近代物理实验_思考题答案
近代物理实验思考题答案
近代物理实验思考题答案【篇一：近代物理实验练习题参考答案】txt>一、填空1.核物理实验探测的主要对象是核衰变时所辐射的度非常小，用最先进的电子显微镜也不能观察到，只能根据射线与物质相互作用产生的各种效应实现探测。
2.用百分比表示的能量分辨率定义为： r?最大计数值一半处的全宽度?v?100％。
能量分辨率值峰位置的脉冲幅度v0越小，分辨能力越强。
3.?有三种，它们是光电效应、康普顿效应和电子对效应。
4.对于不同的原子，原子核的质量不同而使得里德伯常量值发生变化。
5.汞的546.1nm谱线的塞曼分裂是反常塞曼效应。
6.由于氢与氘的能级有相同的规律性，故氢和氘的巴耳末公式的形式相同。
7.在塞曼效应实验中，观察纵向效应时放置1/4波片的目的是将圆偏振光变为线偏振光。
8.射线探测器主要分“径迹型”和“信号型”如核乳胶、固体径迹探测器、威尔逊云室、气泡室、火花室等。
这些探测器大多用于高能核物理实验。
信号型探测器则当一个辐射粒子到达时给出一个信号。
根据工作原理的不同又可以分成气体探测器、闪烁探测器和半导体探测器三种，这是我们在低能核物理实验中最常用的探测器。
9.测定氢、氘谱线波长时，是把氢、氘光谱与铁光谱拍摄到同一光谱底片上，利用线性插值法来进行测量。
10.在强磁场中，光谱的分裂是由于能级的分裂引起的。
11.原子光谱是线状光谱。
12.原子的不同能级的总角动量量子数j不同，分裂的子能级的数量也不同。
13.盖革－弥勒计数管按其所充猝灭气体的性质，可以分为①有机管和②卤素管两大类。
坪特性是评价盖革－弥勒计数管的重要特性指标。
包括起始电压、坪长、坪斜等。
一只好的计数管，其坪长不能过短，对于③有机管，其坪长不能低于150伏，对于④卤素管，其坪长不能低于50伏。
坪斜应在⑤0.1----0.01%每伏___以下。
计数管工作时工作点应选在坪区的⑥左1/3-1/2__处。
14.由于光栅摄谱仪的色散接近线性，所以可以使用线性插值法测量光谱线波长。
大学物理实验思考题解答
大学物理实验思考题解答(总3页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除用分光计测棱镜玻璃的折射率[预习思考题]1.分光计主要由哪几部分组成各部分的作用是什么为什么要设置一对游标2.什么是最小偏向角？利用最小偏向角法测棱镜折射率的公式是什么？3. 望远镜调焦至无穷远是什么含义为什么当在望远镜视场中能看见清晰且无视差的绿十字像时，望远镜已调焦至无穷远答：望远镜调焦至无穷远是指将望远镜的分划板调至其物镜的焦面位置上，使从无穷远处射来的光线、即平行光会聚于分划板上。
根据薄透镜近轴成像与光线反射的原理，当从分划板下方的透明十字中出射的光线经物镜折射与平面镜反射后能清晰且无视差地成像于望远镜的视场中（即成像于分划板上）时，分划板必处于望远镜物镜的焦面位置上，故此时望远镜已调焦至无穷远。
4.为什么当平面镜反射回的绿十字像与调节用叉丝重合时，望远镜主光轴必垂直于平面镜为什么当双面镜两面所反射回的绿十字像均与调节用叉丝重合时，望远镜主光轴就垂直于分光计主轴答：调节用叉丝与透明十字位于分划板中心两侧的对称位置上。
根据薄透镜近轴成像与光线反射的原理，要使平面镜反射回的绿十字像与调节用叉丝重合，则与望远镜出射平行光平行的副光轴和与平面镜反射平行光平行的副光轴必须与望远镜主光轴成相等的角且三轴共面。
要达到此要求，平面镜的镜面就必须垂直于望远镜主光轴。
当双面镜两面所反射回的绿十字像均与调节用叉丝重合时，仪器系统必同时满足以下条件：①双面镜的镜面平行于载物台转轴，即分光计主轴；②望远镜的主光轴垂直于双面镜的镜面。
根据立体几何的知识易知，此时望远镜的主光轴必垂直于分光计主轴。
5.为什么要用“二分法”调节望远镜主光轴与分光计的主轴垂直？答：事实上，调望远镜主光轴与分光计主轴严格垂直的方法不止一种，用“二分法”调节的优点在于快捷。
可以证明，用“二分法”调节可以迅速地使双面镜的镜面平行于分光计主轴（实际操作中一般只需调两三次就可实现），同时在调节中又始终保持望远镜主光轴与双面镜镜面垂直，从而使调节工作迅速方便地完成。
第五章光学和近代物理实验
第五章光学和近代物理实验第五章光学和近代物理实验光学实验基础知识光学仪器的主体是光学元件。
光学元件⼤部分都是玻璃制品，表⾯经过精细抛光，有的还镀膜，使⽤时⼀定要⼗分⼩⼼、谨慎，不能粗⼼⼤意，否则将损坏光学元件。
光学仪器在使⽤时必须遵守下列原则：（1）必须详细了解仪器的使⽤⽅法和操作要求后才能使⽤。
（2）仪器应轻拿、轻放，避免激烈震动和失⼿跌落。
（3）不准⽤⼿触摸仪器的光学表⾯，如必须⽤⼿拿某些光学元件（如透镜、棱镜、平⾯镜等）时，只能接触⾮光学表⾯部分，即磨砂⾯，如透镜的边缘、棱镜的上、下底⾯等。
（4）光学表⾯如有轻微的污痕或指印，可⽤特制的擦镜纸轻轻地揩去，不能⽤⼒硬擦，更不准⽤⼿帕或其他纸来揩，使⽤的擦镜纸应保持清洁。
（5）光学表⾯如有灰尘，可⽤实验室专备的橡⽪球将灰尘吹去或⽤软⽑笔轻轻揩去，切不可⽤其他任何物品揩。
（6）除实验规定外，不允许任何溶液接触光学表⾯，不要对着光学元件表⾯说话，更不能对着它咳嗽、打喷嚏等。
