浙师大近代物理实验复习整理.doc

核磁共振

1、 实现核磁共振的内因是原子具有自旋角动量和磁矩。自旋量子数等于零的核，其角动量和磁矩均为零。自然界大约有105 种同位素的核，其自旋量子数I 为整数或半整数，具有不为零的角动量和磁矩，可以观测到核磁共振信号。
2、 当核自旋系统处于恒定直流磁场BZ中时，若在垂直于BZ方向加一个频率为v 的射频(106-109HZ)场B1，当射频的量子能量hv 与塞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E 1到E 2的受激跃迁，和由E 2到E 1的发射跃迁。
3、射频边限振荡器因处于振荡与非振荡边缘状态而得名。它提供核磁共振所需的射频磁场B1。
4、对通常制备的水样品来说，是未能满足稳态条件的，因为扫场速度不够缓慢，以致磁化强度M 未能紧跟磁场的变化，共振吸收信号的最大值略滞后于共振点，且在共振区后出现摆动尾波。
5、 核自旋系统通过自旋和晶格之间的相互作用(纵向过程)，及自旋的相互作用(横向过程)逐步由非平衡态恢复到平衡态的过程，称为弛豫过程。
6、 共振吸收会破坏能级粒子数的热平衡分布而趋向饱和。因为在共振吸收过程中，低能级粒子跃迁到高能级，使高、低能级的粒子数分布趋于均等，这时共振吸收信号消失，粒子系统处于饱和状态。有利于弛豫过程使能级粒子数恢复平衡分布。
7、 实验中，怎样才能避免饱和现象出现? 加一个扫场电压。

X射线衍射

1、 布拉格反射实验中，选择用晶体这个天然的光栅来研究X射线的衍射，是因为晶格正好与X射线的波长同数量级。其中布拉格公式为

2、 X射线的产生是高速运动的电子撞击物质后，与物质中的原子相互作用发生能量转移，损失的能量通过两种形式释放出X 射线。
（1）如果被靶阻挡的电子的能量不越过一定限度时，发射的是连续光谱的辐射。这种辐射叫做轫致辐射；（2）当电子的能量超过一定的限度时，可以发射一种不连续的、只有几条特殊的谱线组成的线状光谱，这种发射线状光谱的辐射叫做特征辐射。

3、 波长小于0.1 nm 的称为硬X 射线， 波长大于0.1 nm 称为软X 射线．衍射工作中使用的X 射线波长通常在1nm 左右。

4、 一般选择原子序数比阳极靶小1~2 的元素作为滤波片材料，例如，Mo 靶可用Zr 滤波片。

5、 点阵中的每一个阵点可以是一个原子或一群原子，这个（群）原子称为基元，基元在空间的重复排列就形成晶体的结构。

6、 用三个晶面族就可以把晶格分成许多完全相同的平行六面体，这样的平行六米那体称为晶胞，晶胞是由其三边边长a、b、c和三边夹角a、b、g 来表示。

7、 为了表示晶面族的差异，可用密勒指数来表示晶面族，密勒指数就可以这样确定，即限晶面族中离原点最近的晶面，如果此晶面在三个基本矢量a、b、c 上的截距为a/h、b/k、c/l（h、k、l 为不可约整数），则密勒指数为（h、k、l）。

8、布拉格公式和光栅衍射的极大公式的不同点：
光栅衍射公式，j=0，，，……
布拉格公式，n=1,2,L
X射线的衍射图样可以看做是X射线对晶体没一点阵平面簇的相干性反射所导致的结果，其n也没有负值可取，图样是不对称的。
光栅衍射的图样是对称的。
【注意事项】
1、x 射线装置在x 射线管辐射中心区域产生的局部剂量率可能超过10 Sv/h，即使短时间照射，该剂量率也会对生命组织产生伤害。在装置外部，由于内置的防护装置和屏蔽限制局部剂量率小于1μSv/h，该值与天然本底辐射处于同一量级。
装置内部所产生的高计量率意味着使用者在操作x 射线装置时要特别小心。
未经许可不得进入到装置内部。
开启该装置前，要检查设备的外罩，尤其是铅玻璃窗和包围x 射线管的铅玻璃管是否完好，玻璃滑门应关闭良好。
测试两个安全保护电路能否正常工作。按下滑动门的锁销时，要注意观察x射线管，确保其高压能自动切断。
不要将活的生物放入装置内。
不要让x 射线管的阳极过热。
2、本实验使用的NaCl 晶体或LiF 晶体都是价格昂贵而易碎、易潮解的娇嫩材料，要注意保护：
1） 平时要放在干燥器中；
2） 使用时要用手套；
3） 只接触晶体片的边缘，不碰它的表面；
4） 不要使它受到大的压力（用夹具时不要夹得太紧）；
5） 不要掉落地上
3、 使用测角器测量时，光缝到靶台和靶台到传感器的距离一般可取5cm～6cm 左右，此距离太大，会使计数率太低；此距离太小，会降低角分辩本领。
4、数据采集完备，样品恢复原样，关掉高压

