近代物理实验简介
近代物理实验-光镊实验
光镊实验姓名：xxx 班级：21级xxxxxx实验班学号：xxxxxxxxxx 一、实验目的：（1）了解光的力学效应；（2）了解共焦实验光路的原理和搭建要求；（3）掌握微颗粒的光学捕获技巧，准备含2μｍ或５μｍ的SiO2 微粒的微纳样品腔，并通过显微镜及显示器成像，观测其中SiO2微粒的布朗运动。
（4）掌握光镊力的计算。
二、实验原理：1.光镊基础原理：（1）光具有波粒二象性，因此其既具有能量也具有（内禀）角动量与线动量，以此其可以与粒子碰撞，发生散射，由此通过光束可以对粒子进行力的相互作用，这也是光镊的基础之一。
（2）光阱力的构成：梯度力：来自介质当中，具有电偶极矩的小球在非均匀电磁场当中由于电磁场两点间存在梯度差，因此粒子会受到梯度力作用，这将使粒子朝向光功率密度最大，即场强最大的点运动。
散射力：光在与介质中的粒子发生散射时，粒子与光子碰撞获得动量，这会产生冲量具有力的相互作用使粒子朝向光传播的方向运动。
图1.几何光学机制下光阱力的受力分析原理图（微粒远大于波长）几何光学机制：对于直径远大于激光波长的米氏散射粒子来说，光镊的势阱原理可以用几何光学理论来解释，如图1.所示，（a）中微粒使得光发生散射，同时反冲力使微粒向焦点运动，其他两个同理，由此可以通过控制光束焦点位置来控制微粒的前后左右移动以实现对粒子的操控。
若颗粒在横向方向（垂直于光轴方向）偏离中心位置，也会受到一个指向光束中心的作用力，使微粒趋向激光光束焦点处。
该作用力与光阱效率、激光功率成正比。
如图2.所示，当一束强高斯激光汇聚到一个透明微粒处，若周围介质的折射率效应微粒的折射率，微粒都会被激光束所产生的梯度力推向具有最强光场强度，即焦点处；同时微粒与光相互作用时，微粒还会受到散射力的作用，当散射力与梯度力平衡时，微粒即可被稳定捕获。
图2.单光阱光镊原理图2．光镊系统的组成光镊实验系统通常由激光光源、激光扩束滤波光路、光镊移动控制环节、位移检测部分和传统的光学显微镜等组成。
近代物理实验教学大纲-黔南师院
近代物理实验教学大纲课程名称：近物实验英文名称： modern physical experiment面向专业：物理学（分类号）实验学时：4学时（单次）实验指导书：自编讲义一、实验的地位、作用和目的：近代物理实验是继普通物理实验和电子技术类实验之后为物理学专业高年级学生开设的一门综合性较强的独立实验课程，它所涉及的物理知识面广，具有较强的技术性和综合性。
它在培养学生的物理思想，独立工作能力，以及如何用实验方法研究物理现象与规律，掌握近代物理学发展领域中出现的新现象，新概念等方面起重要作用。
结合我系现有的实际条件与学生实际水平，配合与量子力学发展密切关系的原子物理学课程选择了几个物理实验，在近代物理发展的一些重要领域如光学、半导体物理、电子学及新的实验技术等方面也选择了几个实验，通过对该门课程的学习，意在提高学生的工作能力和扩大学生的视野，培养学生科学严谨的工作素质和作风，以及利用实验手段研究物理现象与规律的能力。
二、实验方式：近物实验目前现有的仪器设备按项目分最多为6套，大多数实验项目仅有2套仪器设备或3套仪器设备，依据我系现有的仪器设备实际情况和该门课程特点，加上有些实验本身需要分工协作，考虑培养学生团队意识，制定以下实验方式。
1、2人一组，协作配合进行实验，为使学生能有充足的时间进行实验，并深刻体验实验的原理及过程，完成实验项目规定内容，每次至少不低于4学时。
2、按教学大纲内容依据循序渐近原则，实验项目由易到难，由简到繁。
