近代物理實驗 思考題答案.doc

一、 夫蘭克赫茲實驗1解釋曲線IpVG2形成的原因答；充汞的夫蘭克-赫茲管，其陰極K被燈絲H加熱，發(fā)射電子。電子在K 和柵極G 之間被加速電壓加速而獲得能量，并與汞原子碰撞，柵極與板極A之間加反向拒斥電壓，只有穿過柵極后仍有較大動能的電子，才能克服拒斥電場作用，到達板極形成板流。2實驗中，取不同的減速電壓Vp時，曲線IpVG2應有何變化？為什么？答；減速電壓增大時，在相同的條件下到達極板的電子所需的動能就越大，一些在較小的拒斥電壓下能到達極板的電子在拒斥電壓升高后就不能到達極板了。總的來說到達極板的電子數(shù)減小，因此極板電流減小。3實驗中，取不同的燈絲電壓Vf時，曲線IpVG2應有何變化？為什么？答；燈絲電壓變大導致燈絲實際功率變大，燈絲的溫度升高，從而在其他參數(shù)不變得情況下，單位時間到達極板的電子數(shù)增加，從而極板電流增大。燈絲電壓不能過高或過低。因為燈絲電壓的高低，確定了陰極的工作溫度，按照熱電子發(fā)射的規(guī)律，影響陰極熱電子的發(fā)射能力。燈絲電位低，陰極的發(fā)射電子的能力減小，使得在碰撞區(qū)與汞原子相碰撞的電子減少，從而使板極A所檢測到的電流減小，給檢測帶來困難，從而致使曲線的分辨率下降；燈絲電壓高，按照上面的分析，燈絲電壓的提高能提高電流的分辨率。但燈絲電壓高, 致使陰極的熱電子發(fā)射能力增加，同時電子的初速增大，引起逃逸電子增多，相鄰峰、谷值的差值卻減小了。二、 塞曼效應1、什么叫塞曼效應，磁場為何可使譜線分裂？答；若光源放在足夠強的磁場中時，原來的一條光譜線分裂成幾條光譜線，分裂的譜線成分是偏振的，分裂的條數(shù)隨能級的類別而不同。后人稱此現(xiàn)象為塞曼效應。原子中電子的軌道磁矩和自旋磁矩合成為原子的總磁矩?？偞啪卦诖艌鲋惺艿搅氐淖饔枚@磁場方向旋進從而可以使譜線分離2、敘述各光學器件在實驗中各起什么作用?答；略3、如何判斷F-P標準具已調(diào)好？答；實驗時當眼睛上下左右移動時候，圓環(huán)無吞吐現(xiàn)象時說明F-P標準具的兩反射面平行了。4、實驗中如何觀察和鑒別塞曼分裂譜線中的成分和成分？如何觀察和分辨成分中的左旋和右旋偏振光？答；沿著磁場方向觀測時，=+1為右旋圓偏振光，=-1時為左旋偏振光。在實驗中，+成分經(jīng)四分之一玻片后，當偏振片透振方向在一、三象限時才可觀察到，因此為相位差為的線偏振光，所以+成分為右旋偏振光。同理可得-成分為左旋偏振光。三、核磁共振1、 什么叫核磁共振？答；自旋不為零的粒子，如電子和質(zhì)子，具有自旋磁矩。如果我們把這樣的粒子放入穩(wěn)恒的外磁場中，粒子的磁矩就會和外磁場相互作用使粒子的能級產(chǎn)生分裂，分裂若發(fā)生在原子核上則我們稱為，核磁共振。2、 觀測NMR吸收信號時要提供哪幾種磁場？各起什么作用？各有什么要求？ 答兩種。第一種恒磁場B0使核自旋與之相互作用核能級發(fā)生塞曼分裂分裂為兩個能級第二種垂直于B0的B1使原子核吸收能量從低能級躍遷到高能級發(fā)生核磁共振。 共振條件足條件003、 NMR穩(wěn)態(tài)吸收有哪兩個物理過程？實驗中怎樣才能避免飽和現(xiàn)象出現(xiàn)？答；需要穩(wěn)態(tài)吸收和弛豫兩個過程。4、 怎樣利用核磁共振測量回磁比和磁場強度？答；有共振條件測出帶入就可求出回磁比將理論的回磁比帶入就可求出磁場。四、電子順磁共振1電子順磁共振的原理是什么？