1、近代物理实验,一、原子光谱,二、真空技术,三、信息光学,四、微波与核磁共振,五、低温技术,实验项目：一、原子光谱实验 一 法 拉 第 效 应实验 二 椭偏仪测量薄膜厚度和折射率实验 三 塞 曼 效 应二、真空技术实验 一 高真空的获得与测量实验二 真 空 镀 膜实验三 电子衍射实验四 气体放电等离子体的研究 三、信息光学实验一光拍法测量光速实验二 用傅里叶变换全息图作资料存储,实验项目：实验三数字式光学传递函数测量和透镜像质评价实验四电子散斑干涉(ESPI)技术测量物体 离面位移四、微波与核磁共振实验一 电子顺磁共振实验二 核磁共振实验三 铁磁共振实验四 微波的干涉与衍射五、低温技术实验 一
2、小型制冷机及其制冷技术实验 二 变温霍尔效应实验 三 超导材料的电阻温度特性测量,原 子 光 谱,实验 一 法 拉 第 效 应,一、实验仪器 法拉第效应仪,二、实验目的1. 通过本实验了解法拉第效应原理；2. 掌握法拉第旋光角的测量方法。,三、实验原理,法拉第效应示意图,一束平面偏振光可以分解为两个同频率等振幅的左旋和右旋圆偏振光。设线偏振光的电矢量为，角频率为，可以把看作左旋圆偏振光和右旋圆偏振光之和，通过磁场中的磁性物质（以下简称为介质）时，的传播速度为，的传播速度为。通过长度的介质后，与之间产生相位差：,式中、为光通过介质的时间和折射率，、为光通过介质的时间和折射率，C为真空中的速度。当
3、他们穿过介质重新合成为平面偏振光时，出射的线偏振光相对于入射介质前的线偏振光转过一个角度即为法拉第效应的旋光角：,四、实 验 装 置,法拉第效应测试仪结构示意图,五、实 验 内 容1. 测量法拉第效应偏振面旋转角与外 加磁场电流 I 的关系曲线2.测量法拉第效应偏振面旋转角和波长的关系曲线3.检验实验精度，计算电子荷质比e/m。,六、思考题实验误差主要来源是什么？如何改进？利用法拉第效应特性，可以做成一个安装置，在门窗上，由室内可看到室外景物，而由室外却完全看不到室内物体，试设计一个实验方案。3. 法拉第旋转角与什么因素有关？,原 子 光 谱,实验 二 椭偏仪测量薄膜厚度 和折射率,实验目的1
4、.熟悉椭偏仪的结构和使用方法2. 学会是用椭偏仪测量薄膜厚度和 折射率,实 验 仪 器 WJZ-多功能激光椭圆偏振仪,实验原理,光在介质薄膜上的折射和反射,反射型椭偏仪的基本原理是，用一束椭圆偏振光做为探针照射到样品上，由于样品对入射光中平行于入射面的电场分量（以下简称 P 分量）和垂直于入射面的电场分量（以下简称S分量）有不同的反射、透射系数，因此从样品上出射的光，其偏振状态相对于入射光要发生变化 。,实验装置,椭偏仪结构图,实验内容测量K9玻璃衬底上薄膜厚度和折射率1. 用自准直法调好分光计的方法，使望远镜和平行光管共轴并与载物台平行。2. 分光计度盘的调整：使游标与刻度盘零线置适当位置，
5、当望远镜转过一定角度时不致无法读数。3. 检偏器读数头位置的调整和固定。4. 起偏器读数头位置的调整与固定 5. 1/4波片零位的调整 6.将镀有薄膜的被测样品，放在载物台的中央，旋转载物台使达到预定的入射角700，即望远镜转过400，并使反射光在白屏上形成一亮点。7.为了尽量减少系统误差，采用四点测量。,思 考 题1. 1/4波片的作用是什么？2. 椭偏仪测量薄膜厚度的基本原理是什么？3. 用反射型椭偏仪测量薄膜厚度时，对样品的制备有什么要求？ 4. 为了使实验更加便于操作及测量的准确性，你认为该实验中哪些地方需要改进？,原 子 光 谱,实验 三 塞 曼 效 应,实 验 目 的1. 通过观察
