大學(xué)物理近代實驗思考題一1夫蘭克赫茲實驗測出的汞原子的第一激發(fā)電位的大小與FH管的溫度有無關(guān)系？為什么？ 答：夫蘭克赫茲實驗所測出的汞原子的第一激發(fā)電位與FH管的溫度是沒有關(guān)系的。 因為雖然當(dāng)溫度升高，會使管內(nèi)的熱電子數(shù)量增加，從而導(dǎo)致曲線峰電流增大，曲線位置受影響向上移動，但是Vg是一定的，汞的第一激發(fā)電位為4.9V不變。即：由汞原子能級的結(jié)構(gòu)決定了第一激發(fā)電位。2在夫蘭克赫茲實驗中，為什么IAUGK曲線的波峰和波谷有一定的寬度？答: 因燈絲發(fā)射的電子初動能存在一個分布，且燈絲發(fā)射的電子其能量分散小于零點幾個電子伏特；電子加速后的動能也存在一個分布，這就是峰電流和谷電流存在一定寬度的原因。3:為什么IAUGK曲線的波谷電流不等于零，并且隨著UGK的增大而升高？答：1.波谷電流不為零是因為：電子在柵極附近跟汞原子發(fā)生碰撞存在一定的幾率，因此總有部分電子沒和汞原子發(fā)生碰撞而直接到達A級從而形成電流。故其不為0。2.波谷電流隨著UGK的增大而升高是因：隨著UGK的增大，在柵極附近沒和汞原子發(fā)生碰撞，而直接到達A級形成電流的電子數(shù)量會不斷增多，從而使波谷電流增大。4題分析，當(dāng)電子管的燈絲電壓變化時，IAUGK曲線應(yīng)有何變化？為什么？ 答：若電子管的燈絲電壓變大時，電子動能也會變大，從而使得電子為第一激發(fā)勢時還有剩余動能；與汞原子碰撞之后剩余的能量越多，能夠克服拒斥電場到達A極的電子就會越多，而極板間電流也就越大，所以在汞的第一激發(fā)勢固定為Vg間隔時，曲線越尖銳。反之亦然！5題：電子管內(nèi)的空間電位是如何分布的？板極與柵極之間的反向拒斥電壓起什么作用？ 答：電子館內(nèi)的電位分布為：VkVG1=VG2VA；反向拒斥電壓的作用為：挑選能量大于UGA的電子，從而沖過拒斥電壓形成通過電流計的電流。6題：RE:在夫蘭克-赫茲實驗中，提高燈絲電壓，IA-UG2A會有什么變化？為什么？若提高拒斥電壓，IA-UG2A會有什么變化？為什么？ 答：提高燈絲電壓，電子獲得的動能增加，電子數(shù)增加，克服拒斥電壓后將有較多電子形成電流，所以曲線電流幅度加大；而拒斥電壓增加，能克服它的電子數(shù)將減少，電流也減小，所以曲線幅度也就減小了。(鎖相放大器的使用1.簡述幾種常用微弱信號檢測基本方法。相干檢測相干檢測是頻域信號的窄帶化處理方法，是一種積分過程的相關(guān)測量它利用信號與外加參考信號的相干特性，而這種特性卻是隨機噪聲所不具備的典型的儀器設(shè)備是以相敏檢波器(PSD)為核心的鎖相放大器(簡稱LIA)鎖相放大器已問世的多年，其性能不斷提高，主要有：提高檢測靈敏度與改善過載能力：抑制諧波響應(yīng)：降低測量頻率，以適應(yīng)緩變信號的處理重復(fù)信號的時域平均這種方法適用于信號波形恢復(fù)的測量。利用取樣技術(shù)，在重復(fù)信號出現(xiàn)的期間取樣，并重復(fù)n次，則測量結(jié)果的信噪比可改善n倍表性的儀器有Boxcar平均器或稱取樣積分器，這類儀器取樣效率低，不利于低重復(fù)頻率的信號恢復(fù)隨著微型計算機應(yīng)用的發(fā)展，出現(xiàn)了信號多點數(shù)字平均技術(shù)，可最大限度地抑制噪聲或節(jié)約時間，并能完成多種模式的平均功能。離散信號的統(tǒng)計處理在微弱光檢測中，由于微弱光的量子化，光子流具有離散信號的特征，使利用離散信息處理方法檢測微弱光信號成為可能。