近代物理實(shí)驗(yàn)習(xí)題答案

1、近 代 物 理 實(shí) 驗(yàn)練 習(xí) 題 參考 答案填空1、 核物理實(shí)驗(yàn)探測的主要對象是核衰變時(shí)所輻射的射線、j±線和更壬。因?yàn)檫@些粒子的尺度非常小，用最先進(jìn)的電子顯微鏡也不能觀察到，只能 根據(jù)射線與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的各種效應(yīng)實(shí)現(xiàn)探測。2、 探測器的能量分辨率是指探測器對于能量很接近的輻射粒子加以區(qū)分的能力。用百分比表示的能量分辨率定義為能量分辨率值越小一分辨能力越最大計(jì)數(shù)值一半處的全寬度V I。 . 峰位置的脈沖幅度V000%強(qiáng)。3、 射線與物質(zhì)相互作用時(shí)，其損失能量方式有兩種，分別是電離和激發(fā)其中激發(fā)的方式有三種，它們是光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)。4、對于不同的原子，原子核的質(zhì)量

2、不同而使得里德伯常量值發(fā)生變化5、汞的譜線的塞曼分裂是 一旦常塞曼效應(yīng)。6、由于氫與笊的 能級 有相同的規(guī)律性,故氫和笊的巴耳末公式的形式相同。7、在塞曼效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，觀察縱向效應(yīng)時(shí)放置1/4波片的目的是 將圓偏振光變?yōu)榫€偏振光 。8、射線探測器主要分“徑跡型”和“信號型”兩大類。徑跡型探測器能給出粒子運(yùn)動的軌跡，如核乳膠、固體徑跡探測器、威爾遜云室、氣泡室、火花室等。這些探測器大多用于高能核物理實(shí)驗(yàn)。信號型探測器則當(dāng)一個(gè)輻射粒子到達(dá)時(shí)給出一個(gè)信號。根據(jù)工作原理的不同又可以分成氣體探測器、閃爍探測器和半導(dǎo)體探測器三種，這是我們在低能核物理實(shí)驗(yàn)中最常用的探測器9、測定氫、笊譜線波長時(shí)，是把氫、笊光

3、譜與鐵光譜拍攝到同一光譜底片上，利用.線性插值法來進(jìn)行測量。10、在強(qiáng)磁場中,光譜的分裂是由于能級 的分裂引起的。11、原子光譜是線狀光譜。12、原子的不同能級的總角動量量子數(shù) J不同，分裂的子能級的數(shù)量 也不同。13、蓋革-彌勒計(jì)數(shù)管按其所充猝滅氣體的性質(zhì)，可以分為有機(jī)管和鹵素管兩大類。坪特性是評價(jià)蓋革-彌勒計(jì)數(shù)管的重要特性指標(biāo)。包括起始電壓、坪長、坪斜等。一只好的計(jì)數(shù)管，其坪長不能過短，對于有機(jī)管，其坪長不能低于150伏，對于鹵素管,其坪長不能低于 50伏。坪斜應(yīng)在每伏 以下。計(jì)數(shù)管工作時(shí)工作點(diǎn)應(yīng)選在坪區(qū)的左1/3-1/2 處。14、由于光柵攝譜儀的色散接近線性，所以可以使用線性插值法測量

4、光譜線波長。15、必須把 光源 放在足夠強(qiáng)磁場中,才能產(chǎn)生塞曼分裂。二、簡答題1 .如何區(qū)分蓋革一彌勒計(jì)數(shù)管的正負(fù)極答：蓋革一彌勒計(jì)數(shù)管的結(jié)構(gòu)通常有兩個(gè)電極，其中和外部陰極筒相連的電極是 陰極（負(fù)極），和中間陽極絲相連的是陽極（正極）。2 、在單道閃爍譜儀實(shí)驗(yàn)中，為什么要先粗測譜型答：這是因?yàn)閱蔚烙幸欢ǖ姆治龇秶?，在本?shí)驗(yàn)中所使用的單道， 其分析范圍為0 -10V。在實(shí)驗(yàn)中我們先通過示波器觀察， 將核信號輸出的脈沖高度調(diào)至 8伏左右,由于示波器只是定性觀察的儀器，并不能精確保證光電峰的位置也在8 伏左右，因而為保證所有的信號脈沖都能夠落在單道的分析范圍以內(nèi)，防止只測到半個(gè)光電峰的情況出現(xiàn)，需要

