大学近代物理实验复习资料

近代物理实验复习资料

复习题 一、填空

1、当△M=±1时，垂直于磁场方向观察时产生线偏振光，线偏振光方向垂直于磁场， 叫 光。

2、氦氖激光的一个光子能量 ；1mw的氦氖激光的光子流量为 。

3、全息照相的物光参光光程 ；两者之间的夹角 ；两者之间的

光强比 ； 爆光时间 ； 显影时间 ；定影时间 。 4、 椭偏法中为了使Δ和ψ成为比较容易测量的物理量，应设法满足两个条件：①使入射光

束满足 ；②使反射光束成为线偏振光，也就是令反射光两分量的位相差为 。

5、把光源放在足够强的磁场中，原来的一条光谱线分裂为 ；分裂的条数 随能级的类别而不同。

6、铷原子超精细结构塞曼子能级间的磁共振信号用 方法检测。 7、由于光电倍增管的响应时间不为零，光电子从阴极到阳极存在 。 8、光泵磁共振实验时，观测光抽运信号是常采用 。 9、塞曼效应证实了原子 。

10、塞曼效应是用高分辨率的分光仪器 观察汞546.1nm谱线。

11、甄别器的响应时间不为零，一个甄别器在每个所接受的输入脉冲之后存在一个

在此时间内不接受的输入脉冲。

12、光是一种 ，但有能量的粒子。 一个光子的能量为 。 13、光泵磁共振实验是在 的磁共振实验，地磁场水平分量和扫场分量的影响不可忽略。 14、写出上图中各序号的名称：

⒈补偿器；⒉ ；⒊ ；⒋⒐ ；⒌⒍ ；

⒎ ；⒏ ；⒑⒒ ；⒓⒔ ；⒕光栏

二、判断题：

1、全息照相要求O光和R光应是相干光，O光和R光应在宏观零光程差附近。（ ） 2、当△M=±1时，垂直于磁场方向观察时产生线偏振光，线偏振光方向平行于磁场，叫σ

光。（ ）

3、计算机数值模拟方法是从物理定律出发，用离散化变量描述物理体系的状态，从而体现

物理过程的规律。（ ）

4、当△M=0时，垂直于磁场方向观察时产生线偏振光，线偏振光方向平行于磁场，叫π光。

（ ）

5、光电倍增管是由窗、光阴极、倍增极和光阳极组成。（ ） 三、简答题：

1、椭偏法的基本思想是什么？各光学部件的名称和作用？。

2、I（x,y）=e02+er2+2e0ercos(ψo-ψ r)公式中，各项的物理意义是什么？ 3、结合罗沦兹吸引子，谈谈你对混沌现象的理解。

4、 在实验过程中如何区分哪个是87Rb、哪个是85Rb的谱线。

5、 你怎样理解一般全息图每点上都记录了物体上各点光的完全信息。 6、 计算机模拟的基本步骤。

7、 法布里-珀罗标准具的结构、原理和作用。

8、 为什么要滤去D2光？用?光为什么不能实现光抽运？用D1?光照射85Rb将如何？ 四、做图题：

?1、画出全息照相的实验光路图及各部件的名称。

2、画出汞原子546.1nm谱线由3S1和3P2能级分裂情况及谱线强度的图。

五、计算题：

1、光泵磁共振实验中，已知：水平电流I=0.170A 、f1=622.5KHZ、f2=500.9KHZ、根据公式计算gF的值。（h=6.626*10-34 J.S 、μB=9.2741*10-24J.T-1、 N=250匝、机号：22054 R=0.2405m、）。

2、光泵磁共振实验中，已知：水平电流I=0.248A 、f1=501.2KHZ、f2=581.4KHZ、根据公式计算gF的值。（h=6.626*10-34 J.S 、μB=9.2741*10-24J.T-1、 N=250匝、机号：22054 R=0.2405m、）。

弗兰克---赫兹实验

1914年，弗兰克和赫兹在研究充汞放电管的气体放电现象时，发现透过汞蒸气的电子流随电子的能量显现出周期性变化，同年又拍摄到汞光谱线235.7nm的发射光谱,并提出了原子中存在着“临界电势”。1920年，弗兰克及其合作者对原先装置做了改进，测得了亚稳能级和较高的激发能级，进一步证实了原子内部能量是量子化的，从而确证了原子能级的存在，为此，弗兰克和赫兹获得了1925年的诺贝尔物理奖。

本实验通过汞原子第一激发电势的测量，了解弗兰克和赫兹研究原子内部能量量子化的基本思想和方法；了解电子与原子碰撞和能量交换过程的微观图象，以及影响这个过程的主要物理因素。

微波技术

微波技术的应用十分广泛，如军事，国民经济，科学研究，医疗卫生，以及家庭生活等各个领域，正在成为日常生活哦和尖端科学发展所不可缺少的门现代技术。

微波传输线

常用的微波传输线有同轴传输线、波导传输线、微带传输线等。由于辐射损耗，介质损耗、承受功率和击穿电压等的影响，同轴线和微带线的使用受到一定的限制，而波导传输线由于无辐射损耗和外界干扰、结构简单、击穿强度高等特点在微波段得到了广泛的应用。

