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近代物理實驗 版權(quán)信息
- ISBN：9787030288578
- 條形碼：9787030288578 ; 978-7-03-028857-8
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
近代物理實驗 內(nèi)容簡介
本書是作者在多年教學經(jīng)驗的基礎上，結(jié)合教學改革的新成果編寫而成。內(nèi)容包括原子物理、核物理、激光和光學實驗、微波和磁共振實驗、磁學實驗、半導體實驗、真空鍍膜技術(shù)、電子衍射實驗、低溫物理實驗和鐵電材料實驗十個單元41個實驗。為了反映物理知識的發(fā)展以閱讀鏈接和擴展實驗的形式對一些章節(jié)的內(nèi)容進行了完善。本書適合普通高等院校理工科學生使用，也可作為教師和相關(guān)工作人員參考用書。
近代物理實驗 目錄
目錄
前言
第1章 原子物理實驗 1
1.1 氫原子光譜 1
1.2 塞曼效應 8
1.3 弗蘭克赫茲實驗 14
1.4 密立根油滴實驗 19
第2章 核物理實驗 25
2.0 核物理實驗基礎知識 25
2.1 核衰變的統(tǒng)計規(guī)律 31
2.2 γ射線能譜測量 40
第3章 激光和光學實驗 48
3.1 全息照相 48
3.2 全息干涉計量 53
3.3 彩虹全息 56
3.4 晶體的電光效應及電光調(diào)制 60
3.5 普朗克常量的光電效應法測定 68
3.6 光電器件的光譜靈敏度 73
3.7 橢偏法測薄膜厚度和折射率 79
3.8 光拍頻法測量光速 86
第4章 微波和磁共振實驗 92
4.0 微波基礎知識 92
4.1 微波分光實驗 103
4.2 微波順磁共振 109
4.3 鐵磁共振 116
4.4 核磁共振 120
4.5 脈沖核磁共振 129
4.6 光泵磁共振 136
第5章 磁學實驗 146
5.0 磁化率及磁性物質(zhì)的分類 146
5.1 弱磁性物質(zhì)磁化率的測量 148
5.2 法拉第效應實驗 151
5.3 磁疇的靜態(tài)特性參數(shù)測量 156
5.4 法拉第效應法觀測磁晶各向異性 163
5.5 龐磁電阻材料電阻率和磁電阻的溫度特性測量 168
5.6 溶膠凝膠法制備粉體材料 176
第6章 半導體實驗 180
6.1 半導體霍爾系數(shù)與電導率的測量 180
6.2 C-U法測量Si-SiO2界面態(tài)和半導體摻雜濃度 187
6.3 用化學氣相沉積法制備半導體薄膜 193
第7章 真空鍍膜技術(shù) 202
7.1 真空的獲得與測量 202
7.2 真空鍍膜 209
7.3 射頻濺射法制備Si-SiO2薄膜 214
7.4 磁控濺射法制備磁性多層膜 223
第8章 電子衍射和X射線衍射 226
8.1 電子衍射 226
8.2 晶體缺陷的研究 230
8.3 X射線衍射技術(shù) 235
8.4 掃描隧道顯微鏡 242
第9章 低溫物理實驗 247
9.1 超導材料的電磁特性 247
9.2 高溫超導單晶生長及表征 254
第10章 鐵電材料實驗 262
10.0 鐵電材料基礎知識 262
10 1 鐵電材料電滯回線的測量 263
10.2 固相反應法制備鐵電材料 267
展開全部
近代物理實驗 節(jié)選
第1章 原子物理實驗 本章涉及了氫原子光譜、塞曼效應、弗蘭克-赫茲實驗和密立根油滴實驗4個經(jīng)典實驗。 1.1 氫原子光譜 在眾多的現(xiàn)代物理研究方法中，原子光譜是研究原子結(jié)構(gòu)的一種重要方法。這是由于光譜線系與原子結(jié)構(gòu)有著極為密切的聯(lián)系。而原子光譜的觀測為近代量子理論的建立提供了堅實的實驗基礎。1885年，巴耳末通過對前人氫光譜測量結(jié)果的總結(jié)，從中發(fā)現(xiàn)了氫光譜的規(guī)律，并由此提出了著名的巴耳末公式。根據(jù)巴耳末公式求得的里德伯常量是物理學中常用的幾個*精確的常數(shù)之一，它是檢驗原子理論可靠性的重要標準，并成為測量其他基本物理常量的依據(jù)。