U = 35.0 KV，电流I = 1.00 mA，测量时间Dt = 3 s ~ 10 s，角
步幅Db = 0.1 °，按COUPLED 键，再按b键，设置下限角为 4.0 °，上限角为24°

高温超导
1、 超导体具有许多特性，其基本属性包括以下二种特性：
1、零电阻效应和转变温度
低于这个特征温度，电阻率为零，材料进入超导状态。通常称这个特征温度为超导体的转变温度或临界临界温度用Tc表示
曲线开始偏离直线处对应的温度称为起始转变温度，以ρ0n 和T0n 表示该点的电阻率和温度值，电阻率降到ρ0n 的一半时的温度称为中点转变温度以Tm 表示；通常又称之为转变温度，以Tc 表示。ρ刚好完全到零时对应的温度，称为零电阻温度,以Toc 表示。将ρon 的90%到10%所对应的温度间隔称为转变宽度,以△Tc 表示。从使用的角度看，Tc 越高越好，△Tc 越小越好。
2、迈斯纳效应
当把超导体置于外加磁场时，磁通不能穿透超导体，而使体内的磁感应强度始终保持为零〔B=0〕超导体的这个特性又称为迈斯纳效应。
3、为了减少漏热，联接样品的引线较细，其电阻较大，为了消除这些电阻的影响，实验中采用四引线法。
【注意事项】
1. 使用液氮一定要注意安全。（1）不要让液氮溅到人体、仪器或引线上；（2）液氮汽化时体积将急剧膨胀，切勿将容器出气口封死；（3）氮气是窒息性气体，应保持实验室有良好的通风。
2．样品的焊接与保存。（1）焊接样品时，宜用小烙铁头，不应焊动压铟点处的涂银丝，并使锡焊接点保持亮泽（去除助焊剂）。（2）钇钡铜氧材料易吸收空气中的水汽使超导性能变坏，应存放在有硅胶干燥剂的密封容器中。
3．探棒不得剧烈震动和撞击，以免震断连接样品的涂银丝而损坏仪器。拿离和放回实验台时，一定要轻拿轻放；浸入和提离低温液氮杜瓦时，一定要将探棒竖直对准杜瓦瓶口的中心轴线缓慢操作，避免跟瓶口和其他物体碰撞。

弗兰克-赫兹
1、 通过对汞原子第一激发电位的测定，证明原子具有能级，从而获得对微观粒子的基本特性——能量量子化的具体认识。

2、电子由热阴极发射，经电场G K V2加速趋向阳极，只要电子能量达到可以克服减速电场G2P V 就能穿越栅极2 G 到达极P 形成电子流P I 。电子在前进途中要与原子发生碰撞。如果电子能量小于第一激发能1 eV ，碰撞是弹性的，电子损失的能量极小，能如期到达阳极；如果电子能量达到或超过1 eV ，电子与原子发生非弹性碰撞，电子把能量1 eV 传给气体原子。

