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1、近代物理演示实验报告篇一:近代物理试验报告 近代物理试验报告 试验名称:电子自旋共振 姓名: 同组者: 指导老师: 得分: 院系: 班级: 日期: 评语: 二、试验原理 试验数据记录表 四、测试结果的计算 1、磁场计算公式 B0=Ko*(uo*No*(R2)*Io)/(R2)+(X2)0.5) 式中: uo-真空中磁导率,uo=4*PI*10E(-7) (亨/米) R-亥姆霍兹线圈半径(米) No-稳恒磁场线圈匝数 Ns-扫场线圈匝数 Io-通过稳恒场线圈的电流(A) Is-通过扫场线圈的电流峰峰值 X-两线圈间距离的一半。对于亥姆霍兹线圈,X=R/2 Ko-磁场线圈系数 2、g因子计算公式
2、依据共振时的Io 算出磁场后,将所测得的频率及其它常量代入共振表达式 hv=gJ*uB*B 式中: uB-玻耳磁子,uB=0.9273*10E(-23) (J/T) h-普朗克常数,h=6.626*10E(-34) (J/S) 结果计算记录表 地磁场的计算方法为: 地磁场=(B+ - B-)/ 23、误差计算篇二:近代物理试验试验报告 2022-2022学年第一学期 近代物理试验 试验报告 书目 液晶电光效应试验 . 4 一、试验目的 . 4 二、试验原理 . 4 三、试验仪器 . 7 四、试验步骤 . 8 1、液晶电光特性测量 . 8 2、液晶上升时间、下降时间测量,响应时间 . 10 3、
3、液晶屏视角特性测量 . 13 拓展试验:验证马吕斯定律 . 14 五、留意事项 . 15 附:LCD产品介绍及工艺流程相关资料 . 15 粒子散射 . 20 一、试验目的 . 20 二、试验原理 . 20 1、瞄准距离与散射角的关系 . 20 2、卢瑟福微分散射截面公式 . 21 3、对卢瑟福散射公式可以从以下几个方面加以验证。 . 23 三、试验仪器 . 23 四、试验步骤 . 24 五、试验数据及处理 . 24 六、思索题 . 27 散射的应用 . 27 电子衍射 . 29 一、试验目的 . 29 二、试验原理 . 29 运动电子的波长 . 29 相长干涉 . 29 三、试验仪器 . 30
4、 四、试验数据及处理 . 30 五、试验结论 . 31 验证德布罗意假设 . 31 普朗克常量的测定 . 31 六、电子衍射的应用 . 32 塞曼效应 . 33 一、试验目的 . 33 二、试验原理 . 33 谱线在磁场中的能级分裂 . 33 法布里珀罗标准具 . 34 用塞曼效应计算电子荷质比e . 37 m 三、试验步骤 . 37 四、数据处理及计算结果 . 37 五、误差分析 . 37 六、思索题 . 38 拓展试验 . 38 视察磁感应强度与能级分裂强弱的关系 . 38 估算铁芯的磁导率 . 38 七、塞曼效应在科学技术中的应用 . 39 液晶电光效应试验 一、试验目的 了解液晶的特性
5、和基本工作原理; 驾驭一些特性的常用测试方法; 了解液晶的应用和局限。 二、试验原理 液晶是介于液体与晶体之间的一种物质状态。一般的液体内部分子排列是无序的,而液晶既具有液体的流淌性,其分子又按肯定规律有序排列,使它呈现晶体的各 向异性。当光通过液晶时,会产生偏振面旋转,双折射等效应。液晶分子的形态犹如火柴一样,为棍状。棍的长度在十几埃,直径为46埃,液晶层厚度一般为5-8微米。 列方式和自然胆甾(音同淄)相液晶的主要区分是:扭曲向列的扭曲角是人为可控的,且“螺距”与两个基片的间距和扭曲角有关。而自然胆甾相液晶的螺距一般不足1um,不能人为限制。 扭曲向列排列的液晶对入射光会有一个重要的作用,
