大学近代物理实验期末考试复习资料

1、专题一光谱专题1、 氢原子和钠原子光谱实验观察的线系氢原子光谱观察的线系是巴尔末线系钠原子光谱观察的线系是主线系（见课本P9）2、 光电倍增管的工作原理光谱仪当光照射到光阴极时，光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统，并通过进一步的二次发射得到的倍增放大。然后把放大后的电子用阳极收集作为信号输出。因为采用了二次发射倍增系统，所以光电倍增管在探测紫外、可见和近红外区的辐射能量的光电探测器中，具有极高的灵敏度和极低的噪声。另外， 光电倍增管还具有响应快速、成本低、阴极面积大等优点。3、 光谱仪的构成及工作原理光谱仪的构成：光学系统电子系统软件系统（其工作原理见书P6）4、

2、什么是量子缺？如何测量？由于原子实的极化与贯穿，主量子数n 相同、 轨道量子数l 不同的轨道，其能量并不相同，电子能量与n/l 都有关系，暂不考虑电子自旋与轨道运动的相互作用引起的能级分裂。以有效量子数代替主量子数。主量子数与有效量子数只差称为量子缺。通过光谱仪测出相邻谱线的波长，算出两谱线的波数差，再代入课本（2-7 ）公式，再通过查里德伯表找出 m,a值，即可算出量子缺，相邻两谱线可绝定一个量子缺，对不同测量数据取平均值，即为所求的量子缺。5、 狭缝宽度和高压对测量结果的影响高压作用是提高光电倍增管的放大系数，使其对光信号更为敏感，对谱线宽度和分辨率影响可以忽略，而入射狭缝和出射狭缝的宽度

3、与谱线宽度成正比，与光谱仪的分辨率成反比，因此缝宽不能加得太大以免降低谱线的分辨率，也不能太小，以免谱线强度太弱。6、 氘原子和钠原子光谱实验中，所用到的光源、分光元件、光强探测仪分别是什么？氘灯 平面衍射光栅光电倍增管（ PMT）钠灯平面闪耀光栅 光电倍增管 （PMT、光电探测器专题二真空专题实验一基础部分1、掌握粗真空、低真空、高真空区域的划分。答：粗真空：100000Pa-1300Pa760托 10 托低真空:1300Pa-0.13Pa10托10A （-3）托高真空：0.13Pa-1.3x10A （-6） Pa （P38）10A （-3）托 70A （-8）托2、机械泵规格含义（2X-4

4、 、 2X-8 等的含义）油扩散泵“扩散”的含义及它们的使用注意事项。 （尤其注意扩散的含义）答：规格含义：2表示双级泵，X 表示旋片式机械真空泵；2X-4、 2X-8 为机械泵型号，前者为双级泵，抽速为4 升 /秒。后者为双级泵，抽速为8 升 /秒。扩散的含义：扩散泵被加热沸腾时，产生高压蒸汽流，经导流管传到上部，由伞形喷口向下高速喷出。因喷口外面的气压较低，约10.1 帕或更低，于是蒸汽流可向下喷出一段距离，构成一个像出口方向运动的射流。在射流中，油蒸汽流速很高，且油分子量很大，有较大的动量，气体分子在射流中不能长时间停留，被高数定向运动的油蒸汽向下驱赶，射流中气体密度很小，在射流界面两边

5、被抽气体的浓度差很大，正是这个浓度差， 使被抽容器的气体分子源源不断地越过界面，扩散到射流中被逐级压缩到泵体下出口处，并被前级（机械泵）抽走。机械泵使用注意事项：A ：在连接机械泵电路时，须注意电动机应按泵体标测方向运转。B ：按期检查机械油的油平面，是否保持在观察窗的中间位置。C：泵体不能在大于100帕的大气压下长期工作。D ：在停止使用机械泵前，应先关闭连接真空系统的阀门，停机后立即将大气 放入进气管道，泵内压力平衡，以免大气将泵油压入真空系统中。油扩散泵使用注意事项：A ：油扩散泵必须与机械泵联用。B ：油扩散泵的进、出气口，在任何情况下均不得冲入1 帕以上压强的空气，以免泵油氧化。C：

