近代物理实验步骤、内容(2)

1、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IAUG2K曲线的波峰和波谷有一定的宽度？2、为什么IAUG2K曲线有的波谷电流不等于零，并且随着UG2K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，IAUG2K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跃迁到的第一激发电位，而不是跃迁到或的第一激发电位。5、测量氩原子的第一激发电位时，如果G2-A两极间没有反向拒斥电场，IAUG2K曲线会是什

2、么样的一条曲线？这条曲线能求出激发电位吗？6、IAUG2K曲线中，第一个波谷对应UG2K不是汞原子的第一激发电位，为什么？7、实验测出的氩原子IAUG2K曲线中，为什么峰-峰间距随UG2K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4:110:1。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

3、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：12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：35分钟。4、物像再现1）、将全息片的乳胶面向

4、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。4）、把全息片转过180°，使乳胶面面向观察者，用不扩束的激光束照射，再用毛玻璃片在全息片后面移动，接收与观察实像（本步骤略）。三、注意事项1、取全息干片和拍摄过程应在全暗的情况下进行，取干片时，手从暗袋袖口伸进暗袋，严禁翻弄干片,以免乳胶面被破，取出干片后应认真检查干片盒是否盖好。2、不允许触摸光学元件，在曝光过程中不得触及防震台、不得走动以及大声说话。3、激光器电压较高，必须注意安全，严禁

5、眼睛对准激光观看。4、实验过程要关手机，以免突然来电时干片曝光。5、干片用完时应告诉老师，严禁打开实验室中那2个木箱。四、思考题1、简述全息照相与普通照相有什么不同。2、怎样才能拍摄出一张比较理想的全息图片？3、试分析在全息实验中参考光和物光入射在干片的夹角太大或太小有什么不好？4、拍摄全息干片时，光路布置要注意些什么？5、你怎样理解全息图上每点上都记录了物体上各点光的完全信息？6、像面全息图上每点是否记录了物体上各点光的完全信息？为什么（选答）附：显影液和定影液的配制方法配制显影和定影液过程要十分小心，避免药粉或药剂进入眼睛和嘴吧。显影液的配制在烧杯中倒入50度左右的清水800ml，倒入2g

6、米吐尔，搅拌到完全溶化，然后放入无水亚硫酸钠90g、对笨二酚8g、无水碳酸钠48g、溴化钾5g，再加入200ml的水，搅拌至完全溶化即可。定影液的配制在50度左右800ml的清水中倒入硫代硫酸钠240g、无水亚硫酸钠15g、冰醋(乙)酸13.5g、硼酸(晶体)7.5g、钾矾15g，加水至1000ml，搅拌至完全溶化即可。塞曼效应一、实验内容拍摄汞546.1nm塞曼效应图片，总结其特点，求出电子的荷质比。二、操作步骤参阅课件三、注意事项1、FP标准具已经调节好，请不要再调节。2、所有光学元件禁止用手触摸。3、非防磁手表勿靠近电磁铁。四、思考题1、调整法里布-珀罗标准具时，如何判断标准具的两个内平

7、面是否严格平行的？标准具调整不好会产生怎样的后果？2、在塞曼效应中，标准具有什么作用？3、在塞曼效应中，滤色片有什么作用？4、要得到比较理想的图象，光路要满足哪些条件？5、汞435.8nm谱线是由6s7s3S1跃迁到6s6p3P1产生的，试计算它的塞曼分裂，说明它的偏振情况，画出能级分裂和跃迁情况图。6、汞5461线在B=1.10T磁场中的塞曼分裂线如图所示，已知标准具两平面镜的间距d=2mm，求电子的荷质比。光泵磁共振一、实验内容1、观察铷样品的光抽运信号，理解其产生的机理。2、测量铷原子的朗德因子。二、实验步骤1.观察光抽运信号1）选择方波扫场，幅度适中；2）按下水平场方向开关，此时水平恒

8、场的方向与地磁水平分量相反，励磁电流调到最小，它产生的磁场基本抵消掉地磁的水平分量；3）松开竖直线圈方向按钮，励磁电流调到最小，它产生的磁场基本抵消掉地磁的竖直分量；4）调节示波器即可观察到光抽运信号。2、测量铷原子的朗德因子1) 抵消地磁场垂直分量的:选择方波扫场, 调节垂直线圈产生的磁场方向与地磁垂直分量相反,调节励磁电流的大小(约0.014A),当光抽运信号最大时地磁垂直分量被抵消。2)选择三角波扫场, 调节扫场与地磁场水平分量相同,水平恒场与地磁场水平分量相反,且满足强度。（判断方法：增高射频场频率,共振信号应向扫场波谷方向移动）,加上射频场,调节频率,使共振信号出现并对准三角波扫场的

