近代物理实验习题

近代物理实验习题

本习题包括22个实验，根据设备情况和学生特点从中选定必修实验。考试时从学生做过的实验中选择考试内容。期末考试为面试，在所做过的实验中抽签考基本知识和操作，并且以操作为主。下列考试内容已编入新出版的《近代物理实验》课本，其中既包括基本知识，也包括基本操作。学生掌握了这些内容就达到了近代物理实验课的基本要求。

1. 光谱的定性分析（一、二）

1). 用于识谱的仪器是什么？

2)．为在谱片上得到不同高度的谱线，采用哪种方法？

3)．对拍摄好的谱片进行识谱后，用哪种仪器进行测定，从而求出各条谱线的波长？

4)．由于分光元件的不同，摄谱仪可分为哪几种？

5)．为进行谱线波长的比较和测定，需要并排摄下什么物质的像？

6)．物质的发射光谱有几种？各是如何产生的？

7)．测未知谱线波长时，如果使用线性内插法，则应尽量选用与未知谱线较近的两条Fe谱线，为什么？

8)．光谱分析的基础是什么？

9)．光谱定性分析有哪几种方法，并简述之。

10)．简述光谱分析中光源的职能。

11)．光谱分析的过程有几步。

12)．如何确定未知谱线的波长？

13)．本实验中的主要实验仪器有哪些？各起什么作用？

14)．光谱分析的基本特点有哪些？

15)．光栅光谱级次重叠是如何产生的？

16)．消除光栅光谱级次重叠的方法有哪些？

17)．选择光源时应考虑哪些方面的问题？

18)．简述棱镜分光及光栅分光原理。

19)．如何正确使用阿贝比长仪读数？

20)．简述哈特曼光阑的作用。

2. 塞曼效应

1). 什么叫塞曼效应、正常塞曼效应、反常塞曼效应？

2). 试画出汞的435.8nm光谱线（3s1-3p1）在磁场中的塞曼分裂图。

3). 垂直于磁场观察时，怎样鉴别分裂谱线中的 成分和 成分？

4). 画出观察塞曼效应现象的光路图，叙述各光学器件所起的作用。

5). 简述F-P标准具的结构和工作原理。

6). 如何判断F-P标准具已调好？

7). 什么叫 成分、 成分？在本实验中哪几条是 线？哪几条是 线？

8). 叙述测量电子荷质比的方法。

9). 在实验中，如果要求沿磁场方向观察塞曼效应，在实验装置的安排上应作什么变化？观察到的干涉花纹将是什么样子？

10)．如何测准干涉圆环的直径？

3. 密立根油滴实验

1). 两极板不水平对测量有什么影响？

2). 为什么要测量油滴匀速运动的速度？在实验中怎样才能保证油滴作匀速运动？

3). 实验中应该选择什么样的油滴？如何选择？

4). 喷油时“平衡电压”拨动开关应该处在什么位置？为什么？

5). “升降电压”拨动开关起什么作用？测量平衡电压时，它应该处于什么位置？

6). 两极板加电压后，油滴有的向上运动，有的向下运动，要使某一油滴静止，需调节什么电压？欲改变该静止油滴在视场中的位置，需调节什么电压？

7). 油滴下落极快，说明了什么？若平衡电压太小又说明了什么？

8). 为了减小计时误差，油滴下落是否越慢越好？为什么？

9). 对一个油滴测量过程中发现平衡电压有显著变化，说明了什么？如果平衡电压在不大的范围内逐渐变小，又说明了什么问题？

10). 实验中发现油滴逐渐变模糊，是什么原因？为什么会发生？又如何处理？

4. 夫兰克-赫兹实验

1). F-H实验是如何观测到原子能级变化的?

