近代物理实验预习报告

近代物理实验预习报告（精选6篇）

篇1：近代物理实验预习报告

物理实验预习报告

实验一霍尔效应及其应用

【预习思考题】

1．列出计算霍尔系数、载流子浓度n、电导率σ及迁移率μ的计算公式，并注明单位。霍尔系数，载流子浓度，电导率，迁移率。

2．如已知霍尔样品的工作电流 及磁感应强度B的方向，如何判断样品的导电类型？ 以根据右手螺旋定则，从工作电流 旋到磁感应强度B确定的方向为正向，若测得的霍尔电压 为正，则样品为P型，反之则为N型。

3．本实验为什么要用3个换向开关？

为了在测量时消除一些霍尔效应的副效应的影响，需要在测量时改变工作电流 及磁感应强度B的方向，因此就需要2个换向开关；除了测量霍尔电压，还要测量A、C间的电位差，这是两个不同的测量位置，又需要1个换向开关。总之，一共需要3个换向开关。

【分析讨论题】

1．若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交，按式（5.2-5）测出的霍尔系数 比实际值大还是小？要准确测定 值应怎样进行？

若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交，则测出的霍尔系数 比实际值偏小。要想准确测定，就需要保证磁感应强度B和霍尔器件平面完全正交，或者设法测量出磁感应强度B和霍尔器件平面的夹角。

2．若已知霍尔器件的性能参数，采用霍尔效应法测量一个未知磁场时，测量误差有哪些来源？

误差来源有：测量工作电流 的电流表的测量误差，测量霍尔器件厚度d的长度测量仪器的测量误差，测量霍尔电压 的电压表的测量误差，磁场方向与霍尔器件平面的夹角影响等。实验二 声速的测量

【预习思考题】

1.如何调节和判断测量系统是否处于共振状态？为什么要在系统处于共振的条件下进行声速测定？

答：缓慢调节声速测试仪信号源面板上的“信号频率”旋钮，使交流毫伏表指针指示达到最大（或晶体管电压表的示值达到最大），此时系统处于共振状态，显示共振发生的信号指示灯亮，信号源面板上频率显示窗口显示共振频率。在进行声速测定时需要测定驻波波节的位置，当发射换能器S1处于共振状态时，发射的超声波能量最大。若在这样一个最佳状态移动S1至每一个波节处，媒质压缩形变最大，则产生的声压最大，接收换能器S2接收到的声压为最大，转变成电信号，晶体管电压表会显示出最大值。由数显表头读出每一个电压最大值时的位置，即对应的波节位置。因此在系统处于共振的条件下进行声速测定，可以容易和准确地测定波节的位置，提高测量的准确度。

2.压电陶瓷超声换能器是怎样实现机械信号和电信号之间的相互转换的？

答：压电陶瓷超声换能器的重要组成部分是压电陶瓷环。压电陶瓷环由多晶结构的压电材料制成。这种材料在受到机械应力，发生机械形变时，会发生极化，同时在极化方向产生电场，这种特性称为压电效应。反之，如果在压电材料上加交变电场，材料会发生机械形变，这被称为逆压电效应。声速测量仪中换能器S1作为声波的发射器是利用了压电材料的逆压电效应，压电陶瓷环片在交变电压作用下，发生纵向机械振动，在空气中激发超声波，把电信号转变成了声信号。换能器S2作为声波的接收器是利用了压电材料的压电效应，空气的振动

使压电陶瓷环片发生机械形变，从而产生电场，把声信号转变成了电信号。

【分析讨论题】

1.为什么接收器位于波节处，晶体管电压表显示的电压值是最大值？

答：两超声换能器间的合成波可近似看成是驻波。其驻波方程为

A（x）为合成后各点的振幅。当声波在媒质中传播时，媒质中的压强也随着时间和位置发生变化，所以也常用声压P描述驻波。声波为疏密波，有声波传播的媒质在压缩或膨胀时，来不及和外界交换热量，可近似看作是绝热过程。气体做绝热膨胀，则压强减小；做绝热压缩，则压强增大。媒质体元的位移最大处为波腹，此处可看作既未压缩也未膨胀，则声压为零，媒质体元位移为零处为波节，此处压缩形变最大，则声压最大。由此可知，声波在媒质中传播形成驻波时，声压和位移的相位差为。令P（x）为驻波的声压振幅，驻波的声压表达式为

波节处声压最大，转换成电信号电压最大。所以接收器位于波节处，晶体管电压表显示的电压值是最大值。

2.用逐差法处理数据的优点是什么？

答：逐差法是物理实验中处理数据的一种常用方法，是对等间隔变化的被测物理量的数据，进行逐项或隔项相减，来获得实验结果的数据处理方法。逐差法进行数据处理有很多优点，可以验证函数的表达形式，也可以充分利用所测数据，具有对数据取平均的效果，起到减小随机误差的作用。本实验用隔项逐差法处理数据，减小了测量的随机误差。

实验三衍射光栅

【预习思考题】

1.如何调整分光计到待测状态?