6、塞曼效应现象，了解塞曼效应的 基本原理。2. 掌握法布里-珀罗标准具的原理及使用；3熟练掌握光路的调节；4.了解采用CCD及计算机进行实验处理的方 法。,实 验 仪 器WPZ-型塞曼效应仪,实验原理,塞曼效应实验装置示意图一,实验原理,塞曼效应实验装置示意图二,实验 内 容 1.观察汞5461的塞曼分裂现象， 2.测量塞曼分裂的谱线直经， 3.算出荷质比，并与理论值比较,思 考 题1.理论上（F-P）标准具两相对反射面距离处处相等，实验中往往不相等。如何判断两反射面是否处处相等？如果不相等如何判断哪边d大，哪边d小？2.为什么改变磁感应强度B，会看到相邻两级谱线的重叠？3.何为正常塞曼效应？何
7、为反常塞曼效应？4.绘出你所研究的原子光谱线在磁场中的塞曼分裂图。5.怎样观察何鉴别塞曼分裂谱线中的成分和成分？,真 空 技 术,实验 一 高真空的获得与测量,一、 实验目的1通过实验可以了解最基本的高真空系统的 结构，掌握高真空系统的操作方法；2了解真空技术的基本知识，学习真空系统 的基本方程；3. 掌握高真空的获得、测量和检漏的基本原 理及方法，为使用和维护真空系统打基础.,二、实验仪器玻璃高真空系统装置，复合真空计等,三、实 验 原 理,设被抽容器的体积为V，经管道L与泵相连，容器内壁出气率为Q0 ，漏气率为QL.当泵对容器抽气时，容器内压力不断变化，由气体流量连接性原 理，可得抽气方程
8、：,式中 ，为容器的有效抽速。当容器不漏气时（QL=0）有,由此可得机械泵的抽速,这里p0 = Q0 / Se 为系统不漏气时的平衡压力，t 为容器内压力从P1降到P2所需时间。,四、实验内容 1.真空的获得 2.真空的测量 3.机械泵抽速测定,五、预习思考题1什么是真空和真空蒸发镀膜？2极限真空、平衡压力的物理意义是什么？3当实验室发生停水、停电时，应采取那些措施来保护真空系统不受损坏？,六、课后习题1扩散泵为什么要有一定的前极真空才 能正常工作？2在什么条件下可以使用电离真空计测 量真空度？为什么？3关油扩散泵后多长时间再关机械泵？ 为什么？,真 空 技 术,实验二 真 空 镀 膜,一、实
9、验目的 1.了解真空镀膜的原理及方法；2. 掌握在玻璃基片上蒸镀金属膜的原理 和方法。,二、实 验 仪 器 真空镀膜机，复合真空计，,三、 实 验 原 理,真空镀膜中常用的方法是真空蒸发镀膜和离子溅射镀膜。真空蒸发镀膜是在一定真空度下，把要蒸发的材料加热到一定温度，使大量分子或原子蒸发和升华，并直接淀积在基片上形成薄膜。离子溅射镀膜是利用气体放电产生的正离子在电场的作用下高速轰击作为阴极的靶，使靶材中的原子或分子逸出而淀积到被镀工件的表面，形成所需要的薄膜。,四、实验内容 1.常用的真空镀膜方法介绍 2.影响真空蒸发镀膜的因素 3.真空蒸发镀膜工艺,五、预习思考题1要进行真空镀膜为什么要达到高
10、真空？如达不到要求的真空度可能会出现什么问题？2镀膜前为什么要对基片进行认真清洗？怎样对基片进行清洗处理？3蒸发源与蒸发器皿有何关系？是否可以随便选择？,六、课后习题1蒸发速率对所形成膜的质量有什么影响？ 蒸发速率受哪些因素的影响？2真空度与镀膜层质量有何关系？如何获得 较好的膜层？3真空蒸发镀膜有些什么特点和要求？4影响镀膜层质量及厚度有哪些因素？,真 空 技 术,实验三 电 子 衍 射,一、实验目的1通过电子衍射实验,验证德布罗意公式,获 得一定的微观粒子波粒二象性的感性认识, 初步掌握表面分析技术；2. 了解电子衍射仪的结构，掌握其使用方 法。,二、实验仪器 WDY-型电子衍射仪，,三、
