浙師大近代物理試驗(yàn)溫習(xí)整理

核磁共振1、實(shí)現(xiàn)核磁共振的內(nèi)因是原子具有自旋角動(dòng)量和磁矩。自旋量子數(shù)等于零的核，其角動(dòng)量和磁矩均為零。自然界大約有105種同位素的核，其自旋量子數(shù)I為整數(shù)或半整數(shù)，具有不為零的角動(dòng)量和磁矩，可以觀測(cè)到核磁共振信號(hào)。2、當(dāng)核自旋系統(tǒng)處于恒定直流磁場(chǎng)BZ中時(shí)，若在垂直于BZ方向加一個(gè)頻率為v的射頻（106-109HZ）場(chǎng)B1，當(dāng)射頻的量子能量hv與塞曼能級(jí)割裂E正好相等，知足\尸="?"」行-='柄，時(shí)，即發(fā)生能級(jí)間的核自旋粒子由E1到E2的受激躍遷，和由E2到E1的發(fā)射躍遷。3、射頻邊限振蕩器因處于振蕩與非振蕩邊緣狀態(tài)而得名。它提供核磁共振所需的射頻磁場(chǎng)B14、對(duì)通常制備的水樣品來(lái)講，是未能知足穩(wěn)態(tài)條件的，因?yàn)閽邎?chǎng)速度不夠緩慢，以致磁化強(qiáng)度M未能緊跟磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)變，共振吸收信號(hào)的最大值略滯后于共振點(diǎn)，且在共振區(qū)后出現(xiàn)擺動(dòng)尾波。5、核自旋系統(tǒng)通過(guò)自旋和晶格之間的彼此作用（縱向進(jìn)程），及自旋的彼此作用（橫向進(jìn)程）慢慢由非平衡態(tài)恢復(fù)到平衡態(tài)的進(jìn)程，稱(chēng)為弛豫進(jìn)程。6、共振吸收會(huì)破壞能級(jí)粒子數(shù)的熱平衡散布而趨向飽和。因?yàn)樵诠舱裎者M(jìn)程中，低能級(jí)粒子躍遷到高能級(jí)，使高、低能級(jí)的粒子數(shù)散布趨于均等，這時(shí)共振吸收信號(hào)消失，粒子系統(tǒng)處于飽和狀態(tài)。有利于弛豫進(jìn)程使能級(jí)粒子數(shù)恢復(fù)平衡散布。7、實(shí)驗(yàn)中，如何才能避免飽和現(xiàn)象出現(xiàn)？加一個(gè)掃場(chǎng)電壓X射線衍射1、布拉格反射實(shí)驗(yàn)中，選擇用晶體這個(gè)天然的光柵來(lái)研究X射線的衍射，是因?yàn)榫Ц裾门cX射線的波長(zhǎng)同數(shù)量級(jí)。其中布拉格公式為2dsin0=n入,n=1,22、X射線的產(chǎn)生是高速運(yùn)動(dòng)的電子撞擊物質(zhì)后，與物質(zhì)中的原子彼此作用發(fā)生能量轉(zhuǎn)移，損失的能量通過(guò)兩種形式釋放出X射線（1）若是被靶阻擋的電子的能量不越過(guò)必然限度時(shí)，發(fā)射的是持續(xù)光譜的輻射。這種輻射叫做軔致輻射；（2）當(dāng)電子的能量超過(guò)必然的限度時(shí)，可以發(fā)射一種不持續(xù)的、只有幾條特殊的譜線組成的線狀光譜，這種發(fā)射線狀光譜的輻射叫做特征輻射。3、波長(zhǎng)小于0.1nm的稱(chēng)為硬X射線，波長(zhǎng)大于0.1nm稱(chēng)為軟X射線.衍射工作中利用的X射線波長(zhǎng)通常在1nm左右。4、一般選擇原子序數(shù)比陽(yáng)極靶小1?2的元素作為濾波片材料，例如，Mo靶可用Zr濾波片。5、點(diǎn)陣中的每一個(gè)陣點(diǎn)可以是一個(gè)原子或一群原子，這個(gè)（群）原子稱(chēng)為基元，基元在空間的重復(fù)排列就形成晶體的結(jié)構(gòu)。6、用三個(gè)晶面族就可以夠把晶格分成許多完全相同的平行六面體，這樣的平行六米那體稱(chēng)為晶胞，晶胞是由其三邊邊長(zhǎng)a、b、。和三邊夾角@、b、g來(lái)表示。7、為了表示晶面族的不同，可用密勒指數(shù)來(lái)表示晶面族，密勒指數(shù)就可以夠這樣肯定，即限晶面族中離原點(diǎn)最近的晶面，若是此晶面在三個(gè)大體矢量a、b、c上的截距為a/h、b/k、c/l（h、k、l為不可約整數(shù)），則密勒指數(shù)為（h、k、l）。八、布拉格公式和光柵衍射的極大公式的不同點(diǎn)：光柵衍射公式dsin0=認(rèn),j=0,土1,土2, 布拉格公式2dsin0=n.,n=1,2,LX射線的衍射圖樣可以看做是X射線對(duì)晶體沒(méi)一點(diǎn)陣平面簇的相干性反射所致使的結(jié)果，其n也沒(méi)有負(fù)值可取，圖樣是不對(duì)稱(chēng)的。光柵衍射的圖樣是對(duì)稱(chēng)的。【注意事項(xiàng)】一、x射線裝置在x射線管輻射中心區(qū)域產(chǎn)生的局部劑量率可能超過(guò)10Sv/h,即便短時(shí)間照射，該劑量率也會(huì)對(duì)生命組織產(chǎn)生傷害。