3、为灯丝加热电压；为正向小电压，可以克服电子在 之间的堆积现象；为加速电压，为加速区、碰撞区，使电子与汞原子的碰撞机会大大增加。为反向电压，能阻止电子通过到达极。这样就能区别碰撞与未碰撞电子，因为，发生非弹性碰撞的电子无法克服的作用穿过到达极。
4、穿过栅极的电子所形成的电子流将随的增大而增大。如果加速到栅极的电子获得等于或大于1eV 的能量出现非弹性碰撞，则发生的第一次下降。随着的增加，电子与原子发生非弹性碰撞的区域向阴极方向移动，经碰撞损失能量的电子在向阳极途中又得到加速，开始有足够的能量克服减速电压到达极，又开始增加。而如果的增加使那些经过非弹性碰撞的电子能量又达到1eV ，则电子又将与原子发生非弹性碰撞，造成又一次下降。在较高的情况下，电子在趋向阳极途中将与原子发生多次非弹性碰撞。每当造成的最后一次非弹性碰撞区落在栅附近，就会使－曲线出现下降。如此反复将出现如图2-3 的曲线。

5、 阳极电流到达峰值以后的下降并不是完全突变的，波峰部会有一定的宽度，这主要是由于从阴极发出的电子其能量服从一定的统计分布规律。即使在的条件下，波谷底的也不会等于零，这是由于电子与原子碰撞有一定的几率，当大部分电子恰好在栅极前使汞原子激发而损失能量时，总会有一些电子未经碰撞而穿过栅极到达阳极。
6、 曲线第一峰位位置值与第一激发电位有偏差。这是因为管阴极和栅极往往是用不同金属材料制作，会产生接触电势差。真正加在电子上的加速电压不等于，而是与接触电势差的代数和，这将影响实验曲线第一峰的位置。
7、 电子的平均自由程

随着温度的升高，值急剧上升，所以也将随之迅速减小。
1、在过高的温度下，电子与汞原子的碰撞次数大大增加，虽然电子与汞原子弹性碰撞一次所损失的能量十分微弱，但在整个加速过程中弹性碰撞所损失的能量却是相当可观的。
2、在过低温度下，电子的平均自由程较长，与汞原子发生碰撞的几率很小，在每个自由程间隔中电子从电场中所获取的能量较大，当电子所积聚的能量比4.9 eV 大得多时，汞原子的第一激发态的激发几率明显下降，且有可能将汞原子激发到更高能级，甚至电离。
上述两种情况都不利于汞原子第一激发电势的测量。
8、 本实验中的跃迁
【注意事项】
1. 先按电路连好线路并检查确认过，再加热升温。在F-H 管未达到炉温时，切勿打开电源组开关；开启电源前，检查所有旋钮是否置于最小端处。
实验中充汞实验管必须加热，维持适当温度。因为管内有足量的液态汞，保证在使用温度范围内总有一些液态汞存在，所以管内总是处于饱和状态。当温度改变，汞的饱和蒸汽压发生改变，即汞蒸汽的密度发生改变，从而导致电子与原子碰撞的平均自由程发生改变。
由于电子在一个平均自由程内获得的能量可以近似为：

V 是电场加速电压，d 为K、间的距离。当温度较高时，较短，E 值较小，因此一个电子在两次碰撞间获得的能量去激发高能级的机会较小，激发低能级的机会就较大；相反，λ较长，E 值较大，一个电子就会有较多机会去激发高能级，甚至使原子电离。所以要防止汞原子电离就必须保持适当的高温。
2. 谨防F-H 管击穿（炉温过低或加速电压过高都会引起击穿），若检测到突然增大没有回落的迹象，说明实验管发生击穿，应立即调低，以免F-H 管受损。
3. 灯丝电压不要超过2V；
4. 小心实验炉的高温，人或物远离炉壁。
5. 测量－曲线时，注意回程误差，在波峰、波谷处应密集测量多个点。

密立根油滴

1、 用密立根油滴法，测量电子电量的基本原理：根据带电油滴在电场和重力场中的运动和受力情况，计算其所带电量的大小。

2、如何选取油滴？
1、用平衡法时，加工作（平衡）电压250V 左右，驱走多余油滴，直到剩下几颗缓慢运动为止。注视其中一颗，仔细调节平衡，使其静止不动。然后去掉平衡电压，让它匀速下降。下降时间在10秒到30之间的（六格）。
2、用非平衡法时，加电压保持400V 不变（这时功能控制开关置“提升”档）。注视其中一颗，同时开始计时，记录时间。应选择10s以上的。

3、当值较大时（这时平衡电压100V 以下），匀速下降2mm 的时间很短（10 秒以下），带来误差的0.5个电子的电荷在分配给个电子时，误差必然很小，其结果值总是十分接受于库仑。这是实验中不宜选用带电量较多油滴的原因。

