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應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn) 版權(quán)信息
- ISBN：9787030746771
- 條形碼：9787030746771 ; 978-7-03-074677-1
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn) 內(nèi)容簡介
該教材中實(shí)驗(yàn)題目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方法，與現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備密切相關(guān)。特別是在納米粉體的制備、檢測和應(yīng)用方面和光電技術(shù)應(yīng)用體現(xiàn)了教材內(nèi)容的鮮明特色。該教材在選材、體系、內(nèi)容等方面密切結(jié)合應(yīng)用物理學(xué)及相關(guān)專業(yè)的培養(yǎng)方向。
應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn) 目錄
目錄
前言
第1章 近代物理實(shí)驗(yàn) 1
1.1 核磁共振實(shí)驗(yàn) 1
1.2 塞曼效應(yīng)實(shí)驗(yàn) 13
1.3 黑體輻射 21
1.4 原子光譜實(shí)驗(yàn) 26
1.5 弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn) 34
1.6 真空技術(shù)實(shí)驗(yàn) 38
1.7 硬度測試實(shí)驗(yàn) 43
1.8 電光效應(yīng)實(shí)驗(yàn) 45
1.9 磁光效應(yīng)實(shí)驗(yàn) 59
1.10 聲光效應(yīng)實(shí)驗(yàn) 63
1.11 塔爾博特效應(yīng)實(shí)驗(yàn) 70
1.12 橢圓偏振光測量薄膜厚度 74
1.13 馬赫-曾德爾干涉儀的調(diào)整和使用 80
1.14 特外曼-格林干涉儀的調(diào)整和使用 84
1.15 色度儀的調(diào)整和使用 88
1.16 偏振現(xiàn)象在3D顯示中的應(yīng)用探究 93
1.17 全息技術(shù)實(shí)驗(yàn) 99
1.18 光信息技術(shù)實(shí)驗(yàn) 104
第2章 技術(shù)物理實(shí)驗(yàn) 112
2.1 X射線衍射實(shí)驗(yàn) 112
2.2 晶粒大小與晶格畸變的測定 120
2.3 振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)原理與測試實(shí)驗(yàn) 126
2.4 黏度測試實(shí)驗(yàn) 129
2.5 低溫燃燒合成超細(xì)粉體實(shí)驗(yàn) 131
2.6 電弧法制備金屬納米粉實(shí)驗(yàn) 134
2.7 蒸發(fā)法制備金屬納米粉實(shí)驗(yàn) 137
2.8 高能球磨法制備超細(xì)粉實(shí)驗(yàn) 140
2.9 氣流磨法制備微米粉實(shí)驗(yàn) 143
2.10 激光拉曼光譜實(shí)驗(yàn) 146
2.11 紅外光譜分析實(shí)驗(yàn) 152
2.12 硅光電池光照特性的測量與分析 156
2.13 電光、光電轉(zhuǎn)換傳輸實(shí)驗(yàn) 159
2.14 機(jī)器視覺綜合測量實(shí)驗(yàn) 160
2.15 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 169
2.16 光學(xué)器件缺陷的定性檢測 171
2.17 光衰減器的性能指標(biāo)測量 177
2.18 半導(dǎo)體激光器譜線寬度測量 179
第3章 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn) 186
3.1 SEM原理與樣品測試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 186
3.2 蒂姆肯機(jī)測試潤滑油設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 192
3.3 永磁柱體制備設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 194
3.4 粉體粒度和氧含量測試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 197
3.5 光學(xué)顯微鏡原理與試樣測試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 199
3.6 相位式激光測距實(shí)驗(yàn) 204