11、实验原理,衍射腔主要有阴极、阳极、样品台、快门、荧光屏及照相暗盒等组成，见图45，其原理图见图4-6衍射腔示意图。 阴极A内装有V型灯丝，通电后发射电子。阴极A与加速阳极B构成电子枪，阴极上加有数万伏的负高压，阳极接地，光阑C用来控制射到样品E上的电子束，当直径只有0.5 毫米的电子束穿过晶体薄膜E后，在荧光屏F上形成电子衍射图像。,四、实验内容1.德布罗意假设和电子波的波长2.电子波的晶体衍射 3.晶体的结构表征,五、预习思考题1德布罗意假说的内容是什么？2在本实验中是怎样验证德布罗意公式的？3本实验证实了电子具有波动性，衍射环是单个电子还是大量电子所具有的行为表现？,六、课后习题1简述衍射
12、腔的结构及各部分作用。2根据衍射环半径计算电子波的波长时， 为什么首先要指标化？怎样指标化？3改变高压时衍射环半径有什么变化？为什 么？,真 空 技 术,实验四 气体放电等离子体的研究,一、 实验目的 1.了解低气压气体辉光放电； 2. 学习等离子体的有关知识； 3. 掌握静电探针等离子体疹断的方法。,二、实验仪器 FB7008型多功能等离子实验仪,三、实 验 原 理,等离子体是多种粒子同时存在的特定空间。其中有带电的正、负离子和电子，不带电的如气体原子、分子、受激原子、亚稳态原子等。由于带负电和带正电的粒子密度几乎相等，所以称作“等离子体”,单探极法测定等离子体参量 探极法测定等离子体参量是
13、朗缪尔提出来的，又称朗谬尔探极法。测试线路原理如图35所示，它是阳极作为参考电位的。改变探极P 的电位，就得到探极电流和电压的关系,四、实验内容 用单探极法，分别探出探极1和2的伏安特曲线，求出等离子体空间电位us1和us2；作半对数特性曲线，求出 ，分别求出电子温度Te，电子密度ne，电子平衡动能E；,五、思考题1什么是等离子体？有几种类型？气体放电 等离子有些什么特征?2探极法对探针有什么要求?3分析误差原因.,实验一光拍法测量光速,信 息 光 学,一、实验目的,1. 了解声光频移法获得光拍的方法。2. 掌握光拍法测光速的原理和实验方法。3. 熟练掌握用光速测定仪测量光速的技术。 本实验是
14、用声光频移法获得光拍，通过测量光拍的波长和频率来确定光速。,1光拍的产生和传播 根据振动迭加原理，两列速度相同、振面相同、频差较小而同向传播的简谐波的叠加即形成拍。设有频差较小的两光束(为简化讨论，假定它们具有相同的振幅),二、实验原理,式中， 、 为波数， 和 分别为两列波在坐标原点的初相位。,图1光拍频的形成,它们的迭加,Es的振幅以频率 周期地变化，它为拍频波， 就是拍频，如图1所示。,(1),图2光拍的空间分布,图2是光拍信号 在某一时刻的空间分布。如果接收电路将直流成分滤掉，即得纯粹的拍频信号在空间的分布。这就是说处在不同空间位置的光电检测器，在同一时刻有不同位相的光电流输出。这就提
