近代物理實驗步驟、內(nèi)容(2)

1、弗蘭克赫茲實驗一、實驗內(nèi)容測量氬原子的第一激發(fā)電位，分析誤差及其原因。二、實驗步驟參閱實驗課件三、注意事項：1、 實驗過程不允許離開儀器；2、板極電壓不允許超過85V。四、思考題1、在夫蘭克赫茲實驗中，為什么IAUG2K曲線的波峰和波谷有一定的寬度？2、為什么IAUG2K曲線有的波谷電流不等于零，并且隨著UG2K的增大而升高？3、試分析，當(dāng)夫蘭克赫茲管的燈絲電壓變化時，IAUG2K曲線應(yīng)有何變化？為什么？4、夫蘭克赫茲實驗中，為什么說我們測到的是汞原子從躍遷到的第一激發(fā)電位，而不是躍遷到或的第一激發(fā)電位。5、測量氬原子的第一激發(fā)電位時，如果G2-A兩極間沒有反向拒斥電場，IAUG2K曲線會是什

2、么樣的一條曲線？這條曲線能求出激發(fā)電位嗎？6、IAUG2K曲線中，第一個波谷對應(yīng)UG2K不是汞原子的第一激發(fā)電位，為什么？7、實驗測出的氬原子IAUG2K曲線中，為什么峰-峰間距隨UG2K的增大而略有變大？全息照相一、實驗內(nèi)容拍攝菲涅爾變換全息圖二、實驗步驟1、設(shè)計光路系統(tǒng)，光路系統(tǒng)應(yīng)滿足下列條件：1）、用透鏡將物光束擴展到一定程度以保證被攝物體能均勻照亮，參考光也應(yīng)擴展使感光板得到均勻光照。2）、參考光應(yīng)強于物光，在感光板的地方兩光束的強度比約為4:110:1。3）、物光與參考光束的夾角為30°50°之間，兩光束的光程大致相等（光程差小于1cm）。（光學(xué)元件調(diào)整好后，關(guān)上

3、照明燈，有條件的用照度計測量參考光與物光的強度（略），并調(diào)整符合要求。）2、根據(jù)光強調(diào)好曝光器的曝光時間，（參考值：12秒），關(guān)上快門，在暗室下裝上底片，底片的乳膠面向入射光（用手摸干片一角，有粘手感的一面為乳膠面），走到曝光器后靜置2分鐘后按曝光按鈕曝光。取下曝光后的干片用黑紙包好放到紙盒中，再用黑布包好，拿到暗房顯、定影。3、顯影及定影：先顯影后定影，顯影過程中應(yīng)不斷輕微搖動干片，顯影完后放到清水中稍為洗一下，然后放入定影液中，并輕輕搖動干片，定影結(jié)束后取出再用清水洗2分鐘。顯影時間：40 100秒，由曝光時間、顯影液濃度和溫度決定。定影時間：35分鐘。4、物像再現(xiàn)1）、將全息片的乳膠面向

4、著參考光，并盡可能使光照方向與原來參考光束的方向一致，從照片背面迎著參考光觀察。2）、試改變觀察角度，看看物像有什么變化。3）、移去擴束鏡，使激光只照在全息片的一小部分，看看能否觀察到整個物像。4）、把全息片轉(zhuǎn)過180°，使乳膠面面向觀察者，用不擴束的激光束照射，再用毛玻璃片在全息片后面移動，接收與觀察實像（本步驟略）。三、注意事項1、取全息干片和拍攝過程應(yīng)在全暗的情況下進行，取干片時，手從暗袋袖口伸進暗袋，嚴禁翻弄干片,以免乳膠面被破，取出干片后應(yīng)認真檢查干片盒是否蓋好。2、不允許觸摸光學(xué)元件，在曝光過程中不得觸及防震臺、不得走動以及大聲說話。3、激光器電壓較高，必須注意安全，嚴禁

5、眼睛對準(zhǔn)激光觀看。4、實驗過程要關(guān)手機，以免突然來電時干片曝光。5、干片用完時應(yīng)告訴老師，嚴禁打開實驗室中那2個木箱。四、思考題1、簡述全息照相與普通照相有什么不同。2、怎樣才能拍攝出一張比較理想的全息圖片？3、試分析在全息實驗中參考光和物光入射在干片的夾角太大或太小有什么不好？4、拍攝全息干片時，光路布置要注意些什么？5、你怎樣理解全息圖上每點上都記錄了物體上各點光的完全信息？6、像面全息圖上每點是否記錄了物體上各點光的完全信息？為什么（選答）附：顯影液和定影液的配制方法配制顯影和定影液過程要十分小心，避免藥粉或藥劑進入眼睛和嘴吧。顯影液的配制在燒杯中倒入50度左右的清水800ml，倒入2g