（7）光学仪器的机械结构⼀般都⽐较精细，操作时动作要轻，缓慢进⾏，⽤⼒要均匀平衡，不得强⾏扭动，也不能超出其⾏程范围。
若使⽤不当，仪器精度会⼤⼤降低。
（8）光学仪器装配很精密，拆卸后很难复原，因此严禁私⾃拆卸仪器。
（9）仪器⽤毕，应放回箱内或加罩，防⽌沾污和受潮。
实验17 光的等厚⼲涉现象及其应⽤通过透明薄膜上下两表⾯对⼊射光的两次反射，将⼊射光分为两束相⼲光，从⽽产⽣等厚⼲涉。
⽜顿环⼲涉和劈尖⼲涉是典型的等厚⼲涉，它们在光学测量中有着重要的应⽤。
⼀、⽤⽜顿环测凸透镜曲率半径[实验⽬的]（1）了解⽜顿环等厚⼲涉的原理和观察⽅法。
（2）利⽤⼲涉⽅法测量平/凸透镜的曲率半径。
（3）掌握读数显微镜的调节和使⽤。
（4）学习⽤逐差法处理数据。
[实验原理]通常将同⼀光源发出的光分成两束光，在空间经过不同的路程后合在⼀起产⽣⼲涉。
⽜▌▎第五章光学和近代物理实验▎▌- 97 -顿环是典型的等厚⼲涉现象。
物理实验思考题答案
1、电磁感应【Q】在实验中我们发现，旋转的铝盘会对磁铁产生牵引力，发过来磁铁也会对铝盘有一个反作用力〔磁阻尼力〕，这个阻尼力会影响实验精度吗？【A】并不会影响实验精度，且铝盘会以一个恒定的频率在转动！原因：步进电机的工作原理，是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。
因此，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。
【Q】大家是否发现在我们这个实验中，铝盘上面挖了六个小孔，你们认为这些小孔会对牵引力产生影响吗？【A】小孔会对牵引力产生影响，牵引力相比没孔的铝盘会变小；每一根铝丝两端都会产生感应电动势，铝盘就相当于多个电源的并联，但是由于小孔的存在，产生的电流可能不稳定，牵引力会有小幅波动，但是小孔并不是改变磁通量的“罪魁祸首【Q】测量磁悬浮力或牵引力时，永磁体的位置对结果有什么影响？比方正对着铝盘圆心与偏离角度的区别；还有永磁体靠近铝盘中心时所受的力与磁体位于铝盘边缘时相比，大小如何？【A】做了几次试验，发现当磁铁在盘内较大距离时力不大，到盘边时较大，远离盘后减小。
可推知力与磁铁到盘中心的距离是一个单峰的函数，有水平渐近线。
【Q】大家想一下，如果那个轴承完全无摩擦，那么它的转速会无限增大吗？【A】【Q】如何改良？？【A】此实验的磁悬浮力和磁牵引力装置应增加一个角度指针，因为我们在做距离和力的大小的关系试验中，每次都要将测力器杆取出，然后重新固定，这当中是不是会因为角度的不同产生较大的误差呢？所以可以增加一个角度小指针，来校正测力杆放置的方向，减免误差我们是准备加一个升降装置的，最好带刻度的。
1.测量磁悬浮传动系统的轴承转速时，测得的转速不是很稳定，而转速的测定时以一定时间内通过轴承的光束的个数为依据的。
所以我建议增加轴承上计数孔的个数，这样测得的数目会增多，可以减小不稳定因素的干扰，所得读数会相对集中一些。
2.我做实验时的传感器支架稳定性不好，每次垫一个垫片测磁牵引力和磁悬浮力时，旋转的铝盘很容易擦到永磁铁。
实验思考题答案
大学物理近代实验思考题一1．夫兰克－赫兹实验测出的汞原子的第一激发电位的大小与F－H管的温度有无关系为什么答：夫兰克赫兹实验所测出的汞原子的第一激发电位与F－H管的温度是没有关系的。
因为虽然当温度升高，会使管内的热电子数量增加，从而导致曲线峰电流增大，曲线位置受影响向上移动，但是Vg是一定的，汞的第一激发电位为不变。
即：由汞原子能级的结构决定了第一激发电位。
2．在夫兰克－赫兹实验中，为什么IA－UGK曲线的波峰和波谷有一定的宽度答: 因灯丝发射的电子初动能存在一个分布，且灯丝发射的电子其能量分散小于零点几个电子伏特；电子加速后的动能也存在一个分布，这就是峰电流和谷电流存在一定宽度的原因。
3:为什么IA－UGK曲线的波谷电流不等于零，并且随着UGK的增大而升高答：1.波谷电流不为零是因为：电子在栅极附近跟汞原子发生碰撞存在一定的几率，因此总有部分电子没和汞原子发生碰撞而直接到达A级从而形成电流。
故其不为0。
2.波谷电流随着UGK的增大而升高是因：随着UGK的增大，在栅极附近没和汞原子发生碰撞，而直接到达A级形成电流的电子数量会不断增多，从而使波谷电流增大。
4题分析，当电子管的灯丝电压变化时，IA－UGK曲线应有何变化为什么答：若电子管的灯丝电压变大时，电子动能也会变大，从而使得电子为第一激发势时还有剩余动能；与汞原子碰撞之后剩余的能量越多，能够克服拒斥电场到达A极的电子就会越多，而极板间电流也就越大，所以在汞的第一激发势固定为Vg间隔时，曲线越尖锐。
反之亦然！5题：电子管内的空间电位是如何分布的板极与栅极之间的反向拒斥电压起什么作用答：电子馆内的电位分布为：Vk>VG1=VG2>VA；反向拒斥电压的作用为：挑选能量大于UGA的电子，从而冲过拒斥电压形成通过电流计的电流。
6题：RE:在夫兰克-赫兹实验中，提高灯丝电压，IA-UG2A会有什么变化为什么若提高拒斥电压，IA-UG2A会有什么变化为什么答：提高灯丝电压，电子获得的动能增加，电子数增加，克服拒斥电压后将有较多电子形成电流，所以曲线电流幅度加大；而拒斥电压增加，能克服它的电子数将减少，电流也减小，所以曲线幅度也就减小了。