3.7 移相干涉法定量檢測光學(xué)器件質(zhì)量 213
3.8 光纖熔接設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 220
3.9 音頻信號光纖傳輸技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 223
3.10 吸收材料電磁參量的測定設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 228
3.11 CMI編譯碼原理及光傳輸實(shí)驗(yàn) 234
前言
第1章 近代物理實(shí)驗(yàn) 1
1.1 核磁共振實(shí)驗(yàn) 1
1.2 塞曼效應(yīng)實(shí)驗(yàn) 13
1.3 黑體輻射 21
1.4 原子光譜實(shí)驗(yàn) 26
1.5 弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn) 34
1.6 真空技術(shù)實(shí)驗(yàn) 38
1.7 硬度測試實(shí)驗(yàn) 43
1.8 電光效應(yīng)實(shí)驗(yàn) 45
1.9 磁光效應(yīng)實(shí)驗(yàn) 59
1.10 聲光效應(yīng)實(shí)驗(yàn) 63
1.11 塔爾博特效應(yīng)實(shí)驗(yàn) 70
1.12 橢圓偏振光測量薄膜厚度 74
1.13 馬赫-曾德爾干涉儀的調(diào)整和使用 80
1.14 特外曼-格林干涉儀的調(diào)整和使用 84
1.15 色度儀的調(diào)整和使用 88
1.16 偏振現(xiàn)象在3D顯示中的應(yīng)用探究 93
1.17 全息技術(shù)實(shí)驗(yàn) 99
1.18 光信息技術(shù)實(shí)驗(yàn) 104
第2章 技術(shù)物理實(shí)驗(yàn) 112
2.1 X射線衍射實(shí)驗(yàn) 112
2.2 晶粒大小與晶格畸變的測定 120
2.3 振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)原理與測試實(shí)驗(yàn) 126
2.4 黏度測試實(shí)驗(yàn) 129
2.5 低溫燃燒合成超細(xì)粉體實(shí)驗(yàn) 131
2.6 電弧法制備金屬納米粉實(shí)驗(yàn) 134
2.7 蒸發(fā)法制備金屬納米粉實(shí)驗(yàn) 137
2.8 高能球磨法制備超細(xì)粉實(shí)驗(yàn) 140
2.9 氣流磨法制備微米粉實(shí)驗(yàn) 143
2.10 激光拉曼光譜實(shí)驗(yàn) 146
2.11 紅外光譜分析實(shí)驗(yàn) 152
2.12 硅光電池光照特性的測量與分析 156
2.13 電光、光電轉(zhuǎn)換傳輸實(shí)驗(yàn) 159
2.14 機(jī)器視覺綜合測量實(shí)驗(yàn) 160
2.15 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 169
2.16 光學(xué)器件缺陷的定性檢測 171
2.17 光衰減器的性能指標(biāo)測量 177
2.18 半導(dǎo)體激光器譜線寬度測量 179
第3章 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn) 186
3.1 SEM原理與樣品測試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 186
3.2 蒂姆肯機(jī)測試潤滑油設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 192
3.3 永磁柱體制備設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 194
3.4 粉體粒度和氧含量測試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 197
3.5 光學(xué)顯微鏡原理與試樣測試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 199
3.6 相位式激光測距實(shí)驗(yàn) 204
3.7 移相干涉法定量檢測光學(xué)器件質(zhì)量 213
3.8 光纖熔接設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 220
3.9 音頻信號光纖傳輸技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 223
3.10 吸收材料電磁參量的測定設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 228
3.11 CMI編譯碼原理及光傳輸實(shí)驗(yàn) 234