15、示我们可以用比较相位的方法间接地决定光速。,用光电检测器接收这个拍频波，光电流为,(2),(3),光拍频的同位相的诸点有如下关系,n为整数，两相邻同相点的距离 即相当于拍频波的波长。测定了 和光拍频 ，即可确定光速c。,2相拍二光束的获得,光拍频波要求相拍两光束具有一定的频差。利用声光互相作用产生频移常用的方法为驻波法，如图3所示。利用声波的反射，使声光介质中存在驻波声场，引起介质中光折射率的周期性变化，形成位相光栅，从而使入射光束产生衍射。第一级衍射光的频率为,第一级衍射光束，由 和 的两种频率成分迭加得到拍频为 的拍频波。,(4),三、实验装置 LMC2000C型光速测定仪；ST-16型通
16、用示波器； DF3340型数字式频率计。 (1) LMC2000C光速测量仪外形结构如图4所示：,图4 机械结构图,(2) 实验实物图：,四、实验内容,用声光频移法获得光拍，通过测量光拍的波长和频率来确定光速。,1) 什么是光拍频波？2) 为什么采用光拍频法测光速？3) 如何测量光拍的波长？4) 使示波器上出现两个正旋拍频信号的振幅相等， 应如何操作？5) 分析本实验的主要误差来源，并讨论提高测量精确度的方法。,五、思考题,实验二 用傅里叶变换全息图 作资料存储,信 息 光 学,一、实验目的,巩固对全息术原理的认识。2. 了解光学傅里叶变换及频谱的基本概念。3. 了解用傅里叶变换全息术存储二维
17、资料的方法。,二、实验原理,全息存储的记录原理如图1所示。透明胶片P的物分布为 ，放置在透镜L的前焦面上，用平行光将 照明，用透镜L对物进行傅里叶变换，在后焦面上得到物体的频谱函数 。由于 比f小得多，所以 在后焦面上的分布实际上集中在焦点附近。即使稍微离焦，频谱分布仍只在直径约为12mm左右的范围内。如果在后焦面上放置一记录介质，并引入一束细光束作为参考光与之相干涉，将物体的频谱信息记录在介质上，制得一张面积很小的全息图，这就是全息存储的记录。,线性记录条件下，全息图的透过率函数为,(1),图1全息资料存储原理图,全息存储的再现光路如图1所示。用细激光束C照射全息图，方向与记录时参考光束R方
18、向相同，则式(1)中的第三项成为此即为恢复了的物光场的频谱，该频谱通过夫琅和费衍射(再经过一次透镜变换)或菲涅尔衍射(在有限远处成像)均可恢复原物体的像，这就是全息存储的再现过程。,三、实验仪器,全息平台；2mW He-Ne激光器；小磁座；反射镜；分束镜；扩束镜；准直镜；傅里叶变换镜；圆孔光阑；天津I型全息干板等。,图2 傅里叶变换全息资料存储实验光路,四、实验光路,图3全息资料存储实物图,a使参考光与物光光程应尽可能相等，并使存储资料P上 的光强均匀； b参考光束与物光束夹角为3060； c共焦系统应输出平行光； d存储资料P置于傅里叶变换透镜前方约100mm处； e让全息干板放置傅里叶变换
19、透镜L3的后焦面离焦量为 0.01f 0.05f的位置(f为傅里叶变换透镜L3的焦距)，全 息干板稍向参考光方向倾斜； f使参考光光强大于物光光强； g频谱应位于参考光斑的中心； h模拟干板乳胶面迎光放置。,按图2安排光路，光路要求：,光路安排好后，分别用0.3，0.6，0.9，1.2，1.5，1.8， 2.1，2.4，2.7及3.0秒各拍摄一幅全息图。2. 对曝光后的全息片进行显影、定影处理。 3. 用未经扩束的出射激光束直接照射全息图，按拍摄条件放置全息图，使再现光与干版的相互位置关系与拍摄时参考光与干版的相互位置关系一致(复位)。沿原物光方向在适当位置 用白屏接收并仔细观察实象，并比较各