近代物理实验_思考题答案
近代物理实验_思考题答案一、夫兰克—赫兹实验1解释曲线I p －V G2形成的原因答；充汞的夫兰克-赫兹管，其阴极K 被灯丝H 加热，发射电子。
电子在K 和栅极G 之间被加速电压KG U 加速而获得能量，并与汞原子碰撞，栅极与板极A 之间加反向拒斥电压GA U ，只有穿过栅极后仍有较大动能的电子，才能克服拒斥电场作用，到达板极形成板流A I 。
2实验中，取不同的减速电压V p 时，曲线I p －V G2应有何变化？为什么？答；减速电压增大时，在相同的条件下到达极板的电子所需的动能就越大，一些在较小的拒斥电压下能到达极板的电子在拒斥电压升高后就不能到达极板了。
总的来说到达极板的电子数减小，因此极板电流减小。
3实验中，取不同的灯丝电压V f 时，曲线I p －V G2应有何变化？为什么？答；灯丝电压变大导致灯丝实际功率变大，灯丝的温度升高，从而在其他参数不变得情况下，单位时间到达极板的电子数增加，从而极板电流增大。
灯丝电压不能过高或过低。
因为灯丝电压的高低，确定了阴极的工作温度，按照热电子发射的规律，影响阴极热电子的发射能力。
灯丝电位低，阴极的发射电子的能力减小，使得在碰撞区与汞原子相碰撞的电子减少，从而使板极A 所检测到的电流减小，给检测带来困难，从而致使A GK I U -曲线的分辨率下降；灯丝电压高，按照上面的分析，灯丝电压的提高能提高电流的分辨率。
但灯丝电压高, 致使阴极的热电子发射能力增加，同时电子的初速增大，引起逃逸电子增多，相邻峰、谷值的差值却减小了。
二、塞曼效应1、什么叫塞曼效应，磁场为何可使谱线分裂？答；若光源放在足够强的磁场中时，原来的一条光谱线分裂成几条光谱线，分裂的谱线成分是偏振的，分裂的条数随能级的类别而不同。
后人称此现象为塞曼效应。
原子中电子的轨道磁矩和自旋磁矩合成为原子的总磁矩。
总磁矩在磁场中受到力矩的作用而绕磁场方向旋进从而可以使谱线分离2、叙述各光学器件在实验中各起什么作用?答；略3、如何判断F-P 标准具已调好？答；实验时当眼睛上下左右移动时候，圆环无吞吐现象时说明F-P 标准具的两反射面平行了。
大学物理实验课思考题参考答案
⼤学物理实验课思考题参考答案⼤学物理实验思考题参考答案⽬录⼀、转动惯量：⼆、伏安法与补偿法三、混沌思考题四、半导体PN结五、地磁场六、⽜顿环七、麦克尔逊⼲涉仪⼋、全息照相九、光电效应⼗、声速测量⼗⼀、⽤电位差计校准毫安表⼗⼆、落球法测量液体的黏度⼗三、电⼦束偏转与电⼦⽐荷测量⼗四、铁磁材料磁化特性研究⼗五、光栅衍射⼗六、电桥⼗七、电位差计⼗⼋、密⽴根油滴⼗九、模拟⽰波器⼆⼗、⾦属杨⽒摸量⼆⼗⼀、导热系数⼆⼗⼆、分光计⼆⼗三、集成霍尔传感器特性与简谐振动⼀、转动惯量：1、由于采⽤了⽓垫装置，这使得⽓垫摆摆轮在摆动过程中受到的空⽓粘滞阻尼⼒矩降低⾄最⼩程度，可以忽略不计。
但如果考虑这种阻尼的存在，试问它对⽓垫摆的摆动（如频率等）有⽆影响？在摆轮摆动中，阻尼⼒矩是否保持不变？答：如果考虑空⽓粘滞阻尼⼒矩的存在，⽓垫摆摆动时频率减⼩，振幅会变⼩。
（或者说对频率有影响，对振幅有影响）在摆轮摆动中，阻尼⼒矩会越变越⼩。
2、为什么圆环的内、外径只需单次测量？实验中对转动惯量的测量精度影响最⼤的是哪些因素？答：圆环的内、外径相对圆柱的直径⼤很多，使⽤相同的测量⼯具测量时，相对误差较⼩，故只需单次测量即可。
（对测量结果影响⼤⼩）实验中对转动惯量测量影响最⼤的因素是周期的测量。
（或者阻尼⼒矩的影响、摆轮是否正常、平稳的摆动、物体摆放位置是否合适、摆轮摆动的⾓度是否合适等）3、试总结⽤⽓垫摆测量物体转动惯量的⽅法有什么基本特点？答：原理清晰、结论简单、设计巧妙、测量⽅便、最⼤限度的减⼩了阻尼⼒矩。
⼆、伏安法与补偿法1、利⽤补偿法测量电阻消除了伏安法的系统误差，还可能存在的误差包括：读数误差、计算产⽣的误差、仪器误差、导线阻值的影响等或其他。
2、能利⽤电流补偿电路对电流表内接法进⾏改进：三、混沌思考题1、有程序（各种语⾔皆可）、K值的取值范围、图 +5分有程序没有K值范围和图 +2分只有K值范围 +1分有图和K值范围 +2分2、（1）混沌具有内在的随机性：从确定性⾮线性系统的演化过程看，它们在混沌区的⾏为都表现出随机不确定性。
物理实验思考题答案
实验10 用直流电位差计校准电表1.如果要校正电压表，线路图该怎样设计？答：先把待测表调零，将标准表和待测表并接，调整待测表读数与标准表读数一致即可。
2.如果用普通电阻（例如偏差为5%）代替标准电阻，能否校正在本实验中使用的毫安表？答：可以。
实验14 用牛顿环测透镜曲率半径1．如果将纳光灯换为白光光源,所看到的牛顿还将会有什么特点?答：所看到的牛顿环中间仍是暗斑,但暗斑往外形成彩纹,由于白光光源有不同波长的单色光组成,所以相干的光程差不同.2 .为什么说读数显微镜测量的是牛顿环的直径,而不是牛顿环放大像的直径?答：因为在测量时被放大牛顿环直径时,显微镜内的叉丝(即标尺)也放大,移动叉丝测量的直径为所得直径.3.为何牛顿环不一样宽,而且随级数增加而减少?答：由于牛顿环上透镜是球面，下透镜是平面，所以靠近中间位置空气二．迈膜比较薄，因此光程差小，所以中间条纹宽，而边缘处相反。
差小，所以中间条纹宽，而边缘处相反。
