角和折射率（仿真） (36)8.光学设计实验（仿真） (41)9.法布里-珀罗标准具实验（仿真） (45)空间频率滤波与角度调制实验引言空间频率滤波是在光学系统的空间频谱面上放置适当的滤波器，去掉（或有选择地通过）某些空间频率或改变它们的振幅和位相，使物体的图像按照人们的希望得到改善。
它是信息光学中最基本、最典型的基础实验，是相干光学信息处理中的一种最简单的情况。
早在1873年，德国人阿贝（E.Abbe，1840~1905）在蔡司光学公司任职期间研究如何提高显微镜的分辨本领时，首次提出了二次衍射成像的理论。
阿贝和波特分别于1893年和1906年以一系列实验证实了这一理论。
1935年泽尼可（Zernike）提出了相衬显微镜的原理。
这些早期的理论和实验其本质上都是一种空间滤波技术，是傅里叶光学的萌芽，为近代光学信息处理提供了深刻的启示。
但由于它属于相干光学的范畴，在激光出现以前很难将它在实际中推广使用。
1960年激光问世后，它才重新振兴起来，其相应的基础理论——“傅里叶光学”形成了一个新的光学分支。
目前光信息处理技术已广泛应用到实际生产和生活各个领域中。
实验目的（1）了解傅里叶光学基本理论的物理意义，加深对光学空间频率、空间频谱和空间频率滤波等概念的理解；（2）验证阿贝成像原理，理解成像过程的物理实质——“分频”与“合成”过程，了解透镜孔径对显微镜分辨率的影响；实验原理1.傅里叶光学变换设有一个空间二维函数g(x，y)，其二维傅里叶变换为：G(x，y)=∬g(x，y)exp[i-i2π(ξx+ηy)]dxdy其中ξ，η分别是x，y方向的空间频率，而G(ξ，η)则为g(x，y)的傅里叶逆变换：g(x，y)=∬G(ξ，η)exp[i i2π(ξx+ηy)]dxdy这个含义是：任意一个空间函数g(x，y)可以表示无穷多个基元函数exp[ i2π(ξx+ηy)]的线性叠加，而G(ξ，η)是相应于空间频率为ξ，η的基元函数的权重，因而g(x，y)被称作的空间频谱。
《近代物理实验》A2讨论课内容和教学安排
《近代物理实验》A2讨论课内容和教学安排讨论课时间：第三周和第六周上课时间讨论课要求和安排如下：第一节课：先集中，老师提出基本要求，学生按照组（二人一组，其中一个为组长）思考讨论已经做过的两个实验基本内容、实验方法和存在问题，并完成提纲。
第二节课：集中讨论，各组都要求提出问题及自己的考虑，组长主发言，组员补充并记录第三-四节课：就存在的问题进一步实验，完成讨论的问题，以组为单位提交一份讨论报告，并作为一次实验成绩。
椭圆偏振仪—薄膜厚度测量1.椭偏测厚仪设计的基本思想是什么？光路中各主要光学部件的作用是什么？2.试列举椭偏法测量中可能的误差来源，并分析它们对测量结果的影响。
3.分析对于不同的入射角，对测量结果是否有影响？4.椭偏参数ψ、∆如何定义的，量纲是什么？对应的物理意义是什么？5.试列举椭偏法测量的优点和实验中的难点黑体辐射实验1.黑体辐射实验装置光路中M2、M3是曲面反射镜，为什么？它们的作用一样吗？光路中光栅G的作用？2.实验测量的光谱范围是多少？测量探测器是什么？为什么中本实验中不用光电倍增管（PMT）来测量？3.黑体辐射温度越高时，辐射谱辐射强度最大对应波长是如何变化的？如果测量的辐射强度最大对应波长为1300nm,对应的辐射温度为多少？4.σ值与黑体辐射温度有关吗？X射线衍射实验1.X射线定义？与可见光比较差异性？2.如何理解X射线特征谱，为什么有一个平台和截止波长？3. 本实验使用的阳极是什么材料？对应的特征波长为多少？不同材料阳极，特征波长相同吗？与材料原子序数z 存在什么关系呢？4. 实验中放置样品应该注意什么？中设置起始角度时为什么要求先按“COUPLE ”键？5. 本实验测量晶体的晶面间距方法叫“2θ衍射”，为什么这样叫？6. αλ、βλ分别对应什么跃迁？衍射谱中为什么第二级衍射峰间距比第一级的大？7. 本实验晶面间距测量的误差主要是衍射尖峰角度测量误差，假设角度误差为01.0，对应的晶面间距的不确定度为多少？8．利用固体物理知识，根据晶体的晶面间距d 计算对应的晶面指数(又称密勒指数)法拉第效应实验1. 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法拉第效应，如何理解这个现象？设想一下应用它的领域。
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中子与物质相互作用的描述（微观）：不与库仑场作用，非弹 性散射时原子核激发并放出光子退激发，原子核俘获发生衰 变或裂变。
重点：γ射线的三种基本作用
光电效应
一般的核应用系统
五、能谱的表达与意义
能谱：以能量为横坐标，以强度为纵坐标，描述射线 在不同能量上的强度分布。
重点： 根据射线与
物质的相互作用 来理解能谱。
Co60能谱图
实验内容
一、NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪
1、目的： （1）了解闪烁探测器的结构、原理。 （2）掌握NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪的几个性
吸收与释放
原子的跃迁
行星结构
分离பைடு நூலகம்谱
电子跃迁（原子激发与退 激发，能量的量子化）、 能级与光子频率（光谱）， 能级图。
原子核的变化
原子核由中子和质子构成。其能量状态 仍然满足量子化，仍然存在激发与退激发， 但机制要复杂得多。