在裝置外部，由于內(nèi)置的防護(hù)裝置和屏蔽限制局部劑量率小于1口Sv/h,該值與天然本底輻射處于同一量級(jí)。裝置內(nèi)部所產(chǎn)生的高計(jì)量率意味著利用者在操作x射線裝置時(shí)要特別小心。未經(jīng)許可不得進(jìn)入到裝置內(nèi)部。開(kāi)啟該裝置前，要檢查設(shè)備的外罩，尤其是鉛玻璃窗和包圍x射線管的鉛玻璃管是不是完好，玻璃滑門(mén)應(yīng)關(guān)閉良好。測(cè)試兩個(gè)安全保護(hù)電路可否正常工作。按下滑動(dòng)門(mén)的鎖銷(xiāo)時(shí)，要注意觀察x射線管，確保其高壓能自動(dòng)切斷。不要將活的生物放入裝置內(nèi)。不要讓x射線管的陽(yáng)極過(guò)熱。二、本實(shí)驗(yàn)利用的NaCl晶體或LiF晶體都是價(jià)錢(qián)昂貴而易碎、易潮解的嬌嫩材料，要注意保護(hù)：1）平時(shí)要放在干燥器中；2）使歷時(shí)要用手套；3）只接觸晶體片的邊緣，不碰它的表面；4）不要使它受到大的壓力（用夾具時(shí)不要夾得太緊）；5）不要掉落地上3、利用測(cè)角器測(cè)量時(shí)，光縫到靶臺(tái)和靶臺(tái)到傳感器的距離一般可取5cm?6cm左右，此距離太大，會(huì)使計(jì)數(shù)率太低；此距離過(guò)小，會(huì)降低角分辯本領(lǐng)。4、數(shù)據(jù)收集完備，樣品恢恢復(fù)樣，關(guān)掉高壓U=35.0KV,電流I=1.00mA,測(cè)量時(shí)間Dt=3s~10$,角步幅Db=0.1°,按8田1￡口鍵，再按6鍵，設(shè)置下限角為4.0°,上限角為24°高溫超導(dǎo)1、超導(dǎo)體具有許多特性，其大體屬性包括以下二種特性：一、零電阻效應(yīng)和轉(zhuǎn)變溫度低于這個(gè)特征溫度，電阻率為零，材料進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)。通常稱(chēng)這個(gè)特征溫度為超導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變溫度或臨界臨界溫度用Tc表示曲線開(kāi)始偏離直線處對(duì)應(yīng)的溫度稱(chēng)為起始轉(zhuǎn)變溫度，以P0n和10n表示該點(diǎn)的電阻率和溫度值，電阻率降到P0n的一半時(shí)的溫度稱(chēng)為中點(diǎn)轉(zhuǎn)變溫度以Tm表示；通常又稱(chēng)之為轉(zhuǎn)變溫度，以Tc表示。P恰好完全到零時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度，稱(chēng)為零電阻溫度，以Toc表示。將Pon的90%到10%所對(duì)應(yīng)的溫度距離稱(chēng)為轉(zhuǎn)變寬度以^Tc表示。從利用的角度看，Tc越高越好，△■越小越好。二、邁斯納效應(yīng)當(dāng)把超導(dǎo)體置于外加磁場(chǎng)時(shí)，磁通不能穿透超導(dǎo)體，而使體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度始終維持為零〔B=0〕超導(dǎo)體的這個(gè)特性又稱(chēng)為邁斯納效應(yīng)。3、為了減少漏熱，聯(lián)接樣品的引線較細(xì)，其電阻較大，為了消除這些電阻的影響，實(shí)驗(yàn)中采用四引線法?！咀⒁馐马?xiàng)】.利用液氮必然要注意安全。（1）不要讓液氮濺到人體、儀器或引線上；（2）液氮汽化時(shí)體積將急劇膨脹，切勿將容器出氣口封死；（3）氮?dú)馐侵舷⑿詺怏w，應(yīng)維持實(shí)驗(yàn)室有良好的通風(fēng)。.樣品的焊接與保留。（1）焊接樣品時(shí)，宜用小烙鐵頭，不該焊動(dòng)壓錮點(diǎn)處的涂銀絲，并使錫焊接點(diǎn)維持亮澤（去除助焊劑）。（2）釔鋇銅氧材料易吸收空氣中的水汽使超導(dǎo)性能變壞，應(yīng)寄存在有硅膠干燥劑的密封容器中。.探棒不得猛烈震動(dòng)和撞擊，以避免震斷連接樣品的涂銀絲而損壞儀器。拿離和放回實(shí)驗(yàn)臺(tái)時(shí)，必然要輕拿輕放；浸入和提離低溫液氮杜瓦時(shí)，必然要將探棒豎直對(duì)準(zhǔn)杜瓦瓶口的中心軸線緩慢操作，避免跟瓶口和其他物體碰撞。弗蘭克-赫茲1、通過(guò)對(duì)汞原子第一激發(fā)電位的測(cè)定，證明原子具有能級(jí)，從而取得對(duì)微觀粒子的大體特性一一能量量子化的具體熟悉。二、電子由熱陰極發(fā)射，經(jīng)電場(chǎng)GKV2加速趨向陽(yáng)極，只要電子能量達(dá)到可以克服減速電場(chǎng)G2PV就可以穿越柵極2G抵達(dá)極P形成電子流PI。電子在前進(jìn)途中要與原子發(fā)生碰撞。若是電子能量小于第一激發(fā)能1eV,碰撞是彈性的，電子損失的能量極小，能如期抵達(dá)陽(yáng)極；若是電子能量達(dá)到或超過(guò)1eV,電子與原子發(fā)生非彈性碰撞，電子把能量1eV傳給氣體原子。