1932年尤里(H.C.Urey)根據(jù)里德伯常量隨原子核質(zhì)量不同而變化的規(guī)律，在對重氫萊曼線系進行攝譜分析時，發(fā)現(xiàn)了氫的同位素——氘的存在。至今，對原子光譜的觀測研究，仍然是研究原子結(jié)構(gòu)的重要方法之一。尤其是近些年來激光和計算機技術(shù)的發(fā)展，使光譜技術(shù)的觀測手段呈現(xiàn)出全新的面貌。 WDS－6型光柵光譜儀用于近代物理實驗中的氫(氘)原子光譜實驗，簡單易行，改變了傳統(tǒng)通過在大型攝譜儀上采用感光膠片記錄的方法，從而使光譜既可在微機界面上直觀顯示，實驗結(jié)果準確明了，同時又減少了不必要的浪費。 1.1.1 實驗目的 (1)熟悉并掌握WDS-6型光柵光譜儀的使用。 (2)拍攝氫原子光譜的巴耳末線系并確定常量RH。 1.1.2 實驗原理 根據(jù)里德伯常量隨原子核質(zhì)量不同而變化的規(guī)律，1932年尤里用蒸發(fā)液氫的方法獲得重氫含量較高的氫和重氫混合物，在對萊曼線系的光譜分析中，發(fā)現(xiàn)氫原子光譜中每條線都是雙線。經(jīng)過波長測量并與重氫核所得到的雙線波長相比較，實驗值與理論值符合得很好，見表1.1.1，從而確立了氫的同位素——氘(D)的存在。 根據(jù)經(jīng)典電磁理論，原子外層電子繞核做勻速圓周運動，做加速運動的電子將不斷向外輻射電磁波，并且輻射電磁波的頻率也是連續(xù)的，這與實驗上發(fā)現(xiàn)的原子光譜是分裂的相矛盾。就此，丹麥物理學家玻爾(BohrNiels)于1913年提出了三點假設。 表1.1.1 巴耳末線系氫譜波長 (1)定態(tài)假設：原子中的電子可以在一些特定的圓軌道上運動而不輻射電磁波，這時原子處于穩(wěn)定狀態(tài)，簡稱定態(tài)。與定態(tài)相應的能量分別為E1，E2，...... (2)量子化條件：電子以速度v在半徑為r的圓周上繞核運動時，只有電子的角動量L等于h/2π的整數(shù)倍的那些軌道是穩(wěn)定的。 (3)頻率條件：原子(電子)從高能量的定態(tài)躍遷到低能量的定態(tài)時，要發(fā)射光子。 根據(jù)玻爾理論我們知道，原子的能量是量子化的，具有分立的能級，當電子從高能級躍遷到低能級時，原子釋放出能量，并以電磁波的形式輻射。氫原子光譜在遠紅外、可見光區(qū)和近紫外區(qū)有若干獨立的光譜線系，其中可見光區(qū)的巴耳末線系各波長都遵循巴耳末公式式中，mH為原子核質(zhì)量，me為電子質(zhì)量，e為電子電荷，h為普朗克常量，ε0為真空介電常量，c為光速，Z 為原子序數(shù)，RH為里德伯常量，因此類氫原子的里德伯常量可寫成 若mz→∞，則有 里德伯常量是重要的基本物理常量，目前它的推薦值為 由式(1.1.4)得 由此可以得出，Rz將會隨原子核質(zhì)量mz發(fā)生變化，對于不同的元素或同一元素的不同同位素Rz值將會有所不同，但mz對Rz影響很小，由于其相應的波數(shù)很接近，就形成了原子光譜上較難區(qū)分的雙線。 令氫和氘的里德伯常量分別為RH和RD，氫、氘光譜的波數(shù)遵循里德伯公式 因此，通過實驗測量氫、氘的巴耳末線系的譜線波長，可利用式(1.1.6)、式(1.1.7)求出氫、氘的里德伯常量RH和RD。 根據(jù)式(1.1.5)有式中，mH和mD為氫和氘原子核質(zhì)量，用式(1.1.8)除以式(1.1.9)，得式中，mH/me為氫的原子核質(zhì)量與電子質(zhì)量比，公認值為1836.15。因此式(1.1.10)也可寫為 對原子光譜的測量，所得到的數(shù)據(jù)有較多的有效數(shù)字，能達到一定的測量精度，因此它成為測定其他一些基本常量的重要引入值，在現(xiàn)代測量中起著重要的作用。 1.1.3 實驗儀器裝置 WDS系列多功能光柵光譜儀的操作由計算機操作和手工操作來完成。單色儀的入射狹縫寬度，出射狹縫寬度和CCD接收系統(tǒng)不受計算機控制用手工設置外，其他的各項參數(shù)設置和測量均由計算機來完成。WDS系列多功能光柵光譜儀結(jié)構(gòu)框圖如圖1.1.1所示。 1.光學系統(tǒng) 光譜儀光學系統(tǒng)如圖1.1.1所示。