二．迈实验15 迈克尔逊干涉议测光波波长1.在麦克尔逊干涉实验中，等厚干涉与等倾干涉条纹有什么区别？等厚干涉：干涉条纹是明暗相间的直条纹等倾干涉：干涉条纹是一系列与不同倾角θ（出或入射角）相对应的明暗相间的同心圆环条等倾干涉纹2.怎么利用迈克尔逊干涉仪测量透明介质的折射率？答：①以钠光为光源调出等倾干涉条纹。
②移动 M2 镜，使视场中心的视见度最小，记录 M2 镜的位置；在反射镜前平行地放置玻璃薄片，继续移动 M2 镜，使视场中心的视见度又为最小，再记录 M2 镜位置，连续测出 6 个视见度最小时 M2 镜位置。
③用逐差法求光程差∆d 的平均值，再除以该透明介质得厚度，就是折射率实验16 光栅衍射光谱及光波波长的测定1. 试分析光栅衍射光谱变化的特点和规律答：当入射光线为平行单色光是，得到明暗相同的衍射条纹,明条纹很窄,相邻明条纹见的暗区间的暗区很宽,当入摄光为白光时 ,中央零放明纹们为白光.其两册则形成各种颜色条纹的光谱,不同波长由短到长的次序自中央向外侧依次分开排列,形成由紫到红对称排列的彩色光带.2. 实验中狭缝太宽或太窄时将会出现什么现象?为什么?答：狭缝太宽最终也只会形成白光,由衍射形成条件,当光波波长比缝大得多才能明显衍射; 由光栅公式(a+b)sinφ=kλ可知狭缝太窄则给人一种形成单色光的感觉,因为光强太弱,而没有射条纹.实验17 偏振光分析1.研究光的偏振物性有何意义?有哪些实际应用?答：研究光的偏振性质可以把它用于各个领域,例如利用偏振光读出光盘记录的信息;利用偏振光放立体电影和做糖度计;利用偏振光分析物质内部产生的应力的光弹性学;利用偏振光的反射研究表面状态等.由于偏振光具有包括偏振方向在内的更多的信息,偏振光可作为高效信息的传输和测试手段,而用计算机进行控制处理,又能将复杂的偏振光通过计算机界面直观地显示出来2.如果在互相正交的偏振片 P1.P2 中间插入一块λ/2 片,使其光轴与起偏器 P1 的偏振化方向平行,那么,透过检偏器 P2 的光是亮的还是暗的?为什么?将检偏器 P2 转动 90 度后光是亮的还是暗的?为什么? 答：a 暗的，没有设变振的方向 b 暗的，相当于 180 度夹角，振动方向还是一样。
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1. 透射式光栅的分光原理主要依据的光栅方程为 。
答案：(sin sin )i t d n θθλ+=2. 光栅的应用实验中所使用的光电倍增管在测量钨灯的光谱分布时所需的负高压大概是 。
答案：-500V3. 在使用单色仪的波长调节鼓轮时应注意 ，以免产生 误差。
答案：始终沿同一方向调节；回程（或空程）4. 在对单色仪进行定标时，若两次实测值分别为435.95nm(理论值435.83nm)和546.13nm(理论值546.07nm)，则定标值为 。
答案：-0.09nm5. 在测量光源的光谱分布之前为什么要对单色仪进行定标？答案：一般情况下单色仪都存在由于分光元件定位、螺旋结构的空程等原因产生的系统误差，因此在使用前必须用已知波长的单色光对其进行定标，以达到排除系统误差的目的。
6. 氢和氘的里德伯常数是有差别的，其结果就导致氘的谱线相对于氢的谱线波长会有略微的偏 （大或小），这叫做 。
答案：小；同位素位移7. 氢光谱与氘光谱的谱线分布有怎样相对关系？答案：由于氢元素的原子核质量相对于氘元素的原子核质量要小（D H M M <），因此氢的里德伯常数要小于氘的里德伯常数（D H R R <），从而导致氘的谱线相对于氢的谱线波长略小（D H λλ>），即在光谱图中相邻两峰波长大的为氢元素。
8. 在核衰变的过程中，若在t 时间内的平均衰变原子核的数目为m ，则满足高斯分布时有n 个核发生衰变的概率为：]2)(ex p[21)(2m m n m n P --=π，该过程标准偏差为 ，而平均值的标准偏差为（设测量次数为k ） 。
9. 入射到计数管的粒子引起雪崩放电后形成 ，从而导致计数管不能计数的时间叫做计数管的 。
答案：正离子鞘；死时间10. 请说明在实验中如何测量并描绘所使用计数管的坪曲线？答案：首先根据计数管的实际情况，在粗略判断进入坪区后根据每秒钟计数管的2%<）的计数时间，然后以此时间为计数时间，从计数管开始有计数的位置开始每间隔8伏测量一次计数结果，在计数结果增量逐渐变缓即到达B 点后每隔20伏测量一次计数结果，一直到发现计数管计。
近代物理(习题和解答)
o
8 c 3 10 1 34 ev h h 6 . 63 10 19 . 5 10 19 636 10 1 . 6 10
能电离，动能为： 速度为：
ev E h 13 . 6 5 . 9 k
19
2 E 2 5 . 9 1 . 6 10 6 k (m/s) 1 . 44 10 31 m 9 . 1 10
o
h ( 1 cos ) m c 0 o 0 . 24 ( 1 cos 45 ) 0 . 710 0 . 717 A
设反冲电子与入射光夹角为， 如图
45
解：由康普顿散射公式有：
h
h
p
h h cos45 P cos 有： h si n45 P si n
光量子理论：（1） im ∝光电子数目∝光强；（2） hν=mv2/2+A，Ek∝ν ；（3）存在红限ν0=A/h；（4） 光子一次性被电子吸收而无需时间