3、匕為燈絲加熱電壓；匕爪為正向小電壓，可以克服電子在K-G之間的堆積現(xiàn)象;V為加速電壓，GK-G為加速區(qū)、碰撞區(qū)，V使電子與汞原子的碰撞GK 12 GK機(jī)緣大大增加。V為反向電壓，能阻止電子通過(guò)G抵達(dá)P極。這樣就可以區(qū)別TOC\o"1-5"\h\zGP 2碰撞與未碰撞電子2,因?yàn)?，發(fā)生非彈性碰撞的電子無(wú)法克服V的作用穿過(guò)G抵GP 2達(dá)P極。 24、穿過(guò)柵極的電子所形成的電子流。將隨、K的增大而增大。若是加速到G柵極的電子取得等于或大于1eV的能量出現(xiàn)非彈性碰撞，則發(fā)生I的第一次下降。隨著V爪的增加，電子與原子發(fā)生非彈性碰撞的區(qū)域向陰極方向移動(dòng)，經(jīng)碰撞損失能■的電子在向陽(yáng)極途中又取得加速，開(kāi)始有足夠的能量克服Vp減速電壓抵達(dá)P極，I又開(kāi)始增加。而若是V的增加使那些通過(guò)非彈性碰撞的電子能量又P GK達(dá)到1eV,則電子又將與原子發(fā)生非彈性碰撞，造成I又一次下降。在V較高P GK的情況下，電子在趨向陽(yáng)極途中將與原子發(fā)生多次非彈性碰撞。每當(dāng)V造成的GK最后一次非彈性碰撞區(qū)落在G柵周?chē)?，就?huì)使I—V曲線出現(xiàn)下降：如此反2 PGK復(fù)將出現(xiàn)如圖2-3的曲線。 25、陽(yáng)極電流I抵達(dá)峰值以后的下降并非是完全突變的，波峰部會(huì)有必然的寬度，這主如果由于從陰極發(fā)出的電子其能量服從必然的統(tǒng)計(jì)散布規(guī)律。即便在VGK=nV^的條件下，波谷底的1P也不會(huì)等于零，這是由于電子與原子碰撞有必然的幾率，當(dāng)大部份電子恰好在柵極前使汞原子激發(fā)而損失能量時(shí)，總會(huì)有一些電子未經(jīng)碰撞而穿過(guò)柵極抵達(dá)陽(yáng)極。6、曲線第一峰位位置值與第一激發(fā)電位有誤差。這是因?yàn)镕-H管陰極和柵極往往是用不同金屬材料制作，會(huì)產(chǎn)生接觸電勢(shì)差。真正加在電子上的加速電壓不等于V，而是V與接觸電勢(shì)差的代數(shù)和，這將影響實(shí)驗(yàn)曲線第一峰的位置。G2K G2K7、電子的平均自由程「 1KT人= = e兀r2N兀r2P隨著溫度的升高，p值急劇上升，所以F也將隨之迅速減小。一、在太高的溫度下，電子與汞原子的碰撞次數(shù)大大增加，雖然電子與汞原子彈性碰撞一次所損失的能量十分微弱，但在整個(gè)加速進(jìn)程中彈性碰撞所損失的能量卻是相當(dāng)可觀的。二、在太低溫度下，電子的平均自由程較長(zhǎng)，與汞原子發(fā)生碰撞的概率很小，在每一個(gè)自由程距離中電子從電場(chǎng)中所獲取的能量較大，當(dāng)電子所積聚的能量比4.9eV大得多時(shí)，汞原子的第一激發(fā)態(tài)的激發(fā)概率明顯下降，且有可能將汞原子激發(fā)到更高能級(jí)，乃至電離。上述兩種情況都無(wú)益于汞原子第一激發(fā)電勢(shì)的測(cè)量。8、本實(shí)驗(yàn)中的躍遷6s6p3P—6s6siS【注意事項(xiàng)】 1 °.先按電路連好線路并檢查確認(rèn)過(guò)，再加熱升溫。在F-H管未達(dá)到爐溫時(shí)，切勿打開(kāi)電源組開(kāi)關(guān)；開(kāi)啟電源前，檢查所有旋鈕是不是置于最小端處。實(shí)驗(yàn)中充汞實(shí)驗(yàn)管必需加熱，維持適當(dāng)溫度。因?yàn)楣軆?nèi)有足量的液態(tài)汞，保證在利用溫度范圍內(nèi)總有一些液態(tài)汞存在，所以管內(nèi)老是處于飽和狀態(tài)。當(dāng)溫度改變，汞的飽和蒸汽壓發(fā)生改變，即汞蒸汽的密度發(fā)生改變，從而致使電子與原子碰撞的平均自由程入發(fā)生改變。由于電子在一個(gè)平均自由程X內(nèi)取得的能量可以近似為：口eVXE= dV是電場(chǎng)加速電壓，d為K、v間的距離。當(dāng)溫度較高時(shí)，X較短，E值較小，因此一個(gè)電子在兩次碰撞間取得的能量去激發(fā)高能級(jí)的機(jī)緣較小，激發(fā)低能級(jí)的機(jī)緣就較大；相反，入較長(zhǎng)，E值較大，一個(gè)電子就會(huì)有較多機(jī)緣去激發(fā)高能級(jí)，乃至使原子電離。所以要避免汞原子電離就必需維持適當(dāng)?shù)母邷亍?嚴(yán)防F-H管擊穿（爐溫太低或加速電壓V太高都會(huì)引發(fā)擊穿），若檢測(cè)到IK P突然增大沒(méi)有回落的跡象，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)管發(fā)生擊穿，應(yīng)當(dāng)即調(diào)低V,以避免F-H管GK受損。 