答：（1）调节望远镜适合接收平行光，且其光轴垂直于仪器中心轴；

（2）平行光管能发出平行光，且其光轴垂直于仪器中心轴；

（3）载物台的台面垂直于仪器中心轴。

2.调节光栅平面与入射光垂直时，为什么只调节载物台调平螺钉b、c，而当各级谱线左右两侧不等高时，又只能调节载物台调平螺钉a？

答：调节光栅平面与入射光垂直时，光栅放在载物台调平螺钉b、c的垂直平分线上，望远镜和平行光管已调好，调节载物台调平螺钉a不能改变光栅面与入射光的夹角，只能调节螺钉b或c使光栅面反射回来的“+”字像与分划板上“ ”形叉丝的上十字重合，此时光栅平面与入射光垂直。

当各级谱线左右两侧不等高时，说明光栅刻线与载物台平面不垂直，调节b、c破坏入射光垂直光栅面，只调节a即可使各级谱线左右两侧等高。

【分析讨论题】

1.利用本实验的装置如何测定光栅常数？

答：与实验步骤一样，调出光谱线，已知绿光波长 m，测量一级（）绿光衍射角，根据光栅方程，可计算出光栅常数d。

2.三棱镜的分辨本领 ,b是三棱镜底边边长，一般三棱镜 约为1000cm-1。问边长多长的三棱镜才能和本实验用的光栅具有相同的分辨率？

解：已知：实验测得 =27000，cm-1求b。

由得b=(cm)

答：略。

实验四多用电表的设计与制作

【分析讨论题】

1．校准电表时，如果发现改装表的读数相对于标准表的读数都偏高或偏低，即 总向一个方向偏，试问这是什么原因造成的？欲使 有正有负（合理偏向）应采取什么措施？ 分流电阻或分压电阻的阻值不符合实际情况，导致读数都偏高或偏低。欲使 有正有负（合理偏向）应选择合适的分流电阻或分压电阻。

2．证明欧姆表的中值电阻与欧姆表的内阻相等。

满偏时（因Rx=0）

半偏时

可得中值电阻综合内阻

实验五 迈克耳孙干涉仪的调整与使用

【预习思考题】

1．迈克尔孙干涉仪是利用什么方法产生两束相干光的？

答：迈克尔孙干涉仪是利用分振幅法产生两束相干光的。

2．迈克尔孙干涉仪的等倾和等厚干涉分别在什么条件下产生的？条纹形状如何？随M1、M2’的间距d如何变化？

答：（1）等倾干涉条纹的产生通常需要面光源，且M1、M2’应严格平行；等厚干涉条纹的形成则需要M1、M2’不再平行，而是有微小夹角，且二者之间所加的空气膜较薄。

（2）等倾干涉为圆条纹，等厚干涉为直条纹。

（3）d越大，条纹越细越密；d 越小，条纹就越粗越疏。

3．什么样条件下，白光也会产生等厚干涉条纹？当白光等厚干涉条纹的中心被调到视场中央时，M1、M2’两镜子的位置成什么关系？

答：白光由于是复色光，相干长度较小，所以只有M1、M2’距离非常接近时，才会有彩色的干涉条纹，且出现在两镜交线附近。

当白光等厚干涉条纹的中心被调到视场中央时，说明M1、M2’已相交。

【分析讨论题】

1．用迈克尔孙干涉仪观察到的等倾干涉条纹与牛顿环的干涉条纹有何不同？

答：二者虽然都是圆条纹，但牛顿环属于等厚干涉的结果，并且等倾干涉条纹中心级次高，而牛顿环则是边缘的干涉级次高，所以当增大（或减小）空气层厚度时，等倾干涉条纹会向外涌出（或向中心缩进），而牛顿环则会向中心缩进（或向外涌出）。

2．想想如何在迈克尔孙干涉仪上利用白光的等厚干涉条纹测定透明物体的折射率？ 答：首先将仪器调整到M1、M2’相交，即视场中央能看到白光的零级干涉条纹，然后根据刚才镜子的移动方向选择将透明物体放在哪条光路中（主要是为了避免空程差），继续向原方向移动M1镜，直到再次看到白光的零级条纹出现在刚才所在的位置时，记下M1移动的距离所对应的圆环变化数N，根据，即可求出n。