20、全息图所成的象，记录最佳全息图的曝光时间，对实验结果进行分析。,五、实验内容,如何判断一束光是否为平行光？实验中为什么要求物光程和参考光光程尽量相等？3) 要记录准确的傅里叶变换全息图，透明资料片应置于什么位置？,六、思考题,实验三数字式光学传递函数测量和透镜像质评价,信 息 光 学,一、实验目的,了解光学镜头传递函数测量的基本原理。2. 掌握传递函数测量和成像质量评价的近似方法，学习抽样、平均和统计算法。,二、实验原理,当该物体经过光学系统后，各个不同空间频率的余弦信号发生两个变化：首先是调制度(或反差度)下降，其次是相位发生变化，这一过程可综合表示为 式中 表示像的傅里叶变换谱。 称为光学
21、传递函数，它是一个复函数，其模为调制传递函数，相位部分则为相位传递函数。显然 ，当时，表示像和物完全一致，即成像过程完全保真，像包含了物的全部信息，没有失真,光学系统成完善像。 由于光波在光学系统孔径光阑上的衍射以及像差(包括设计中的余留像差及加工、装调中的误差)，信息在传递过程中不可避免要出现失真，总的来讲，空间频率越高，传递性能越差。,(2),三、实验内容,1) 以光源的出射光轴为实验主光轴，其他光学元件以其为基准对各自光学轴线进行校准；2) 把波形发生器(即矩形光栅，空间频率分别为10lp/mm、25lp/mm、50lp/mm、80 lp/mm)放置在目标板位置，放置时应注意要使照射光充
22、满波形发生器；3) 在指定位置放置待测镜头，调整镜头使得入射光完全通过镜头的光阑；4) 在像面上放置CCD，并通过电脑终端进行抽样、直方图统计等分析，测出待测镜头在给定频率下的；5) 存储并打印实验结果。,图1实验光路图,四、实验光路,图2实物图,什么是光学传递函数？它的作用是什么？ 什么是空间频率？3) 怎样测量光学传递函数？,五、思考题,实验四电子散斑干涉(ESPI)技 术测量物体离面位移,信 息 光 学,1了解电子散斑干涉原理。2掌握干涉光路及图像处理软件。3学会使用本系统来测量物体离面位移 。,一、实验目的,二、实验原理,电子散斑干涉技术是利用被测物体的光学粗糙表面所造成的漫反射光与参
23、考光之间的干涉进行测量，当激光照射在被测物体表面时，其漫反射在探测器件CCD表面的光场分布为 其中， 是物光的振幅， 是被测物体反射后的光波相位。 参考光在探测器表面的光场分布可以表示为,(1),(2),物光与参考光在CCD表面上形成的光强 为 当被测物体发生形变后，表面各点的散斑场振幅基本不变，而相位 将改变为 ，即 (4) 而变形前后的参考光波维持不变。从而变形后的合成光强为 对于全息干涉，它是把两个不同时刻的光强记录在同一全息干版上，即产生叠加效应，而电子散斑则是对两个光强进行相减处理,(3),(5),(6),处理后的光强是一个含有高频载波项 的低频条纹 。该低频条纹取决于物体形变引起的
24、光波相位改变.这个光波相位变化与物体形变关系不难从光波传播的理论推导出来，即有其中 是所用的激光波长， 是激光与物体表面法线的夹角， 是物体形变的离面位移， 是物体形变的面内位移。在一般情况下，照明角度较小，即 ， 。,(7),所以这种单光束照明的电子散斑干涉对离面位移比较敏感，而对面内位移不敏感，相应的相位改变为 当 (出现暗条纹)时，变化前后的散斑图像完全相同。于是有 其中n=0, 1, 2, ，是干涉条纹的级数。可见，黑条纹处的离面位移是半波长的整数倍。,(8),(9),三、实验仪器,实验器材有： 激光器、反射镜、分光镜、 扩束镜、透镜、被测物体1、 被测物体2、CCD、 图像卡、计算机