2.燈絲電壓V不要超過(guò)2V；..F...小心實(shí)驗(yàn)爐的高溫，人或物遠(yuǎn)離爐壁。.測(cè)量I—V曲線時(shí)，注意回程誤差，在波峰、波谷處應(yīng)密集測(cè)量多個(gè)點(diǎn)。P G2K密立根油滴1、用密立根油滴法，測(cè)量電子電量的大體原理：按照帶電油滴在電場(chǎng)和重力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)和受力情況，計(jì)算其所帶電量的大小。二、如何選取油滴？一、用平衡法時(shí)，加工作（平衡）電壓250V左右，驅(qū)走多余油滴，直到剩下幾顆緩慢運(yùn)動(dòng)為止。注視其中一顆，仔細(xì)調(diào)節(jié)平衡，使其靜止不動(dòng)。然后去掉平衡電壓，讓它勻速下降。下降時(shí)間在10秒到30之間的（六格）。二、用非平衡法時(shí)，加電壓維持400V不變（這時(shí)功能控制開(kāi)關(guān)置“提升”檔）。注視其中一顆，同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，記錄時(shí)間,。［應(yīng)選擇10s以上的。3、當(dāng)n值較大時(shí)（這時(shí)平衡電壓100V以下），勻速下降2mm的時(shí)間很短（10秒以下），帶來(lái)誤差的0.5個(gè)電子的電荷在分派給n個(gè)電子時(shí)，誤差必然很小，其結(jié)果e值老是十分接受于1.60x10-19庫(kù)侖。這是實(shí)驗(yàn)中不宜選用帶電量較多油滴的原因。4、在不同的電壓和不同的電荷下，油滴在容器內(nèi)可能出現(xiàn)哪些運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？勻速下降，勻速上升，靜止，加速上升，加速下降五、密立根油滴實(shí)驗(yàn)證明了電荷的不持續(xù)性（具有顆粒性），即油滴所帶電荷都是大體電荷e的整數(shù)倍。六、、密立根油滴實(shí)驗(yàn)應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的各個(gè)求數(shù)，這個(gè)就是 值。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的各個(gè)電量q求最大公約數(shù)，這個(gè)最大公約數(shù)就是大體電荷e值。注意：一、用噴霧器從噴油口向內(nèi)急速?lài)娙肷倭坑挽F（不要持續(xù)幾下大量噴霧，不然小孔會(huì)被油堵塞），關(guān)閉小孔進(jìn)行觀察顯示器，視場(chǎng)中會(huì)出現(xiàn)大量油滴。二、利用中，前后調(diào)焦范圍不要過(guò)大，取前后調(diào)焦1mm內(nèi)的油滴較好。要做好實(shí)驗(yàn)，重要的一點(diǎn)是選擇適合的油滴。油滴體積不能太大，太大油滴雖然較亮，但一般帶的電荷較多，下降速度較快，時(shí)間不容易測(cè)準(zhǔn)確。也不能過(guò)小，過(guò)小則布朗運(yùn)動(dòng)明顯。一般可以選擇平衡電壓在200V左右，在30秒左右下降2mm距離的油滴。數(shù)據(jù)處置：通常常利用“倒過(guò)來(lái)驗(yàn)證”的辦法數(shù)據(jù)處置。即用公認(rèn)電子電荷值e=1.60x10-19庫(kù)侖去除實(shí)驗(yàn)測(cè)得的電量q。取得一個(gè)接近于某一整數(shù)的數(shù)值，這個(gè)整數(shù)就是油滴所帶的大體電荷數(shù)量n，再用n去除實(shí)驗(yàn)測(cè)得的電量，即得電子的電荷值。光學(xué)多道1、注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)：實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，要將實(shí)驗(yàn)光源打開(kāi)，預(yù)熱實(shí)驗(yàn)光源，使光源發(fā)出光譜散布穩(wěn)定。在進(jìn)行背景光彩集時(shí)應(yīng)該避免實(shí)驗(yàn)燈光的干擾。對(duì)譜線進(jìn)行采取峰值時(shí)，應(yīng)保證譜線較為尖銳，使得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較準(zhǔn)確。用汞燈進(jìn)行定標(biāo)時(shí)，可以用鍵盤(pán)上的上下左右鍵進(jìn)行定標(biāo)，保證定標(biāo)的準(zhǔn)確性。由于鈉燈和汞燈的光強(qiáng)較強(qiáng)，因此應(yīng)減小狹縫的寬度或?qū)⒐療艉外c燈放置較遠(yuǎn)，以避免光強(qiáng)過(guò)強(qiáng)使得CCD飽和，測(cè)得的譜線平坦。