5、用線性率標(biāo)或者定標(biāo)器粗測譜型。3、氫原子光譜含有幾個(gè)獨(dú)立的光譜線系，它們的名稱是什么其中哪個(gè)線系位于可見區(qū)答：氫原子光譜含有5 個(gè)獨(dú)立的光譜線系，它們分別是：賴曼系、巴爾末系、帕邢系、布拉開系、普豐特系。其中，巴爾末系位于可見光區(qū)。4、在光存儲實(shí)驗(yàn)中為什么選擇波長為532 n m的半導(dǎo)體激光作為寫入光答：根據(jù)偶氮染料的吸收光譜曲線可知，它的光譜吸收范圍為350 n m -350 n m ,半導(dǎo)體激光的波長為532 n m ,在偶氮染料的吸收光譜吸收范圍內(nèi)， 所以我們選擇 其作為寫入光。5、光致雙折射實(shí)驗(yàn)中的偏振片Pi和偏振片B各有什么作用答：在光致雙折射實(shí)驗(yàn)中，偏振片P1 是起偏器，它的作用是

6、產(chǎn)生線偏振光；偏振片 P2 是檢偏器，這是用來檢驗(yàn)入射光是否是線偏振光。6、何為真空系統(tǒng)答：真空系統(tǒng)是由真空獲得設(shè)備（真空泵）、真空測量設(shè)備（真空計(jì)）、被抽容器和真空管道及真空法門等組成。真空系統(tǒng)的簡單與復(fù)雜，是根據(jù)需要設(shè)計(jì)的。7、何為光致雙折射效應(yīng)答 : 當(dāng)光照射到具有光折變特性的材料表面時(shí), 原本各向同性的光學(xué)材料卻產(chǎn)具有了各高異性的光學(xué)性質(zhì), 這種現(xiàn)象稱為光致雙折射效應(yīng)。8、在測量未知源射線的能量時(shí)為什么要對譜儀進(jìn)行刻度如何刻度答：用譜儀測量未知源射線的能量屬于相對測量方法。根據(jù)譜儀測量原理可知，譜儀測量的實(shí)際上是射線與探測物質(zhì)相互作用后所產(chǎn)生的次級電子能量的分布情況。在相同的放大條件下

7、，每個(gè)脈沖幅度都對應(yīng)射線損失的能量，在一定能量范圍內(nèi)，譜儀輸出的脈沖幅度與次級電子能量之間呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系。為確定該線性關(guān)系，需對譜儀進(jìn)行能量刻度?？潭确椒ㄊ鞘紫壤靡唤M已知能量的放射源，在相同的放大條件下，測出它們的射線在譜中相應(yīng)的光電峰位置，然后做出射線能量對脈沖幅度的能量刻度曲線，這樣每個(gè)脈沖幅度就對應(yīng)不同的能量。實(shí)驗(yàn)中通常選用137cs ()和 60Co ( MeV, MeV)來進(jìn)行刻度。9、解釋什么是同位素效應(yīng)答：同一元素的不同同位素由于原子核質(zhì)量不同而使它們的光譜隨著原子核質(zhì)量的增大向波數(shù)增大的方向出現(xiàn)一個(gè)位移，這種現(xiàn)象稱為同位素效應(yīng)。10 、什么是放射性計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)性答：由于放射

8、性衰變存在統(tǒng)計(jì)漲落，當(dāng)我們做重復(fù)的放射性測量時(shí)，即使保持完全相同的實(shí)驗(yàn)條件，每次測量的結(jié)果也不會相同，而是圍繞其平均值m上下漲落,有時(shí)甚至有很大的差別，這種線性稱之為放射性計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)性。11、光致雙折射效應(yīng)是如何產(chǎn)生的答：當(dāng)有光照射到偶氮染料樣品上時(shí)，染料分子吸收光能由反式分子變?yōu)轫樖椒肿樱捎陧樖椒肿硬环€(wěn)定，它很快釋放能量變?yōu)榉词椒肿?，在泵浦光的持續(xù)照射下，出現(xiàn)反- 順 - 反的異構(gòu)化循環(huán)過程，可以使介質(zhì)產(chǎn)生從玻璃態(tài)到液晶態(tài)的轉(zhuǎn)變，使介質(zhì)出現(xiàn)光的各向異性，即雙折射效應(yīng)；另外，如果泵浦光是線偏振光，受線偏振光電場矢量的調(diào)制，分子被重新取向，形成取向有序性，產(chǎn)生了光致各向異 性，即光致雙折射效應(yīng)