2). 当加速电压超过电离电位时，在什么情况下可使原子激发而不电离，实验时又如何使原子激发和电离的？

3). 用逐差法求汞原子第一激发态电位平均值 时，对于逐差数据为奇数个的情况如何

计算？

4). 造成 曲线峰-峰之间电压值为4.9V的主要因素是什么？

5). 实验中得到的 曲线为什么呈周期性变化？

6). 选择不同的 和 ，对 曲线会产生什么影响？

7). 举出实验误差产生的诸因素。

8). 夫兰克-赫兹实验的实验原理是什么？

9). 夫兰克-赫兹实验验证了什么？

10) 夫兰克-赫兹实验的目的是什么？

11). IA-VGK曲线各极小值处于IA的值均不为零，且随VGK的增加而上升，这是为什么？

12). 解释温度较高时IA-VGK曲线中第一个峰容易消失的原因。

13). 为什么第一峰值不在4.9伏处？

5. 核衰变的统计规律

1)．闪烁探测器的主要由哪及部分构成？各部分的功能是什么？

2)．简述一个带电粒子形成脉冲信号的过程。

3)．相同时间间隔内核衰变数或粒子计数符合怎样的统计规律？泊松分布和高斯分布各有何特点？

4)．标准误差的定义式是什么？ Y±σ的物理意义是什么？统计误差σ具有什么特点？

5)．一次测量结果N的物理意义是什么？N的相对误差如何计算？

6)．假定在相同条件下重复测量的两次结果为9983和7689，这两个结果是否合理？

7)．本底计数对测量结果的误差有何影响？

8)．如何减小本底计数对测量结果的误差影响？

9)．放射性计数的统计误差和其他宏观物理量的测量误差有何本质不同？

10)．空气中放射性微尘中主要放射性核素是什么？来源是什么？

6. 光学全息实验

1). 简述全息照相的基本原理?

2). 光学全息实验的条件主要是哪些?

3). 根据理论和实验观察写出全息照相和通普照相的异同?

4). 全息物像再现有什么特点?

5). 全息物像再现有什么要求?

6). 绘制“三维漫射物”拍摄的全息光路图。

7). 绘制“三维透射物”拍摄的全息光路图。

8). 如果一张拍好的全息片打碎了或部分污染了，用其中一部分再现，看到的是部分物像?还是整个物像? 为什么？

9). 观察全息图再现像放大、缩小、等大的条件是什么?

10). 全息实验中为什么要求物光程和参考光光程尽量相等？

11). 在观察全息照片（虚像）时，你能否尝试用手去触及再物像？而当你的手移近或远离再现物像时，能否据此来判断像的位置，大小及深度？

7. 全息干涉计量

1)．简述全息干涉计量的实验原理。

2)．设计并绘制一漫射物体的双曝光全息干涉光路。

3)．绘制出你所做全息干涉计量的实验光路。

4)．画出你所做全息干涉计量全息图再现的干涉花样。

5)．全息干涉计量技术有什么独特计量优势？

6)．说出干涉计量双曝光实验成功的关键步骤。

7)．如何实现全息干涉计量物再现的保真性？

8)．实时全息干涉计量有什么特点？

9)．如果实验光路中要求平行光束怎样获得？如何检查光束的平行性？

10)．物体加压发生微小形变部位受力未达平衡状态作第二次曝光，对再现图示有无影响？

8. 光电效应法测量普朗克常数

1). 简述高压汞灯、滤色片在实验中的用途？

2). 简述光电效应的实验原理？画出实验原理图。

3). 什么是遏制电压？

4). 实验中电流为零的点所对应的电压是否为要测的遏制电压？为什么？

5). 什么是抬头点？如何才能比较精确地找到抬头点？

6). 反向电流的来源是什么？

7). 光电子的最大初动能与入射光频率有什么样的关系？与我们实验中测得的遏制电压有何联系？

8). 更换滤色片时应注意什么？能不能直接使高压汞灯照射光电管？为什么？

9). 暗电流的来源是什么?

10)、使用高压汞灯时有哪些注意事项？

9. 光拍法测光速

1). 什么是光拍频波？

2). 斩光器的作用是什么？

3). 为什么采用光拍频法测光速？

4). 获得光拍频波的两种方法是什么？本实验采取哪一种？

5). 使示波器上出现两个正旋拍频信号的振幅相等，应如何操作？

6). 写出光速的计算公式；并说出各量的物理意义？

7). 简述本实验的实验原理？

8). 分析本实验的主要误差来源，并讨论提高测量精确度的方法。

9). 简述本实验的实验步骤？

10). 本实验的注意事项是什么？

10. 微波分光实验

1). 本实验模拟了那几个光学实验？

2). 本实验中是怎样验证微波是线极化电磁波的？

3). 本实验只能“定性”观察和验证电磁波的特性，你认为是什么原因？

4). 双缝干射实验中，缝宽a，和双缝间距b应当怎样选取？

5). 在布拉格衍射实验中，反射级数n≥3的极大值是否存在为什么？

6). 为什么微波与光波有许多相似特性？

7). 画出迈克尔逊干涉实验的光路图，并说明如何用此装置测量微波的波长？

8). 试分析本实验测量误差较大的原因。

9). 微波和普通无线电波有什么不同？

10). 在模拟布拉格衍射实验中，已知微波波长为3.2cm，测得(100)晶面的一级衍射峰的掠射角为23°，请画出布拉格衍射示意图，写出布拉格衍射公式，并计算模拟晶体的晶格常数。

11. 真空的获得与测量

1). 什么叫真空？粗真空、低真空、高真空、超高真空、极高真空，对应的压强分别在什么范围？

2). 机械泵主要有哪几部分组成？各自的作用是什么？

3). 为什么在油扩散泵使用过程中必须通冷却水？为什么关闭扩散泵加热电源后必须过40分钟后才能关机械泵，断冷却水？

4). 为什么接通扩散泵电源前要先把钟罩真空度抽至4Pa?