6、他会使入射的线偏振光的偏振方向顺着分子的扭曲方向旋转,类似于物质的旋光效应。在一般条件下旋转的角度(扭曲角)等于两基片之间的取向夹角。 由于液晶分子的结构特性,其极化率和电导率等都具有各向异性的特点,当大量液晶分子有规律的排列时,其总体的电学和光学特性,如介电常数、折射率也将呈现出各向异性的特点。假如我们对液晶物质施加电场,就可能变更分子排列的规律。从而使液晶材料的光学特性发生变更,1963年有人发觉了这种现象。这就是液晶的的电光效应。 为了对液晶施加电场,我们在两个玻璃基片的内侧镀了一层透亮电极。我们将这个由基片电极、取向膜、液晶和密封结构组成的结构叫做液晶盒。当我们在液晶盒的两个电极之间加
7、上一个适当的电压时我们来看一下液晶分子会发生什么改变。依据液晶分子的结构特点。我们假定液晶分子没有固定的电极。但可被外电场极化形成一种感生电极矩。这个感生电极矩也会有一个自己的方向,当这个方向以外电场的方向不同时,外电场就会使液晶分子发生转动,直到各种相互作用力达到平衡。液晶分子在外电场作用下的改变,也将引起液晶合中液晶分子的总体排列规律发生改变。当外电场足够强时,两电极之间的液晶分子将会变成如图2中的排列形式。本试验希望通过一些基本的视察和探讨,对液晶材料的光学性质及物理结构有一个基本了解。并利用现有的物理学问进入初步的分析和说明。 图1 图2 这时,液晶分子对偏振光的旋光作用将会减弱或消逝
8、。通过检偏器,我们可以清楚地视察到偏振态的改变。大多数液晶器件都是这样工作的。 图3 液晶屏结构 图4 液晶光开关工作原理 以上的分析只是对液晶盒在“开关”两种极端状态下的状况作了一些初步的分析。 若将液晶盒放在两片平行偏振片之间,其偏振方向与上表面液晶分子取向相同。不加电压时,入射光通过起偏器形成的线偏振光,经过液晶盒后偏振方向随液晶分子轴旋转90o,不能通过检偏器;施加电压后,透过检偏器的光强与施加 篇三:近代物理试验 试验报告 中国石油高校近代物理试验 试验报告成 班级: 材物二班 姓名: 焦方宇 同组者:杜圣老师:周丽霞 光泵磁共振 【试验目的】 1.视察铷原子光抽运信号,加深对原子超
9、精细结构的理解 2.视察铷原子的磁共振信号,测定铷原子超精细结构塞曼子能级的朗德因子。 3.学会利用光磁共振的方法测量地磁场 【试验原理】 1Rb原子基态及最低激发态的能级 在第一激发能级5P与基态5S 之间产生的跃迁是铷原子主线系的第一条谱线,谱线为双线。52P1/2到52S1/2的跃迁产生的谱线为D1 线,波长是794nm;52P1/2 到52S1/2的跃迁产生的谱线为D2 线,波长是780nm。 在核自旋 I = 0 时,原子的价电子L-S 耦合后总角动量PJ与原子总磁矩J的关系 J=-gJe2 (1) gJ?1? J(J?1)?L(L?1)?S(S?1) 2J(J?1) (2) I0时
10、,对87Rb, I = 3/2;对85Rb, I = 5/2。总角动量F= I+J,?,| I-J |。87Rb基态F 有两个值:F = 2 及F = 1;85Rb基态有F = 3 及F = 2。由F 量子数表征的能级称为超精细结构能级。原子总角动量与总磁矩之间的关系为:F=-gFe2mPF (3) gF?gJ F(F?1)?J(J?1)?I(I?1) 2F(F?1) (4) 在磁场中原子的超精细结构能级产生塞曼分裂,磁量子数mFF, F-1, ? ,-F,裂成 2F1 个能量间隔基本相等的塞曼子能级。 在弱磁场条件下,通过解Rb原子定态薛定锷方程可得能量本征值为 E?E0? ?h 2 F(F