6、米吐爾，攪拌到完全溶化，然后放入無水亞硫酸鈉90g、對笨二酚8g、無水碳酸鈉48g、溴化鉀5g，再加入200ml的水，攪拌至完全溶化即可。定影液的配制在50度左右800ml的清水中倒入硫代硫酸鈉240g、無水亞硫酸鈉15g、冰醋(乙)酸13.5g、硼酸(晶體)7.5g、鉀礬15g，加水至1000ml，攪拌至完全溶化即可。塞曼效應(yīng)一、實驗內(nèi)容拍攝汞546.1nm塞曼效應(yīng)圖片，總結(jié)其特點，求出電子的荷質(zhì)比。二、操作步驟參閱課件三、注意事項1、FP標(biāo)準(zhǔn)具已經(jīng)調(diào)節(jié)好，請不要再調(diào)節(jié)。2、所有光學(xué)元件禁止用手觸摸。3、非防磁手表勿靠近電磁鐵。四、思考題1、調(diào)整法里布-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具時，如何判斷標(biāo)準(zhǔn)具的兩個內(nèi)平

7、面是否嚴格平行的？標(biāo)準(zhǔn)具調(diào)整不好會產(chǎn)生怎樣的后果？2、在塞曼效應(yīng)中，標(biāo)準(zhǔn)具有什么作用？3、在塞曼效應(yīng)中，濾色片有什么作用？4、要得到比較理想的圖象，光路要滿足哪些條件？5、汞435.8nm譜線是由6s7s3S1躍遷到6s6p3P1產(chǎn)生的，試計算它的塞曼分裂，說明它的偏振情況，畫出能級分裂和躍遷情況圖。6、汞5461線在B=1.10T磁場中的塞曼分裂線如圖所示，已知標(biāo)準(zhǔn)具兩平面鏡的間距d=2mm，求電子的荷質(zhì)比。光泵磁共振一、實驗內(nèi)容1、觀察銣樣品的光抽運信號，理解其產(chǎn)生的機理。2、測量銣原子的朗德因子。二、實驗步驟1.觀察光抽運信號1）選擇方波掃場，幅度適中；2）按下水平場方向開關(guān)，此時水平恒

8、場的方向與地磁水平分量相反，勵磁電流調(diào)到最小，它產(chǎn)生的磁場基本抵消掉地磁的水平分量；3）松開豎直線圈方向按鈕，勵磁電流調(diào)到最小，它產(chǎn)生的磁場基本抵消掉地磁的豎直分量；4）調(diào)節(jié)示波器即可觀察到光抽運信號。2、測量銣原子的朗德因子1) 抵消地磁場垂直分量的:選擇方波掃場, 調(diào)節(jié)垂直線圈產(chǎn)生的磁場方向與地磁垂直分量相反,調(diào)節(jié)勵磁電流的大小(約0.014A),當(dāng)光抽運信號最大時地磁垂直分量被抵消。2)選擇三角波掃場, 調(diào)節(jié)掃場與地磁場水平分量相同,水平恒場與地磁場水平分量相反,且滿足強度。（判斷方法：增高射頻場頻率,共振信號應(yīng)向掃場波谷方向移動）,加上射頻場,調(diào)節(jié)頻率,使共振信號出現(xiàn)并對準(zhǔn)三角波掃場的

9、波峰(或谷),記下共振頻率。3）保持勵磁電流不變，調(diào)節(jié)掃場和水平恒場與地磁場水平分量方向相同，調(diào)節(jié)射頻信號其頻率，使共振信號出現(xiàn)并對準(zhǔn)三角波掃場的波峰(或谷)，記下共振頻率。4）改變勵磁電流，重復(fù)步驟2.2-2.3。5）代入課本9.4.8式即可求出。6）誤差分析，評定實驗結(jié)果不確定度。光泵磁共振實驗數(shù)據(jù)表水平勵磁電流/A 同向反向平均同向反向平均0.6000.7000.8000.900平均值平均值理論值理論值相對誤差(%)相對誤差(%)三、注意事項1、實驗結(jié)束后，應(yīng)先將勵磁電流調(diào)到最小方可切斷電源；2、為保護儀器，勵磁電流不要大于1A。四、思考題（要求報告中至少回答3題）1、什么是光抽運現(xiàn)象？