传输线中某一种确定的电磁场分布称为，通常用TME、TE或TM表示。同轴线、微波带线中传输的基本波形是TEM波（横电磁波）；而波导中传输的确是TE波（横电波）或TM波（横磁波）。矩形波导中的TE10波有单模传输、频带宽、低损耗、模式简单稳定、

已与激励和耦合等优点，而广泛应用。

微波在波导中传输时，存在一个截止波长波长

?c，波导中只能传输?<

?c电磁波。波导

?g（判断题） ?自由空间波长?。

?在实际情况中，传输线并非无限长，此时传输线中的电磁波与入射波与反射波叠加而成成，传输线中的工作状态主要决定于负载的情况。

（1） 波导终端接匹配负载时，微波功率全部被负载吸收，无反射波，波导中

呈行驻波状态。此时??0,??1.

（2）

波导终端短路（接理想导体板）、开路或接纯抗性负载时，形成全反射，波导中呈纯驻波状态。此时??1,???。

（3）

波导终端接一般性负载（有电阻又有电抗）时，形成部分反射，波导中呈行驻波状态。此时0???1,1????

微波的传输特性和基本测量

●波长的计算

本实验是微波实验的基础之一，要求学会使用基本微波器件，了解微波震荡的基本工作特性和传输特性，并掌握频率、功率以及驻波比等基本的测量。

微波在波导中传输具有横电波（TE波）、横磁波（TM波）和横电波与横磁波的混合波三种形式。矩形波导是常用的传输线之一，它能传输各种波型的横电波（TE波）和横磁波（TM波）。微波实验中使用的标准矩形波导管，通常采用的传输波型是TE10波

波导中存在入射波和反射波，描述波导管中匹配金和反射程度的物理量是驻波比和反射系数。依据终端负载的不同，波导管具有三种工作状态：

（1） 当终端“匹配负载”时，反射波不存在，波导中呈行波状态； （2） 当终端接“短路片”、开路或接纯电抗性负载时，终端全反射，波导

中呈纯驻波状态；

（3） 一般情况下，终端是部分反射，波导中传输的既不是行波，也不是纯

驻波，而是呈混波状态。

实验中通常采用驻波测量线来测定波导波长和驻波比。图为课本中的驻波测量线结构示意图。使用驻波测量线进行测量时，要考虑探针在开槽波导管内有适当的穿伸度，探针穿伸度一般取波导窄边宽度的5%---10%。实验前应注意驻波测量线的调谐，使其具有最佳的灵敏度，又使探针对微波通路的影响降至最低。一般是将测量线终端短接，形成纯驻波场。移动探针置于波节点，调节测量线，使得波节点位置的检波电流最大，反复进行多次。

微波介质特性的测量

本实验采用谐振腔微扰法测量介质的特性参量，首先使用示波器观测速调管的振荡摸和反射式腔的谐振曲线，了解谐振腔的工作特性；进而学习反射式腔测量微波材料的介电常量?和介电损耗角正切tan?的原理和方法。

如果在矩形谐振腔内插入一圆柱形样品棒，样品在谐振腔中电场的作用下就会被极化，并在极化过程中产生能量损失，因此，谐振腔的谐振频率和品质因数将会变化。

核共振技术

1939年美国物理学家拉比用分子束共振法实现了核磁共振这一物理思想。核磁共振技术还应用到化学、生物、医学、地学和计量学等学科领域。

所谓磁共振，是指磁矩不为零的原子或原子核处于恒定磁场中，由射频或微博电磁场引起塞曼能级之间的共振跃迁现象。这种共振现象若为原子核磁矩的能级跃迁便是核磁共振；若为电子自旋磁矩间的能级跃迁则为电子自旋共振。

核磁共振的稳态吸收

●g因子的计算

核磁共振（简称NMR）的研究，始于核磁矩的探测。有清晰、快速、无害等优点。在医学上可准确的诊断肿瘤等疾病。

NMR的实验方法可采用两种不同的射频技术。其一是稳态法（即连续波法），用连续的射频场作用于原子核系统，以观测NMR波谱；其二是瞬态法（即脉冲波法），用脉冲的强射频场作用于原子核系统，以观测和此举弛豫过程的自由感应现象。

电子自旋共振

电子自旋共振（简称ESR）是1944年由扎伏伊斯基首先观察到 的。它是探测物质中未耦合电子以及它们周围原子互相作用的重要方法，有很高的灵敏性和分辨率，并且在测量

'

过程中不破坏样品结构的优点。目前在化学、物理、生物和医学等个方面得到广泛应用。

微波段电子自旋共振

微波ESR谱仪由产生恒定磁场的电磁铁记电源，产生交变磁场的微波源和微波电路，带有待测样品的谐振腔以及ESR信号的检测和显示系统等组成。

铁磁共振

●g因子的计算

铁磁共振（FMR）观察的对象是铁磁物质中的未偶电子。 观察铁磁共振通常采用过式谐振腔法。

3个实验原理方框图

微波 信号源 选频放大器 隔离器 波长表 可变衰减器 波导测量 被测件 匹配负载

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