25、及软件。,四、实验光路,图1 实验光路图,图2 实验实物图,1对被测物体1手动调节背面的旋钮产生形变(其中背面上部的螺丝用来粗调，下面的螺旋测微器旋钮用来细调)，用手动方式测量其离面形变量；2对被测物体2通电加热，使其产生形变，用自动方式测量其离面形变量。,五、实验内容,散斑是怎么形成的？2) 怎样提取电子散斑条纹骨架线？,六、思考题,磁共振实验,实验一 电子顺磁共振,一、实验目的,1研究了解微波波段电子顺磁共振象。2了解、掌握微波仪器和器件的应用。3测量DPPH中的g因子。4从矩形谐振腔长度的变化，进一步理 解谐振腔中TE10波形成驻波的情况。5. 利用样品有机自由基在谐振 腔中的位置变化，
26、探测微波磁场的情 况。,二、实验仪器 微波顺磁共振系统,三、实验原理,将原子磁矩不为零的顺磁物质置于外磁场B0中，则原子磁矩与外磁场相互作用能为： 4-1那么，相邻磁能级之间的能量差： 4-2 如果垂直于外磁场B0的方向上加一振幅值很小的交变磁场2B1cost，当交变磁场的角频率t满足共振条件 4-3时，则原子在相邻磁能级之间发生共振越迁，这种现象称为电子自旋共振，又叫顺磁共振。,四、实验内容,1. 缓慢地改变电磁铁的励磁电流，搜索ESR信号。2. 找到共振信号，测出共振时的磁场H0和共振频率， 计算g因子，3. 测量共振线宽：,五、思考题,1. ESR的基本原理是怎样的？2. 在射频段ESR
27、实验中，为什么必须消除地磁场的影响？如何消除？3. 在微波段ESR实验中，应怎样调节微波系统才能搜索到共振信号?为什么？,磁共振实验,实验二 核磁共振,了解核磁共振的基本原理和实验方法2. 测量氟核19F的旋磁比和g因子3. 测量氢核1H的旋磁比和g因子,一、实验目的,二、实验仪器 核磁共振实验系统,三、实验原理,为实现核磁共振，可在永磁铁B0上叠加一个低频交变磁场BmSint，即所谓的扫场（为市电频率50Hz，远低于高频场的频率其约几十MHz），使氢质子两能级能量差 h(B0+BmSin100t)有一个连续变化的范围。我们调节射频场的频率，使射频场的能量hv 进入这个范围，这样在某一时刻等式
28、 hv = h(B0+BmSin100t)总能成立, 如下图。,四、实验内容,1. 观察 H (样品水)的核磁共振信号2. 测量 H的旋磁比r和g因子3. 测量 F旋磁比r和g因子4. 改变样品在磁场中的位置，测出对应位置的磁感 应强度B （选做）,五、思考题,1、什么叫核磁共振？2、核磁共振中有哪两个过程同时起作用？3、观察核磁共振信号有哪两种方法？并解 释之。4、如何判断共振信号和干扰信号，为什么？,磁共振实验,实验三 铁磁共振,一、实验目的,1. 了解铁磁共振（FMR）的基本原理和实验 方法。2. 了解、掌握微波仪器和器件的应用。3. 通过测定多晶铁氧体YIG小球的磁共振谱线，求出共振线
29、宽、朗德因子和弛豫时间.4. 观察单晶铁氧体YIG小球的磁共振谱线（选做）,二、实验装置 微波铁磁共振系统,三、实验原理,一块宏观的铁磁体包括许多磁畴，在每一个磁畴中，自旋磁矩平行排列产生自发磁化，但各个磁畴之间的取向并不完全一致，只有在外加饱和磁场的作用下，铁磁体内部的所有自旋磁矩才趋向同一方向，并围绕着外磁场方向作进动，这时的总磁矩或磁化强度可用M表示。其进动方程和进动频率可分别写为： 在外加恒磁场作用下，磁矩M绕H进动不会很久，因为磁介质内部有损耗存在，绕着外磁场进动的幅角会逐渐减小。则M最终趋近磁场方向，如果要维持其进动，必须另外提供能量。因此一般来说外加磁场由两部分组成：一是外加恒磁