4、在不同的电压和不同的电荷下，油滴在容器内可能出现哪些运动状态?
匀速下降，匀速上升，静止，加速上升，加速下降

5、密立根油滴实验证明了电荷的不连续性(具有颗粒性)，即油滴所带电荷都是基本电荷e的整数倍。
6、、密立根油滴实验应对实验测得的各个 求 数，这个 就是
值。
实验测得的各个电量求最大公约数，这个最大公约数就是基本电荷值。

注意：
1、用喷雾器从喷油口向内急速喷入少量油雾（不要连续几下大量喷雾，不然小孔会被油堵塞），关闭小孔进行观察显示器，视场中会出现大量油滴。
2、使用中，前后调焦范围不要过大，取前后调焦内的油滴较好。
要做好实验，重要的一点是选择合适的油滴。油滴体积不能太大，太大油滴虽然较亮，但一般带的电荷较多，下降速度较快，时间不容易测准确。也不能太小，太小则布朗运动明显。一般可以选择平衡电压在200V 左右，在30 秒左右下降 距离的油滴。

数据处理：
通常用“倒过来验证”的办法数据处理。即用公认电子电荷值库仑去除实验测得的电量。得到一个接近于某一整数的数值，这个整数就是油滴所带的基本电荷数目，再用去除实验测得的电量，即得电子的电荷值。

光学多道
1、 注意事项
注意事项：
实验开始前，要将实验光源打开，预热实验光源，使光源发出光谱分布稳定。
在进行背景光采集时应该避免实验灯光的干扰。
对谱线进行采取峰值时，应保证谱线较为尖锐，使得实验数据较准确。
用汞灯进行定标时，可以用键盘上的上下左右键进行定标，保证定标的准确性。
由于钠灯和汞灯的光强较强，因此应减小狭缝的宽度或者将汞灯和钠灯放置较远，以免光强过强使得CCD饱和，测得的谱线平坦。
氢氘灯的强度较弱，因此可以略微改变狭缝的宽度使得实验数据较明显。
2、 简述本学期你做光学多道实验的实验方案。
中心波长——采集背景——定标——测量未知波长——结束实验。
3、 多色仪
多色仪部分光路
图 4 多色仪及光源部分的光路
如图4为多色仪及光源部分的光路。光源S经透镜L成像于多色仪的入射狭缝S1，入射光经平面反射镜M1转向90°，经球面镜M2反射后成为平行光射向光栅G。衍射光经球面镜M3和M4成像于观察屏P。由于各波长光的衍射角不同，在P处形成以某一波长λ0为中心的一条光谱带，使用者可在P上直观地观察到光谱特征。转动光栅G可改变中心波长，整条谱带也随之移动。多色仪上有显示中心波长λ0的波长计。转开平面镜M4可使M3直接成像于光电探测器CCD上，它测量的谱段与观察屏P上看到的完全一致。通过它把含有某些光谱信息的待测光信号进行光谱分析，在出射狭缝得到光谱范围为λ1-λ2的待测光谱信号图像。
4、 CCD的工作原理
1. 电荷耦合器件（CCD）
电荷耦合器件是一种以电荷量表示光量大小，用耦合方式传输电荷量的新型器件。它具有自扫描、光谱范围宽、动态范围大、体积小、功耗低、寿命长、可靠性高等一系列优点。