微弱光檢測又分為單道(Single-Channal)和多道Multi-Channal)兩類前者是以具有明顯單電子峰的光電倍增管作傳感器，采用脈沖甄別和計數(shù)技術(shù)的光子計數(shù)器：后者是用光導(dǎo)攝象管或光電二極管列陣等多路轉(zhuǎn)換器件作傳感器，采用多道技術(shù)的光學(xué)多通道分析器(OMA)OMA具有時間分辨能力，為動力學(xué)過程的研究創(chuàng)造了條件計算機處理方法隨著計算機應(yīng)用范圍的擴大，原來在微弱信號檢測中一些需要用硬件完成的檢測系統(tǒng)現(xiàn)在可以用軟件來實現(xiàn)利用計算機進行曲線擬合、平滑、數(shù)字濾波、快速傅里葉變換(FFT) 及譜估計等方法處理信號，提高了信噪比，實現(xiàn)了微弱信號檢測的要求。2.什么是相關(guān)檢測的基本思想？.首先使測量系統(tǒng)的主要部分，避開噪聲功率密度大的地方，從而使輸入噪聲較小。我們已知在低頻區(qū)，閃爍噪聲可以比白噪聲高出數(shù)倍、數(shù)十倍、甚至數(shù)百倍因此，我們要設(shè)法使信號不失真的從低頻區(qū)移出。.對不同的頻率信號，我們應(yīng)該設(shè)法將其移頻至固定中心頻率，這樣就可使用固定中心頻率，固定帶寬的帶通濾波器。.從信號與噪聲的特征對比可以看出，信號與多數(shù)噪聲有頻率和相位兩方面不同。BPF只是利用頻率特征的識別因此，如果再利用相位特征的識別，將可把同頻率、不同相位的噪聲大量排除在光學(xué)中，對頻率和相位都進行區(qū)分的方法稱為相干法，故這種檢測叫相干檢測在電子學(xué)中，這種方法，稱作要鎖定相位。3.畫出鎖相放大器基本框圖，并介紹各個框圖的作用。各部件的功能是：信號通道把輸入信號選頻放大(初步濾除噪聲)后，輸給相敏檢檢波器；參考通道在觸發(fā)信號的同步下，輸出相位可調(diào)的、與輸入信號同頻的，1：1方波；相敏檢波器則比較兩路信號，輸出直流信號，其幅度與兩路輸入信號幅度，和它們的相位差成比例；直流放大器作低通濾波和進一步放大。4.畫出相關(guān)器的電路圖，并畫出相關(guān)器輸入被測信號VA和參考信號VB之間的相位差為0、90、180、270時乘法器輸出電壓V1和相關(guān)器輸出電壓V0的波形圖，并解釋器原因。相關(guān)器輸出為直流電壓，大小正比于輸入信號的振幅，并與信號和參考信號之間的相位差的COS成正比關(guān)系答：微弱光檢測時，由于微弱光的量子化，光子流具有離散信號等特征，使利用離散信息處理方法檢測微弱光信號成為可能。微弱光檢測又分為單道和多道兩類前者是以具有明顯單電子峰的光電倍增管作傳感器，采用脈沖甄別和計數(shù)技術(shù)的光子計數(shù)器；后者是用光導(dǎo)攝象管或光電二極管列陣等多路轉(zhuǎn)換器件作傳感器，采用多道技術(shù)的光學(xué)多通道分析器(OMA)。OMA具有時間分辨能力，為動力學(xué)過程等問題的研究創(chuàng)造了條件。這就是其檢查微弱信號的原理。（一家之言，僅供參考 )7題：為什么不挑選平衡電壓太高或太低的油滴來測量？ 答：衡電壓太高或太低的油滴時可能這些問題：平衡電壓太高，油滴帶電量大，下降的速度太快，所測時間較短，操作不方便，故誤差大。平衡電壓太小，布朗運動比較明顯，易被其他油滴碰撞，從而受力不平衡，導(dǎo)致測量時間不夠也不夠精確。8題：你認為什么樣的油滴比較理想。 答：我認為油滴選取時，應(yīng)選擇大小適度，質(zhì)量適中，下降時間為10s20s的外形呈球狀的油滴方可。8題：分析油滴可能的運動狀態(tài)。 答：其可能出現(xiàn)的運動狀態(tài)有：1.油滴以Vg向上運動；2.油滴懸浮不動；3.油滴以原速度繼續(xù)向下運動；4.油滴以更快速度下降。