6-2 光电效应中电子与光子相互作用过程中动量守 恒吗？为什么？
答：不守恒。 ∵光子与电子不处在孤立系统中， 还要受外力作用。 光子、电子及参与 受力作用 的原子核三者之间总体动量守恒。
B
∴
B 有： f e 0 m
R
G
A
R /2
K
eB0 R 2m 2 2 2 1 2 hc R hc e B 0 m A A 2 8 m
19
9 . 95 10 1 . 4 10 R B
82 2 0
近代物理实验复习题答案
近代物理实验复习题答案一、选择题1. 在迈克尔逊-莫雷实验中，两束光分别沿垂直方向传播，如果以太风存在，那么两束光的传播时间将会：A. 相等B. 不相等C. 无法确定D. 取决于光的频率答案：B2. 根据狭义相对论，当物体的速度接近光速时，其质量将：A. 保持不变B. 增加C. 减少D. 变为零答案：B3. 光电效应实验表明，光具有：A. 波动性B. 粒子性C. 既具有波动性也具有粒子性D. 无法确定答案：B二、填空题4. 根据普朗克的量子假说，能量的传递是________的。
答案：量子化5. 爱因斯坦的质能方程是________。
答案：E=mc²6. 根据海森堡不确定性原理，我们不能同时准确知道粒子的________和________。
答案：位置；动量三、简答题7. 简述德布罗意波的概念及其物理意义。
答案：德布罗意波是法国物理学家路易·德布罗意于1924年提出的理论，它表明所有物质都具有波动性。
这一概念的物理意义在于，它为量子力学的发展奠定了基础，揭示了物质的波粒二象性。
8. 解释什么是量子纠缠，并举例说明其在量子通信中的应用。
答案：量子纠缠是量子力学中的一种现象，指的是两个或多个量子系统之间存在一种特殊的关联，即使它们相隔很远，对其中一个系统的状态进行测量会即刻影响到另一个系统的状态。
在量子通信中，量子纠缠可以用于实现量子隐形传态，即在不传输物理粒子的情况下，将一个量子系统的状态传送到另一个系统。
四、计算题9. 假设一个电子以接近光速的速度运动，计算其相对论性质量增加的比例。
设电子静止质量为9.109×10⁻³¹ kg，速度为光速的99.999%。
答案：首先计算相对论因子γ，γ = 1 / √(1 - v²/c²)，其中v是电子的速度，c是光速。
代入数据计算得γ，然后相对论性质量m = γm₀，其中m₀是静止质量。
计算结果得到相对论性质量增加的比例。
近代物理课后习题答案
1. 用波动方程推出薛定谔方程。
解：设有一个粒子，其质量为m ，能量为E ，动量为P，根据德布罗意关系可知与粒子运动联系的波的角频率ω及波矢k有如下关系：//E k p ω== ħħ（1）则与该粒子相联系的平面波的波函数为：00(,)exp[()/]exp[()/]r t i k r t i p r t ψ=ψ∙-ω=ψ∙-Eħħ （2）（2）式对t 求偏导数得：(,)(,)ir t E r t t ∂ψ=-ψ∂ ħ(,)(,)i r t E r t t∂ψ=ψ∂ ħ（3） （2）式对x 求两次偏导数得：22221(,)(,)x r t P r t x ∂ψ=-ψ∂ ħ即：222(,)(,)x r t P r t -∇ψ=ψħ 同理有：222(,)(,)y r t P r t -∇ψ=ψħ222(,)(,)z r t P r t -∇ψ=ψħ所以，222(,)(,)r t P r t -∇ψ=ψħ 可进一步写成：222(,)(,)22Pr t r t m m-∇ψ=ψ ħ（4） 又由于2/2E P m =（3），（4）式相减得：222()(,)()(,)022Pi r t E r t t m m∂+∇ψ=-ψ=∂ ħħ化简得：22(,)(,)2i r t r t t m∂ψ=-∇ψ∂ħħ （5） 进一步考虑粒子在势场()V r中的运动，2/2E P m V =+（5）式可写为：22(,)()(,)2i r t V r t t m∂ψ=-∇+ψ∂ ħħ上式即为薛定谔方程。
2. 推出电荷守恒公式=λ中的n不可以为零？3.为什么ka n答：若n =0，波函恒为0数无意义 4. 设粒子处于二维无限深势阱{000<y<b(,)x a V x y <<∞ =，其它中，求粒子能量本征值和本征函数。
如果a=b ，能量简并度如何？解：（1）粒子处于二维无限深势阱{000<y<b (,)x a V x y <<∞ =，其它中，则其定态薛定谔方程为：22222()(,)(,)2x y E x y m x y∂∂-+ψ=ψ∂∂ħ，00<y<b x a <<，（1） 22222()(,)(,)(,)(,)2x y V x y x y E x y m x y∂∂-+ψ+ψ=ψ∂∂ħ，(,)x y ∈其它 （2） 对于（2）式，因为(,)V x y →∞，则(,)0x y ψ≡令222mE=k ħ， 则（1）式可可表示为：22222()(,)0k x y x y∂∂++ψ=∂∂解为：12(,)sin()sin()x y x y A k x k y ψ=+δ+δ，,A δ为待定常数 （3）由在阱壁上的连续性可得：(0,0)(,0)(0,)(,)0a b a b ψ=ψ=ψ=ψ= （4 ） 将（3）式代入（4）式得：120δ=δ=1x k a n π=，11,2,3,n =⋯2y k b n π=，21,2,3,n =⋯代入222mE=k ħ中得粒子能量的允许值为： 12222212,()2m n n n n a bπE =E =+ħ，12,1,2,3,n n=⋯对应予能级12,n n E 的波函数记为：1212,(,)sin()sin()n n n n x y A x y a bππψ= 利用归一化条件122,00(,)1a bn n x y dxdy ∣ψ∣=⎰⎰得：A =所以，相应的波函数为：1212,(,)sin()sin()n n n n x y x y a bππψ=（2）当a b =时，能量是二度简并。
