近代物理试验思考题答案

1、兹 实 验1解释曲线Ip VG2形成的原因答；充汞的夫兰克-赫兹管，其阴极K被灯丝H加热，发射电子。电子在K和 栅极G之间被加速电压Ukg加速而获得能量，并与汞原子碰撞，栅极与板极 A之间加反向拒斥电压Uga,只有穿过栅极后仍有较大动能的电子， 才能克服 拒斥电场作用，到达板极形成板流I A。2实验中，取不同的减速电压 Vp时，曲线IpW应有何变化为什么 答；减速电压增大时，在相同的条件下到达极板的电子所需的动能就越大, 一些在较小的拒斥电压下能到达极板的电子在拒斥电压升高后就不能到达 极板了。总的来说到达极板的电子数减小，因此极板电流减小。3实验中，取不同的灯丝电压 Vf时，曲线I pVG2

2、应有何变化为什么答；灯丝电压变大导致灯丝实际功率变大，灯丝的温度升高，从而在其他 参数不变得情况下，单位时间到达极板的电子数增加，从而极板电流增大。 灯丝电压不能过高或过低。因为灯丝电压的高低，确定了阴极的工作温度， 按照热电子发射的规律，影响阴极热电子的发射能力。灯丝电位低，阴极 的发射电子的能力减小，使得在碰撞区与汞原子相碰撞的电子减少，从而 使板极A所检测到的电流减小，给检测带来困难，从而致使 Ia Ugk曲线的 分辨率下降；灯丝电压高，按照上面的分析，灯丝电压的提高能提高电流 的分辨率。但灯丝电压高，致使阴极的热电子发射能力增加，同时电子的 初速增大，引起逃逸电子增多，相邻峰、谷值的差

3、值却减小了。二、塞曼效应1、什么叫塞曼效应，磁场为何可使谱线分裂答；若光源放在足够强的磁场中时，原来的一条光谱线分裂成几条光谱线， 分裂的谱线成分是偏振的，分裂的条数随能级的类别而不同。后人称此现象为塞曼效应。原子中电子的轨道磁矩和自旋磁矩合成为原子的总磁 矩。总磁矩在磁场中受到力矩的作用而绕磁场方向旋进从而可以使谱线 分离2、叙述各光学器件在实验中各起什么作用答；略3、如何判断F-P标准具已调好答；实验时当眼睛上下左右移动日t候，圆环无吞吐现象时说明F-P标准具的两反射面平行了。4、实验中如何观察和鉴别塞曼分裂谱线中的兀成分和0成分如何观察和分 辨。成分中的左旋和右旋偏振光答；沿着磁场方向观

4、测时，M=+1为右旋圆偏振光， M =-1时为左旋偏振光。在实验中，+成分经四分之一玻片后，当偏振片透振方向在一、三象 限时才可观察到，因此为相位差为 2的线偏振光，所以+成分为右旋偏振 光。同理可得-成分为左旋偏振光。三、核磁共振什么叫核磁共振答；自旋不为零的粒子，如电子和质子，具有自旋磁矩。如果我们把这样的 粒子放入稳恒的外磁场中，粒子的磁矩就会和外磁场相互作用使粒子的能级 产生分裂，分裂若发生在原子核上则我们称为，核磁共振。观测NM减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

5、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级跃迁到高能级发生核磁共振共振条件足条件00NMFe态吸收有哪两个物理过程实验中怎样才能避免饱和现象出现答；需要稳态吸收和弛豫两个过程。怎样利用核磁共振测量回磁比和磁场强度答；有共振条件V。(如一)B0,即oB。测出带入就可求出回磁比将理论h的回磁比带入就可求出磁场。四、电子顺磁共振1电子顺磁共振的原理是什么答；将原子磁矩不为零的顺磁物质置于外磁场 B。中，则原子磁矩与外磁场相 互作用能为(4)那么，相邻磁差 E hB0(5)如果垂直于外磁场 R的方向上加一振幅值很小的交变磁场 2Bcosat ,当交变磁场的角频率3满足共振条件h E

6、 hB0(6)时，则原子在相邻磁能级之间发生共振越迁这就是自旋共振的基本原理。2微波段电子顺磁共振的主要装置有哪些各起什么作用答；略五、用光栅光谱仪测钠光光谱解释光谱的物理意义，以及从形状上区别光谱的种类六、密立根油滴实验1、加上电压后，油滴可能出现哪些运动请分别说明原因。答；匀速运动或静止；油滴保持匀速运动或者静止时才受力平衡，才符合我们的实验原理，才能用已知公式进行计算。2为什么不挑选带质量很大的油滴测量3,如果电容器两极板不水平，即极板间电场方向与重力场方向不平行，这对测量结果有何影响 七、傅立叶分解与合成1、写出方波和三角波的傅里叶分解式。答；方波 f (t) 4h(sin t 1si

7、n3 t 1sin5 t 1sin7 t ) 3574h 1= (- )sin(2n 1) tn i 2n 1二角波 f(t) 8h(sin t 工sin3 t -1sin5 t 工sin7 t )23实验中使用什么电路对方波或三角波进行频谱分解答；用RLC$联谐振电路作为选频电路，对方波或三角波进行频谱分解。 将1KHz; 3KHz; 5KHz; 7KHz实验中使用什么电路对方波或三角波进行频谱分解答；用RLC$联谐振电路作为选频电路，对方波或三角波进行频谱分解。 将1KHz; 3KHz; 5KHz; 7KHz四组正弦波的初相位和振幅调节到什么条件输入到加法器叠加后，可以分别合成出方波波形答