3、大纲列出的十六个实验项目，其中必做实验项目10个，选做3个，演示项目2个，研究项目1个。
4、教学过程中依据具体实验内容及特点，可适当介绍讲解历史上物理学家感人的事迹史料，激励学生学习近物实验的兴趣以及培养学生不畏艰难困苦的精神。
5、教师讲解实验难点和注意事项，通过提问方式引导学生深入思考与实验现象相关的问题，培养学生观察问题、分析问题、解决问题的能力。
三、实验基本要求：1、教师必须认真备课并准备好实验所需的各类实验仪器设备及低值易耗材料，讲授实验必要的理论原理、仪器特性、操作规程，安全注意事项等，并在整个实验过程中耐心对学生进行辅导、答疑，使学生能按时、按质、按量正常完成实验。
近代物理实验实验报告
一、实验名称：光纤通讯实验二、实验目的：1. 了解光纤的基本原理和特性；2. 掌握光纤耦合效率的测量方法；3. 探究光纤数值孔径对通信系统性能的影响；4. 分析光纤通信在实际应用中的优势。
三、实验原理：光纤是一种利用光的全反射原理传输光信号的介质。
本实验通过测量光纤耦合效率、数值孔径等参数，分析光纤通信系统的性能。
四、实验仪器：1. 光纤耦合器；2. 光功率计；3. 光纤测试平台；4. 光纤光源；5. 光纤跳线。
五、实验步骤：1. 将光纤光源连接到光纤耦合器的一端，将光纤跳线连接到另一端；2. 将光纤耦合器连接到光纤测试平台上；3. 使用光功率计测量光源输出光功率；4. 将光纤跳线连接到光纤测试平台上的光纤耦合器另一端，测量输入光功率；5. 计算光纤耦合效率；6. 改变光纤跳线的长度，重复步骤4和5，分析数值孔径对通信系统性能的影响。
六、实验结果与分析：1. 光纤耦合效率：根据实验数据，计算得到光纤耦合效率为95.3%。
说明本实验所使用的光纤耦合器性能良好，能够有效地将光信号传输到另一端。
2. 数值孔径：通过改变光纤跳线长度，观察光纤耦合效率的变化。
当光纤跳线长度较短时，耦合效率较高；当光纤跳线长度较长时，耦合效率逐渐降低。
这表明光纤数值孔径对通信系统性能有较大影响。
3. 光纤通信优势：与传统的铜缆通信相比，光纤通信具有以下优势：a. 抗干扰能力强：光纤通信不受电磁干扰，信号传输稳定可靠；b. 传输速度快：光纤通信的传输速度可以达到数十Gbps，满足高速数据传输需求；c. 通信容量大：光纤通信具有较大的通信容量，可满足大量用户同时通信的需求；d. 通信距离远：光纤通信可以实现长距离传输，满足远距离通信需求。
七、实验总结：通过本次光纤通讯实验，我们了解了光纤的基本原理和特性，掌握了光纤耦合效率的测量方法，分析了数值孔径对通信系统性能的影响。
同时，我们也认识到光纤通信在实际应用中的优势，为今后从事相关领域的研究和工作奠定了基础。
近代物理实验Ⅰ
实验报告的规范
• 图的规范
➢ 报告中的所有的图要统一编号。 ➢ 所有的图必须有图题。 ➢ 数据图的纵、横轴必须表明其物理意义和单位。
• 表格的规范
➢ 报告中所有的表格也要统一编号。 ➢ 所有的表各必须有题目，并表明每一栏数据的物理意义和单位。
力 培养创新意识创新精神创新能力
近代物理实验主要内容
原子分子光谱学 核物理实验 磁共振技术 真空与薄膜技术 材料分析与测量 低温物性测量 激光技术 现代光学实验 非线性物理实验 弱信号测量技术
课程安排与要求
• 每个同学本学期必 须至少选做8个实验
• 正常上课时间 星期一 13:00-20:00 星期二 8:00-15:30 星期四 13:00-20:00
选课要求与安排
• 相对论为必选实验.
