近代物理实验结课论文

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1、近代物理结课论文摘要：通过近代物理实验我们将书本知识应用与实践，在实践中学习知识检验书本中学到的理论。掌握各种实验方法。关键字：光栅、光栅方程、透射光谱核磁共振、磁感应强度、g因子椭圆偏振仪、厚度、误差、薄膜87Rb，85Rb，塞曼效应，共振核磁共振顺磁共振电子自旋朗德g因子迈克尔逊干涉仪微小物理量的测量1、引言：本学期共做了十六个实验，包括微波布拉格衍射、微波迈克尔干涉实验、微波核磁共振实验、光泵核磁共振实验、光栅光谱实验、核磁共振、椭圆偏振法测厚度、微机声光效应实验、光电效应实验、电光效应实验、密立根油滴测电子电荷实验、微机弗兰克—赫兹实验、迈克尔逊干涉仪、用超声光栅测液体中的声速、数

2、字示波器实验、以及测光速实验等十六个实验。这十六个实验中我们应用了不同的实验方法去验证以前我们已经学过的知识。2、实验原理及方法：（1）微波布拉格晶体衍射：         θA1A2A3A4B1B2B3B4晶体中原子按一定规律形成高度规则的空间排列，称为晶格。最简单的晶格可以是所谓的简单立方晶格，它由沿三个方向x，y，z等距排列的格点所组成。间距a称为晶格常数。晶格在几何上的这种对称性也可用晶面来描述。一个格点可以沿不同方向组成晶面，晶面取向不同，则晶面间距不同。布拉格衍射晶体对电磁波的衍射是三维的衍射，处理三维衍射的办法是将其分解成两步走：第一步是处理一个晶面中多个格点之间的干涉（称为

3、点间干涉）；第二步是处理不同晶面间的干涉（称为面间干涉）。研究衍射问题最关心的是衍射强度分布的极值位置。在三维的晶格衍射中，这个任务是这样分解的：先找到晶面上点间干涉的0级主极大位置，再讨论各不同晶面的0级衍射线发生干涉极大的条件。点间干涉βθd电磁波入射到图示晶面上，考虑由多个晶格点A1，A2…；B1，B2…发出的子波间相干叠加，这个二维点阵衍射的0级主极强方向，应该符合沿此方向所有的衍射线间无程差。无程差的条件应该是：入射线与衍射线所在的平面与晶面A1A2…B1B2…垂直，且衍射角等于入射角；换言之，二维点阵的0级主极强方向是以晶面为镜面的反射线方向。面间干涉如图示，从间距为d的相邻两

4、个晶面反射的两束波的程差为2dsinθ，θ为入射波与晶面的折射角，显然，只有满足下列条件的θ，即2dsinθ=kλ，k=1，2，3…才能形成干涉极大，上式称为晶体衍射的布拉格条件。θa单缝衍射与声波一样，微波的夫琅禾费衍射的强度分布式，可由下式计算：Iθ=(I0sin2u/u2,其中u=(πasinθ)/λ，a是狭缝宽度，是微波波长。如果求出±1级的强度为0处所对应的角度θ，则λ可按下式求出，即λ=2sinθ。微波迈克尔逊干涉实验微波的迈克尔逊干涉实验原理图如图示。在微波前进方向上放置一个与传播方向成45度角的半透射半反射的分束板和A、B两块反射板，分束板将入射波分成两列，分别沿A、B方向

5、传播。由于A、B板的反射作用，两列  ABA’发射喇叭接收喇叭波又经分束板会合并发生干涉。接收喇叭可给出干涉信号的强度指示。如果A板固定，B板可前后移动，当B移动过程中喇叭接收信号从一次极小变到另一次极小时，B移动过的距离为1/2，因此，测量B移动过的距离就可求出微波的波长。（2）微波顺磁共振试验：由量子力学知道，质子数与种子数两者或其一为奇数的原子核才有核自旋，其磁矩与核自旋角动量成正比，可写成：式中为磁矩，为自旋角动量，为比例因子，为波尔磁矩，为常数。当核自旋系统处于恒定直流磁场中时，由于核自旋系统和之间的相互作用，核能级发生赛曼能级分裂。对于氢核这类的简单核系统，原能级仅分裂成上下两

6、个能级和，上下两个能级的粒子数分别为和。热平衡时自旋粒子数随能量增加按指数规律下降，故。磁场为时，上下两能级间能量差与与成正比。若在垂直于方向加一个频率为的射频（106-109Hz）场，当射频的量子能量hv与赛曼能级分裂正好相等，满足时，即发生能级间的核自旋粒子由到的受激跃迁，和由到的发射跃迁。由于固定，通过调节射频频率满足公式的共振条件，此时频率称为共振频率，此种方法称为扫频法。相反频率固定，通过调节磁场满足公式的实验方法称为扫场法。两种方法等效。（1）顺磁共振基本原理由原子物理知，原子中的电子由于轨道运动，具有轨道磁矩，其数值为：负号表示方向与相反，在量子力学中，则，其中为玻尔磁子。电

7、子除了轨道运动外还具有自旋运动，因此其还具有自旋磁矩，其数值表示为：，代入得到。由原子物理知，原子磁矩与外磁场B相互作用能可表示为：，不同的磁量子数所对应的状态表示不同的磁能级，相邻磁能级间的能量差为，其是由原子受磁场作用而旋进产生的附加能量。如果在原子的稳定磁场区域又叠加一个与稳定磁场垂直的交变磁场，其角频率满足条件，即刚好满足原子在稳定外磁场中的邻近二能级差时，二邻近能级之间就有共振跃迁，我们称之为电子顺磁共振（3）