8、；波振幅比为1: 1: 1: 1,初相位为同相。3 5 7八、光拍法测量光速 1、“拍”是怎么形成的它有什么特性答；根据波的叠加原理，两束传播方向相同、频率相差很小的简谐波相叠加,将会形成拍2、声光调制器是如何形成驻波衍射光栅的什么叫声光效应8h(1)n1(2n 1)2 8h(1)n1(2n 1)2 sin(2n1) t答；使声光介质的厚度为超声波半波长的整数倍，使超声波产生反射，在介 质中形成驻波场，从而产生驻波衍射光栅；功率信号输出角频率为Q的正弦 信号加在频移器的晶体压电换能器上，超声波沿 犬方向通过声光介质，使介 质内产生应变，导致介质的折射率在空间和时间上发生周期性变化，形成一 个相

9、位光栅，使入射激光发生衍而传播方向，这种衍射光的频率产生了与超 声波频率有关的频率移动这种现象叫声光效应。3、斩光器的作用是什么答；，可在示波器上同时观察到远、近程光信号的图形，适当微调光路和光 电接收管的位置调节螺丝，使示波器上显示的二路光信号均有一定的幅度。4、获得光拍频波的两种方法是什么本实验采取哪一种答；光拍法和；光拍法九、全息照相1、怎样理解全息图每点都记录了物体上各点光的全部信息像面全息也是这样的吗为什么答；全息照相是将物光波中的振幅和位相信息以干涉条纹的反差和明暗变化 的形式记录下来，形成的干涉条纹，感光后的全息干板，经显影、定影 等处理得到的全息照片，相当于一个“衍射光栅”。全

10、息图的观察是衍 射光线逆光线，部分的“衍射光栅”激光照射下也会产生衍射光线，故部分全息图可以再现完整物体，只是衍射光强减弱，光信息容量减小， 看到的像变暗或相对模糊。拍摄全息图时，光路布置要注意些什么答；1,要求光路中的物光与参考光的光程尽量相等；2光学元件安置要牢靠。十、混沌实验（与实验十一合并）解释倍周期分岔、混沌、奇怪吸引子概念的物理意义H一、PN结物理特性测定实验（与实验十合并）解释在实际测量中用二极管的正向I U关系求得的玻尔兹曼常数偏小的原因。答；通过二极管的电流不只是扩散电流，还有其他电流。该实验装置中如何实现弱电流的测量能测量的最小电流值为多少答；采用光点反射式检流计与高输入阻

11、抗集成运算放大器实现，能测量的最 小电流值为1 10-11A十二、高温超导转变温度的测量高温超导体和低温超导体的区别是什么答；低温超导材料具有低临界转变温度（Tc 30K）,在液氨温度条件下工作的超导材料。低 温超导材料由于Tc低，必须在液氨温度下使用，运转费用昂贵，故其应用 受到限制。高温超导材料具有高临界转变温度（Tc）能在液氮温度条件下工作的超导 材料。因主要是氧化物材料，故又称高温氧化物超导材料。高温超导材料不 但超导转变温度高，而且成分多是以铜为主要元素的多元金属氧化物，氧含 量不确定，具有陶瓷性质。氧化物中的金属元素（如铜）可能存在多种化合 价，化合物中的大多数金属元素在一定范围内

12、可以全部或部分被其他金属元 素所取代，但仍不失其超导电性。除此之外，高温超导材料具有明显的层状 二维结构，超导性能具有很强的各向异性。高温超导材料的上临界磁场高，具有在液氨以上温区实现强电应用的潜力。什么叫超导现象超导材料有什么主要特性答；超导现象是指材料在低于某一温度时，电阻变为零的现象，而这一温度称为超导转变温度（Tc）。超导现象的特征是零电阻和完全抗磁性。超导材 料是存在电阻为零的超导态的材料，当其处于超导态时，能够无损耗地传输 电能。超导体主要具有三个特性：零电阻性 超导材料处于超导态时电阻为零，如果用磁场在超导环中引发 感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次

13、在 实验中观察到。完全抗磁性 超导材料处于超导态时，只要外加磁场小于临界磁场，磁场不 能透入超导体内，超导材料内部的磁场恒为零。超导悬浮，就是利用超导体 的完全抗磁性。约瑟夫森效应 当两超导体之间有一薄绝缘层（厚度约 1nnj）而形成低电阻 连接时，会有电子对穿过绝缘层形成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘 层也成了超导体。当电流超过一定值后，绝缘层两侧出现电压U （也可加一电压U）,同时，直流电流变成高频交流电，而且频率与电压成正比。从实验中如何判断样品进入超导态了解释零电阻现象和迈斯纳效应现象的物理本质。答；产生迈斯纳效应的原因是：当超导体处于超导态时，在磁场作用下，表面产生一个无损耗。这

14、个电流产生的磁场恰恰与外加磁场大小相等、方向相反，因而在深入超导区域总合成磁场为零。换句话说，这个无损 耗感应电流对外加磁场起着作用，因此称它为抗磁性屏蔽电流。十三、铁磁材料居里温度的测试铁磁物质的三个特性是什么用磁畴理论解释样品的磁化强度在温度达到局里点时发生突变的微观机理是什么答：样品的磁化强度在温度达到居里点时发生突变的微观机理是，铁磁性物 质的磁化与温度有关，存在一临界温度 Tc称为居里温度（也称为居里点）。 当温度增加时，由于热扰动影响磁畴内磁矩的有序排列，但在未达到居里温 度Tc时，铁磁体中分子热运动不足以破坏磁畴内磁矩基本的平行排列，此 时物质仍具有铁磁性，仅其自发磁化强度随温度升高而降低。如果温度继续 升高达居里点时，物质的磁性发生突变，磁化强度M （实为自发磁化强度）剧烈下降，因为这时分子热运动足以使相邻原子（或分子）之间的交换耦合 作用突