氫氘燈的強(qiáng)度較弱，因此可以略微改變狹縫的寬度使得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較明顯。2、簡(jiǎn)述本學(xué)期你做光學(xué)多道實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方案。中心波長(zhǎng)一一收集背景一一定標(biāo)一一測(cè)量未知波長(zhǎng)一一結(jié)束實(shí)驗(yàn)。3、多色儀多色儀部份光路圖4多色儀及光源部分的光路如圖4為多色儀及光源部份的光路。光源S經(jīng)透鏡L成像于多色儀的入射狹縫S/入射光經(jīng)平面反射鏡M1轉(zhuǎn)向90°，經(jīng)球面鏡M2反射后成為平行光射向光柵G。衍射光經(jīng)球面鏡M3和M4成像于觀察屏P。由于各波長(zhǎng)光的衍射角不同，在P處形成以某一波長(zhǎng)入0為中心的一條光譜帶，利用者可在P上直觀地觀察到光譜特征。轉(zhuǎn)動(dòng)光柵G可改變中心波長(zhǎng)，整條譜帶也隨之移動(dòng)。多色儀上有顯示中心波長(zhǎng)入0的波長(zhǎng)計(jì)。轉(zhuǎn)開(kāi)平面鏡M4可使M3直接成像于光電探測(cè)器CCD上，它測(cè)量的譜段與觀察屏P上看到的完全一致。通過(guò)它把含有某些光譜信息的待測(cè)光信號(hào)進(jìn)行光譜分析，在出射狹縫取得光譜范圍為人-人的待測(cè)光譜信號(hào)圖像。 1 24、CCD的工作原理1.電荷耦合器件（CCD）電荷耦合器件是一種以電荷量表示光量大小，用耦合方式傳輸電荷量的新型器件。它具有自掃描、光譜范圍寬、動(dòng)態(tài)范圍大、體積小、功耗低、壽命長(zhǎng)、靠得住性高等一系列長(zhǎng)處。CCD大體結(jié)構(gòu)和MOS（金屬一氧化物一半導(dǎo)體）器件一樣，襯底是硅半導(dǎo)體。如圖1,硅表面有一層二氧化硅薄膜，再上面是一層金屬，作為電極。這樣，在硅和電極之間形成一個(gè)小電容，在其兩頭加一偏壓就產(chǎn)生一個(gè)與硅表面垂直的電場(chǎng)。若是襯底是p型Si,金屬電極置于高電位，電場(chǎng)的方向則從金屬指向p型半導(dǎo)體。在金屬界面積累了一層正電荷，p型半導(dǎo)體界面處的空穴被排斥，只剩下帶負(fù)電荷的受主雜質(zhì)離子，形成一耗盡層。耗盡層的雜質(zhì)離子是不能自由移動(dòng)的，對(duì)導(dǎo)電作用沒(méi)有任何貢獻(xiàn)。隨著電壓的增加，耗盡層將逐漸展寬。圖1圖1(a)p型Si表面附近的耗盡層,(b)p型Si表面附近的反型層.鐘脈沖線，各單元所有的“2電極與“3鐘脈沖線，各單元所有的“2電極與“3電極與另兩條時(shí)鐘脈沖線相接。三個(gè)時(shí)鐘脈沖的波形如圖2(c)所示。在t=t1時(shí)刻，“1的電位最高，“2,“3的電位為零，導(dǎo)體電極M42MM12/^3在耗盡區(qū)內(nèi)或周?chē)?，由于光子的作用產(chǎn)生了電子一空穴對(duì)，電場(chǎng)將電子吸引到半導(dǎo)體與絕緣體的界面。這些導(dǎo)體中的電子是可以自由運(yùn)動(dòng)的，是參與導(dǎo)電的載流子，它們?cè)诮缑嫘纬闪艘粋€(gè)n型半導(dǎo)體層。它與原襯底的導(dǎo)電類(lèi)型相反。故稱(chēng)為反型層。反型層內(nèi)電子的數(shù)量取決于光生電子一空穴數(shù)的積累值，器件曝光時(shí)間越長(zhǎng)，此電荷包中電子的數(shù)量就增多，耗盡層的寬度逐漸變窄。CCD列陣的電荷包可以通過(guò)耦合的方式傳輸。圖2表示一維CCD列陣的傳輸情況，列陣中每三個(gè)器件為一個(gè)單元，列陣中各單元的“1電極接同一時(shí)因此，電荷包貯存于“1電極下的勢(shì)陷內(nèi)。當(dāng)t=t2時(shí)，”2電位升高與卻相同“1電極下的電荷包開(kāi)始向電極“2擴(kuò)散。當(dāng)t=t3時(shí)，“1的電位開(kāi)始下降，“電位最高，@2電極下的勢(shì)陷比如電極下的勢(shì)陷低，電荷包就從心電極下完全轉(zhuǎn)移到“2電極下。當(dāng)t=t4時(shí)，@1、@3的電位均為零，中2電位最高，為下一次傳輸作準(zhǔn)備。時(shí)鐘脈沖不斷重復(fù)，電荷包就從左側(cè)向右邊傳遞，最后從輸出二極管輸出。產(chǎn)生電荷包的光子可以透過(guò)襯底入射，也可以透過(guò)電極或從電極的間隙通過(guò)二氧化硅入射到襯底上。但前者的量子效率高于后者，因?yàn)橥ㄟ^(guò)電極和氧化層時(shí)均有吸收和反射損耗。CCD線型列陣可以分為兩部份，前一部份是受照一成像區(qū)，后一部份是用于讀出信號(hào)的移位寄放器。在成像區(qū)，相鄰像元之間有阻止電荷橫向擴(kuò)散的溝道。器件曝光后。