塞曼效应 塞曼效应”是指一条光谱线在外磁场作用下,能分裂成若干条具 有一定强度,彼此间具有一定间距的子谱线,并且子谱线的成分是偏振 的。这一现象是由荷兰物理学家P. Zeeman于1896年首次发现的,故称 作“塞曼效应 塞曼效应是继“法拉第效应”和“克尔效应”之后,第三个用来说 明电磁场对光产生作用的例证。塞曼也因此重大贡献,获得了1902年度 诺贝尔物理学奖。根据塞曼效应的实验结果,人们可以得到有关能级分 裂的数据,所以,至今塞曼效应仍是研究物质能级结构的重要方法之 本实验是研究Hg5461A光谱线在磁场作用下的分裂情况:在垂直磁 场和平行磁场两个不同方向上观察和记录各子谱线的相对强度、相对裂 距和偏振态;并把上述结果与理论计算结果进行比较分析;找出产生偏 差的原因。这对学习原子物理和物理光学基础知识很有益处。实验中最 重要的一个仪器是高分辨气动扫描式F-P干涉仪,这是一个精密的分光 仪器,它使我们不仅能得到清晰的子谱线频谱图,还可观察到H5461A 超精细结构。学会F-P干涉仪的科学调节方法、其它光学元器件的正确 使用及它们间的相互配合是本实验的又一重要内容。 本实验是一个综合性比较强的实验,可帮助学生提高综合利用已学 过的知识分析实验的能力。 4,71 2.78 0^2nU 13 8.33 汞5461A光谱线塞曼分裂结果(垂直磁场方向) 学生正热
X射线标识谱与吸收 原子中的电子从外壳层向内壳层跃迁所产生 的电磁辐射称为标识X射线。原子的X射线标识谱 反映了原子的内层能级结构。标识X射线频率 一的与原子序数间存在关系 K(Z-0) (1) /称莫塞莱定律其中K和σ是常数。根据标识X射线 最外电子的频率可以很容易推出原子的种类。所以X射线 ○表示原子横·表示一个电于 标识谱对成分分析有重要价值 图1X射线标识谱的产生 X射线荧光相干散射X射线 图2给出了X射线与物质相互作用的 非相干散射X射线 各种效应。强度为I的射线在穿过厚度 (康普顿散射) 为x的物质后强度衰减为 入射X射线 I=lo exp(-ux)(2) 透射X射线 吸收体 其中μ为线吸收系数,与物质性质 亠康普顿反冲电子 有关。医学和工业探伤检查中常用的 CT就是以(2)式为基础的。 俄歇电子 光电子 图2射线与物质的相互作用 德国莱宝X射线装置实验设备用于非物理类学生的基础物理实验教学 是全功能、用微处理器控制的装置,可进行X射线物理学中的多种实验 技术数据 管电压,管电流和测角器的微处理器控制 高压0-3. 0-1.0mA
穆斯堡尔效应 一个自由核发射或吸收光子时会有反冲能量E。如图 1,由于射线的自然线宽远小于反冲能量,自由核的y射 线的共振吸收实际上不能被观测到。如果将核嵌在固体 中,Y射线的发射或吸收就可能是无反冲的,有一定的 概率观察到共振吸收,这一现象被称为穆斯堡尔效应。 图1静止自由核的发射与吸收谱线 图2α-Fe核能级结构和穆斯堡尔谱 核外电子的分布不同会引起核能级的微小差异,称为超精细结构。由于γ射线的线 宽比超精细结构能还要小,特别适合于研究超精细结构,如图2。从实验的观点看这要求 γ射线能量能在一定范围变化和探测器有极高的能量分辨本领。前者可利用多普勒效应 实现,后者则需要用多道分析器的多度定标模式来完成。 用β粒子验证相对论的动能一动量关系 如图1,在速度接近光速时,相对论与经典理论给出的动能 论动能-动量关系 动量关系极不相同。 动能-动量关系 带电q的粒子在均匀磁场B中的偏转半径R与粒子动量P间有 关系: P=gBR 闪烁体的荧光强度与粒子损失在其内的能量E间有关系 图1B粒子的动能动量关系cE 2 由(1)、(2)两式可以分别独立测 量β粒子的动量和动能,与图1对比 即可检验经典理论与相对论中谁与实 均匀磁场 验相符。通过实验可以学习磁谱仪 Na闪烁体探测器和多道外析等 β源 用的核探测手段和技术
He-Ne气体 激光器放电条件的研究 学习He-Ne气体激光器的制作,了解最常见的气体激光器的结构。 熟悉和掌握高真空的获得、测量和充气技术。 通过改变总压强P,H和Ne气的分压比,放电电流大小等放电条件对He- Ne气体激光器输出光功率的影响,进一步深入了解He-Ne气体激光器的工作原 理和掌握它的使用 D 高压强电离真空计的校准 学习用机械泵和扩散泵获取高真空和对真空度进行测量。了解电离真空 计的工作原理和高压强电离真空规提高压强测量上限的机制。(本实验中校准 的高压强电离真空规由我系郭元恒教授研制,1983年获得全国发明奖三等奖 掌握高压强电离真空计的校准办法。 对电子学有兴趣的同学可进一步对电离真空计的电源部分作深入研究: (1)电离真空规工作时要求灯丝的发射电流恒定,由于待测压强的变化将 影响灯丝的温度,同学们可学习由电路设计上克服上述困难的方法。 (2)测量离子流大小的弱电流放大器必需接地,规管设计中要求灯丝与离 子流收集极之间有一定的偏压,导致灯丝电源部分对地是悬浮的,电路设 中如何克服工频50H的干扰
激光实验 非线性晶体中的二倍频与和频 此实验将我们从线性光学引入到一个新的领域一一非线性光学 这是一个发展迅速,内容丰富的崭新分支。非线性光学的产生与 研究,不仅加深了我们对光与物质相互作用本质的认识,同时也有极 重要的实用价值。如通过二倍频、三倍频、和频、差频、参量振荡等 技术手段可获得新的光波,从而填补某些波长的空白,新光源又推动 了激光的可应用范围。 本实验就是用YAG固体激光器产生的1.06m红外激光,通过 KDP(磷酸二氘钾)晶体进行倍频,产生0.53m的绿色激光,然后 再将这两种激光经过三倍频晶体进行和频,产生0.35Am紫外激光 从而实现从红外→可见→紫外的一系列光频率变换。最后用单色仪对 各波长进行鉴定,用功率计对其强度进行测量,找到最佳相位匹配的 昌体位置和计算出它的转换效 率。从中学习二倍频、和频的产 生原理及转换器件的调节;认识 相位匹配在非线性光学中的重要 作用,分析影响倍频转换效率的 主要原因;学习在非线性实验中 新出现的光学仪器和相关元器件 的正确使用 实验装置