通過旋轉(zhuǎn)M3選擇出射狹縫S2或S3從而選擇接收器件類型，出射狹縫為S2為光電倍增管或硫化鉛、鉭酸鋰、TGS等接收器件；出射狹縫為S3為CCD接收器件。入射狹縫、出射狹縫均為直狹縫，寬度在0~2mm連續(xù)可調(diào)，光源發(fā)出的光束進入入射狹縫S1，S1位于反射式準光鏡M1的焦面上，通過S1射入的光束經(jīng)M1反射成平行光束投向平面光柵G上，衍射后的平行光束經(jīng)物鏡M2成像在S2上，或經(jīng)物鏡M2和M3平面成像在S3上。 光源系統(tǒng)為儀器提供工作光源，可選氘燈、鎢燈、鈉燈、汞燈等各種光源。 圖1.1.1 WDS系列多功能光柵光譜儀光學系統(tǒng)透射圖 2.電子系統(tǒng) 電子系統(tǒng)由電源系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、信號放大系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和光源系統(tǒng)等部分組成。 電源系統(tǒng)為儀器提供所需的工作電壓；接收系統(tǒng)將光信號轉(zhuǎn)換成電信號；信號放大器系統(tǒng)包括前置放大器和放大器兩個部分；A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以便計算機進行處理。 3.軟件系統(tǒng) WDS系列多功能光柵光譜儀的控制和光譜數(shù)據(jù)處理操作均由計算機來完成。軟件系統(tǒng)主要功能：儀器系統(tǒng)復位、光譜掃描、各種動作控制、測量參數(shù)設置、光譜采集、光譜數(shù)據(jù)文件管理、光譜數(shù)據(jù)的計算等。 4.CCD操作系統(tǒng) WDS系列多功能光柵光譜儀器系統(tǒng)操作軟件根據(jù)型號不同和接收儀器不同配有PMT操作系統(tǒng)和CCD操作系統(tǒng)。每一系統(tǒng)均可采用快捷鍵和下拉菜單來進行儀器操作，下面分別進行說明。 1)開機與系統(tǒng)復位 確認光柵光譜儀已經(jīng)正確連接并打開電源。 在Windows操作系統(tǒng)中，從“開始”——“程序”——“WDS系列光柵光譜儀”中執(zhí)行相應的CCD可執(zhí)行程序，或雙擊桌面上的快捷方式，啟動系統(tǒng)操作程序。在系統(tǒng)初始化過程后應有波長復位正確的提示，然后按“確定”進入系統(tǒng)操作主界面。 2)菜單欄中使用 系統(tǒng)菜單欄中包括文件、采集、數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)操作和幫助五項內(nèi)容。下面分別進行介紹。 (1)文件。文件菜單中包括新建、打開、存盤、測量參數(shù)、打印和退出系統(tǒng)等項。其中，新建，即清除當前圖譜文件并重新建立一個圖譜文件。 打開，即打開已存圖譜文件，可根據(jù)系統(tǒng)提示選擇文件所在路徑。 存盤，即保存當前圖譜文件，可根據(jù)系統(tǒng)提示選擇文件保存路徑。 測量參數(shù)，即根據(jù)測量需對系統(tǒng)參數(shù)進行相應的設置，通常情況下采取默認值即可。 打印，即根據(jù)提示對話框，打印當前圖譜。 退出系統(tǒng)，當結(jié)束系統(tǒng)測量，選擇此項，根據(jù)提示退出光柵光譜儀操作系統(tǒng)。 (2)采集。采集菜單中包括一次采集，連續(xù)采集和門值設置等項。 其中，一次采集，即在當前中心波長對當前光譜進行一次性記錄。 連續(xù)采集，即在當前中心波長對當前光譜進行連續(xù)性記錄，時時刷新。 門值設置，系統(tǒng)默認門值設置為－1，當要去除較小的峰值時，可通過設置門值來進行限制。 (3)數(shù)據(jù)數(shù)理。數(shù)據(jù)處理菜單中包括讀取數(shù)據(jù)、光譜平滑、峰值檢索、刻度擴展、顯示光譜參數(shù)、像元波長轉(zhuǎn)換和譜線運算等項。其中，讀取數(shù)據(jù)，即讀取當前圖譜的橫、縱坐標數(shù)據(jù)，可選擇列表方式或光標讀取方式。 