9、。12、何為光折變效應(yīng)答：由于分子的光致異構(gòu)周期性排列而導(dǎo)致介質(zhì)的折射率出現(xiàn)周期性的變化，這種現(xiàn)象叫光折變效應(yīng)13、發(fā)生塞曼分裂時(shí)，譜線躍遷時(shí) M的選擇定則是什么答：選擇定則是：M =M-Mi=0,1 （當(dāng)J =0時(shí) M=0的躍遷是禁戒的）14、單道閃爍譜儀主要由哪幾部分組成射線圖譜測的是什么粒子的能量答：單道閃爍譜儀的組成如下圖所示：NaI核磁共振實(shí)驗(yàn)中使用的振蕩器有什么特點(diǎn)核磁共振法測磁場的原理和方法是什么16、何為光致異構(gòu)現(xiàn)象答：偶氮分子具有反式和順式兩種分子結(jié)構(gòu)，反式分子能量最低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，當(dāng) 有光照射到樣品上時(shí)，它吸收光能由反式結(jié)構(gòu)分子變?yōu)轫樖浇Y(jié)構(gòu)分子，順式結(jié)構(gòu) 能量較高，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定

10、，它很快又釋放能量變?yōu)榉词浇Y(jié)構(gòu)，這種現(xiàn)象叫做光致異 構(gòu)現(xiàn)象17、如何判定標(biāo)準(zhǔn)具兩個(gè)內(nèi)表面是嚴(yán)格平行答：當(dāng)用單色光照明標(biāo)準(zhǔn)具時(shí)，從它的透射方向可以觀察到一組同心干涉圓環(huán), 如果讓觀察的眼睛上下左右移動，而看到的花紋大小不隨眼睛的移動而變化，說明標(biāo)準(zhǔn)具兩個(gè)內(nèi)表面是嚴(yán)格平行的。18、讀出光和寫入光各有什么作用答：寫入光是把信息存儲到介質(zhì)中，而讀出光是把存儲在介質(zhì)中的信息讀取出來。20、取向相位光柵是如何形成的答：兩束寫入光在樣品表面發(fā)生干涉，產(chǎn)生明暗相間的干涉條紋，使照射到樣品表面上的光強(qiáng)出現(xiàn)周期性變化，偶氮分子吸收光能由反式結(jié)構(gòu)變?yōu)轫樖椒肿雍?，分子受到線偏振光的電場矢量的作用，使其方向沿著電場方向

11、重新排列，由于光強(qiáng)是周期性變化的，所以沿電場方向排列的分子數(shù)目也是周期性變化的，從而導(dǎo)致樣品的折射率出現(xiàn)周期性變化，形成取向相位光柵。21、泵浦光和探測光各有什么作用答：在光致雙折射實(shí)驗(yàn)中，泵浦光的作用是使介質(zhì)吸收光能后光學(xué)性質(zhì)由各向同性變?yōu)楦飨虍愋裕綔y光的作用是檢測介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)是否變?yōu)楦飨虍愋浴?2、在G-M實(shí)驗(yàn)中，如果要求測量過程中的測量精度小于1%,如何確定測量所需要的時(shí)間I答：如果測量要求測量精度小于 1%,則根據(jù) 二可知，N N NN 應(yīng)該大于等于10000,此時(shí)可以先選擇一個(gè)測量時(shí)間，比如 10秒，測 量一個(gè)數(shù)據(jù)，計(jì)算出單位時(shí)間的計(jì)數(shù)，然后用10000除以得到的計(jì)數(shù)率，即可以得