9題：RE:請你談?wù)動偷蔚钠胶怆妷焊男┮蛩赜嘘P(guān)，在零電場下勻速下落的速度跟什么有關(guān)。答：因空氣的粘滯系數(shù)、油滴和空氣的密度等為常數(shù)。因此油滴的平衡電壓只跟其質(zhì)量和帶電量有關(guān)。在零電場時勻速下落速度只跟其質(zhì)量有關(guān)。10題：為什么不挑選帶電量很大或很小的油滴來測量？答：1.帶電量大的油滴，一般質(zhì)量較大，下落速度較快下落時間短，其誤差大；2.帶電量小的油滴質(zhì)量小，體積小，因此可能出現(xiàn)布朗運動，故有較大誤差！11：RE:我們這樣的實驗要求和處理方法能驗證電荷的顆粒性嗎？ 答：不能。因為用我們用逐差法最后求出的處理方法只能，作為一種試驗驗證要求驗證電荷的顆粒性則要求電荷的最大公約數(shù)。12題:密立根油滴實驗中，可能存在哪些誤差，你是怎樣減小或消除這些誤差的？ 答：可能誤差：1.沒有推拉滑動板，導(dǎo)致外部空氣的流動引起電容器的空氣流動，破壞了油滴的有規(guī)則運動;2.下落時間的測定不準確; 3.油滴并非完全平衡變操作以下步驟；4.油滴大小的選取不適當(dāng);解決辦法：1.用格拉布斯準則剔除較大誤差數(shù)據(jù);2.用逐差法處理; 3.用公式q*=qC3/2進行修正;4.選取大小適中的油滴。13題：RE:調(diào)整法里布-珀羅標準具時，如何判斷標準具的兩個內(nèi)平面是否嚴格平行的？標準具調(diào)整不好會產(chǎn)生怎樣的后果？ 答：判斷標準：當(dāng)用單色光照明標準具，從它的透射方向觀察時，可以看見一組同心干涉圓環(huán)。而觀察者的眼睛上下左右移動時，如果標準具兩個表面是嚴格平行的，即兩內(nèi)表面各處的距離d相等，干涉環(huán)的大小應(yīng)不隨眼睛的移動而變化。 標準具調(diào)整不好產(chǎn)生的后果：若標準具的兩個內(nèi)表面成楔形，當(dāng)眼睛移動的方向是d增大的方向時，則有干涉條紋從中心冒出來或中心處的條紋向外擴大，這時應(yīng)把這個方向的螺絲壓緊，或是把相反方向的螺絲放松。反之亦然！14題：:在塞曼效應(yīng)中，標準具有什么作用？ 答：f-p標準準具，是由兩塊平行的玻璃和中間有一個膨脹系數(shù)很小間隔組成。平面且玻璃的內(nèi)表面，加工精度要求高于1/20波長；內(nèi)表面鍍有反射率高于90%的反射膜.我們還知道：標準具厚度遠大于波長，用公式k=2d/便能計算被測圓環(huán)的波長差！15題 實驗中如何觀察和鑒別塞曼躍遷譜線中偏振光的成分? 答: 1. 線偏振光的振動方向平行于磁場，垂直于磁場方向觀察時能觀察到,平行于磁場觀察時看不到。 2.線偏振光的振動方向垂直于磁場，垂直于磁場方向觀察時產(chǎn)生線偏振光，平行于磁場觀察時產(chǎn)生圓偏振光M=1,偏振轉(zhuǎn)向是沿磁場方向前進的螺旋轉(zhuǎn)動方向,磁場指向觀察者時,為左旋偏振光; M=-1,偏振轉(zhuǎn)向是沿磁場方向倒退螺旋轉(zhuǎn)動方向,磁場指向觀察者時,為右旋偏振光。 判別方法:先使1/4波片的快軸方向 (負晶體: 光軸方向,正晶體: 垂直于光軸方向 )與光強最大方向(長軸)平行(垂直于檢偏器透光方向),轉(zhuǎn)動檢偏器,如果逆時針轉(zhuǎn)找到消光的角(/2), 則入射光為右旋橢偏振光,反之,順時針轉(zhuǎn)動檢偏器找到消光的角(/2),則入射光為左旋橢圓偏振光。16題談?wù)劸殰y量有什么意義。 答；氫氘在自然界中含量比值為4000：1，因此用傳統(tǒng)的物理方法很難證明氘的存在，但是由于精細測量，可以證明氘的存在，當(dāng)然如果不采用精細測量可以采用化學(xué)中的“同位素示蹤法”可以很方便第測得豐度較小的同位素！