光譜平滑，點擊此項系統(tǒng)將對當前圖譜文件進行平滑處理，以去掉噪聲或過小的峰值，來方便圖譜的讀取或辨別。 峰值檢索，指讀當前圖譜文件中一定范圍內(nèi)的峰值進行檢索并將結(jié)果顯示出來。點擊此項彈出對話框，提示輸入峰值高度，輸入峰值高度后，點擊確定即可。 刻度擴展，指對當前橫、縱坐標的起始，終止刻度在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)進行相應的放大或縮小。點擊此項功能將彈出對話框。 顯示光譜參數(shù)，即顯示當前光譜的測量參數(shù)。 像元波長轉(zhuǎn)換，即選擇將系統(tǒng)操作界面的橫坐標用像元或波長的方式顯示。 譜線運算，即對當前光譜的與常數(shù)加、減、乘、除四則運算。 (4)系統(tǒng)操作。系統(tǒng)操作菜單中主要包括檢索儀器中心波長、檢索譜線中心波長、零點波長校正、系統(tǒng)參數(shù)設置和系統(tǒng)復位等項。其中，檢索儀器中心波長，即將操作系統(tǒng)界面顯示的中心波長檢索至目的波長處。 檢索譜線中心波長，即若當前顯示的圖譜文件中心波長非儀器當前中心波長時，用此項功能將儀器中心波長檢索值譜線中心波長。 零點波長校正，當對光柵光譜儀器系統(tǒng)檢測發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)波長值與準確波長不對應時，可通過項對系統(tǒng)波長進行校正，在對話框中輸入系統(tǒng)值與實際波長值的差值，點擊確定即可。 系統(tǒng)參數(shù)設置，即系統(tǒng)調(diào)試時用到的一些數(shù)據(jù)，用戶不可更改。 系統(tǒng)復位，當儀器在運行過程中發(fā)現(xiàn)有不正常現(xiàn)象出現(xiàn)時，可點擊此項對系統(tǒng)進行重新復位，以消除影響。 3)工具欄的使用 工具欄中主要包括新建、打開、保存、打印、波長檢索、參數(shù)設置、讀取數(shù)據(jù)、峰值檢索、刻度擴展、放大、縮小和屏幕刷新等項。其中，新建、打開、保存、打印和參數(shù)設置等項包含于菜單欄的“文件”菜單中；波長檢索包含于菜單欄中的“系統(tǒng)操作”菜單中；讀取數(shù)據(jù)、峰值檢索和刻度擴展包含于菜單欄中的“數(shù)據(jù)處理”菜單中；一次采集和連續(xù)采集包含于“采集”菜單中。 屏幕刷新，即刷新當前圖譜屏幕顯示以清除數(shù)據(jù)標注的字符。停止，點擊此項，系統(tǒng)將停止當前操作。 4)退出系統(tǒng)與關(guān)機 當系統(tǒng)測試結(jié)束后，將入射狹縫調(diào)節(jié)至0.1mm左右，點擊菜單欄中“文件\退出系統(tǒng)”，按照提示關(guān)閉電源退出儀器操作系統(tǒng)。 1.1.4 實驗內(nèi)容和步驟 1.實驗準備 開機之前，請認真檢查光柵光譜儀的各個部分連線是否正確，保證準確無誤。 為了保證儀器的性能指標和壽命，在每次使用完畢，將入射狹縫寬度，出射狹縫寬度分別調(diào)節(jié)到0.1mm左右。 在儀器系統(tǒng)復位完畢后，根據(jù)測試和實驗的要求分別調(diào)節(jié)入射狹縫寬度，出射狹縫寬度到合適的寬度。 2.接收單元 WDS-6型多功能光柵光譜儀配備有CCD接收單元。 3.狹縫調(diào)節(jié) 儀器的入射狹縫和出射狹縫均為直狹縫，寬度在0~2mm連續(xù)可調(diào)，順時針旋轉(zhuǎn)為狹縫寬度加大，反之減小。每旋轉(zhuǎn)一周狹縫寬度變化0.5mm，*大調(diào)節(jié)寬度為2mm。為延長使用壽命，狹縫寬度調(diào)節(jié)時應注意不要超過2mm。儀器測量完畢或平常不使用時，狹縫*好調(diào)節(jié)到0.1~0.5mm。 4.電控箱的使用 電控箱包括電源、信號放大、控制系統(tǒng)和光源系統(tǒng)(氘燈和鎢燈可選件，不包括在光譜儀器的標準配置中)。在運行儀器操作軟件前一定要確認所有的連接線正確連接且已經(jīng)打開電控箱的開關(guān)。
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