10、光抽運現(xiàn)象遵循什么躍遷定則？光抽運是否需要射頻信號？2、什么是磁共振現(xiàn)象？磁共振需要什么條件？3、說說光泵磁共振實驗中，光抽運的作用是什么？4、說說光泵磁共振實驗有哪些巧妙的實驗思想？5、什么是弛豫過程？影響池豫時間的原因主要有哪些？6、如圖所示，在光泵磁共振實驗中，掃場為方波信號，當(dāng)調(diào)節(jié)亥姆霍茲線圈兩個分量的磁場恰好抵消掉地磁時，從示波器觀察到的光抽運信號如圖所示，試解釋其產(chǎn)生的原因？微波介質(zhì)特性的測量一、實驗內(nèi)容1、了解本系統(tǒng)各個微波器件的名稱和作用。2、測量微波介質(zhì)的。二、實驗步驟1、按圖1連接好各個微波器件。2、按順序接通示波器、功率計、選頻放大器和信號源電源。3、示波器的時基和增益調(diào)

11、節(jié)到適當(dāng)檔位，微波信號源工作方式為“掃頻”，調(diào)節(jié)信號源頻率和“掃頻寬度”，使示波器上出現(xiàn)諧振腔諧振曲線，諧振點出現(xiàn)在X軸的中間位置，調(diào)節(jié)示波器靈敏度微調(diào)使諧振曲線幅度正好為6格，如圖2所示。4、測量諧振腔的諧振頻率：調(diào)節(jié)吸收式波長計，使“缺口尖端”對準(zhǔn)諧振曲線的最底點O，如圖3所示，讀出波長計讀數(shù)，對照波長表查出頻率，此即為諧振腔的諧振頻率（參考值:9279MHz）。5、測定示波器X軸頻標(biāo)系數(shù)K：調(diào)節(jié)吸收式波長計，使“缺口尖端”分別對準(zhǔn)諧振曲線的A和B點，如圖4所示，分別讀出波長計讀數(shù)和，對照波長表查出頻率和，則：6、測量諧振曲線半功率點頻帶寬：如圖5所示，讀出半功率點的距離CD，則： 7、測

12、量諧振腔在放入樣品時的諧振頻率：在諧振腔小孔中放入樣品，調(diào)節(jié)吸收式波長計，使“缺口尖端”對準(zhǔn)諧振曲線的最底點O，讀出波長計讀數(shù)，對照波長表查出頻率。 （方法同圖3）8、測量諧振腔放入樣品后諧振曲線半功率點頻帶寬：方法同（6）。9、計算出，并分析誤差原因（具體原因）。諧振腔規(guī)格：樣品規(guī)格：1.443 mm10、關(guān)掉儀器電源：先關(guān)掉信號源電源，再關(guān)閉其他儀器的電源。激光的特性及其參數(shù)的測量一、實驗內(nèi)容測量激光特性的基本參數(shù)二、實驗步驟1、激光功率與電流的關(guān)系1）按圖3.1.4光路，調(diào)節(jié)激光器輸出口、光闌、功率計探頭等高共軸；2）開啟功率計、激光電源，預(yù)熱10分鐘；3）激光器電源激光管長選擇撥至“4

13、50mm”，電壓調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)到最大，自耦高壓器調(diào)到激光管剛好穩(wěn)定點亮，記下此時的電流和功率；4）調(diào)節(jié)自耦高壓器、激光器電源激光管長選擇、電壓調(diào)節(jié)旋鈕等使激光電流增加0.4mA，記下此時的功率和電流；5） 重復(fù)步驟4直至電流達到10mA；6） 繪制P-I關(guān)系曲線，總結(jié)其特點；7） 找出實驗曲線與課本中曲線差異的原因。2、測量激光器管的偏振度1）調(diào)節(jié)激光器輸出最大功率；2）在3.1.4光路圖中激光功率計前放置偏振片，旋轉(zhuǎn)偏振片，測量透過偏振片光最大功率和最小功率；3）按公式3.1.9求出激光的偏振度。3、測量激光的波長（此項內(nèi)容在“信息光學(xué)處理”實驗中完成）1）按圖3.1.3調(diào)節(jié)好光路，測量光柵空間

14、頻譜相鄰光點間的距離x（2.1mm）；2）用公式3.1.8計算出激光的波長。其中，d=0.04mm，f=150mm。三、注意事項保持儀器周圍整潔；激光電源以及調(diào)壓器為高電壓，請注意安全！四、思考題見課本信號取樣平均實驗一、實驗內(nèi)容在噪聲背景中復(fù)現(xiàn)信號波形二、實驗步驟1、按如圖所示將各功能模塊連接好。2、接通儀器電源，調(diào)正弦信號輸出為1000Hz、500mV，白噪聲輸出為500mV，“多點信號取樣平均器”的時間常數(shù)取0.2s，“高、低通帶濾波器”高通截止頻率置于3.7.5Hz，低通截止頻率置于25kHz。3、用示波器Y1通道觀察噪聲與信號相混后的波形并記錄下來。4、多點信號平均器時間常數(shù)分別取0