原子核的变化（一般是自发的衰变）常 常会放出α（氦原子核）、β（电子）和γ 射线（电磁波或光子）或 n（中子）。其中 γ射线的能量也与能级跃迁有关。
二大类型的探测器：计数型、径迹型。
气体探测器（电离）、闪烁探测器（能量吸收）、 半导体探测器（载流子）、中子探测器（核反应）。
闪烁探测器：能量吸收后，退激发再发光。可由有 机体、无机体晶体构成闪烁体。
探测器系统：探测器（计数输出、电荷输出、时间 输出）＋处理（信号调理、放大、符合、信息提取） ＋表达（能量谱、时间谱、其他）
• 了解多道脉冲幅度分析器在NaI(Tl)单晶γ谱测量 中的数据采集及其基本功能。
• 数据处理（包括对谱形进行光滑、寻峰，曲线拟合 等）。
系统构成
系统构成
系统构成
系统构成
系统构成
NaI(TI)单晶γ闪烁谱仪
NaI(TI)探测器工作原理
系统构成： NaI(TI)无机晶体（吸收入射光子的能量，退激发 时发出闪烁光）、光电倍增管（在闪烁光的作用下，其光阴极 发射电子，后面的倍增极将电流放大，在最后的阳极上输出电 脉冲）、放大器、多道分析器（对输入的电脉冲作幅度分析， 并在计算机上以能谱形式表现入射γ射线的能量分布与强度分 布）。
入射光子被 吸收，其能量 被电子接收， 并转为自由电 子。
康普顿散射
入射光子与电 子发生散射，损 失部分能量转移 给电子。
如果入射光子的 能量 > 1.02MeV （两个电子的静止 质量），就可能发 生光子转换为两个 电子的情况（正负 电子对）。
电子对效应
γ射线在物质中的吸收规律（宏观）：
I = I0 e –μx 线性吸收系数： μ = μph + μc + μp 其中：μph —— 光电效应；
本次实验主要涉及γ射线。
二、放射源
本次实验使用的放射源：Cs137与Co60 （也可写成137Cs与60Co ，数字表示
原子核内包含的核子数）
Cs137：主要为0.661MeV 的γ射线
Co60：主要为1.17MeV和 1.33MeV的两个γ射线
使用时注意： 1.不要将放射源出
射口对准人员。 2.使用后要洗手。
能指标和测试方法。 （3）了解核电子学仪器的数据采集、记录方
法和数据处理原理。
NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪
2．实验内容
• 学会NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪整套装置的操作、调 整和使用，调试一台谱仪至正常工作状态。
• 测量Cs137、Co60的γ能谱，求出能量分辨率、峰 康比、线性等各项指标，并分析谱形。
实验要求（参见讲义）
1. 预习报告需要包含“实验目的”、“实验内容”、 “实验装置”和“实验步骤”等固定内容。“实验原 理”部分可从讲义中的思考题中任选5题回答，作为 实验原理部分。实验中采集到的数据、能谱图等需要 保存在自己的数据文件夹中，并在实验报告中注明此 文件夹，以备查验。
2. 实验之后的完整实验报告需完整反映实验内容中 的所有部分，包括步骤与数据（图表）。从其余的思 考题中再选择5题作为实验报告的思考题。数据处理 部分需要区分清楚测量数据、原始数据、计算过程、 结果数据等。（问题最多）
μc —— 康普顿效应； μp —— 电子对效应。
均与射线能量、物质的原子序数有关。
射线的生物效应或损伤机制：电离作用， 产生重带电粒子，产生放射性原子核。
射线强度的描述：“居里”或“贝可勒” （1ci=3.7x1010Bq）。
射线防护：中子——轻物质 γ射线——重物质 带电粒子——重物质
四、探测技术
放射源的性质：
主要有：①半衰期T1/2； ②放出射线的种类，如、、γ、n； ③每种射线对应的能量； ④射线的放射强度（专业名词叫活度）。
其他： 形态（气态、液体、固体、粉末） 包装（密封、非密封） 可溶性 混合结构（数种放射源混合包装或形成链式反应）
137Cs：β—511.6kev（94.6％），1173.2kev（5.4％）, x—32.1936kev（3.69％） γ—661.661 kev（85.0％） 624.220 kev（7.79％） 655.672kev（1.44％） 30.17±0.05年。
近代物理实验（2）
陈羽 18038016667 办公室：实验楼S216
课程简介与安排
内容：（1）NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪； （2）γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定。
上课地点——实验楼(办公楼旁边，楼下有 邮局的) S223室。
讲义：电子版发给大家。
重点：（1）核探测器的构造与工作原理； （2）射线与物质的相互作用； （3）核应用系统与核技术方法。
60Co： β—318.3kev（99.89％） γ—1173.238 kev（99.87％）， 1332.513 kev（99.982％） 5.270±0.003年。
三、射线与物质的相互作用
常见的射线： α（氦原子核）、β（电子）、γ（光子）、中子。
带电粒子与物质相互作用的描述（微观）：库仑散射，电离或 激发，轫致辐射，电子对湮灭。
3. 实验完成一周后交实验报告。
预习
要求: 了解设备的连接过程、调整步骤与指标
数据；提出对本次实验的知识疑点与准备解 决的问题；列出数据处理的方法、步骤，设 计并准备好有关实验数据的记录表格。
上课前或上课中会对有关部分的知识点 进行提问，结果将计入成绩。
背景知识
一、射线的来源 1.原子跃迁（x射线与电磁波） 2.原子核的激发/退激发以及内部核子的