12、到測量所需的時(shí)間。23、什么是塞曼效應(yīng)答：光放在足夠強(qiáng)的磁場中，原子光譜中的每條譜線都將分裂為數(shù)條偏振化的 譜線，分裂的條數(shù)隨能級類別不同而不同，這種光譜線的分裂現(xiàn)象稱為塞曼效應(yīng)。通常把一條譜線分裂為三條且裂距正好等于一個(gè)洛倫茲單位的現(xiàn)象稱為正常塞 曼效應(yīng)，而把分裂的譜線多于三條且裂距大于或小于一個(gè)洛倫茲單位的現(xiàn)象稱為反常塞曼效應(yīng)。三、核磁共振條件是什么如何調(diào)節(jié)才能出現(xiàn)較理想的核磁共振信號答：核磁共振條件是：.B0。調(diào)節(jié)：1 、加大調(diào)制場。2、調(diào)節(jié)邊振調(diào)節(jié)使振蕩器處于邊緣振蕩狀態(tài)。3、通過掃場（或掃頻）調(diào)出核磁共振信號。4、調(diào)節(jié)樣品在磁場中的位置。四、微波在波導(dǎo)管中傳輸時(shí)有哪幾種工作狀態(tài)其反射

13、系數(shù)和駐波比分別為多少答：核磁共振條件是：.B0。調(diào)節(jié)：1 、加大調(diào)制場。2、調(diào)節(jié)邊振調(diào)節(jié)使振蕩器處于邊緣振蕩狀態(tài)。3、通過掃場（或掃頻）調(diào)出核磁共振信號。4、調(diào)節(jié)樣品在磁場中的位置。五、如何鑒別塞曼效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中的圓偏振光的左旋和右旋答：讓入射光先依次通過F-P 標(biāo)準(zhǔn)具、四分之一波片、偏振片，然后轉(zhuǎn)動偏振片的透振方向，如果在I -田象限發(fā)現(xiàn)有消光現(xiàn)象，說明入射光是左旋圓偏振光，如果發(fā)現(xiàn)在n -IV有消光現(xiàn)象，說明入射光是右旋圓偏振光。六、 真空蒸發(fā)鍍膜的質(zhì)量與哪些因素有關(guān)答：真空蒸發(fā)鍍膜的質(zhì)量與系統(tǒng)中真空度、被鍍物的清潔程度、蒸發(fā)物的純度、蒸發(fā)器的純度、蒸發(fā)速度有關(guān)。七、試畫出光存儲實(shí)驗(yàn)的光路圖

14、，并簡要說明各儀器或元件的作用。答：光存儲光路圖如下圖所示， YAG激光器是產(chǎn)生寫入光的；氨-短激光器是產(chǎn)生讀出光的；M、M、M、M、M反射鏡，它們是為了改變光的傳播方向；Bs是分光鏡，它可以把一束光分成兩束光；H是樣品；CC虛光電探測器，它可以把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘杺鹘o計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 八、塞曼效應(yīng)的偏振定則是什么答：偏振定則觀察方向垂直于磁場方向平行于磁場方向M =0線偏振、冗線無光M =+1線偏振、°線右旋圓偏振、a線M =-1線偏振、°線左旋圓偏振、a線九、真空鍍膜實(shí)驗(yàn)中如何提高薄膜質(zhì)量答：實(shí)驗(yàn)中要彳證真空度 102帕以上，被鍍物清洗干凈，蒸發(fā)物清洗干凈、

15、選擇 純度高的蒸發(fā)物蒸發(fā)器，鍍膜時(shí)速度越快越好。十、畫圖說明光致雙折射實(shí)驗(yàn)的測量原理。答：光致雙折射實(shí)驗(yàn)的測量光路如圖所示。把樣品放在兩個(gè)透振方向互相垂直的 偏振片之間，實(shí)驗(yàn)使時(shí)半導(dǎo)體激光器發(fā)出的波長為532 n m的綠光（泵浦光）與氨-短激光器發(fā)出的波長為 633n m的紅光（探測光）照射到樣品的同一點(diǎn)上，當(dāng)關(guān)閉泵 浦光時(shí)，樣品是各向同性的，R產(chǎn)生的線偏振光被 P2欄掉，系統(tǒng)沒有光通過 P2；當(dāng)打開泵浦光時(shí)，樣品變?yōu)楦飨虍愋缘?，產(chǎn)生雙折射效應(yīng)，R產(chǎn)生的線偏振光通過樣品后，不再是原來的線偏振光，它在P2的透振方向上有振動分量，則有光通過P2.十一、核磁共振實(shí)驗(yàn)中使用的振蕩器用什么特點(diǎn)核磁共振法