各像元電極下貯存的電荷包與各像元的曝光量成正比、形成一幅“電荷圖”橫向轉(zhuǎn)移脈沖把各像元下的電荷包移入到移位寄放器保留，然后在時(shí)鐘脈沖@1、@2、@3的作用下將各像元的電荷包從移位寄放器逐個(gè)移位，最后經(jīng)輸出二極管讀出。在移位寄放器讀出的進(jìn)程中，成像區(qū)又在曝光。五、六、OMA系統(tǒng)由于探測(cè)器所有的像元（N個(gè)）同時(shí)曝光整個(gè)光譜可同時(shí)取得，因此，比用一般的單道光譜系統(tǒng)檢測(cè)同一段光譜的積分時(shí)間總和快N倍。這特別有利于單次或很少幾回脈沖進(jìn)程的測(cè)定，和在光照下受損傷的樣品的光譜測(cè)定。鎖相放大鎖相放大器主要由三部份組成，如圖1所示，包括信號(hào)通道，參考通道和相關(guān)器。相關(guān)修信號(hào)通道低噪聲前置放大器，有源濾波器，主放大器，它的作用是把微弱信號(hào)放大到足以推動(dòng)相關(guān)器工作的電平，并兼有抑制和濾掉部份干擾和噪聲，擴(kuò)大儀器的動(dòng)態(tài)范圍。參考通道是指從參考信號(hào)輸入到乘法器輸入之間的部份，主如果由觸發(fā)電路、相移電路、方波形成電路和驅(qū)動(dòng)級(jí)等幾部份組成。作用是產(chǎn)生與被測(cè)信號(hào)同步的參考信號(hào)輸給相關(guān)器。通常鎖相放大器的參考通道輸出是和信號(hào)同步的對(duì)稱(chēng)方波，用以驅(qū)動(dòng)相關(guān)器的場(chǎng)效應(yīng)管開(kāi)關(guān)。相關(guān)器由相敏檢波器和低通濾波器組成，是鎖相放大器的核心部件，具有動(dòng)態(tài)范圍大，漂移小，時(shí)間常數(shù)可調(diào)，線性良好等性能。試述弱信號(hào)處置的大體思路和大體方式。答：大體思路：將噪聲和干擾去掉，只保留信號(hào)本身。大體方式：①同步積累；②相關(guān)接受；③匹配濾波器。鎖相放大器為何可以檢測(cè)微弱信號(hào)？答：因?yàn)殒i相放大器利用待測(cè)信號(hào)和參考信號(hào)的彼此檢測(cè)原理實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的窄帶化處置，有效抑制了噪聲，從而可以檢測(cè)微弱信號(hào)。弱信號(hào)檢測(cè)中大體方式有同步積累、相關(guān)接收、匹配濾波器。按照老例，鎖相放大器等效噪聲帶寬一般用RC表示。（時(shí)間常數(shù)）鎖相放大器的核心部件是相關(guān)器。它主要由乘法器和積分器兩個(gè)重要部份組成。?本實(shí)驗(yàn)在掌握實(shí)驗(yàn)原理以后，利用鎖相放大器觀察輸入信號(hào)通道前后的幅值、波形情況，觀測(cè)參考通道前后信號(hào)的轉(zhuǎn)變情況，觀測(cè)鎖相放大器輸入輸出波形，并通過(guò)調(diào)節(jié)參考通道相移器來(lái)改變兩信號(hào)間的相差的同時(shí)，觀測(cè)鎖相放大器輸出信號(hào)幅值及波形轉(zhuǎn)變，觀察并測(cè)量相關(guān)器諧波響應(yīng)。實(shí)驗(yàn)所用儀器：多功能信號(hào)源，示波器，寬帶相移器，交流、直流、噪聲電壓主竺表等。.準(zhǔn)備工作1）接通電源，預(yù)熱2分鐘。2）調(diào)節(jié)多功能信號(hào)源，是輸出頻率在1KHz左右。調(diào)節(jié)輸出幅度幅度旋鈕。用交流、直流、噪聲電壓表測(cè)量輸出直流電壓，使輸出100mv。3）至相關(guān)器直流放大倍數(shù)X10,交流放大倍數(shù)X1。4）用示波器觀察PSD輸出的波形，并用交、直流、噪聲電壓表測(cè)量相關(guān)器的輸出直流電壓、相關(guān)器低通濾波器的時(shí)間置1秒。.相關(guān)器的PSD波形輸出觀察及輸出電壓測(cè)量1）調(diào)節(jié)寬帶相移器，用示波器觀察中值得大小，使得①別離為0°,90°,180°,270°。2）觀察PSD的輸出波形，并記錄測(cè)量相關(guān)器輸出直流電壓與相關(guān)器的輸入信號(hào)對(duì)參考信號(hào)之間的相位差①之間的關(guān)系。.相關(guān)器諧波響應(yīng)觀察并測(cè)量1）同實(shí)驗(yàn)2把上述實(shí)驗(yàn)連接略作如下改變。寬帶相移器輸入信號(hào)由n?1輸出（即n倍頻n1或一倍頻）送給。n2）先置分頻數(shù)為1,由于示波器觀察PSD輸出直流電壓，調(diào)節(jié)寬帶相移器的相移，使輸出直流電壓最大，并觀察示波器波形相同于全波整流波形，并使得相位差為零，記錄數(shù)據(jù)。3）改變分?jǐn)?shù)n為2,3,4,5……，并記錄數(shù)據(jù)。真空從物理現(xiàn)象來(lái)看，粗真空以分壬彼此碰撞為主，即分子自由松V容器尺寸d；低真空則是分子彼此碰撞與器壁碰撞八兩半斤；高真空時(shí)以分子與器壁碰撞為主，即九>>d；超