30、场H, 二是交变磁场h（即微波磁场）。,四、实验内容,1. 测量谐振腔的中心频率f0和两个半功率点频率f1,f2。然后再将信号源频率调至谐振腔的中心频率f0处,并记下最大输出功率P0。2.调节磁场电流大小，找出输出功率与直流磁场H 的关系，记下共振时的输出功率Pr测出共振磁场Hr。3. 计算 P1/2=2P0Pr/(P0+Pr )据实验数据得出相应 P1和P2，用特斯拉计分别测出P1和P2对应的H1和 H2，H=H1-H2。4. 观测单晶铁氧体YIG小球的共振曲线(选做),五、思考题,1. 什么叫铁磁共振？铁磁共振的基本原理是什么？2. 什么叫铁磁共振吸收线宽？3. 如何精确消除频散效应？ 4
31、. 简述H的计算过程。,实验四 微波的干涉与衍射,磁共振实验,一、实验目的,1. 用微波做波源，进行迈克尔逊干涉、布拉格衍射实验，以加深对微波的电磁波本性的认识.2. 对干涉、衍射实验的基本原理和实验方法有所了解。,二、实验装置 微波分光计,三、实验原理,微波的迈克尔逊干涉，用微波源做波源的迈克尔逊干涉仪与光学中的迈克尔逊干涉完全相似，其装置如下图所示，,微波的布拉格衍射，波长与晶体的晶格常数属于同一数量级，本实验以立方点阵（点阵结点之间距离为0.01m量级）的模拟晶体为研究对象，用微波向模拟晶体入射，观测不同晶面上点阵的反射波产生干涉应符合的条件，即应满足布拉格（Bragg）。如下图所示，假
32、设“原子”占据着点阵的结点，两相邻“原子”之间的距离为d（晶格常数）。晶体内特定取向的平面用密勒指数标记,1. 迈克尔逊干涉实验（干涉法测波长）：测量并计算微波波长，求取平均值。 2. 布拉格衍射实验：测出-I关系曲线，并画图,计算n=1，2时的衍射角，与曲线中的衍射角比较，计算误差。,四、实验内容,五、思考题,1. 实验中用布拉格公式怎样计算晶格常数？2. 已经知道晶格常数和微波波长，怎样计算 布拉格衍射角？,低温物理实验,实验 一 小型制冷机及其制冷技术,一、实验目的1利用加热补偿法测量不同温度下小型制冷 机模拟系统的制冷功率。2通过对制冷系统压缩机排气口和回气口温 度及压力的测量估测制冷
33、效率。3通过以上测量学习和掌握对不同制冷剂及 不同灌注量的制冷剂对制冷功率与效率的 影响进行研究的原理与方法。,二、实验仪器 制冷装置和测量系统,三、实 验 原 理 在自然界中，热量是可以互相传递的。把两个温度不同的物体放在一起，原来温度高的物体，温度将逐渐下降，而原来温度低的物体，温度将逐渐升高，最终两物体的温度趋于相等。这就是说，热量能从温度较高的物体传给温度较低的物体，但是不能自发地由低温物体流向高温物体而不引起其他变化，这即是热力学第二定律的克劳修斯说法。 这里我们只是说热量不能自发地反向流动，也就是说，要使热量能从低温物体流向高温物体必须要对环境留下某些不能消除的影响，外界对系统做功
34、。例如利用一台水泵可以把水从低处提升到高处。对于热量，道理也类似于水，消耗一定的能量，通过某种逆向热力学循环，就能使热量从低温的物体流向高温物体（如下图）。随着对这种循环的应用目的不同，可以把这样的过程称为热泵或制冷。如果是对系统热端的利用，就称之为热泵；反之对系统冷端进行利用，称之为制冷。,四、实验内容1.开机后制冷机蒸发室温度时间响应特性。.蒸发室处于不同温度时，制冷机的制冷量测量， 获得制冷量温度特性（-18，-12，6）。.蒸发室处于不同温度时，制冷机的实际制冷系 数，热过程分析的理论效率以及卡诺循环的理想 效率（-18，-12，-6）。,五、思考题1在一定的环境温度下，随着被冷却液温