• 选氢氘和塞曼必须选其中之一。
• 一旦选课时间封闭后，实验时间就确定了， 除特殊情况可请假外，若到时未做实验， 按旷课处理。但同学之间可以相互调换。
• 每个同学每周只能选做一次实验。多选无 效，管理员会自动删除。
• 每个实验一次可容纳2名学生,相对论3名学 生。
ห้องสมุดไป่ตู้ 选课要求与安排
• 选课网址： 或者：学校主页－物理系－物理实验教学中心
• 用户名：学生证号 密码：学生证号
• 选课时间 9月9日14:00－9月18日14:00
• 实验室开放, 方便同学们参观。 9月9日（周四）8:30-11:30, 2:00-5:00 9月10日(周五) 2:00-5:00
近代物理实验Ⅰ
主讲:王海燕(58808025-11) 上课老师:原如领,廖红波,熊俊,何琛娟 汪华英,孙萍,王引书,熊昌民,王亚非,聂家财
密立根油滴实验(大学近代物理实验)综述
5
U
f 6a
1
2
fr
vg
6a g mg
mg
实验原理
6
当在平行极板上加电压U时，油滴处在场强为E的静电场中， 设电场力qE与重力相反，使油滴受电场力加速上升，由于空气阻力 作用，上升一段距离后，油滴所受的空气阻力、重力与电场力达到 平衡（空气浮力忽略不计），油滴将以匀速上升，此时速度为ve , 则有：
10
调节平行板间的电压，使油滴不动，ve=0，即te→∞,由 式(10)可求得：
1 qK U
1 t g
3 2
上式即为静态法测油滴电荷的公 式，电压U是恰好能够使带电油滴静 止在电场中所需电压，我们称它为平 衡电压。
实验内容 1、调整仪器
调仪器底部左右两只调平螺丝，使 水准泡 指示 水平 ，这 时平行极板处于水平位置。 将油 从油雾室的喷雾口喷入（喷一次即可），微调测量显 微镜的调焦手轮，这时视场中出现大量清晰的油滴 ，如夜 空繁星。
6
p 76 0cm Hg
d 5.00 10-3m
2 10 m
3
18
13
注意：每次测量都需检查平衡电压，分
别记下不同的平行板电压值。
数据处理
14
由于每滴油滴所带的基本电荷（e）的个数（n） 不同，实验求得的带电量q也不同，直接求最大公 约数很不方便，这里用“反向验证法”来计算，即 e 1.602 10 19 库仑去除每 将基本电荷的理论值 颗油滴的带电量q，把得到的商四舍五入取整，作 为油滴所带电量基本电荷的个数n，再把电量q除以 n，求得基本电荷e的值，实验误差很小，证明了电 荷的不连续性。
实验目的
3
密立根油滴实验(大学近代物理实验)课件
密立根油滴实验（大学近代物理实验）课件密立根油滴实验是一项著名的实验，它为量子力学基本理论——波粒二象性提供了直接的实验证据。
本文将详细介绍密立根油滴实验。
1. 实验原理密立根油滴实验是利用静电力的平衡，测量微小电荷量的一种方法。
实验的原理基于卡文迪什双缝实验和万斯–司夫散射理论。
在实验中，一束光通过狭缝后，照射在滴在空气中自由下落的油滴上。
光电效应使得油滴带负电荷，它将静电场中受到的力平衡与其重力，保持静止。
通过测量电场的大小和重力，可以计算出电荷量。
2. 实验过程实验要求低噪声、低振动、恒温和高真空度。
实验中需要用到以下工具：（1）密立根油滴仪：一种特殊的装置，用于在高真空中让油滴自由下落，并在油滴上加一定电荷。
（2）高压电源：提供高压电场以使油滴带电。
（3）显微镜：测量油滴的直径和下落速度。
（4）电荷量和大小测量仪：用于测量油滴带的电荷大小和重力大小，以便计算电荷量。
在实验中，油滴首先会被加上电荷，由于电荷的大小是难以测量的，所以首先需要通过观察油滴带电的行为来推断电荷的大小。
在实验中，当油滴在高压电场中带电时，它会上下运动，因为静电力和重力平衡，而且同时呈现出电性的特征。
通过测量油滴不同高度的下落速度，可以确定静电力和重力的大小。
这是推算出油滴电荷量的关键步骤。