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應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn) 節(jié)選
第1章 近代物理實(shí)驗(yàn) 1.1 核磁共振實(shí)驗(yàn) 核磁共振，是指具有磁矩的原子核在恒定磁場中由電磁波引起的共振躍遷現(xiàn)象.1945年，美國哈佛大學(xué)的珀塞爾等，報(bào)道了他們在石蠟樣品中觀察到質(zhì)子的核磁共振吸收信號;1946年，美國斯坦福大學(xué)的布洛赫等，也報(bào)道了他們在水樣品中觀察到質(zhì)子的核感應(yīng)信號.兩個(gè)研究小組用了稍微不同的方法，幾乎同時(shí)在凝聚態(tài)物質(zhì)中發(fā)現(xiàn)了核磁共振.因此，布洛赫和珀塞爾榮獲了1952年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng). 從此以后，許多物理學(xué)家進(jìn)入了這個(gè)領(lǐng)域，并取得了豐碩的成果.目前，核磁共振已經(jīng)廣泛應(yīng)用到許多科學(xué)領(lǐng)域，是物理、化學(xué)、生物和醫(yī)學(xué)研究中的一項(xiàng)重要實(shí)驗(yàn)技術(shù).它是測定原子的核磁矩和研究核結(jié)構(gòu)的直接而又準(zhǔn)確的方法，也是精確測量磁場的重要方法之一. [實(shí)驗(yàn)?zāi)康腯 (1)了解核磁共振基本原理; (2)觀察核磁共振穩(wěn)態(tài)吸收信號及尾波信號; (3)用核磁共振法校準(zhǔn)恒定磁場; (4)測量g因子. [實(shí)驗(yàn)原理] 下面我們以氫核為主要研究對象，來介紹核磁共振的基本原理和觀測方法.氫核雖然是*簡單的原子核，但它是目前在核磁共振應(yīng)用中*常見和*有用的核. 一、核磁共振的量子力學(xué)描述 1.單個(gè)核的磁共振 通常將原子核的總磁矩在其角動(dòng)量方向上的投影稱為核磁矩，它們之間的關(guān)系通常寫成 (1.1.1) 式中，稱為旋磁比;為電子電荷;為質(zhì)子質(zhì)量;為朗德因子，對氫核來說. 按照量子力學(xué)，原子核角動(dòng)量的大小由下式?jīng)Q定: (1.1.2) 式中，為普朗克常量;為核的自旋量子數(shù)，可以取對氫核來說. 把氫核放入外磁場中，可以取坐標(biāo)軸方向?yàn)榈姆较?核的角動(dòng)量在方向上的投影值由下式?jīng)Q定: (1.1.3) 式中，稱為磁量子數(shù)，可以取.核磁矩在方向上的投影值為 將它寫為 (1.1.4) 式中，稱為核磁子，是核磁矩的單位. 磁矩為的原子核在恒定磁場中具有的勢能為 任何兩個(gè)能級之間的能量差為 (1.1.5) 考慮*簡單的情況，對氫核而言，自旋量子數(shù)，所以磁量子數(shù)只能取兩個(gè)值，即和.磁矩在外場方向上的投影也只能取兩個(gè)值，如圖1.1.1(a)所示，與此相對應(yīng)的能級如圖1.1.1(b)所示. 根據(jù)量子力學(xué)中的選擇定則，只有的兩個(gè)能級之間才能發(fā)生躍遷，這兩個(gè)躍遷能級之間的能量差為 (1.1.6) 由這個(gè)公式可知:相鄰兩個(gè)能級之間的能量差與外磁場的大小成正比，磁場越強(qiáng)，則兩個(gè)能級分裂越大. 圖1.1.1 氫核能級在磁場中的分裂 如果實(shí)驗(yàn)時(shí)外磁場為，在該穩(wěn)恒磁場區(qū)域又疊加一個(gè)電磁波作用于氫核，如果電磁波的能量恰好等于這時(shí)氫核兩能級的能量差，即 (1.1.7) 則氫核就會(huì)吸收電磁波的能量，由的能級躍遷到的能級，這就是核磁共振吸收現(xiàn)象.式(1.1.7)就是核磁共振條件，為了應(yīng)用上的方便，常寫成 (1.1.8) 2.核磁共振信號的強(qiáng)度 上面討論的是單個(gè)的核放在外磁場中的核磁共振理論，但實(shí)驗(yàn)中所用的樣品是大量同類核的集合.如果處于高能級上的核數(shù)目與處于低能級上的核數(shù)目沒有差別，則在電磁波的激發(fā)下，上下能級上的核都要發(fā)生躍遷，并且躍遷概率是相等的，吸收能量等于輻射能量，我們就觀察不到任何核磁共振信號.只有當(dāng)?shù)湍芗壣系脑雍藬?shù)目大于高能級上的原子核數(shù)目，吸收能量比輻射能量多，才能觀察到核磁共振信號.在熱平衡狀態(tài)下，核數(shù)目在兩個(gè)能級上的相對分布由玻爾茲曼因子決定 (1.1.9) 式中，為低能級上的核數(shù)目，為高能級上的核數(shù)目，為上下能級間的能量差，為玻爾茲曼常量，為絕對溫度.當(dāng)時(shí)，上式可以近似寫成 (1.1.10) 上式說明，低能級上的核數(shù)目比高能級上的核數(shù)目略微多一點(diǎn).對氫核來說，如果實(shí)驗(yàn)溫度，外磁場，則 或 這說明，在室溫下，每百萬個(gè)低能級上的核比高能級上的核大約只多出7個(gè).這就是說，在低能級上參與核磁共振吸收的每一百萬個(gè)核中只有7個(gè)核的核磁共振吸收未被共振輻射所抵消.