35、度的降低，预计制冷机的制冷功率和制冷系数将增加还是降低?为什么?为什么测量时一定要使被冷却液温度充分稳定后才记录数据?本制冷系统能否作逆向的卡诺热机考虑，其误差主要来自何处?,低温物理实验,实验 二 变温霍尔效应,一、实验目的1.了解半导体中霍尔效应的产生原理，霍尔系数表 达式的推导及其副效应的产生和消除。2. 掌握霍尔系数和电导率的测量方法。通过测量数据 处理判别样品的导电类型，计算室温下所测半导体 材料的霍尔系数、电导率、载流子浓度和霍尔迁移 率。3. 掌握动态法测量霍尔系数（RH）及电导率（） 随温度的变化，作出RH1/T，1/T曲线,了解 霍尔系数和电导率与温度的关系。4.了解霍尔器件
36、的应用,理解半导体的导电机制。,二、实验仪器 实验仪器包括电磁铁、变温设备、测量线路、特斯拉计、可自动换向恒流电源、计算机数据采集系统及软件等,霍尔效应测量线路图,三、实验原理 设一块半导体的x方向上有均匀的电流Ix流过，在z方向上加有磁场Bz，则在这块半导体的y方向上出现一横向电势差UH，这种现象被称为“霍尔效应”，UH称为“霍尔电压”，所对应的横向电场EH称为“霍尔电场”。见下图,霍尔效应产生原理图,四、实验内容 1测量室温下锗样品的霍尔系数和 电导率。 2变温霍尔系数及电导率的测量。,五、思考题1.分别以p型、n型半导体样品为例，说明如何确定霍尔电场的方向。.霍尔系数的定义及其数学表达式
37、是什么？从霍尔系数中可以求出哪些重要参数？.霍尔系数测量中有哪些副效应，通过什么方式消除它们？你能想出消除爱廷豪效应的方法吗？,低温物理实验,实验 三 超导材料的电阻温 度特性测量,一、实验目的1.利用动态法测量高临界温度氧化物超导材料 的电阻率随温度的变化关系。.通过实验掌握利用液氮容器内的低温空 间改变氧化物超导材料温度、测温及控温 的原理和方法。.学习利用四端子法测量超导材料电阻和 热电势的消除等基本实验方法以及实验结 果的分析与处理。4. 选用稳态法测量高临界温度氧化物超导材 料的电阻率随温度的变化关系并与动态法 进行比较。,二、实验仪器 低温恒温器,低温恒温器 1.紫铜块，2. 铜套
38、，3. 提拉杆， 4. 温度计，5. 加热器,三、实验原理 临界温度TC的测量工作取决于合理的温度控制及正确的温度测量。目前高TC氧化物超导材料的临界温度大多在60K以上，因而冷源多用液氮。纯净液氮在一个大气压下的沸点为77.348，三相点为63.148，但在实际使用中由于液氮的不纯，沸点稍高而三相点稍低（严格地说，不纯净的液氮不存在三相点）。对三相点和沸点之间的温度，只要把样品直接浸入液氮，并对密封的液氮容器抽气降温，一定的蒸汽压就对应于一定的温度。 常采用如下两种基本方法 （1）普通恒温器控温法 （2）温度梯度法。,四、实验内容 1.利用动态法在电脑X-Y记录仪上分别画出样品在 升温和降温过程中的电阻温度曲线。.利用稳态法，在样品的零电阻温度与之间 测出样品的R-T分布。.对实验数据进行处理、分析。.对实验结果进行讨论,五、思考题1.本实验的动态法升降温过程获得的R-T曲线有哪些具体差异。为什么会出现这些差异。2.给出实验所用样品的超导起始温度、中间温度和零电阻温度，分析实验的精度。,