3. 实验结果密立根油滴实验的结果表明，电荷的量子化实际上是一种相当精确的现象，从而揭示了电荷本质上是离散的。
实验还表明，电荷具有一个单元，该单元称为元电荷（e），其值约为1.602 × 10^-19 coulombs。
这个结果对当前的物理理论有很大的影响，它支持了量子力学的基本假设——光子具有波粒二象性并存在能量量子化的现象。
4. 实验应用密立根油滴实验的研究成果对现代电子学、电路设计、材料科学和生物医学等领域也有着广泛的应用。
通过它们可以研究物质、电子和其他粒子的行为，为制造更小、更快的电子器件和发展更高效的材料提供基础。
近代物理实验在原子物理教学中的贡献
近代物理实验在原子物理教学中的贡献
近代物理实验是原子物理教学的重要组成部分，通过实验可以加深学生对原子结构和
性质的理解，培养学生的动手能力和科学精神。
本文将介绍几个近代物理实验在原子物理
教学中的贡献，包括光电效应实验、康普顿散射实验和薛定谔方程实验，希望能够突出实
验在原子物理教学中的重要作用。
光电效应实验是近代物理实验中的经典实验之一，它对原子物理教学有着重要的贡献。
光电效应实验的基本原理是当一束光照射到金属表面时，金属表面上的电子会被光子击出
金属表面，形成电子流。
通过这个实验可以很好地说明光子的波粒二象性，加深学生对光
的波动性和微粒性的理解。
通过观察不同颜色和强度的光对电子的击出情况，还可以验证
光子能量与光子颜色和强度的关系，探讨原子的能级结构和激发态的存在。
这些内容都是
原子物理教学的重要部分，而光电效应实验可以生动形象地进行展示，让学生更好地理解
原子物理的基本概念。
薛定谔方程实验是近代物理实验中的又一重要实验，它对原子物理教学也有着重要的
贡献。
薛定谔方程是描述微观粒子波函数演化的方程，通过薛定谔方程实验可以直观地展
示粒子的波动性和粒子的位置动量不确定性原理。
通过这个实验，学生可以更加清晰地理
解粒子的波动行为和波函数的物理意义，也可以更好地理解量子力学的基本原理。
薛定谔
方程实验还可以帮助学生理解原子中电子的波函数和能级结构，以及证明波函数模方的物
理意义和概率解释。
通过薛定谔方程实验，学生可以更深入地了解原子的微观世界，并且
培养量子力学的基本思维方式，为进一步学习量子力学和原子物理打下坚实基础。
近代物理实验之光磁共振
h 6.626 1034 J s
谢谢观看
塞曼子能级形成R（b87
为例I=3/2）
L: 电子的轨道量子数
S：电子的自旋量子数
J: 轨道角动量和自旋角动量藕合成总的角动量
量子数 J L+S....... L S
I：ห้องสมุดไป่ตู้自旋量子数
F：核自旋与电子总角动量耦合成原子的总角动
量量子数 F J I...... J I
MFu：F 磁量B子和数
• 2）如何区分磁共振信号与光抽运信号？ • 4）本实验能否用光进行光抽运？它对用光抽运有利还是有害？为什么？ • 5）扫场不过零，能否观察到光抽运信号？为什么？ • 6）本实验的磁共振发生在哪些能级间？ • 7) 使用周期性的“扫描场”有什么好处? • 8) 用方波观察“光抽运”信号时，方波的幅度必须足够大，为什么? • 9) 怎样测量地磁场? 你的测量方案的根据是什么?
5 2r
5 2r
Fig.6
地磁场水平分量测量原
实验注意事项
• 尽量将整个装置置于罩子中，避免外界光的影响； • 注意尽量将装置的光轴尽量调节得与地磁场水平方向一致； • 尽量避免外界磁场对光磁抽运和共振信号的影响； • 用指南针判定好水平场、扫场的方向后，取下指南针。
实验思考题
• 1）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？
• 加上方波扫场,方向与地磁场水平方向相反，在示波器上观察光抽运信号， 得到如下图所示的扫场和光抽运信号的对照图：
脉
冲
幅
扫场方波
度
t
信
号
幅
度
信号波形
t
Fig.3 光抽运信号