近代物理實(shí)驗(yàn) 思考題答案.doc

一、 夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)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(guò)柵極后仍有較大動(dòng)能的電子，才能克服拒斥電場(chǎng)作用，到達(dá)板極形成板流。2實(shí)驗(yàn)中，取不同的減速電壓Vp時(shí)，曲線IpVG2應(yīng)有何變化？為什么？答；減速電壓增大時(shí)，在相同的條件下到達(dá)極板的電子所需的動(dòng)能就越大，一些在較小的拒斥電壓下能到達(dá)極板的電子在拒斥電壓升高后就不能到達(dá)極板了?？偟膩?lái)說(shuō)到達(dá)極板的電子數(shù)減小，因此極板電流減小。3實(shí)驗(yàn)中，取不同的燈絲電壓Vf時(shí)，曲線IpVG2應(yīng)有何變化？為什么？答；燈絲電壓變大導(dǎo)致燈絲實(shí)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(shí)間到達(dá)極板的電子數(shù)增加，從而極板電流增大。燈絲電壓不能過(guò)高或過(guò)低。因?yàn)闊艚z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(cè)到的電流減小，給檢測(cè)帶來(lái)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(shí)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(yīng)1、什么叫塞曼效應(yīng)，磁場(chǎng)為何可使譜線分裂？答；若光源放在足夠強(qiáng)的磁場(chǎng)中時(shí)，原來(lái)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(jí)的類別而不同。后人稱此現(xiàn)象為塞曼效應(yīng)。原子中電子的軌道磁矩和自旋磁矩合成為原子的總磁矩。總磁矩在磁場(chǎng)中受到力矩的作用而繞磁場(chǎng)方向旋進(jìn)從而可以使譜線分離2、敘述各光學(xué)器件在實(shí)驗(yàn)中各起什么作用?答；略3、如何判斷F-P標(biāo)準(zhǔn)具已調(diào)好？答；實(shí)驗(yàn)時(shí)當(dāng)眼睛上下左右移動(dòng)時(shí)候，圓環(huán)無(wú)吞吐現(xiàn)象時(shí)說(shuō)明F-P標(biāo)準(zhǔn)具的兩反射面平行了。4、實(shí)驗(yàn)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(chǎng)方向觀測(cè)時(shí)，=+1為右旋圓偏振光，=-1時(shí)為左旋偏振光。在實(shí)驗(yàn)中，+成分經(jīng)四分之一玻片后，當(dāng)偏振片透振方向在一、三象限時(shí)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(chǎng)中，粒子的磁矩就會(huì)和外磁場(chǎng)相互作用使粒子的能級(jí)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(cè)NMR吸收信號(hào)時(shí)要提供哪幾種磁場(chǎng)？各起什么作用？各有什么要求？ 答兩種。第一種恒磁場(chǎng)B0使核自旋與之相互作用核能級(jí)發(fā)生塞曼分裂分裂為兩個(gè)能級(jí)第二種垂直于B0的B1使原子核吸收能量從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)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(gè)物理過(guò)程？實(shí)驗(yàn)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(gè)過(guò)程。4、 怎樣利用核磁共振測(cè)量回磁比和磁場(chǎng)強(qiáng)度？答；有共振條件測(cè)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(chǎng)。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(chǎng)B0中，則原子磁矩與外磁場(chǎng)相互作用能為 （4）那么，相鄰磁差 （5）如果垂直于外磁場(chǎng)B0的方向上加一振幅值很小的交變磁場(chǎng)2B1cost，當(dāng)交變磁場(chǎng)的角頻率滿足共振條件 （6）時(shí)，則原子在相鄰磁能級(jí)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(cè)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(shí)驗(yàn)1、 加上電壓后，油滴可能出現(xiàn)哪些運(yùn)動(dòng)？請(qǐng)分別說(shuō)明原因。答；勻速運(yùn)動(dòng)或靜止；油滴保持勻速運(yùn)動(dòng)或者靜止時(shí)才受力平衡，才符合我們的實(shí)驗(yàn)原理，才能用已知公式進(jìn)行計(jì)算。2為什么不挑選帶質(zhì)量很大的油滴測(cè)量？3，如果電容器兩極板不水平，即極板間電場(chǎng)方向與重力場(chǎng)方向不平行，這對(duì)測(cè)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(shí)驗(yàn)中使用什么電路對(duì)方波或三角波進(jìn)行頻譜分解？答；用RLC串聯(lián)諧振電路作為選頻電路，對(duì)方波或三角波進(jìn)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(cè)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(jiǎn)諧波相疊加，將會(huì)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(yīng)？答；使聲光介質(zhì)的厚度為超聲波半波長(zhǎng)的整數(shù)倍，使超聲波產(chǎn)生反射，在介質(zhì)中形成駐波場(chǎng)，從而產(chǎn)生駐波衍射光柵；功率信號(hào)輸出角頻率為的正弦信號(hào)加在頻移器的晶體壓電換能器上，超聲波沿方向通過(guò)聲光介質(zhì)，使介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)變，導(dǎo)致介質(zhì)的折射率在空間和時(shí)間上發(fā)生周期性變化，形成一個(gè)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(dòng)這種現(xiàn)象叫聲光效應(yīng)。3、斬光器的作用是什么？答；，可在示波器上同時(shí)觀察到遠(yuǎn)、近程光信號(hào)的圖形，適當(dāng)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(hào)均有一定的幅度。4、獲得光拍頻波的兩種方法是什么？