高真空時(shí)分子碰撞器壁的次數(shù)也很少，形成一個(gè)單分子層的時(shí)間已達(dá)到以分鐘計(jì)；極高真空時(shí)分子數(shù)已很少，統(tǒng)計(jì)漲落現(xiàn)象已較嚴(yán)重（d5%），經(jīng)典統(tǒng)計(jì)規(guī)律產(chǎn)生了誤差。熱陰極電離真空計(jì)工作需要在10』Pa以下，當(dāng)系統(tǒng)壓強(qiáng)高于此值時(shí)，氣體分子數(shù)密度較高，燈絲發(fā)射出的電子使分子電離后，正離子在加速飛向板級(jí)時(shí)，會(huì)與氣體分子碰撞，可能不能形成板流，或形成板流較小，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)出系統(tǒng)壓強(qiáng)。油擴(kuò)散泵若工作壓力大于10-iPa，會(huì)致使擴(kuò)散泵油氧化，實(shí)現(xiàn)不了真空泵的作用。只有在壓強(qiáng)小于10-iPa氣體處于分子流狀態(tài)，可以保證絕大部份氣體分子以定向擴(kuò)散形式進(jìn)入高速蒸汽流。而由于油蒸汽壓和反擴(kuò)散限制了油擴(kuò)散泵的極限真空度，使其最低真空度約為10-6Pa。測(cè)量（1）熱電偶真空計(jì)圖1熱電偶真空計(jì)的工作原理利用氣體分子的熱傳導(dǎo)性質(zhì)，通過(guò)熱電偶產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)來(lái)測(cè)量真空的。熱電偶真空計(jì)的原理見(jiàn)圖4,一端開(kāi)口的玻璃殼的開(kāi)口端與真空室相接，玻璃殼內(nèi)的真空度與真空室內(nèi)的真空度相同，外電路給加熱絲通電，熱電偶的一個(gè)結(jié)點(diǎn)與加熱絲焊接或壓接在A圖1熱電偶真空計(jì)的工作原理測(cè)量范圍：10?10-iPa。該真空計(jì)測(cè)量存在下限的原因是：當(dāng)氣體分子較少時(shí)，加熱絲溫度較高，分子熱傳導(dǎo)很小，加熱絲本身的熱傳導(dǎo)和熱輻射引發(fā)的熱量減少占主導(dǎo)地位，所以限制了熱電偶真空計(jì)測(cè)量范圍。（2）熱陰極電離真空計(jì)電離真空計(jì)由電離規(guī)管和測(cè)量電路組成，電離規(guī)管類(lèi)似于一個(gè)電子三極管，就可以夠用板流指示真空度。由陰極（燈絲）、柵極和板極（搜集極）組成，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。該真空計(jì)的工作進(jìn)程可以描述如下：燈絲通電發(fā)燒，發(fā)射電子，電子被柵極的正偏壓加速而取得能量，與柵極和陰極之間的氣體分子碰撞使分子電離；電子被柵極所吸收，形成柵極電流；正離子被陰極和板極之間的電壓加速而飛向板極，形成板極電流。板極電流的大小取決于電子在陰極和柵極之間碰撞分子使其電離的數(shù)量，該數(shù)量正比于氣體的濃度即氣體的壓強(qiáng)，所以，板流與氣體的壓強(qiáng)成正比，通過(guò)校準(zhǔn)比例系數(shù)（該系數(shù)與氣體的種類(lèi)有關(guān)），就可以夠用板流指示真空度。測(cè)量范圍：是10-1?10-6Pa。該真空計(jì)測(cè)量存在上限的原因是:當(dāng)氣體壓強(qiáng)較大時(shí)：1）電子的發(fā)射需要加熱到必然能力，但是壓壯大會(huì)使得電子的平均自由程小于電離所需的自由程，無(wú)法電離；2）電離管容易燒壞，在空氣下燈絲容易燒斷。

存在上限的原因是：當(dāng)分子數(shù)少于必然額度時(shí)，電離出的電子能夠直接抵達(dá)圖2圖2電離真空計(jì)的工作原理取得（1）機(jī)械泵將機(jī)械泵作前級(jí)泵，取得粗真空。機(jī)械泵是利用機(jī)械旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生吸氣和排氣進(jìn)程，以取得真空。常常利用的是旋片式機(jī)械泵，它的主要結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2,由定子、轉(zhuǎn)子、旋片、彈簧等組成。轉(zhuǎn)子在電機(jī)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子的外表面與定子的內(nèi)表面在圖中的A點(diǎn)相切，轉(zhuǎn)子槽內(nèi)裝有帶彈簧的旋片，旋轉(zhuǎn)時(shí)靠離心力和彈簧的張力使旋片的頂端與定子內(nèi)壁始終緊密接觸。當(dāng)轉(zhuǎn)子按圖中方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，同時(shí)完成吸氣和排氣進(jìn)程。排氣閥采用油封，油在工作室的內(nèi)表面形成油膜，有利于潤(rùn)滑和A點(diǎn)的密封。