5). 简述油扩散泵的工作原理，例举几种高真空泵。

6). 在热偶计使用中，电流调节对精度有何影响？为什么？

7). 画出热偶规管的电原理图，试述真空室中压强与热偶规管热偶电动势的关系。

8). 画出电离规管的电原理图，试述电离规管板极电流与真空室中压强的关系。

9). 复合真空计使用时须注意什么？

10). 开高阀时应注意什么？

12. 真空镀膜

1). 有哪些因素会影响镀膜层的厚度和质量?

2). 真空度对镀膜有何影响，为什么压强较高时无法镀膜？

3). 为什么在大气状态下不能进行轰击？轰击颜色及光强将随真空度变化，试解释之。

4). 若在实验过程中突然停水、停电,你作何应急处理?

5). 一般常用的物理镀膜方式有几种?

6). 制作的铝反射膜一擦即掉,是什么原因造成的?

7). 制作的铝反射膜薄厚不均匀, 主要是什么原因造成的?

8). 镀膜过程中观察窗易被覆盖,你能想一种办法,既能镀膜,又使观察窗不被覆盖吗? 试讲出你的办法。

9). 蒸发镀膜适用于镀什么材料?

10). 镀膜过程中,为什么要先用挡板挡住蒸发源一段时间?

11). 气体分子的平均自由程与气体压强有什么关系? 给出其表达式。

13. 电子衍射

1). 德布罗意假说的内容是什么？

2). 在本实验中是怎样验证德布罗意公式的？

3). 本实验证实了电子具有波动性，衍射环是单个电子还是大量电子所具有的行为表现？

4). 简述衍射腔的结构及各部分作用。

5). 根据衍射环半径计算电子波的波长时，为什么首先要指标化？怎样指标化？

6). 改变高压和灯丝电压时衍射图像有什么变化？为什么？

7). 叙述样品银多晶薄膜的制备过程。

8). 观察电子衍射环和镀金属薄膜时为什么都必须在高真空条件下进行？它们要求真空度各是多少？。

9). 加高压时要缓慢，并且尽量缩短加高压的时间，这是为什么？

10). 拍摄完电子衍射图像取底片时，三通阀和蝶阀应处于什么位置？为什么？

14. 晶体缺陷

1). 晶体缺陷分几种? 并举例说明之。

2). 什么是弗仑克尔缺陷? 什么是肖脱基缺陷? 二者有什么不同？

3). 试述“晶体缺陷的研究”的实验目的。

4). 试述“晶体缺陷的研究”的实验原理。

5). 研究晶体缺陷有什么实际意义?

6). 试述金相显微镜的使用方法。

7). 试举出几种观察晶体缺陷的方法。

8). 金相显微镜主要有哪几部分组成？

9). 会有几种原因造成冲洗出来的软片没有图像?

10). 显微视场的面积和放大倍数怎样标定？

15. 磁晶各向异性的实验观察

1). 什么叫平面偏振光？

2). 晶列指数与晶格中格点的位矢有什么关系？

3). 偏光显微镜与普通生物显微镜的主要区别是增加了什么附件？它们的主要作用是什么？

4). 什么是法拉第效应? 为什么利用法拉第效应可以观察到磁畴?

5). 磁晶各向性异性现象及其原因。

6). 什么叫晶列? 什么叫晶格? 怎样描述晶体的方向?

7). 试述通过本实验观察到的磁畴消失场与样品晶向的关系。

8). 试描述<111>、<110>和<112>方向的退磁态畴形(即加磁场至磁畴消失后，再把磁场降至零时的畴形)。

9). 试述用磁晶各项异性方法确定磁泡膜< 10>方向的过程。

10). 眼镜店出售水晶眼镜时，为说明水晶眼镜与玻璃眼镜的区别，往往通过两个偏振片加以验证，试根据 本实验说明其方法和原理。

16. 磁畴静态特性参数测量

1). 实验中光源电压是根据什么确定的？脉冲信号发生器的高压开关为什么要等预热2分钟后才能打开？

2). 什么叫磁畴?什么叫磁泡?磁泡材料中各种磁畴的形成条件是什么?

3). 外斯的内场理论要点是什么?