答；將原子磁矩不為零的順磁物質(zhì)置于外磁場B0中，則原子磁矩與外磁場相互作用能為 （4）那么，相鄰磁差 （5）如果垂直于外磁場B0的方向上加一振幅值很小的交變磁場2B1cost，當交變磁場的角頻率滿足共振條件 （6）時，則原子在相鄰磁能級之間發(fā)生共振越遷這就是自旋共振的基本原理。2微波段電子順磁共振的主要裝置有哪些？各起什么作用？答；略五、用光柵光譜儀測鈉光光譜解釋光譜的物理意義，以及從形狀上區(qū)別光譜的種類六、密立根油滴實驗1、 加上電壓后，油滴可能出現(xiàn)哪些運動？請分別說明原因。答；勻速運動或靜止；油滴保持勻速運動或者靜止時才受力平衡，才符合我們的實驗原理，才能用已知公式進行計算。2為什么不挑選帶質(zhì)量很大的油滴測量？3，如果電容器兩極板不水平，即極板間電場方向與重力場方向不平行，這對測量結(jié)果有何影響？七、傅立葉分解與合成1、 寫出方波和三角波的傅里葉分解式。答；方波 =三角波 =2、 實驗中使用什么電路對方波或三角波進行頻譜分解？答；用RLC串聯(lián)諧振電路作為選頻電路，對方波或三角波進行頻譜分解。3、 將1KHz，3KHz，5KHz，7KHz四組正弦波的初相位和振幅調(diào)節(jié)到什么條件輸入到加法器疊加后，可以分別合成出方波波形？答；波振幅比為1:，初相位為同相。八、光拍法測量光速1、“拍”是怎么形成的？它有什么特性？答；根據(jù)波的疊加原理，兩束傳播方向相同、頻率相差很小的簡諧波相疊加，將會形成拍2、聲光調(diào)制器是如何形成駐波衍射光柵的？什么叫聲光效應？答；使聲光介質(zhì)的厚度為超聲波半波長的整數(shù)倍，使超聲波產(chǎn)生反射，在介質(zhì)中形成駐波場，從而產(chǎn)生駐波衍射光柵；功率信號輸出角頻率為的正弦信號加在頻移器的晶體壓電換能器上，超聲波沿方向通過聲光介質(zhì)，使介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生應變，導致介質(zhì)的折射率在空間和時間上發(fā)生周期性變化，形成一個相位光柵，使入射激光發(fā)生衍而傳播方向，這種衍射光的頻率產(chǎn)生了與超聲波頻率有關(guān)的頻率移動這種現(xiàn)象叫聲光效應。3、斬光器的作用是什么？答；，可在示波器上同時觀察到遠、近程光信號的圖形，適當微調(diào)光路和光電接收管的位置調(diào)節(jié)螺絲，使示波器上顯示的二路光信號均有一定的幅度。4、獲得光拍頻波的兩種方法是什么？本實驗采取哪一種？答；光拍法和；光拍法九、全息照相1、 怎樣理解全息圖每點都記錄了物體上各點光的全部信息？像面全息也是這樣的嗎？為什么？答；全息照相是將物光波中的振幅和位相信息以干涉條紋的反差和明暗變化的形式記錄下來，形成的干涉條紋，感光后的全息干板，經(jīng)顯影、定影等處理得到的全息照片，相當于一個“衍射光柵”。全息圖的觀察是衍射光線逆光線，部分的“衍射光柵”激光照射下也會產(chǎn)生衍射光線，故部分全息圖可以再現(xiàn)完整物體，只是衍射光強減弱，光信息容量減小，看到的像變暗或相對模糊。2、 拍攝全息圖時，光路布置要注意些什么？答；1，要求光路中的物光與參考光的光程盡量相等；2光學元件安置要牢靠。十、混沌實驗（與實驗十一合并）解釋倍周期分岔、混沌、奇怪吸引子概念的物理意義。十一、PN結(jié)物理特性測定實驗（與實驗十合并）1、 解釋在實際測量中用二極管的正向IU關(guān)系求得的玻爾茲曼常數(shù)偏小的原因。答；通過二極管的電流不只是擴散電流，還有其他電流。2、 該實驗裝置中如何實現(xiàn)弱電流的測量？能測量的最小電流值為多少？