本實(shí)驗(yàn)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(diǎn)都記錄了物體上各點(diǎn)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(lái)，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(dāng)于一個(gè)“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(huì)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(qiáng)減弱，光信息容量減小，看到的像變暗或相對(duì)模糊。2、 拍攝全息圖時(shí)，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(xué)元件安置要牢靠。十、混沌實(shí)驗(yàn)（與實(shí)驗(yàn)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(cè)定實(shí)驗(yàn)（與實(shí)驗(yàn)十合并）1、 解釋在實(shí)際測(cè)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(guò)二極管的電流不只是擴(kuò)散電流，還有其他電流。2、 該實(shí)驗(yàn)裝置中如何實(shí)現(xiàn)弱電流的測(cè)量？能測(cè)量的最小電流值為多少？答；采用光點(diǎn)反射式檢流計(jì)與高輸入阻抗集成運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)，能測(cè)量的最小電流值為十二、高溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的測(cè)量1、 高溫超導(dǎo)體和低溫超導(dǎo)體的區(qū)別是什么？答；低溫超導(dǎo)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(dǎo)材料。低溫超導(dǎo)材料由于Tc低，必須在液氦溫度下使用，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用昂貴，故其應(yīng)用受到限制。高溫超導(dǎo)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(dǎo)材料。因主要是氧化物材料，故又稱高溫氧化物超導(dǎo)材料。高溫超導(dǎo)材料不但超導(dǎo)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(jià)，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(dǎo)電性。除此之外，高溫超導(dǎo)材料具有明顯的層狀二維結(jié)構(gòu)，超導(dǎo)性能具有很強(qiáng)的各向異性。 高溫超導(dǎo)材料的上臨界磁場(chǎng)高，具有在液氦以上溫區(qū)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電應(yīng)用的潛力。贊同2、 什么叫超導(dǎo)現(xiàn)象？超導(dǎo)材料有什么主要特性？答；超導(dǎo)現(xiàn)象是指材料在低于某一溫度時(shí)，電阻變?yōu)榱愕默F(xiàn)象，而這一溫度稱為超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度（Tc）。超導(dǎo)現(xiàn)象的特征是零電阻和完全抗磁性。超導(dǎo)材料是存在電阻為零的超導(dǎo)態(tài)的材料，當(dāng)其處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)，能夠無(wú)損耗地傳輸電能。超導(dǎo)體主要具有三個(gè)特性:零電阻性 超導(dǎo)材料處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)電阻為零,如果用磁場(chǎng)在超導(dǎo)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(shí)驗(yàn)中觀察到。 完全抗磁性超導(dǎo)材料處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)，只要外加磁場(chǎng)小于臨界磁場(chǎng)，磁場(chǎng)不能透入超導(dǎo)體內(nèi)，超導(dǎo)材料內(nèi)部的磁場(chǎng)恒為零。超導(dǎo)懸浮，就是利用超導(dǎo)體的完全抗磁性。約瑟夫森效應(yīng)當(dāng)兩超導(dǎo)體之間有一薄絕緣層（厚度約1nm）而形成低電阻連接時(shí)，會(huì)有電子對(duì)穿過(guò)絕緣層形成電流，而絕緣層兩側(cè)沒(méi)有電壓，即絕緣層也成了超導(dǎo)體。當(dāng)電流超過(guò)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(shí)，直流電流變成高頻交流電，而且頻率與電壓成正比。3、 從實(shí)驗(yàn)中如何判斷樣品進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)了？4、 解釋零電阻現(xiàn)象和邁斯納效應(yīng)現(xiàn)象的物理本質(zhì)。答；產(chǎn)生邁斯納效應(yīng)的原因是：當(dāng)超導(dǎo)體處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)，在磁場(chǎng)作用下，表面產(chǎn)生一個(gè)無(wú)損耗感應(yīng)電流。這個(gè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)恰恰與外加磁場(chǎng)大小相等、方向相反，因而在深入超導(dǎo)區(qū)域總合成磁場(chǎng)為零。換句話說(shuō)，這個(gè)無(wú)損耗感應(yīng)電流對(duì)外加磁場(chǎng)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(cè)試1、 鐵磁物質(zhì)的三個(gè)特性是什么？2、 用磁疇理論解釋樣品的磁化強(qiáng)度在溫度達(dá)到局里點(diǎn)時(shí)發(fā)生突變的微觀機(jī)理是什么？答：樣品的磁化強(qiáng)度在溫度達(dá)到居里點(diǎn)時(shí)發(fā)生突變的微觀機(jī)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(diǎn)）。當(dāng)溫度增加時(shí)，由于熱擾動(dòng)影響磁疇內(nèi)磁矩的有序排列，但在未達(dá)到居里溫度Tc時(shí)，鐵磁體中分子熱運(yùn)動(dòng)不足以破壞磁疇內(nèi)磁矩基本的平行排列，此時(shí)物質(zhì)仍具有鐵磁性，僅其自發(fā)磁化強(qiáng)度隨溫度升高而降低。如果溫度繼續(xù)升高達(dá)居里點(diǎn)時(shí)，物質(zhì)的磁性發(fā)生突變，磁化強(qiáng)度M（實(shí)為自發(fā)磁化強(qiáng)度）劇烈下降，因?yàn)檫@時(shí)分子熱運(yùn)動(dòng)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