实验六 用牛顿环法测定透镜的曲率半径

【预习思考题】

1．白光是复色光，不同波长的光经牛顿环装置各自发生干涉时，同级次的干涉条纹的半径不同，在重叠区域某些波长的光干涉相消，某些波长的光干涉相长，所以牛顿环将变成彩色的。

2．说明平板玻璃或平凸透镜的表面在该处不均匀，使等厚干涉条纹发生了形变。

3．因显微镜筒固定在托架上可随托架一起移动，托架相对于工作台移动的距离也即显微镜移动的距离可以从螺旋测微计装置上读出。因此读数显微镜测得的距离是被测定物体的实际

长度。

4．（1）调节目镜观察到清晰的叉丝；（2）使用调焦手轮时，要使目镜从靠近被测物处自下向上移动，以免挤压被测物，损坏目镜。（3）为防止空程差，测量时应单方向旋转测微鼓轮。

5．因牛顿环装置的接触处的形变及尘埃等因素的影响，使牛顿环的中心不易确定，测量其半径必然增大测量的误差。所以在实验中通常测量其直径以减小误差，提高精度。

6．有附加光程差d0,空气膜上下表面的光程差 =2dk+d0+ ,产生k级暗环时, =(2k+1)/2，k=0,1,2…,暗环半径rk= ；则Dm2=(m —d0)R，Dn2=(n —d0)R，R=。

【分析讨论题】

1．把待测表面放在水平放置的标准的平板玻璃上，用平行光垂直照射时，若产生牛顿环现象，则待测表面为球面；轻压待测表面时，环向中心移动，则为凸面；若环向中心外移动，则为凹面。

2．牛顿环法测透镜曲率半径的特点是：实验条件简单，操作简便，直观且精度高。

3．参考答案

若实验中第35个暗环的半径为a ,其对应的实际级数为k,a2=kRk=

=2d35+ +d0=(2k+1)(k=0,1,2…)

d=

实验七 传感器专题实验

电涡流传感器

【预习思考题】

1．电涡流传感器与其它传感器比较有什么优缺点？

这种传感器具有非接触测量的特点，而且还具有测量范围大、灵敏度高、抗干扰能力强、不受油污等介质的影响、结构简单及安装方便等优点。缺点是电涡流位移传感器只能在一定范围内呈线性关系。

2．本试验采用的变换电路是什么电路。

本实验中电涡流传感器的测量电路采用定频调幅式测量电路。

【分析讨论题】

1．若此传感器仅用来测量振动频率，工作点问题是否仍十分重要？

我们所说的工作点是指在振幅测量时的最佳工作点，即传感器线性区域的中间位置。若测量振幅时工作点选择不当，会使波形失真而造成测量的误差或错误。但仅测量频率时波形失真不会改变其频率值。所以，仅测量频率时工作点问题不是十分重要。

2．如何能提高电涡流传感器的线性范围？

一般情况下，被测体导电率越高，灵敏度越高，在相同的量程下，其线性范围越宽线性范围还与传感器线圈的形状和尺寸有关。线圈外径大时，传感器敏感范围大，线性范围相应也增大，但灵敏度低；线圈外径小时，线性范围小，但灵敏度增大。可根据不同要求，选取不同的线圈内径、外径及厚度参数。

霍尔传感器

【预习思考题】

1．写出调整霍尔式传感器的简明步骤。

（1）按图6.2-6接线；

（2）差动放大器调零；

（3）接入霍尔式传感器，安装测微头使之与振动台吸合；

（4）上下移动测微头±4mm，每隔0.5mm读取相应的输出电压值。

2．结合梯度磁场分布，解释为什么霍尔片的初始位置应处于环形磁场的中间。

在环形磁场的中间位置磁感应强度B为零。由霍尔式传感器的工作原理可知，当霍尔元件通以稳定电流时，霍尔电压UH的值仅取决于霍尔元件在梯度磁场中的位移x，并在零点附近的一定范围内存在近似线性关系。

【分析讨论题】

1．测量振幅和称重时的作用有何不同？为什么？

测量振幅时，直接测量位移与电压的关系。要求先根据测量数据作出U~x关系曲线，标出线性区，求出线性度和灵敏度。称重时测量电压与位移的关系，再换算成电压与重量的关系。振动台作为称重平台，逐步放上砝码，依次记下表头读数，并做出U~W曲线。在平台上另放置一未知重量之物品，根据表头读数从U~W曲线中求得其重量。

2．描述并解释实验内容２的示波器上观察到的波形。

交流激励作用下其输出～输入特性与直流激励特性有较大的不同，灵敏度和线性区域都发生了变化。示波器上的波形在振幅不太大时为一正弦波。若振幅太大，超出了其线性范围，则波形会发生畸变。