15、.02S，0.2s，2s，用Y2通道取樣平均器處理后輸出的信號，注意觀察波形信噪比變化情況。討論多點信號平均器的作用以及時間常數(shù)對改善信號信噪比有什么作用。時間常數(shù)(s)輸出波形（大致畫出）0.020.225、用“交流、直流、噪聲電壓表”分別測量“高、低通帶濾波器”輸入和輸出端的電壓，改變“高、低通帶濾波器”的截止頻率，測量其輸出電壓，通過實驗數(shù)據(jù)討論“高、低通帶濾波器”的作用。高通截止頻率（Hz）低通截止頻率（Hz）高、低通帶濾波器輸出端電壓37.525037.5150037.525000150025015001500150025000三、思考題1、通過實驗總結(jié)出“高、低通帶濾波器”在處理深

16、埋在噪聲背景中的信號的作用；2、通過實驗總結(jié)出“多點信號取樣平均器”在處理深埋在噪聲背景中的信號的作用，進一步理解“信號多點取樣”的意思。3、討論時間常數(shù)對提高信號信噪比有什么作用？4、本實驗儀器信號取樣點為16點時，畫出輸出波形？弗蘭克-赫茲實驗一、實驗內(nèi)容測量氬原子的第一激發(fā)電位二、實驗步驟參閱課件三、思考題（實驗報告至少回答4題）1、夫蘭克赫茲實驗測出的汞原子的第一激發(fā)電位的大小與FH管的溫度有無關(guān)系？為什么？2、在夫蘭克赫茲實驗中，為什么IAUGK曲線的波峰和波谷有一定的寬度？3、為什么IAUGK曲線的波谷電流不等于零，并且隨著UGK的增大而升高？4、當(dāng)實驗條件保證電子激發(fā)汞原子躍遷到

17、，測得的IAUGK曲線應(yīng)具有什么特征？影響此曲線的因素有哪些？5、試分析，當(dāng)夫蘭克赫茲管的燈絲電壓變化時，IAUGK曲線應(yīng)有何變化？為什么？6、試分析，當(dāng)恒溫箱的溫度分別取幾個溫度（各個溫度下仍保證電子激發(fā)汞原子躍遷到），IAUGK曲線應(yīng)有何變化？為什么？7、夫蘭克赫茲實驗中，為什么說我們測到的是汞原子從躍遷到的第一激發(fā)電位，而不是躍遷到或的第一激發(fā)電位。8、測量汞原子的第一激發(fā)電位時，如果G-A兩極間沒有反向拒斥電場，IAUGK曲線會是什么樣的一條曲線？這條曲線能求出激發(fā)電位嗎？9、IAUGK曲線中，第一個波谷對應(yīng)UGK不是汞原子的第一激發(fā)電位，為什么？10、測量汞原子第一激發(fā)電位時，為什么

18、恒溫箱的溫度要滿足一定的條件？溫度太高或太低對實驗產(chǎn)生什么影響？11、夫蘭克赫茲管內(nèi)的空間電位是如何分布的？板（陽）極與柵極之間的反向拒斥電壓起什么作用？橢圓偏振法測量薄膜厚度、折射率和金屬復(fù)折射率一、實驗內(nèi)容橢圓偏振法測量薄膜的厚度和折射率二、實驗步驟參考課件三、注意事項1、嚴禁眼睛直視激光2、調(diào)節(jié)光路時，各個旋鈕只能輕微調(diào)節(jié)，應(yīng)避免大范圍調(diào)節(jié)。四、思考題1、請列舉橢圓偏振實驗中的誤差來源，實驗中采取什么方法消除或減小誤差2.2.2.2. 試列舉橢偏法試列舉橢偏法試列舉橢偏法試列舉橢偏法測量中可能的誤差來源測量中可能的誤差來源測量中可能的誤差來源測量中可能的誤差來源，并分析它們對測量結(jié)果的影

19、響并分析它們對測量結(jié)果的影響并分析它們對測量結(jié)果的影響并分析它們對測量結(jié)果的影響。 答：在調(diào)節(jié)光路的過程中，沒有調(diào)好共軸，使激光與偏振片、1/4波片不是嚴格正入射，導(dǎo)致測量的折射率與理論值存在偏差；在實驗過程中，用手接觸了介質(zhì)薄膜的表面，使得上面帶有手印，灰塵等雜質(zhì)，導(dǎo)致測得的折射率有 誤差；用眼睛觀察消光點，帶有個人主觀視覺因素；由于波片快慢軸分量的相位不嚴格為/2，即光路中存在補償?shù)钠?，在安裝調(diào)整過程中1/4波片快軸與入射面夾角不嚴格為70°，促在偏差，最后起偏器角還有可能存在零點誤差，這都是測量中的系統(tǒng)誤差。分析表明系統(tǒng)誤差的二級小量可以忽略，用兩個不同消光位置的測量值求平均