CCD 基本结构和 MOS(金属一氧化物一半导体)器件一样，衬底是硅半导体。如图1，硅表面有一层二氧化硅薄膜，再上面是一层金属，作为电极。这样，在硅和电极之间形成一个小电容，在其两端加一偏压就产生一个与硅表面垂直的电场。如果衬底是 p 型 Si，金属电极置于高电位，电场的方向则从金属指向 p 型半导体。在金属界面积累了一层正电荷，p型半导体界面处的空穴被排斥，只剩下带负电荷的受主杂质离子，形成一耗尽层。耗尽层的杂质离子是不能自由移动的，对导电作用没有任何贡献。随着电压的增加，耗尽层将逐渐展宽。
图 2 三相 CCD 器件的传输过程
图 1 (a)p型Si表面附近的耗尽层, (b)p型Si表面附近的反型层.
在耗尽区内或附近，由于光子的作用产生了电子一空穴对，电场将电子吸引到半导体与绝缘体的界面。这些导体中的电子是可以自由运动的，是参与导电的载流子，它们在界面形成了一个 n 型半导体层。它与原衬底的导电类型相反。故称为反型层。反型层内电子的数目取决于光生电子—空穴数的累积值，器件曝光时间越长，此电荷包中电子的数目就增多，耗尽层的宽度逐渐变窄。
CCD 列阵的电荷包可以通过耦合的方式传输。图 2 表示一维 CCD 列阵的传输情况，列阵中每三个器件为一个单元，列阵中各单元的φ1电极接同一时钟脉冲线，各单元所有的φ2电极与φ3电极与另两条时钟脉冲线相接。三个时钟脉冲的波形如图 2(c)所示。在t＝t1时刻，φ1的电位最高，φ2，φ3的电位为零，因此，电荷包贮存于 φ1电极下的势陷内。当 t＝t2时，φ2电位升高与φ1相同，φ1电极下的电荷包开始向电极φ2扩散。当 t＝t3时，φ1的电位开始下降，φ2电位最高，φ2电极下的势陷比φ1电极下的势陷低，电荷包就从φ1电极下完全转移到φ2电极下。当t＝t4时，φ1、φ3的电位均为零，φ2电位最高，为下一次传输作准备。时钟脉冲不断重复，电荷包就从左边向右边传递，最后从输出二极管输出。产生电荷包的光子可以透过衬底入射，也可以透过电极或从电极的间隙通过二氧化硅入射到衬底上。但前者的量子效率高于后者，因为通过电极和氧化层时均有吸收和反射损耗。
CCD 线型列阵可以分为两部分，前一部分是受照—成像区，后一部分是用于读出信号的移位寄存器。在成像区，相邻像元之间有阻止电荷横向扩散的沟道。器件曝光后。各像元电极下贮存的电荷包与各像元的曝光量成正比、形成一幅“电荷图”横向转移脉冲把各像元下的电荷包移入到移位寄存器保存，然后在时钟脉冲φ1、φ2、φ3的作用下将各像元的电荷包从移位寄存器逐个移位，最后经输出二极管读出。在移位寄存器读出的过程中，成像区又在曝光。
5、
6、OMA系统由于探测器所有的像元（N个）同时曝光整个光谱可同时取得，因此，比用一般的单道光谱系统检测同一段光谱的积分时间总和快N倍。这特别有利于单次或很少几次脉冲过程的测定，和在光照下受损伤的样品的光谱测定。