9、波峰(或谷),记下共振频率。3）保持励磁电流不变，调节扫场和水平恒场与地磁场水平分量方向相同，调节射频信号其频率，使共振信号出现并对准三角波扫场的波峰(或谷)，记下共振频率。4）改变励磁电流，重复步骤2.2-2.3。5）代入课本9.4.8式即可求出。6）误差分析，评定实验结果不确定度。光泵磁共振实验数据表水平励磁电流/A 同向反向平均同向反向平均0.6000.7000.8000.900平均值平均值理论值理论值相对误差(%)相对误差(%)三、注意事项1、实验结束后，应先将励磁电流调到最小方可切断电源；2、为保护仪器，励磁电流不要大于1A。四、思考题（要求报告中至少回答3题）1、什么是光抽运现象？

10、光抽运现象遵循什么跃迁定则？光抽运是否需要射频信号？2、什么是磁共振现象？磁共振需要什么条件？3、说说光泵磁共振实验中，光抽运的作用是什么？4、说说光泵磁共振实验有哪些巧妙的实验思想？5、什么是弛豫过程？影响池豫时间的原因主要有哪些？6、如图所示，在光泵磁共振实验中，扫场为方波信号，当调节亥姆霍兹线圈两个分量的磁场恰好抵消掉地磁时，从示波器观察到的光抽运信号如图所示，试解释其产生的原因？微波介质特性的测量一、实验内容1、了解本系统各个微波器件的名称和作用。2、测量微波介质的。二、实验步骤1、按图1连接好各个微波器件。2、按顺序接通示波器、功率计、选频放大器和信号源电源。3、示波器的时基和增益调

11、节到适当档位，微波信号源工作方式为“扫频”，调节信号源频率和“扫频宽度”，使示波器上出现谐振腔谐振曲线，谐振点出现在X轴的中间位置，调节示波器灵敏度微调使谐振曲线幅度正好为6格，如图2所示。4、测量谐振腔的谐振频率：调节吸收式波长计，使“缺口尖端”对准谐振曲线的最底点O，如图3所示，读出波长计读数，对照波长表查出频率，此即为谐振腔的谐振频率（参考值:9279MHz）。5、测定示波器X轴频标系数K：调节吸收式波长计，使“缺口尖端”分别对准谐振曲线的A和B点，如图4所示，分别读出波长计读数和，对照波长表查出频率和，则：6、测量谐振曲线半功率点频带宽：如图5所示，读出半功率点的距离CD，则： 7、测

12、量谐振腔在放入样品时的谐振频率：在谐振腔小孔中放入样品，调节吸收式波长计，使“缺口尖端”对准谐振曲线的最底点O，读出波长计读数，对照波长表查出频率。 （方法同图3）8、测量谐振腔放入样品后谐振曲线半功率点频带宽：方法同（6）。9、计算出，并分析误差原因（具体原因）。谐振腔规格：样品规格：1.443 mm10、关掉仪器电源：先关掉信号源电源，再关闭其他仪器的电源。激光的特性及其参数的测量一、实验内容测量激光特性的基本参数二、实验步骤1、激光功率与电流的关系1）按图3.1.4光路，调节激光器输出口、光阑、功率计探头等高共轴；2）开启功率计、激光电源，预热10分钟；3）激光器电源激光管长选择拨至“4

13、50mm”，电压调节旋钮调到最大，自耦高压器调到激光管刚好稳定点亮，记下此时的电流和功率；4）调节自耦高压器、激光器电源激光管长选择、电压调节旋钮等使激光电流增加0.4mA，记下此时的功率和电流；5） 重复步骤4直至电流达到10mA；6） 绘制P-I关系曲线，总结其特点；7） 找出实验曲线与课本中曲线差异的原因。2、测量激光器管的偏振度1）调节激光器输出最大功率；2）在3.1.4光路图中激光功率计前放置偏振片，旋转偏振片，测量透过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、测量激光的波长（此项内容在“信息光学处理”实验中完成）1）按图3.1.3调节好光路，测量光栅空间