物理实验预习思考题
一．亥姆霍兹线圈磁场的测定亥姆霍兹线圈是一对彼此平行且连通的共轴圆形线圈，两线圈内电流方向一致，大小相同，线圈之间的距离d正好等于圆形线圈的半径。
其特点是能在其公共轴线中点附近产生较广的均匀磁场区。
（简述本实验的注意事项）答：1.地磁场的影响不可忽略，移动探头测量时需调零 2.准确确定中心轴线3.如果两线圈接错，可能使亥姆赫兹线圈中间轴线上磁场为零或极小。
二．扭摆法测定物体的转动惯量1.使用物理天平要注意些什么问题？书上P36(新版教材)2.为什么当摆角不同时，测出的K略有差别？答：弹簧的扭转常数K不是固定常数。
书上P1193.本实验忽略了什么因素？通过什么手段来忽略该因素？答：忽略轴承的摩擦力矩，将止动螺丝拧紧。
4.使用TH-2型智能转动惯量测试仪时要注意哪些事项？答：测试仪若死机，重新启动，并设定周期数。
5.写出本实验的注意事项（P119)三．用霍尔传感器测量螺线管磁场1.什么是霍尔效应？在科研中友什么用途？(P166下面。
)答：霍尔效应：通有电流i的导体棒B中受洛伦兹力发生偏转使运动导体棒两端产生电势差。
用途：根据霍尔效应，用半导体材料制成霍尔元件，利用它可以测量磁场，研究半导体中载流子的类别和特性，也可以制作传感器。
2.如果螺线管在烧制中两边单位长度的匝数不同或者烧制不均匀，会引起什么情况？答：磁场不均匀。
3.在螺线管中电流IM恒定（例如100mA）的条件下，移动传感器在螺线管上的位置x，测量U’—x关系。
X的范围是0—30cm，为什么两端的测量数据应该比中心位置附近的测量数据点密集些？答：两端变化快。
四．静电场描绘1.根据描绘所得等位线和电场线的分布，分析哪些地方场强较强，哪些地方场强较弱？答：电场线密的地方强，稀疏的地方弱。
2.在描绘同轴电缆的等位线簇时，如何正确确定圆形等位线簇的圆心，如何正确描绘等位线？答：从最外面的点作两条连线，两条连线的垂直平分线的交点就是圆心。
以同轴电缆的截面圆心，最中心的信号线的圆心为圆心，最大半径为屏蔽层的半径为半径画圆，就是等位线。
大学物理实验思考题答案及解析.
实验四、波器及其应用1．在示波器状况良好的情况下，荧光屏看不见亮点，怎样才能 找到亮点？显示的图形不清晰怎么办？首先将亮点旋钮调至适中位置,不宜过大,否则损坏荧光屏，也不宜聚焦。
在示波器面板上关掉扫描信号后（如按下x－y键），调节上下位移键或左右位移键。
调整聚焦旋钮，可使图形更清晰。
2．如果正弦电压信号从Y轴输入示波器，荧光屏上要看到正弦波，却只显示一条铅直或水平直线，应该怎样调节才能显示出正弦波？如果是铅直直线，则试检查x方向是否有信号输入。
如x－y键是否弹出，或者（t/div）扫描速率是否在用。
如果是水平直线，则试检查y方向是否信号输入正常。
如（v/div）衰减器是否打到足够档位。
3.观察正弦波图形时，波形不稳定时如何调节？调节（t/div）扫描速率旋钮及（variable)扫描微调旋钮，以及（trig level)触发电平旋钮。
4.观察李萨如图形时，如果只看到铅直或水平直线的处理方法？因为李萨如图形是由示波器x方向的正弦波信号和y方向的正弦波信号合成。
所以，试检查CH1通道中的（v/div)衰减器旋钮或CH2通道中的（v/div)衰减器旋钮。
5.用示波器测量待测信号电压的峰－峰值时，如何准确从示波器屏幕上读数？在读格数前，应使“垂直微调”旋到CAL处。
建议用上下位移（position)旋钮将正弦波的波峰或波谷对齐某一横格再数格数，就不会两头数格时出现太大的误差。
6.用示波器怎样进行时间（周期）的测量？在读格数前，应使“垂直微调”旋到CAL处。
根据屏幕上x轴坐标刻度，读得一个周期始末两点间得水平距离（多少div),如果t/div档示值为0.5ms/div，则周期＝水平距离（div）×0.5ms/div。
7.李萨如图形不稳定怎么办？调节y方向信号的频率使图形稳定。
实验六、霍尔效应（Hall Effect）1、实验过程中导线均接好，开关合上，但Vh无示数，Im和Is示数正常,为什么?（1） Vh组的导线可能接触不良或已断。
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一、 夫兰克—赫兹实验1解释曲线I p －V G2形成的原因答；充汞的夫兰克-赫兹管，其阴极K 被灯丝H 加热，发射电子。
电子在K 和栅极G 之间被加速电压KG U 加速而获得能量，并与汞原子碰撞，栅极与板极A 之间加反向拒斥电压GA U ，只有穿过栅极后仍有较大动能的电子，才能克服拒斥电场作用，到达板极形成板流A I 。