11、?1)?J(J?1)?I(I?1)?gFmF?BB (5) 由(5)式可得基态52S1/2的两个超精细能级之间的能量差为 ?EF? ah'' F(F?1)?F(F?1) (6) 2 相邻塞曼子能级之间(mF1)的能量差为?EmF?gF?BB0(7) 2. 圆偏振光对Rb原子的激发与光抽运效应 电子在原子能级间发生跃迁时,须要满意总能量和总角动量守恒。肯定频率的光可引起能量差为原子能级之间的跃迁(能量守恒)。而当入射光是左旋圆偏振光(角动量为)时,量子力学给出的跃迁定则为 ?L?1,?F?0,?1,?mF?1(角动量守恒)。 87 ? 当入射光是D1的?光时,Rb的52S1/2态
12、及52P1/2态的磁量子数mF最大值都是+2, 由于只能产生mF =+1 的跃迁,基态mF+2 子能级的粒子不能跃迁, 当原子经验无辐射跃迁过程从52P1/2回到52S1/2时,粒子返回到基态各子能级的概率相等,这样经过若干循环之后,基态mF+2 的子能级上的粒子数就会大大增加,即大量粒子被“抽运”到基态mF +2 的子能级上,这就是光抽运效应。 3. 弛豫过程 在热平衡状态下, 基态各子能级上的粒子数遵从玻尔兹曼分布N?N0exp(? E )(8) kT 由于各子能级能量差微小,可近似认为各能级上的粒子数相等。光抽运使能级之间的粒子数之差大大增加,使系统远远偏离热平衡分布状态。系统由偏离热平
13、衡分布状态趋向热平衡分布状态的过程称为弛豫过程。本试验涉及的几个主要弛豫过程有以下几种: 1、铷原子与容器器壁的碰撞:导致子能级之间的跃迁,使原子复原到热平衡分布。 2、铷原子之间的碰撞:导致自旋-自旋交换弛豫,失去偏极化。 3、铷原子与缓冲气体的碰撞:缓冲气体的分子磁矩很小,对原子的偏极化基本没影响。 4. 塞曼子能级间的磁共振 ? 垂直于B0的方向所加一圆频率为?1的射频场B1?B1(excos(?1t)?eysin(?1t),当 h ?1?EmF?gF?FB0(9)时,塞曼子能级之间将发生磁共振。抽运到2? ? 基态mF?2子能级上的大量粒子,由于射频场B1的作用产生感应跃迁,即由mF?
14、2跃 满意共振条件 迁到mF?1。同时由于光抽运的存在,处于mF?2子能级上的粒子又将被抽运到 mF?2子能级上,感应跃迁与光抽运将达到一个新的平衡。在发生磁共振时,由于mF?2子能级上的粒子数比未共振时多,因此对D1?光的汲取增大。 5. 光探测 射到样品泡上D1线的光?一方面起到光抽运作用,另一方面透过样品的光又可以兼作探测光。测量透过样品的D1? 光强的改变即可得到磁共振的信号,实现了磁共振的光探测,奇妙地将一个低频射频光子(110MHz)转换为一个光频光子(108 MHz),使信号功率提高了78 个数量级。 【试验仪器】 本试验系统由主体单元、主电源、协助源、射频信号发生器及示波器五部
15、分组成,见图1. ? 图1 光磁共振试验装置方框图 图2 主体单元示意图 主体如图2所示。光源采纳高频无极放电Rb灯,其优点是稳定性好,噪音小,光强大。由于D2线的存在不利于D2线的光抽运,故用透过率大于60%,带宽小于15nm的干涉滤光片就能很好地滤去D2线。用高碘硫酸奎宁偏振片和40微米左右的云母1/4波片可产生左旋偏振光+,透镜L1可将光源发出的光变为平行光,透镜L2将透过样品泡的平行光汇聚到光电接收器上。 【试验内容】 1观测光抽运信号: 1)将“垂直场”、“水平场”、“扫场幅度”旋钮调至最小,射频信号发生器“幅度调整”调至最小,接通主电源开关和池温开关,约30分钟后,灯温、池温指示灯