锁相放大
锁相放大器主要由三部分组成，如图1所示，包括信号通道，参考通道和相关器。

信号通道低噪声前置放大器，有源滤波器，主放大器，它的作用是把微弱信号放大到足以推动相关器工作的电平，并兼有抑制和滤掉部分干扰和噪声，扩大仪器的动态范围。
参考通道是指从参考信号输入到乘法器输入之间的部分，主要是由触发电路、相移电路、方波形成电路和驱动级等几部分组成。作用是产生与被测信号同步的参考信号输给相关器。通常锁相放大器的参考通道输出是和信号同步的对称方波，用以驱动相关器的场效应管开关。
相关器由相敏检波器和低通滤波器组成，是锁相放大器的核心部件，具有动态范围大，漂移小，时间常数可调，线性良好等性能。
试述弱信号处理的基本思路和基本方法。
答：基本思路：将噪声和干扰去掉，只保留信号本身。基本方法：①同步积累；②相关接受；③匹配滤波器。
锁相放大器为什么可以检测微弱信号？
答：因为锁相放大器利用待测信号和参考信号的相互检测原理实现对信号的窄带化处理，有效抑制了噪声，从而可以检测微弱信号。
弱信号检测中基本方法有 同步积累 、 相关接收 、匹配滤波器 。根据惯例，锁相放大器等效噪声带宽一般用 RC 表示。（时间常数）锁相放大器的核心部件是相关器。它主要由乘法器和积分器两个重要部分构成。·
本实验在掌握实验原理之后，利用锁相放大器观察输入信号通道前后的幅值、波形情况，观测参考通道前后信号的变化情况，观测锁相放大器输入输出波形，并通过调节参考通道相移器来改变两信号间的相差的同时，观测锁相放大器输出信号幅值及波形变化，观察并测量相关器谐波响应。
实验所用仪器：多功能信号源，示波器，宽带相移器，交流、直流、噪声电压表等。
1.准备工作
1）接通电源，预热2分钟。
2）调节多功能信号源，是输出频率在1KHZ左右。调节输出幅度幅度旋钮。用交流、直流、噪声电压表测量输出直流电压，使输出100mv。
3) 至相关器直流放大倍数×10，交流放大倍数×1。
4） 用示波器观察PSD输出的波形，并用交、直流、噪声电压表测量相关器的输出直流电压、相关器低通滤波器的时间置1秒。
2.相关器的PSD波形输出观察及输出电压测量
1）调节宽带相移器，用示波器观察值得大小，使得分别为0°,90°,180°,270°。
2）观察PSD的输出波形，并记录测量相关器输出直流电压与相关器的输入信号对参考信号之间的相位差之间的关系。
3. 相关器谐波响应观察并测量
1） 同实验2把上述实验连接略作如下改变。宽带相移器输入信号由n输出（即n倍频或者倍频）送给。
2） 先置分频数为1，由于示波器观察PSD输出直流电压，调节宽带相移器的相移，使输出直流电压最大，并观察示波器波形相同于全波整流波形，并使得相位差为零，记录数据。
3） 改变分数n为2，3,4,5……，并记录数据。