16、測磁場的原理和方法 是什么答：核磁共振實(shí)驗(yàn)中使用的振蕩器處于邊緣振蕩狀態(tài)。核磁共振法測磁場的原理和方法是：可選用一個(gè)已知旋磁比的樣品，利用掃場或掃頻，找出核磁共振信號，并且將信號調(diào)到等間距，此時(shí)滿足核磁共振條件：舊0。則可根據(jù)測出的共振頻率和樣品的旋磁比計(jì)算出磁場。十二、真空蒸發(fā)鍍膜的質(zhì)量與哪些因素有關(guān)答：與系統(tǒng)中真空度、被鍍物的清潔程度、蒸發(fā)物的純度、蒸發(fā)器的純度、蒸發(fā)速度有關(guān)。十三、什么是波導(dǎo)波長如何由波導(dǎo)波長求自由空間波長如何測量波導(dǎo)波長 答：微波在波導(dǎo)管中傳輸時(shí)的波長為波導(dǎo)波長。g/J （）2,其中c 2a,稱為波導(dǎo)截止波長，為自由空間波長。c先將測量線終端接短路片，移動探針位置，兩個(gè)

17、相鄰波節(jié)之間的距離即為波導(dǎo)波長。十四、簡述光柵攝譜儀的工作原理。答：光柵攝譜儀主要由三透鏡照明系統(tǒng)、入射狹縫、平面反射鏡、凹面反射鏡、衍射光柵等組成。三透鏡照明系統(tǒng)的作用是使入射狹縫得到均勻照明，并消除彗 差及漸暈現(xiàn)象；通過入射狹縫的光由反射鏡反射到處于攝譜儀端面的凹面反射鏡 上，經(jīng)該反射鏡準(zhǔn)直變?yōu)槠叫泄?，并反射到衍射光柵上，?jīng)光柵衍射得到入射光 的光譜，該光譜經(jīng)凹面反射鏡成像在照像底片上。十五、使用電離真空計(jì)注意些什么答：因電離真空計(jì)是熱陰極發(fā)射電子器件，必須在被測真空系統(tǒng)內(nèi)真空度達(dá)到X10T帕?xí)r才能使用，低于1X10T帕，由于氣體分子多，會使電離真空計(jì)陰極氧 化或燒斷。十七、實(shí)現(xiàn)核磁共振的

18、兩種方法是什么說明調(diào)制磁場在核磁共振實(shí)驗(yàn)中的作用。答：實(shí)現(xiàn)核磁共振的兩種方法是掃場和掃頻調(diào)制線圈的作用，就是用來產(chǎn)生一個(gè)弱的低頻交變磁場 Bm迭加到穩(wěn)恒磁場Bo上去，這樣有利于尋找和觀察核磁共振吸收信號。其作用原理如下：從原理公式0 Bo可以看出，每一個(gè)磁場值只能對應(yīng)一個(gè)射頻頻率發(fā)生共振吸收。而要在十幾兆赫的頻率范圍內(nèi)找到這個(gè)頻率是很困難的，為了便于觀察共振吸收信號，通常在穩(wěn)恒磁場方向上迭加上一個(gè)弱的低頻交變磁場Bm ，那么此時(shí)樣品所在處的實(shí)際磁場為 Bo Bm,由于調(diào)制磁場的幅值不大，磁場的方向仍保持不變，只是磁場的幅值隨調(diào)制磁場周期性地變化，核磁矩的拉莫爾旋進(jìn)角頻率0也相應(yīng)地在一定范圍內(nèi)發(fā)生周期性的變化，這時(shí)只要將射頻場的角頻率調(diào)節(jié)到 o的變化范圍之內(nèi)，同時(shí)調(diào)制場的峰峰值大于共振場范圍，便能用示波器觀察到共振吸收信號。因?yàn)橹挥信c相應(yīng)的共振吸收磁場范圍 B0被（Bo Bm）掃過的期間才能發(fā)生核磁共振，可觀察到共振吸收信號，其他時(shí)刻不滿足共振條件，沒有共振吸收信號。磁場變化曲線在一周期內(nèi)與Bo在兩處相交，所以在一周期內(nèi)能觀察到兩個(gè)共振吸收信號。(1o分） 答：測量頻率的微波電路由等效電