16、点亮。 2) 调整“水平场”旋钮,调整水平磁场线圈电流的大小在0.20A以下,将指南针置于汲取池上边,推断水平磁场和地磁场的方向关系,变更水平场的方向,使水平场方向与地磁场水平方向相反,然后将指南针拿开,并且将水平磁场线圈电流调至最小。 3)扫场方式选择“方波”,调大扫场幅度。再将指南针置于汲取池上边,变更扫场的方 向,设置扫场方向与地磁场水平重量方向相反,然后将指南针拿开。 4)预置垂直场电流为0.07A,用来抵消地磁场垂直重量,然后调整扫场幅度,使光抽运信号幅度等高。 2观测光磁共振信号 1)扫场方式选择“三角波”,幅度保持1状态,设置水平磁场方向、扫场方向和地磁场水平重量相同,调整射频信
17、号发生器“幅度调整”旋钮,使射频信号峰峰值在4.5V。在水平场电流分别为0.24A,0.20A和0.18A时,读出对应的频率1。 2)按动水平场方向开关,使水平场方向与地磁场水平重量和扫场方向相反。仍用上述方法,可得到2,则利用公式(7-3-10)可求出gF因子。 3测量地磁 1)同测gF因子方法类似,先使扫场和水平场与地磁场水平重量方向相同,测得1; 2)再按动扫场及水平场方向开关,使扫场、水平场方向与地磁场水平重量方向相反,又得到3。这样由(7-3-14)式可得地磁场水平重量Be/,并依据Be=(B2e/+B2e?)可得到地磁场的大小。 3)垂直磁场由下式计算B? 1/2 32?NI ?1
18、0?7 (T)(7-3-15)3/2 5r 式中N和r是两个垂直磁场线圈每边的线圈匝数和线圈有效半径。因为两个垂直场线圈是串联的,数字表显示的I值是流过单个线圈的电流。 表7-3-1 厂家给出的线圈参数 一、 测量gF因子 表1 测量gF数据表 用式(7-3-11)BDC? h(?1?2)16?NI?7 ?10可算出B 可DC ,用式(7-3-10)gF?3/2 5r2?BBDC 算出gF,其中N和r可从表7-3-1中读出。 利用式(7-3-12)可得: gf(Rb)/gf(Rb)=0.5044/0.3373=1.49101 因此试验数据和结果与理论基本相符。 二、测量地磁场 表2 测量地磁场
19、数据表 87 85 利用式(7-3-15)可得垂直方向上的地磁场的平均强度为: B? 地磁场的强度大小为: 32?NI5r ?10?7?5.87?10?4(T) 5.8736 六、思索题 1、光抽运的物理过程如何?造成什么后果? 光抽运的物理过程为: 气态原子受D1?左旋圆偏振光照耀时,遵守光跃迁选择定则?F?0, 1,?MF?1,进行跃迁 ,只能产生在由5S1/2能级到5P1/2能级的激发跃迁中,由于D1?光子的角动量为?h/2 22? ?MF?1的跃迁。基态MF?2子能级上原子若汲取光子就将跃迁到MF?3的状态, 但5P1/2各自能级最高为MF?2。 因此基态中MF?2子能级上的粒子就不能跃迁。 2 第21页 共21页第 21 页 共 21 页第 21 页 共 21 页第 21 页 共 21 页第 21 页 共 21 页第 21 页 共 21 页第 21 页 共 21 页第 21 页 共 21 页第 21 页 共 21 页第 21 页 共 21 页第 21 页 共 21 页
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