17題拍攝比較光譜的操作原則是什么？ 答；拍攝互相比較的兩列光譜時，不能移動膠板，也不能轉(zhuǎn)動色散元件，僅在換光源后換用狹縫的相鄰部位攝譜。18題氫原子巴爾末線系有幾條譜線？實驗求得的氘氫原子核質(zhì)量比誤差比較大，試分析其主要原因。 答：有四條。誤差大是因為：在帶入公式計算是本因帶入真空中波長計算，但是我們的波長是在空氣中測量的.19題、拍攝全息干片時，光路布置要注意些什么？ 答1：物光與參考光光程差最好相等，若不等最好不要超過4cm；2：物光與參考光和屏所成的角度在30到50之間;3：物光與參考光的光強比約為1：20題你怎樣理解全息圖上每點上都記錄了物體上各點光的完全信息？ 利用兩束光的干涉所產(chǎn)生的干涉條紋可以有效地把位相的變化情況記錄下來，全息攝影就是利用光的干涉把景物散射光波以干涉條紋的形式記錄在感光膠片（或干版）上.就是說，全息攝影可以把光波的振幅和位相都記錄在感光片（或干版）上.即把物體的全部信息都記錄下來，因而具有獲得立體圖像的許多優(yōu)點.21題簡述全息照相與普通照相有什么不同。 答：全息照相是把物體反射光的全部信息記錄下來，包括光的振幅相位波長，而普通照相只能記錄振幅波長，所以全息照相看到的是立體的三維圖像，而普通照相就沒有這種感覺。全息相片上的每一個點上都記錄了這個點接收到的光的全部信息，所以哪怕全息相片有一大半破損了，你改變觀察角度也能看到全部圖像。22題:光拍是怎樣形成的，它有什么特點？ 答：1.光拍的形成是根據(jù)振動的疊加原理所得，兩列速度相同，振面相同，頻差較小的而同向傳播的簡諧波疊加即形成拍。2.特點：合成波角頻率f=(w1+w2)/2 ，振幅A為帶有低頻調(diào)制的高頻波。23題本實驗有哪些巧妙之處？ 答：1.在示波器上對二拍光信號波形的相位進行比較，測出光拍信號的光程差及相應(yīng)光拍信號的頻率，從而間接測出光速。2.采取了把光變成含有低頻成分但速度又不變的波,即光拍.測出這個低頻速度,也就測出了光速3.由振動疊加原理，兩列速度相同、振面相同、頻差較小而同向傳播的簡諧波的疊加即形成拍。24題實驗中將一束光分成遠、近光程的兩束光，其目的是為了什么？只用一束光能完成實驗嗎？如果能，那應(yīng)該怎樣操作？ 答：1.分成遠程光和近程光的目的是求出光拍的波長。 2.如果用一束光也可以測出波長，并且應(yīng)該用遠程光，通過測量2次，第一次先讓光通過較近的光路，記下示波器從左至右端2個光拍波峰的位置A和B，然后改變光程，使原來在A點的光拍峰恰好B點，增加的光程即為光拍波長。25題本實驗中怎樣產(chǎn)生能形成光拍的二束光？ 答：通過聲光效應(yīng)。通過超聲波與光波的相互作用來實現(xiàn)，射頻信號在介質(zhì)中傳播將引起介質(zhì)密度的變化，從而使介質(zhì)各點的折射率產(chǎn)生周期性變化，介質(zhì)相當(dāng)于一個位相光柵，當(dāng)入射光通過介質(zhì)時發(fā)生衍射時，衍射光的頻率與場頻有關(guān)！26題如何把光變成含有低頻成份而速度不變的波？ 答：兩列速度相同、振面相同、頻差很小且同向傳播的光疊加后即形成光拍，其合成波是振幅按低頻正弦（余弦）規(guī)律變化的高頻波，包絡(luò)線就是光拍，其傳播速度跟光的的傳播速度相同。27題核磁共振的穩(wěn)態(tài)吸收實驗中共需要多少個磁場，它們分別有什么作用？ 答: 1.核磁共振的穩(wěn)態(tài)吸收實驗中共需要兩個磁場，即：外恒定磁場和交變電磁場 2.作用:原子核的自旋磁矩在外恒定磁場作用下，核磁矩繞此磁場發(fā)生拉莫爾進動.施加交變電磁場，當(dāng)此交變場