2实验中，取不同的减速电压V p 时，曲线I p －V G2应有何变化？为什么？答；减速电压增大时，在相同的条件下到达极板的电子所需的动能就越大，一些在较小的拒斥电压下能到达极板的电子在拒斥电压升高后就不能到达极板了。
总的来说到达极板的电子数减小，因此极板电流减小。
3实验中，取不同的灯丝电压V f 时，曲线I p －V G2应有何变化？为什么？答；灯丝电压变大导致灯丝实际功率变大，灯丝的温度升高，从而在其他参数不变得情况下，单位时间到达极板的电子数增加，从而极板电流增大。
灯丝电压不能过高或过低。
因为灯丝电压的高低，确定了阴极的工作温度，按照热电子发射的规律，影响阴极热电子的发射能力。
灯丝电位低，阴极的发射电子的能力减小，使得在碰撞区与汞原子相碰撞的电子减少，从而使板极A 所检测到的电流减小，给检测带来困难，从而致使A GK I U -曲线的分辨率下降；灯丝电压高，按照上面的分析，灯丝电压的提高能提高电流的分辨率。
但灯丝电压高, 致使阴极的热电子发射能力增加，同时电子的初速增大，引起逃逸电子增多，相邻峰、谷值的差值却减小了。
二、 塞曼效应1、什么叫塞曼效应，磁场为何可使谱线分裂？答；若光源放在足够强的磁场中时，原来的一条光谱线分裂成几条光谱线，分裂的谱线成分是偏振的，分裂的条数随能级的类别而不同。
后人称此现象为塞曼效应。
原子中电子的轨道磁矩和自旋磁矩合成为原子的总磁矩。
总磁矩在磁场中受到力矩的作用而绕磁场方向旋进从而可以使谱线分离2、叙述各光学器件在实验中各起什么作用?答；略3、如何判断F-P 标准具已调好？答；实验时当眼睛上下左右移动时候，圆环无吞吐现象时说明F-P 标准具的两反射面平行了。
4、实验中如何观察和鉴别塞曼分裂谱线中的π成分和σ成分？如何观察和分辨σ成分中的左旋和右旋偏振光？答；沿着磁场方向观测时，M ∆=+1为右旋圆偏振光，M ∆=-1时为左旋偏振光。
在实验中，+σ成分经四分之一玻片后，当偏振片透振方向在一、三象限时才可观察到，因此为相位差为π2的线偏振光，所以+σ成分为右旋偏振光。
同理可得-σ成分为左旋偏振光。
三、核磁共振1、 什么叫核磁共振？答；自旋不为零的粒子，如电子和质子，具有自旋磁矩。
如果我们把这样的粒子放入稳恒的外磁场中，粒子的磁矩就会和外磁场相互作用使粒子的能级产生分裂，分裂若发生在原子核上则我们称为，核磁共振。
2、 观测NMR 吸收信号时要提供哪几种磁场？各起什么作用？各有什么要求？答 两种。
第一种恒磁场B0 使核自旋与之相互作用 核能级发生塞曼分裂 分裂为两个能级 第二种垂直于B0的B1 使原子核吸收能量从低能级跃迁到高能级 发生核磁共振。
共振条件足条件003、 NMR 稳态吸收有哪两个物理过程？实验中怎样才能避免饱和现象出现？答；需要稳态吸收和弛豫两个过程。
4、 怎样利用核磁共振测量回磁比和磁场强度？答；有共振条件0000,)(B B hg v N N ⋅=⋅=γϖμ即测出0ϖ带入就可求出回磁比将理论的回磁比带入就可求出磁场。
四、电子顺磁共振1电子顺磁共振的原理是什么？答；将原子磁矩不为零的顺磁物质置于外磁场B 0中，则原子磁矩与外磁场相互作用能为00mhB B E J γμ-=∙-=（4）那么，相邻磁差0hB E γ-=∆ （5）如果垂直于外磁场B 0的方向上加一振幅值很小的交变磁场2B 1cos ωt ，当交变磁场的角频率ω满足共振条件0hB E h γω-=∆=（6）时，则原子在相邻磁能级之间发生共振越迁这就是自旋共振的基本原理。
2微波段电子顺磁共振的主要装置有哪些？各起什么作用？答；略五、用光栅光谱仪测钠光光谱解释光谱的物理意义，以及从形状上区别光谱的种类六、密立根油滴实验1、 加上电压后，油滴可能出现哪些运动？请分别说明原因。
答；匀速运动或静止；油滴保持匀速运动或者静止时才受力平衡，才符合我们的实验原理，才能用已知公式进行计算。
2为什么不挑选带质量很大的油滴测量？3，如果电容器两极板不水平，即极板间电场方向与重力场方向不平行，这对测量结果有何影响？七、傅立叶分解与合成1、 写出方波和三角波的傅里叶分解式。
答；方波)7sin 715sin 513sin 31(sin 4)( ++++=t t t t h t f ωωωωπ =∑∞=--1])12sin[()121(4n t n n hωπ 三角波)7sin 715sin 513sin 31(sin 8)(2222 +-+-=t t t t h t f ωωωωπ =∑∞=----1212)12sin()12(1)1(8n n t n n hωπ 2、 实验中使用什么电路对方波或三角波进行频谱分解？答；用RLC 串联谐振电路作为选频电路，对方波或三角波进行频谱分解。
3、 将1KHz ，3KHz ，5KHz ，7KHz 四组正弦波的初相位和振幅调节到什么条件输入到加法器叠加后，可以分别合成出方波波形？答；波振幅比为1:31:51:71，初相位为同相。