所以核磁共振信號非常微弱，檢測如此微弱的信號，需要高質(zhì)量的接收器. 由式(1.1.10)可以看出，溫度越高，粒子差數(shù)越小，對觀察核磁共振信號越不利.外磁場越強(qiáng)，粒子差數(shù)越大，越有利于觀察核磁共振信號.一般核磁共振實(shí)驗(yàn)要求磁場強(qiáng)一些，其原因就在這里. 另外，要想觀察到核磁共振信號，僅僅磁場強(qiáng)一些還不夠，磁場在樣品范圍內(nèi)還應(yīng)高度均勻，否則磁場再強(qiáng)也觀察不到核磁共振信號.原因之一是，核磁共振信號由式(1.1.7)決定，如果磁場不均勻，則樣品內(nèi)各部分的共振頻率不同.對于某個(gè)頻率的電磁波，將只有少數(shù)核參與共振，結(jié)果是信號被噪聲所湮沒，難以觀察到核磁共振信號. 二、核磁共振的經(jīng)典力學(xué)描述 以下從經(jīng)典理論觀點(diǎn)來討論核磁共振問題.把經(jīng)典理論核矢量模型用于微觀粒子是不嚴(yán)格的，但是它對某些問題可以做一定的解釋.數(shù)值上不一定正確，但可以給出一個(gè)清晰的物理圖像，幫助我們了解問題的實(shí)質(zhì). 1.單個(gè)核的拉莫爾進(jìn)動(dòng) 圖1.1.2 陀螺的進(jìn)動(dòng) 我們知道，如果陀螺不旋轉(zhuǎn)，當(dāng)它的軸線偏離豎直方向時(shí)，在重力作用下，它就會(huì)倒下來.但是如果陀螺本身做自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它就不會(huì)倒下而是繞著重力方向做進(jìn)動(dòng)，如圖1.1.2所示. 由于原子核具有自旋和磁矩，所以它在外磁場中的行為同陀螺在重力場中的行為是完全一樣的.設(shè)核的角動(dòng)量為，磁矩為，外磁場為，由經(jīng)典理論可知 (1.1.11) 由于，所以有 (1.1.12) 寫成分量的形式則為 (1.1.13) 若設(shè)穩(wěn)恒磁場為，且軸沿方向，即，則上式將變?yōu)?(1.1.14) 由此可見，磁矩分量是一個(gè)常數(shù)，即磁矩在方向上的投影將保持不變.將式(1.1.14)的**式對求導(dǎo)，并把第二式代入有 或 (1.1.15) 這是一個(gè)簡諧運(yùn)動(dòng)方程，其解為，由式(1.1.14)的**式得到 以代入，有 (1.1.16) 由此可知，核磁矩在穩(wěn)恒磁場中的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是: 圖1.1.3 磁矩在外磁場中的進(jìn)動(dòng) 為磁矩在垂直方向的分量(1)它圍繞外磁場做進(jìn)動(dòng)，進(jìn)動(dòng)的角頻率為，與和之間的夾角無關(guān); (2)它在平面上的投影是常數(shù); (3)它在外磁場方向上的投影為常數(shù). 其運(yùn)動(dòng)圖像如圖1.1.3所示. 現(xiàn)在來研究如果在與垂直的方向上加一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，且，會(huì)出現(xiàn)什么情況.如果這時(shí)再在垂直于的平面內(nèi)加上一個(gè)弱的旋轉(zhuǎn)磁場，的角頻率和轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁矩的進(jìn)動(dòng)角頻率和進(jìn)動(dòng)方向都相同，如圖1.1.4所示.這時(shí)，核磁矩除了受到的作用外，還要受到旋轉(zhuǎn)磁場的影響.也就是說除了要圍繞進(jìn)動(dòng)外，還要繞進(jìn)動(dòng).所以，與之間的夾角將發(fā)生變化.由核磁矩的勢能 圖1.1.4 轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系中的磁矩 (1.1.17) 可知，的變化意味著核的能量狀態(tài)變化.當(dāng)值增加時(shí)，核要從旋轉(zhuǎn)磁場中吸收能量，這就是核磁共振.產(chǎn)生共振的條件為 (1.1.18) 這一結(jié)論與量子力學(xué)得出的結(jié)論完全一致. 如果旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)動(dòng)角頻率與核磁矩的進(jìn)動(dòng)角頻率不相等，即，則角度的變化不顯著.平均說來，角的變化為零.原子核沒有吸收磁場的能量，因此就觀察不到核磁共振信號. 2.布洛赫方程 上面討論的是單個(gè)核的核磁共振.但我們在實(shí)驗(yàn)中研究的樣品不是單個(gè)核磁矩，而是由這些磁矩構(gòu)成的磁化強(qiáng)度矢量;另外，我們研究的系統(tǒng)并不是孤立的，而是與周圍物質(zhì)有一定的相互作用.只有全面考慮了這些問題，才能建立起核磁共振的理論. 因?yàn)榇呕瘡?qiáng)度矢量是單位體積內(nèi)核磁矩的矢量和，所以有 (1.1.19)
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