14、频谱相邻光点间的距离x（2.1mm）；2）用公式3.1.8计算出激光的波长。其中，d=0.04mm，f=150mm。三、注意事项保持仪器周围整洁；激光电源以及调压器为高电压，请注意安全！四、思考题见课本信号取样平均实验一、实验内容在噪声背景中复现信号波形二、实验步骤1、按如图所示将各功能模块连接好。2、接通仪器电源，调正弦信号输出为1000Hz、500mV，白噪声输出为500mV，“多点信号取样平均器”的时间常数取0.2s，“高、低通带滤波器”高通截止频率置于3.7.5Hz，低通截止频率置于25kHz。3、用示波器Y1通道观察噪声与信号相混后的波形并记录下来。4、多点信号平均器时间常数分别取0

15、.02S，0.2s，2s，用Y2通道取样平均器处理后输出的信号，注意观察波形信噪比变化情况。讨论多点信号平均器的作用以及时间常数对改善信号信噪比有什么作用。时间常数(s)输出波形（大致画出）0.020.225、用“交流、直流、噪声电压表”分别测量“高、低通带滤波器”输入和输出端的电压，改变“高、低通带滤波器”的截止频率，测量其输出电压，通过实验数据讨论“高、低通带滤波器”的作用。高通截止频率（Hz）低通截止频率（Hz）高、低通带滤波器输出端电压37.525037.5150037.525000150025015001500150025000三、思考题1、通过实验总结出“高、低通带滤波器”在处理深

16、埋在噪声背景中的信号的作用；2、通过实验总结出“多点信号取样平均器”在处理深埋在噪声背景中的信号的作用，进一步理解“信号多点取样”的意思。3、讨论时间常数对提高信号信噪比有什么作用？4、本实验仪器信号取样点为16点时，画出输出波形？弗兰克-赫兹实验一、实验内容测量氩原子的第一激发电位二、实验步骤参阅课件三、思考题（实验报告至少回答4题）1、夫兰克赫兹实验测出的汞原子的第一激发电位的大小与FH管的温度有无关系？为什么？2、在夫兰克赫兹实验中，为什么IAUGK曲线的波峰和波谷有一定的宽度？3、为什么IAUGK曲线的波谷电流不等于零，并且随着UGK的增大而升高？4、当实验条件保证电子激发汞原子跃迁到

17、，测得的IAUGK曲线应具有什么特征？影响此曲线的因素有哪些？5、试分析，当夫兰克赫兹管的灯丝电压变化时，IAUGK曲线应有何变化？为什么？6、试分析，当恒温箱的温度分别取几个温度（各个温度下仍保证电子激发汞原子跃迁到），IAUGK曲线应有何变化？为什么？7、夫兰克赫兹实验中，为什么说我们测到的是汞原子从跃迁到的第一激发电位，而不是跃迁到或的第一激发电位。8、测量汞原子的第一激发电位时，如果G-A两极间没有反向拒斥电场，IAUGK曲线会是什么样的一条曲线？这条曲线能求出激发电位吗？9、IAUGK曲线中，第一个波谷对应UGK不是汞原子的第一激发电位，为什么？10、测量汞原子第一激发电位时，为什么

18、恒温箱的温度要满足一定的条件？温度太高或太低对实验产生什么影响？11、夫兰克赫兹管内的空间电位是如何分布的？板（阳）极与栅极之间的反向拒斥电压起什么作用？椭圆偏振法测量薄膜厚度、折射率和金属复折射率一、实验内容椭圆偏振法测量薄膜的厚度和折射率二、实验步骤参考课件三、注意事项1、严禁眼睛直视激光2、调节光路时，各个旋钮只能轻微调节，应避免大范围调节。四、思考题1、请列举椭圆偏振实验中的误差来源，实验中采取什么方法消除或减小误差2.2.2.2. 试列举椭偏法试列举椭偏法试列举椭偏法试列举椭偏法测量中可能的误差来源测量中可能的误差来源测量中可能的误差来源测量中可能的误差来源，并分析它们对测量结果的影

19、响并分析它们对测量结果的影响并分析它们对测量结果的影响并分析它们对测量结果的影响。 答：在调节光路的过程中，没有调好共轴，使激光与偏振片、1/4波片不是严格正入射，导致测量的折射率与理论值存在偏差；在实验过程中，用手接触了介质薄膜的表面，使得上面带有手印，灰尘等杂质，导致测得的折射率有 误差；用眼睛观察消光点，带有个人主观视觉因素；由于波片快慢轴分量的相位不严格为/2，即光路中存在补偿的偏差，在安装调整过程中1/4波片快轴与入射面夹角不严格为70°，促在偏差，最后起偏器角还有可能存在零点误差，这都是测量中的系统误差。分析表明系统误差的二级小量可以忽略，用两个不同消光位置的测量值求平均