6、没有打开冷却水以前，不得加热泵油，以免油蒸汽向真空室扩散。D ：油扩散泵使用完毕（撤去电炉），必须待油冷却后方可停机械泵，关冷却水。 （ P39,40,41）3、热偶规管、电离规管的结构及其测量范围。答：热偶规管的结构：热偶规管事由热丝、热电偶（热偶丝）、玻壳组成。热偶规管测量范围：=0.1 帕。电离规管的结构：由电离规管和测量电路组成，电离规管与真空系统连接，电离硅管有栅极，灯丝极（热阴极），收集极组成。电离规管的测量范围：0.1-0.00001 帕。4、一个良好的被抽系统应具备的基本条件。答：被抽系统内壁洁净，致密度高，良好的气密性。实验二电子衍射部分1. 电磁阀 、 三通阀 各自起的作用

7、答： 电磁阀：工作结束时自动打开，使大气进入机械泵，以平衡进气管与排气管的气体压强，以防泵油被压入真空系统。三通阀：可使机械泵与衍射腔连通（ “拉”位）或与储气筒连通（ “推”位） 。即位于推位抽扩散泵，位于拉位抽桌面仪器。2. 多晶镀膜（10 100nm）制备的完成后，欲取出样品支架，具体的操作 步骤。答：关闭电离规管灯丝电源；关闭蝶阀；打开放气阀门。3. 观察电子衍射图像的操作步骤答： 1. 将制备好的样品装在衍射仪的推杆上。检查仪器电源及接地是否完好，全部开关位置是否正确。（ P51）2.在0.007Pa真空条件下，样品架让开仪器中心位置，灯丝电压调至 120V,缓慢增加 高压至 15

8、千伏，打开快门，观察荧光屏出现亮点，表面聚集正常。再将样品调至中心位置，增高至20、 25、 30 千伏，观察衍射环直径与电压的关系。4. 直接“欲证明电子波的存在”，在实验技术上的需要的条件，主要由4 条。答：高真空环境；负高压电压源；晶体薄膜样品；衍射图像的观察和记录装置。专题三X 射线专题实验一 衍射照片拍摄1、 样品制备：用剪刀剪取22.5cm 长的玻璃丝，在其表面均匀涂上一层胶水（避免产生气泡）；选取适当直径的粉末，把涂有胶水的玻璃丝在粉末中滚动，使其表面附着上一层致密的粉末；把它置于灯下烘烤两分钟左右，使胶水凝固，然后将其在纸张上轻轻滚动几下，使未附着牢固的粉末脱落，得到所需的样品

9、。2、 底片安装：底片安装必须在暗室中进行，首先， 用剪刀在底片一角处剪去一角（剪角不能超过底片中心线）作为标记；将照相机顶端旋钮推置滑槽内，使底片折成圆筒状，并使有剪角的一边紧贴前光阑一侧，把底片慢慢装入相盒内，将顶端旋钮向槽外推出并固定，致底片紧贴内壁；盖上相盒盖，装片完成。3、 X 光机拍照：装片完成后，即进行X 光机拍照，使用X 光机的操作说明如下：（一）合上电闸（二）开启冷却水（不要开得过大），合上水箱开关（三）安装照相机（四）启动主机“低压” “高压” 。（五）待起始高压、电流稳定后，调节高压与电流，高压与电流要交替调节上升，直到高压约为 35KV ，电流约为15mA（六） 每隔

10、15 分钟去检查一次仪器是否正常工作，检查标准是电压、电流是否维持在35KV 、15mA（七）缓缓降下高压、电流（八）关断主机“高压” “低压”（九）取下照相机（十）10 分钟后，断开水箱开关，关闭冷却水龙头（十一）断开电闸4、 底片冲洗：将底片在暗室中取出，先在显影液中浸泡十五秒，然后置于红灯下观看是否有衍射图样，如没有就再浸泡十五秒，直至有图样产生，将底片用清水冲洗干净，然后置于定影液中，浸泡十五秒，打开暗室内灯光，底片冲洗完毕。实验二 衍射结果分析1、 连比法确定样品的晶体类型由 低角区。为：0 = （90X21） /S 高角区。为：0 = 90 （90X 21） /S 求出。值，sin