答；采用光點反射式檢流計與高輸入阻抗集成運算放大器實現(xiàn)，能測量的最小電流值為十二、高溫超導轉(zhuǎn)變溫度的測量1、 高溫超導體和低溫超導體的區(qū)別是什么？答；低溫超導材料具有低臨界轉(zhuǎn)變溫度（Tc30K），在液氦溫度條件下工作的超導材料。低溫超導材料由于Tc低，必須在液氦溫度下使用，運轉(zhuǎn)費用昂貴，故其應用受到限制。高溫超導材料 具有高臨界轉(zhuǎn)變溫度（Tc）能在液氮溫度條件下工作的超導材料。因主要是氧化物材料，故又稱高溫氧化物超導材料。高溫超導材料不但超導轉(zhuǎn)變溫度高，而且成分多是以銅為主要元素的多元金屬氧化物，氧含量不確定，具有陶瓷性質(zhì)。氧化物中的金屬元素（如銅）可能存在多種化合價，化合物中的大多數(shù)金屬元素在一定范圍內(nèi)可以全部或部分被其他金屬元素所取代，但仍不失其超導電性。除此之外，高溫超導材料具有明顯的層狀二維結(jié)構(gòu)，超導性能具有很強的各向異性。 高溫超導材料的上臨界磁場高，具有在液氦以上溫區(qū)實現(xiàn)強電應用的潛力。贊同2、 什么叫超導現(xiàn)象？超導材料有什么主要特性？答；超導現(xiàn)象是指材料在低于某一溫度時，電阻變?yōu)榱愕默F(xiàn)象，而這一溫度稱為超導轉(zhuǎn)變溫度（Tc）。超導現(xiàn)象的特征是零電阻和完全抗磁性。超導材料是存在電阻為零的超導態(tài)的材料，當其處于超導態(tài)時，能夠無損耗地傳輸電能。超導體主要具有三個特性:零電阻性 超導材料處于超導態(tài)時電阻為零,如果用磁場在超導環(huán)中引發(fā)感生電流，這一電流可以毫不衰減地維持下去。這種“持續(xù)電流”已多次在實驗中觀察到。 完全抗磁性超導材料處于超導態(tài)時，只要外加磁場小于臨界磁場，磁場不能透入超導體內(nèi)，超導材料內(nèi)部的磁場恒為零。超導懸浮，就是利用超導體的完全抗磁性。約瑟夫森效應當兩超導體之間有一薄絕緣層（厚度約1nm）而形成低電阻連接時，會有電子對穿過絕緣層形成電流，而絕緣層兩側(cè)沒有電壓，即絕緣層也成了超導體。當電流超過一定值后，絕緣層兩側(cè)出現(xiàn)電壓U（也可加一電壓U），同時，直流電流變成高頻交流電，而且頻率與電壓成正比。3、 從實驗中如何判斷樣品進入超導態(tài)了？4、 解釋零電阻現(xiàn)象和邁斯納效應現(xiàn)象的物理本質(zhì)。答；產(chǎn)生邁斯納效應的原因是：當超導體處于超導態(tài)時，在磁場作用下，表面產(chǎn)生一個無損耗感應電流。這個電流產(chǎn)生的磁場恰恰與外加磁場大小相等、方向相反，因而在深入超導區(qū)域總合成磁場為零。換句話說，這個無損耗感應電流對外加磁場起著屏蔽作用，因此稱它為抗磁性屏蔽電流。十三、鐵磁材料居里溫度的測試1、 鐵磁物質(zhì)的三個特性是什么？2、 用磁疇理論解釋樣品的磁化強度在溫度達到局里點時發(fā)生突變的微觀機理是什么？答：樣品的磁化強度在溫度達到居里點時發(fā)生突變的微觀機理是，鐵磁性物質(zhì)的磁化與溫度有關(guān)，存在一臨界溫度Tc稱為居里溫度（也稱為居里點）。當溫度增加時，由于熱擾動影響磁疇內(nèi)磁矩的有序排列，但在未達到居里溫度Tc時，鐵磁體中分子熱運動不足以破壞磁疇內(nèi)磁矩基本的平行排列，此時物質(zhì)仍具有鐵磁性，僅其自發(fā)磁化強度隨溫度升高而降低。如果溫度繼續(xù)升高達居里點時，物質(zhì)的磁性發(fā)生突變，磁化強度M（實為自發(fā)磁化強度）劇烈下降，因為這時分子熱運動足以使相鄰原子（或分子）之間的交換耦合作用突然消失，從而瓦解了磁疇內(nèi)磁