4). 在布洛赫壁中,相邻原子磁矩的方向怎样?整个畴壁中原子磁矩的方向有什么规律？

5). 在直流偏场作用下磁畴消失后，样品中各原子的磁矩方向与直流偏场Hb的方向有什么关系？

6). 比较磁泡畴和原子体积的大小,取成泡直径为泡径,膜厚h=5 ,设原子是直径为0.1nm的球体,忽略原子间隙,计算每个泡畴中约含多少原子。

7). 在磁滞回线上示意标出Hb从大到小刚刚出现1~2对条畴和Hb从0开始增加剩下1~2对条畴时，所对应的场HN和H1。

8). 画出实验装置方框图。

9). 从原子磁矩的角度看,各类磁性物质有什么区别?

10). 试述测微目镜读数的校准方法，给出校正常数c/的表达式和单位。

17. 顺磁共振

1). 试述本实验的实验步骤。

2). 什么叫电子顺磁共振（EPR）？

3). 什么叫电子自旋共振（ESR）与塞曼效应有什么关系？

4). 本实验所采用的样品是什么？

5). （6）式的物理意义是什么？

6). ESR的研究对象是什么？

7). 本实验的主要目的是什么？

8). 发生EPR的条件是什么？

9). 试举出两个应用EPR的例子。

10). 电子自旋共振与核磁共振的不同点是什么？

11)．简述ESR的基本原理。

12)．实验中不加扫场，能否观测到ESR信号？为什么？

13)．样品DPPH应放在谐振腔的什么位置？为什么？

18. 铁磁共振

1). 什么叫铁磁共振？

2). 铁磁共振的基本原理是什么？。

3). 什么叫铁磁共振吸收线宽？

4). 样品磁导率的 和 分别反映什么？

5). 样品磁导率的µ´会在实验中造成什么影响?

6). 本实验是怎样测量磁损耗的？

7). 如何精确消除频散效应？

8). 实验中是如何处理频散效应的？

9). 实验中磁损耗是通过什么来体现的？

10). 简述ΔH的计算过程。

19. 核磁共振

1). 什么叫核磁共振？

2). 从量子力学角度推导满足核磁共振条件的公式。

3). 核磁共振中有哪两个过程同时起作用？

4). 观察核磁共振信号有哪两种方法？并解释之。

5). 内扫描时，核磁共振信号达到何种形式时，其共振磁场为B0？

6). 外扫描时，核磁共振信号达到何种形式时，其共振磁场为B0？

7). 如何判断共振信号和干扰信号，为什么？

8). 利用 时，为什么质子样品的共振频率 和氟样品的共振频率 必须在同一磁场电流下测出？

9). 怎样利用核磁共振测量磁场强度？

10). 布洛赫方程的稳态解是在何种条件下得到的？

20. 光泵磁共振

1). 使用周期性的“扫描场”有什么好处?

2). 用方波观察“光抽运”信号时，方波的幅度必须足够大，为什么?

3). 怎样测量gF因子?测量中应注意什么?

4). 怎样测量地磁场?你的测量方案的根据是什么?

5). 地磁场的垂直分量必须很好地被抵消，怎样知道这一点?

6). 在三角波的一个扫描周期内能否由 Rb原子引起两个吸收谷?

7). 描述原子态的量子数有哪些?

8). 何谓光磁共振?它研究的对象是什么?

9). 何谓光抽运?光抽运的目的是什么?

10)．怎样实现塞曼子能级间的磁共振?

11). 描述光磁共振的实验装置,指出各个部件所起的作用是什么?

21. 半导体霍尔系数测量

1). 简述本实验的实验原理。

2). 分别以p型、n型半导体样品为例,说明霍尔电场如何形成的？

3)．霍尔系数的定义及其数学表达式是什么?

4)．霍尔系数测量中有哪些副效应,通过什么方式消除它们?

5)．叙述载流子迁移率〈又称漂移迁移率或电导迁移率〉的物理意义

6)．如何判断样品的导电类型？

7)．根据测量数据计算副效应 、 、 的值,分析一下在本实验中哪项副效应的影响最大?

8)．记录随温度变化的霍尔电压；并分析其物理意义。

9)．说明实验中《I》的〈测量选择〉拨至“RH\"或“ \"时，计算机采集的随温度变化的电压信号分别是图（1）中什么电压？

10)．本实验中计算机是怎样采集温度信号的？

22. 超导材料的电磁特性

1). 超导体分几类,有几种状态? 各是什么状态?

2). 测量电流为什么必须反向,不反向会发生什么问题?

3). 什么是迈斯纳效应?

4). 进入超导态的物质有哪两种特性?

5). 什么是高温超导材料?

6). 试比较理想导体与超导体的区别。

7). 举例说明超导的应用(可自己设计一些应用)。

8). 用你所掌握的知识分析实验中出现的一些现象(如温差电势及接触电势)。

9). 超导体的零电阻现象是如何测量的?

10). 试分析超导体零电阻现象。