11、 0及其平方值。将（sin 0 i）A2：（ sin 9 2）A2：（sine 8）A2 ,求出其比值，进行如下对照确定其晶体类型工。若（sin。#2:（ sin 8 242:：（sin。842 = 1 ： 2： 3： 4： 5： 6： 8： 9：为简单立方体结构；若（sin。甘2：（ sin 8 242：（sin e 8）a2 =2： 4： 6： 8： 10： 12： 14： 16： 为体心立方体结构；若（sin。甘2：（ sin82）人2：（sin 9 8）a2 = 3： 4：8：11：12：16：19：20： 为面心立方体结构。2、 外推法导出精确点阵常数由公式（sin 8 ）A2 =入

12、x （ hA2+kA2+|A2 ） /4aA2其中入= 0.15418,求出各个对应的 a值。以a值为纵轴，（cose ）A2为横轴建立坐标系，画出趋势线，使其穿插于各坐标点间，找出其纵截距，其为真实点阵常数a0。附：1、 晶体是什么？答：晶体是由许多混乱取向的小晶粒组成，每个小晶粒内部的点阵排列方式是完全相同的，晶体分为单晶和多晶。2、 晶体的性质？答： 晶体的原子严格按照周期排列，并且它们在相应的位置固定不动，具有较高的熔点和沸点，强度硬度高，耐磨；用单色的X 射线照射多晶体样品时，如果X 射线是平行线束，对于一定指数的晶面簇，只有掠射角满足布拉格方程时，才产生衍射，从不同的晶面簇的衍射和

13、原射线方向间以不同的夹角而射出。3、 X 射线性质？答： X 射线具有很强的穿透能力；可以使荧光物质发光，使照相机底片感光；X 射线是一种电磁波，能发生反射和折射，若用晶体作为天然光栅，也能发生衍射。4、 衍射的原理？答： X 射线在晶体中的衍射：X 射线在晶体中产生衍射的现象，是由于晶体各个原子中电子对 X 射线产生相干散射和相互干涉叠加或抵消而得的结果，产生衍射的方向与点阵结构的周期，X射线的波长，入射线的方向等因素有关，这些关系可以用劳厄方程或布拉格定律表示。一维点阵的衍射条件：a(cos e acosa )= H入二维点阵的衍射条件：b(acos e 2 acosa 2)= K入三维点

14、阵的衍射条件：a(acos e 1 acos a 1)= H入b(acos e 2 acos a 2)= K 入c(acos e 3 acos a 3) = L 入布拉格定律：2d sin。=门入专题四固体仿真直接就是答案：1、七大晶系2、 14 种布拉菲格点阵(了解)答案就填143、 X-ray 晶体结构中子 磁性专题五核物理专题一 、定标1、探测器的构成 探测器的构与物质相互作用时可能产生：光电效应、康普顿效应和电子对效应 探测器的组成和各部分功能：闪烁体：NaI (Tl)闪烁晶体能吸收外来射线能量，当射线进入闪烁体时，在某一地点产生次级电子，它使闪烁体电子电离和激发，退激时发出大量光子。

15、光电倍增管：是一个电真空器件，由光阴极、若干个打拿极和阳极组成，当闪烁光子入射到光阴极上，由于光电效应就会产生光电子，这些光电子受极间电场加速和聚集在各级打拿极上发生倍增，最后被阳极收集，大量电子会在阳极负载上建立起电信号，然后传输到电子学仪器中。相应的电子仪器：高、低压电源线性放大器单道脉冲分析器：把线性脉冲放大器的输出脉冲按高度分类测出整个谱型。多道脉冲分析器：作用相当于数百个单道脉冲分析器与定标器，可以同时对不同幅度的脉冲进行计数，一次测量可得到整个能谱曲线。线性范围(NaI (Tl)闪烁晶体)：荧光输出在150KevEr6Mev的范围内和射线能量成 正比的。2 、定标原理 放射源的种类

16、：137Cs、 60Co 能谱的识别(见书上能谱图)全能峰：137Cs 所测得的r 能谱的三个峰的最右边A 峰称为全能峰，它的脉冲幅度直接反应r射线的能量即0.662Mev,包含光电效应及多次效应的贡献。康普顿平台状曲线 B:是康普顿效应的贡献，特征是散射光子逃逸后留下一个能量从0到Er/（1+1/4Er）的连续的电子谱。137cs的反散射峰： 峰C （0.184Mev）。二、相对论1、 理论经典：经典力学总结了低速物理的运动规律，它反映了牛顿的绝对时空观：认为时间和空间是两个独立的观念，彼此之间没有联系；同一物体在不同惯性参照系中观察到 得运动学量可通过伽利略变换而互相联系。E=PA（2）/