由于油在工作室的內(nèi)表面形成油的蒸汽壓，限制了機(jī)械泵的極限真空度，并有可能污染真空系統(tǒng)。機(jī)械泵的極限真空度約為10-iPa，它主要由機(jī)械泵油的飽和蒸汽壓和泵的機(jī)械加工精度決定的，因此只能用于獲取粗真空。（2）油擴(kuò)散泵著噴向下方；油氣被泵體冷凝，從頭變成油，返回蒸發(fā)器，并釋放出夾帶的氣體，氣體被機(jī)械泵抽走，而油又被從頭加熱循環(huán)，如此反復(fù)，達(dá)到持續(xù)抽氣的目的。放出的氣體貯存至儲(chǔ)氣筒，再由機(jī)械泵將氣體抽出。油擴(kuò)散泵比機(jī)械泵能取得更高的真空度，它的工作壓力范圍是10-1?10-6Pa。油擴(kuò)散泵若工作壓力大于10-1著噴向下方；油氣被泵體冷凝，從頭變成油，返回蒸發(fā)器，并釋放出夾帶的氣體，氣體被機(jī)械泵抽走，而油又被從頭加熱循環(huán)，如此反復(fù)，達(dá)到持續(xù)抽氣的目的。放出的氣體貯存至儲(chǔ)氣筒，再由機(jī)械泵將氣體抽出。油擴(kuò)散泵比機(jī)械泵能取得更高的真空度，它的工作壓力范圍是10-1?10-6Pa。油擴(kuò)散泵若工作壓力大于10-1Pa，會(huì)致使擴(kuò)散泵油氧化，實(shí)現(xiàn)不了真空泵的作用。只有在壓強(qiáng)小于10-1Pa氣體處于分子獷融泵接機(jī)械流狀態(tài)，可以保證絕大部份氣體分子以定向擴(kuò)散形式進(jìn)入高速蒸汽流。而由于油蒸汽壓和反擴(kuò)散限制了油擴(kuò)散圖4油擴(kuò)散泵的工作原理泵的極限真空度，使其最低真空度約為10-6Pa。浙江師范大學(xué)《近代物理實(shí)驗(yàn)》考試卷（2005~2006學(xué)年第一學(xué)期）一、填空題1、實(shí)現(xiàn)核磁共振的內(nèi)因是原子具有自旋角動(dòng)量和磁矩。自然界大約有105種同位素的核，其自旋量子數(shù)I為整數(shù)或半整數(shù)，具有不為零的角動(dòng)量和磁矩，可以觀測(cè)到核磁共振信號(hào)?！緯?shū)p168]2、布拉格反射實(shí)驗(yàn)中，選擇用晶體這個(gè)天然的光柵來(lái)研究X射線的衍射，是因?yàn)榫Ц裾门cX射線的波長(zhǎng)同數(shù)量級(jí)。其中布拉格公式為2dsin9=n九,n=1,2【書(shū)p123]3、OMA系統(tǒng)由于探測(cè)器所有的像元（N個(gè)）同時(shí)曝光整個(gè)光譜可同時(shí)取得，因此，比用一般的單道光譜系統(tǒng)檢測(cè)同一段光譜的積分時(shí)間總和快N倍。這特別有利于單次或很少幾回脈沖進(jìn)程的測(cè)定，和在光照下受損傷的樣品的光譜測(cè)定?！緯?shū)p49】4、從物理現(xiàn)象來(lái)看，粗真空以分子彼此碰撞為主，即分子自由程九V容器尺寸d；低真空則是分子彼此碰撞與器壁碰撞八兩半斤；高真空時(shí)以分子與器壁碰撞為主，艮伊>>d；超高真空時(shí)分子碰撞器壁的次數(shù)也很少，形成一個(gè)單分子層的時(shí)間已達(dá)到以分鐘計(jì)；極高真空時(shí)分子數(shù)已很少，統(tǒng)計(jì)漲落現(xiàn)象已較嚴(yán)重（d>5%），經(jīng)典統(tǒng)計(jì)規(guī)律產(chǎn)生了誤差?！緯?shū)p106]5、微弱信號(hào)檢測(cè)的常常利用方式有：同步積累、相關(guān)接受和匹配濾波等。鎖相放大器的核心部件是相關(guān)器。官主要由乘法器？和積分器兩個(gè)重要部份組成?！緯?shū)p163-166】二、簡(jiǎn)答題4、X射線管產(chǎn)生的X射線可分為哪兩種（特征輻射：不持續(xù)的和韌致輻射：持續(xù)的”產(chǎn)生的原理別離是什么？5、簡(jiǎn)述本學(xué)期你做光學(xué)多道實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方案。6、簡(jiǎn)述不同負(fù)載（匹配負(fù)載、短路板、失配負(fù)載）下微波的傳輸狀態(tài)及駐波比情況。7、在核物理實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，為何必然要將分析器上的高壓調(diào)為零后才能關(guān)閉電源？一、填空題（每空格1分，每小題4個(gè)空格，同窗按照平時(shí)選做實(shí)驗(yàn)從當(dāng)選5小題，填空題滿分20分，多做不給分，以小題為單位批改）1、密立根油滴實(shí)驗(yàn)證明了電荷的不持續(xù)性（具有顆粒性），即油滴所帶電荷都是大體電荷e的整數(shù)倍2、原子只能處在某些能量分立的穩(wěn)定狀態(tài)，每一狀態(tài)對(duì)應(yīng)必然的能量，其數(shù)值是彼此分隔的，原子在這些狀態(tài)時(shí)，不發(fā)射和吸收能量。3、137Cs