真空
从物理现象来看，粗真空以分子相互碰撞为主，即分子自由程容器尺寸d；低真空则是分子相互碰撞与器壁碰撞不相上下；高真空时以分子与器壁碰撞为主，即；超高真空时分子碰撞器壁的次数也很少，形成一个单分子层的时间已达到以分钟计；极高真空时分子数已很少，统计涨落现象已较严重（），经典统计规律产生了偏差。
热阴极电离真空计工作需要在10-1Pa以下，当系统压强高于此值时，气体分子数密度较高，灯丝发射出的电子使分子电离后，正离子在加速飞向板级时，会与气体分子碰撞，可能不能形成板流，或形成板流较小，无法准确测出系统压强。
油扩散泵若工作压力大于10-1Pa，会导致扩散泵油氧化，实现不了真空泵的作用。只有在压强小于10-1Pa气体处于分子流状态，可以保证绝大部分气体分子以定向扩散形式进入高速蒸汽流。而由于油蒸汽压和反扩散限制了油扩散泵的极限真空度，使其最低真空度约为10-6Pa。
测量
（1）热电偶真空计
利用气体分子的热传导性质，通过热电偶产生的电动势来测量真空的。热电偶真空计的原理见图4，一端开口的玻璃壳的开口端与真空室相接，玻璃壳内的真空度与真空室内的真空度相同，外电路给加热丝通电，热电偶的一个结点与加热丝焊接或压接在A 点，结点的温度与加热丝的温度相同。在恒定的电流下，加热丝的温度高低取决于玻璃壳内的气体压强（即真空度），压强越大，气体传导热量越多，加热丝的温度越低，毫伏表测量出的热电动势越小；相反，压强越小，气体越稀薄，气体传导热量越少，加热丝的温度升得越高，毫伏表测量出的热电动势越大。
图 1 热电偶真空计的工作原理
测量范围：10 ～ 10-1Pa。该真空计测量存在下限的原因是：当气体分子较少时，加热丝温度较高，分子热传导很小，加热丝本身的热传导和热辐射引起的热量减少占主导地位，所以限制了热电偶真空计测量范围。
（2）热阴极电离真空计
电离真空计由电离规管和测量电路组成，电离规管类似于一个电子三极管，由阴极（灯丝）、栅极和板极（收集极）组成，其结构见图5。该真空计的工作过程可以描述如下：灯丝通电发热，发射电子，电子被栅极的正偏压加速而获得能量，与栅极和阴极之间的气体分子碰撞使分子电离；电子被栅极所吸收，形成栅极电流；正离子被阴极和板极之间的电压加速而飞向板极，形成板极电流。板极电流的大小取决于电子在阴极和栅极之间碰撞分子使其电离的数目，该数目正比于气体的浓度即气体的压强，所以，板流与气体的压强成正比，通过校准比例系数（该系数与气体的种类有关），就可以用板流指示真空度。
测量范围：是10-1～ 10-6Pa。该真空计测量存在上限的原因是：
当气体压强较大时：
1）电子的发射需要加热到一定能力，然而压强大会使得电子的平均自由程小于电离所需的自由程，无法电离；
2）电离管容易烧坏，在空气下灯丝容易烧断。
图 2 电离真空计的工作原理
存在上限的原因是：当分子数少于一定额度时，电离出的电子能够直接到达收集板，与气体的压强无关，所以限制了热电偶真空计测量范围。
获得
（1） 机械泵
将机械泵作前级泵，获得粗真空。机械泵是利用机械旋转产生吸气和排气过程，以获得真空。常用的是旋片式机械泵，它的主要结构见图2，由定子、转子、旋片、弹簧等组成。转子在电机的带动下转动，转子的外表面与定子的内表面在图中的A 点相切，转子槽内装有带弹簧的旋片，旋转时靠离心力和弹簧的张力使旋片的顶端与定子内壁始终紧密接触。当转子按图中方向旋转时，同时完成吸气和排气过程。排气阀采用油封，油在工作室的内表面形成油膜，有利于润滑和A点的密封。
图 3 旋片式机械泵工作原理
由于油在工作室的内表面形成油的蒸汽压，限制了机械泵的极限真空度，并有可能污染真空系统。机械泵的极限真空度约为10-1Pa，它主要由机械泵油的饱和蒸汽压和泵的机械加工精度决定的，因此只能用于获取粗真空。
（2）油扩散泵
油扩散泵作次级泵，来获得高真空。油扩散泵是利用气体的扩散性质制作的，结构原理见图3 ，其结构主要由泵体、喷嘴、导流管、冷却水套和加热器等部分组成。在10-1Pa 的真空下，将扩散泵油（一种低蒸汽压的高分子物质）加热到沸腾温度，产生大量油气，经导流管高速喷出，把由进气口扩散来的气体夹带着喷向下方；油气被泵体冷凝，重新变成油，返回蒸发器，并释放出夹带的气体，气体被机械泵抽走，而油又被重新加热循环，如此反复，达到连续抽气的目的。放出的气体储存至储气筒，再由机械泵将气体抽出。
图 4油扩散泵的工作原理
油扩散泵比机械泵能获得更高的真空度，它的工作压力范围是10-1 ~ 10-6Pa。油扩散泵若工作压力大于10-1Pa，会导致扩散泵油氧化，实现不了真空泵的作用。只有在压强小于10-1Pa气体处于分子流状态，可以保证绝大部分气体分子以定向扩散形式进入高速蒸汽流。而由于油蒸汽压和反扩散限制了油扩散泵的极限真空度，使其最低真空度约为10-6Pa。