八、光拍法测量光速1、“拍”是怎么形成的？它有什么特性？答；根据波的叠加原理，两束传播方向相同、频率相差很小的简谐波相叠加，将会形成拍2、声光调制器是如何形成驻波衍射光栅的？什么叫声光效应？答；使声光介质的厚度为超声波半波长的整数倍，使超声波产生反射，在介质中形成驻波场，从而产生驻波衍射光栅；功率信号输出角频率为Ω的正弦信号加在频移器的晶体压电换能器上，超声波沿方向通过声光介质，使介质内产生应变，导致介质的折射率在空间和时间上发生周期性变化，形成一个相位光栅，使入射激光发生衍而传播方向，这种衍射光的频率产生了与超声波频率有关的频率移动这种现象叫声光效应。
3、斩光器的作用是什么？答；，可在示波器上同时观察到远、近程光信号的图形，适当微调光路和光电接收管的位置调节螺丝，使示波器上显示的二路光信号均有一定的幅度。
4、获得光拍频波的两种方法是什么？本实验采取哪一种？答；光拍法和；光拍法九、全息照相1、 怎样理解全息图每点都记录了物体上各点光的全部信息？像面全息也是这样的吗？为什么？答；全息照相是将物光波中的振幅和位相信息以干涉条纹的反差和明暗变化的形式记录下来，形成的干涉条纹，感光后的全息干板，经显影、定影等处理得到的全息照片，相当于一个“衍射光栅”。
全息图的观察是衍射光线逆光线，部分的“衍射光栅”激光照射下也会产生衍射光线，故部分全息图可以再现完整物体，只是衍射光强减弱，光信息容量减小，看到的像变暗或相对模糊。
拍摄全息图时，光路布置要注意些什么？答；1，要求光路中的物光与参考光的光程尽量相等；2光学元件安置要牢靠。
十、混沌实验（与实验十一合并）解释倍周期分岔、混沌、奇怪吸引子概念的物理意义。
十一、PN 结物理特性测定实验（与实验十合并）1、 解释在实际测量中用二极管的正向I －U 关系求得的玻尔兹曼常数偏小的原因。
答；通过二极管的电流不只是扩散电流，还有其他电流。
2、 该实验装置中如何实现弱电流的测量？能测量的最小电流值为多少？答；采用光点反射式检流计与高输入阻抗集成运算放大器实现，能测量的最小电流值为-11110A 十二、高温超导转变温度的测量1、 高温超导体和低温超导体的区别是什么？答；低温超导材料具有低临界转变温度（Tc ＜30K ），在液氦温度条件下工作的超导材料。
低温超导材料由于Tc 低，必须在液氦温度下使用，运转费用昂贵，故其应用受到限制。
高温超导材料 具有高临界转变温度（Tc ）能在液氮温度条件下工作的超导材料。
因主要是氧化物材料，故又称高温氧化物超导材料。
高温超导材料不但超导转变温度高，而且成分多是以铜为主要元素的多元金属氧化物，氧含量不确定，具有陶瓷性质。
氧化物中的金属元素（如铜）可能存在多种化合价，化合物中的大多数金属元素在一定范围内可以全部或部分被其他金属元素所取代，但仍不失其超导电性。
除此之外，高温超导材料具有明显的层状二维结构，超导性能具有很强的各向异性。
高温超导材料的上临界磁场高，具有在液氦以上温区实现强电应用的潜力。
2、什么叫超导现象？超导材料有什么主要特性？答；超导现象是指材料在低于某一温度时，电阻变为零的现象，而这一温度称为超导转变温度（Tc）。
超导现象的特征是零电阻和完全抗磁性。
超导材料是存在电阻为零的超导态的材料，当其处于超导态时，能够无损耗地传输电能。
超导体主要具有三个特性:零电阻性超导材料处于超导态时电阻为零,如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。
这种“持续电流”已多次在实验中观察到。
完全抗磁性超导材料处于超导态时，只要外加磁场小于临界磁场，磁场不能透入超导体内，超导材料内部的磁场恒为零。
超导悬浮，就是利用超导体的完全抗磁性。
约瑟夫森效应当两超导体之间有一薄绝缘层（厚度约1nm）而形成低电阻连接时，会有电子对穿过绝缘层形成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。
当电流超过一定值后，绝缘层两侧出现电压U（也可加一电压U），同时，直流电流变成高频交流电，而且频率与电压成正比。
3、从实验中如何判断样品进入超导态了？4、解释零电阻现象和迈斯纳效应现象的物理本质。
答；产生迈斯纳效应的原因是：当超导体处于超导态时，在磁场作用下，表面产生一个无损耗感应电流。
这个电流产生的磁场恰恰与外加磁场大小相等、方向相反，因而在深入超导区域总合成磁场为零。
换句话说，这个无损耗感应电流对外加磁场起着屏蔽作用，因此称它为抗磁性屏蔽电流。
十三、铁磁材料居里温度的测试1、铁磁物质的三个特性是什么？2、用磁畴理论解释样品的磁化强度在温度达到局里点时发生突变的微观机理是什么？答：样品的磁化强度在温度达到居里点时发生突变的微观机理是，铁磁性物质的磁化与温度有关，存在一临界温度Tc称为居里温度（也称为居里点）。
当温度增加时，由于热扰动影响磁畴内磁矩的有序排列，但在未达到居里温度Tc时，铁磁体中分子热运动不足以破坏磁畴内磁矩基本的平行排列，此时物质仍具有铁磁性，仅其自发磁化强度随温度升高而降低。
如果温度继续升高达居里点时，物质的磁性发生突变，磁化强度M（实为自发磁化强度）剧烈下降，因为这时分子热运动足以使相邻原子（或分子）之间的交换耦合作用突然消失，从而瓦解了磁畴内磁矩有规律的排列，此时磁畴消失，铁磁性变为顺磁性。
3、测出的V-T曲线，为什么与横坐标没有交点？答；在εeff(B)～T曲线斜率最大处作切线，与横坐标轴（温度）相交的一点即为居里温度Tc，这是因为温度升高到居里点时，铁磁材料的磁性才发生突变，所以要在斜率最大处作切线。