17、2m相对论：实验证明对高速的运动的物体伽利略变换是不正常的，实验还证明在所有惯性参照系中光在真空中的传播速度为同一常数。E=PC=m*cA（2）、动量能量关系（9-5）、动能与动量关系（9-6）2、 实验 动量测量的原理及公式：原理（9-11）计算公式 实验值：P=eRB理论值：（9-6）动能测量：原理及公式：根据能量定标数据，假设E和CH之间的关系是 E=a+b*CH ,根据137cs 和60C。峰1峰2得到的道数和能量，利用最小二乘原理进行线性拟合，然后将各道数 带入公式，计算出电子穿出铝膜后的动能E2。修正：为什么修正：穿过铝膜时有动能损失，穿过封装真空室的有机塑料薄膜有动能损失。方法：

18、用分段线性插值法专题六微波专题1、常用的微波元件及其功能？微波信号源：具有等幅和方波两种工作方式，提供一定范围内可调的微波信号。隔离器：衰减反射波，减小负载对信号的影响。波长表（频率计）：测量微波信号频率的大小。测量线：测量微波能量大小。2、频率测量的原理？以电流表为指示器，当波长表与被测微波频率f谐振时，检波器上出现向下凹的吸收峰，读出波长表测微头的读数，从波长频率与刻度表中查出相应度数。3、波导波长测量原理？终端接上短路板，将选频放大器接在测量线上，选择适合的驻波节点和检波器示数，用交d dd d ”叉读数法 读出 d11、d 12、d 21、d 22，根 据公式 d 01 = /12 ,

19、 d 02 = -经，22g =2 |d 02 -d 011,计算波导波长g。4、铁磁共振的原理？电子、质子等自旋不为零的粒子具有自旋磁矩，将这样的粒子放入稳定外磁场中，其磁矩外外磁场相互作用使粒子能级分裂，分裂后两能级差E= B0,在稳定外磁场方向加上能量 为h (且有hv= E)的交变电磁场，则低能级上的粒子吸收交变电磁场的能量产生跃迁， 称为磁共振现象。5、 多晶铁氧体样品能否用示波器观察共振曲线？不能， 当单晶铁氧体放到谐振腔内微波磁场最大位置时，会引起谐振腔的谐振频率和品质因数的变化，微波输出功率降低从而可找出共振点，多晶铁氧体用示波器观察无法引起共振，找不出共振点。6、 用示波器观

20、察单晶样品共振曲线时，为什么要将励磁电流调到1.72.0A？本实验采用扫场法，即保持微波频率不变，连续改变外磁场，当微波频率和外磁场之间符合一定关系时，则可以发生铁磁共振现象。当电流为1.72.0A 时，满足微波频率与外磁场之间符合一定关系，发生铁磁共振。专题七：共振专题1. 光抽运效应：在没有D1+光照射时，5s态上的8个子能级均匀分布着原子，当D1 +光持续照射时，较低的 7 低能级上的原子逐步被抽运到M=2 的子能级上，出现粒子反转的现象。2. 怎么测量地磁场的垂直分量：实验预设置垂直场的电流为0.052mA， 用来抵消地磁场的垂直分量，故地磁场的垂直分量大小可以运用公示：B=16兀NI

21、/ (5)人(3/2)*川*10A(-7)(T)式中N为线圈匝数，r为线圈有效半径，I为流过垂直场的电流。故直接将半径r,线圈匝数 N,垂直场电流代入上述公式，既可以算出地磁场的垂直分量。3. 光磁共振的两种观察方法：调频法：保持稳恒外磁场大小不变，改变交变电磁场的频率达到磁共振的方法。此实验中是将水平磁场调到一确定值，调节射频频率使之产生共振。扫场法 ：保持交变电磁场的频率不变而改变稳恒外磁场大小达到磁共振的方法。4. 如何区分两种同位素？87Rb 的 gF 等于 1/2,85Rb 的 gF 等于1/3， 所以在同一磁场B 下， 87Rb 的共振峰对应的射频频率比85Rb 共振峰对应的射频频率大，所以在三角波扫场的幅度不太大的情况下增大射频频率，先看到85Rb 的共振过程，85Rb 的共振过程消失后才出现87R