浙江师范大学《近代物理实验》考试卷
（2005~2006学年第一学期）
一、 填空题
1、 实现核磁共振的内因是原子具有自旋角动量和磁矩。自然界大约有105种同位素的核，其自旋量子数I为整数或半整数，具有不为零的角动量和磁矩，可以观测到核磁共振信号。
【书p168】
2、 布拉格反射实验中，选择用晶体这个天然的光栅来研究X射线的衍射，是因为晶格正好与X射线的波长同数量级。其中布拉格公式为
【书p123】
3、 OMA系统由于探测器所有的像元（N个）同时曝光整个光谱可同时取得，因此，比用一般的单道光谱系统检测同一段光谱的积分时间总和快N倍。这特别有利于单次或很少几次脉冲过程的测定，和在光照下受损伤的样品的光谱测定。
【书p49】
4、 从物理现象来看，粗真空以分子相互碰撞为主，即分子自由程容器尺寸d；低真空则是分子相互碰撞与器壁碰撞不相上下；高真空时以分子与器壁碰撞为主，即；超高真空时分子碰撞器壁的次数也很少，形成一个单分子层的时间已达到以分钟计；极高真空时分子数已很少，统计涨落现象已较严重（），经典统计规律产生了偏差。
【书p106】
5、 微弱信号检测的常用方法有：同步积累、相关接受和匹配滤波等。锁相放大器的核心部件是相关器。它主要由乘法器？和积分器两个重要部分构成。
【书p163-166】
二、 简答题
4、 X射线管产生的X射线可分为哪两种(特征辐射：不连续的和韧致辐射：连续的 )？产生的原理分别是什么？
5、 简述本学期你做光学多道实验的实验方案。
6、 简述不同负载（匹配负载、短路板、失配负载）下微波的传输状态及驻波比情况。
7、 在核物理实验结束时，为什么一定要将分析器上的高压调为零后才能关闭电源？
一、填空题（每空格1分，每小题4个空格，同学根据平时选做实验从中选5小题，填空题满分20分，多做不给分，以小题为单位批改）
1、 密立根油滴实验证明了电荷的不连续性(具有颗粒性)，即油滴所带电荷都是基本电荷e的整数倍
2、 原子只能处在某些能量分立的稳定状态，每一状态对应一定的能量，其数值是彼此分隔的，原子在这些状态时，不发射和吸收能量。
3、 射出的射线的能量=；射出的射线的能量=；1居里=
【《近代物理实验讲义》p52，66】
4、 弱信号检测中基本方法有同步积累、相关接受、匹配滤波器。
【《近代物理实验讲义》p163】
9、弱信号检测中基本方法有 同步积累 、 相关接受 、 匹配滤波器 。根据惯例，锁相放大器等效噪声带宽一般用 RC 表示。（时间常数）
5、原子只能处在某些_______的稳定状态，每一状态对应一定的______，其数值是彼此______，原子在这些状态时，________________能量。
8、我们所使用的仪器中，相关器主要由 乘法器 和 积分器 两部分组成，要求输入 信号 通道和__参考__通道。典型锁相放大器由 参考 通道、 信号 通道和相关器组成。（★★）
填空题
7、对于面心立方晶体，只有 都是 或 的晶格平面才是可能的 ，才可能出现电子衍射环纹。
8、密立根油滴实验应对实验测得的各个 求 数，这个 就是
值。
二、简答（述）题（每题6分，同学根据平时选做实验从中选5小题，满分30分，多做不给分，以小题为单位批改。）
4、在CT实验结束时，为什么一定要调高压为零后才能关闭电源？（★★★）
答：防止下次开机时，由于电压过高击穿仪器。
简答（述）题
7、何谓弛豫过程？（核磁共振）
答：采用示波信号作为参考信号，输出仅与测得信号的幅度es（s为下标）成正比，积分时间不为无限大。
9、简述典型微波基本参量测量系统的组成部分。（★★）
答：固态信号源、隔离器、衰减器、频率计、检流计（示波器）、功率计、测量线、常用波导元件、选频放大器。
简答（述）题
9、简要回答锁相放大器的三个动态特性参量及其相互关系。
答：输入总动态范围=动态储备+输出动态范围。输入总动态范围一般取决于前置放大器的输入端噪声及输出直流漂移。噪声大时增大动态储备，噪声小时，可增大输出动态范围。
6、右图是某次实验的CT扫描结果，从横截面图可以看出，比较简单地字如“工”、“C”和“T”这三个字很清楚，但笔划比较复杂的“业”却有一些问题，即“业”字左右两撇和相邻的两竖均有连接现象，而且“业”字的两竖之间也有连接现象，请对造成这一现象的原因进行分析。
答：分辨率设置低，扫描时间不够长，吸收不彻底。
8、密立根实验中为什么不能选择带电量较多的油滴？
10、锁相放大器为什么可以检测微弱信号？
答：因为锁相放大器利用待测信号和参考信号的相互检测原理实现对信号的窄带化处理，有效抑制了噪声，从而可以检测微弱信号。
4、 在核磁共振实验中，为什么要把边限振荡器调至边限状态？
边限振荡器是指振荡器调节至振荡与不振荡的边缘，当样品吸收能量不同亦即线圈Q值改变时，振荡器的振幅将有较大变化。当共振时样品吸收增强，振荡变弱，在示波器上就可显示出反映振荡器振幅变化的共振吸收信号。
7、试述弱信号处理的基本思路和基本方法。
答：基本思路：将噪声和干扰去掉，只保留信号本身。基本方法：①同步积累；②相关接受；③匹配滤波器。
8、密立根油滴实验中，应如何选择油滴（应讲清楚选择过程）？为什么？
10、试述弱信号检测的基本思路和基本方法。