试验八 铁磁材料磁滞回线的测绘

【预习思考题】

1.测绘磁滞回线和磁化曲线前为何先要退磁？如何退磁？

答：由于铁磁材料磁化过程的不可逆性即具有剩磁的特点，在测定磁化曲线和磁滞回线时，首先必须对铁磁材料预先进行退磁，以保证外加磁场H=0时B=0。退磁的方法，从理论上分析，要消除剩余磁感应强度Br，只需要通以反向电流，使外加磁场正好等于铁磁材料的矫顽力即可，但实际上矫顽力的大小通常并不知道，则无法确定退磁电流的大小。常采用的退磁方法是首先给要退磁的材料加上一个大于（至少等于）原磁化场的交变磁场（本实验中顺时针方向转动“U选择”旋钮，令U从0依次增至3V），铁磁材料的磁化过程是一簇逐渐扩大的磁滞回线。然后逐渐减小外加磁场，（本实验中逆时针方向转动旋钮，将U从最大值依次降为0），则会出现一簇逐渐减小而最终趋向原点的磁滞回线。当外加磁场H减小到零时，铁磁材料的磁感应强度B亦同时降为零，即达到完全退磁。

2.如何判断铁磁材料属于软、硬磁性材料？

答：软磁材料的特点是：磁导率大，矫顽力小，磁滞损耗小，磁滞回线呈长条状；硬磁材料的特点是：剩磁大，矫顽力也大，磁滞特性显著，磁滞回线包围的面积肥大。

【分析讨论题】

1.本实验通过什么方法获得H和B两个磁学量？简述其基本原理。

答：本实验采用非电量电测技术的参量转换测量法，将不易测量的磁学量转换为易于测量的电学量进行测定。按测试仪上所给的电路图连接线路，将电压UH和UB分别加到示波器的“x输入”和“y输入”，便可观察到样品的磁滞回线，同时利用示波器测绘出基本磁化曲线和磁滞回线上某些点的UH和UB值。根据安培环路定律，样品的磁化场强为

(L为样品的平均磁路)

根据法拉弟电磁感应定律，样品的磁感应强度瞬时值

由以上两个公式可将测定的UH和UB值转换成H和B值，并作出H~B曲线。

【实验仪器】

2.铁磁材料的磁化过程是可逆过程还是不可逆过程？用磁滞回线来解释。

答：铁磁材料的磁化过程是不可逆过程。铁磁材料在外加磁场中被磁化时，外加磁场强度H与铁磁材料的磁感应强度B的大小是非线性关系。当磁场H从零开始增加时，磁感应强度B随之以曲线上升，当H增加到Hm时，B几乎不再增加，达到饱和值Bm，从O到达饱和状

态这段B-H曲线，称为起始磁化曲线。当外加磁场强度H从Hm减小时，铁磁材料的磁感应强度B也随之减小，但不沿原曲线返回，而是沿另一曲线下降。当H下降为零时，B不为零，仍保留一定的剩磁Br，使磁场反向增加到-Hc时，磁感应强度B下降为零。继续增加反向磁场到-Hm，后逐渐减小反向磁场直至为零，再加上正向磁场直至Hm，则得到一条闭合曲线，称为磁滞回线。从铁磁材料的起始磁化曲线和磁滞回线可以看到，外加磁场强度H从Hm减小到零时的退磁曲线与磁场H从零开始增加到Hm时的起始磁化曲线不重合，说明退磁过程不能重复起始磁化过程的每一状态，所以铁磁材料的磁化过程是不可逆过程。实验九 用动态法测定金属棒的杨氏模量

【预习思考题】

1．试样固有频率和共振频率有何不同，有何关系?

固有频率只由系统本身的性质决定。和共振频率是两个不同的概念，它们之间的关系为：

式中Q为试样的机械品质因数。一般悬挂法测杨氏模量时，Q值的最小值约为50，所以共振频率和固有频率相比只偏低0.005%，故实验中都是用f共代替f固，2．如何尽快找到试样基频共振频率?

测试前根据试样的材质、尺寸、质量，通过（5.7-3）式估算出共振频率的数值，在上述频率附近寻找。

【分析讨论题】

1．测量时为何要将悬线吊扎在试样的节点附近？

理论推导时要求试样做自由振动，应把线吊扎在试样的节点上，但这样做就不能激发试样振动。因此，实际吊扎位置都要偏离节点。偏离节点越大，引入的误差就越大。故要将悬线吊扎在试样的节点附近。

2．如何判断铜棒发生了共振?

可根据以下几条进行判断：

（1）换能器或悬丝发生共振时可通过对上述部件施加负荷(例如用力夹紧)，可使此共振信号变小或消失。

（2）发生共振时，迅速切断信号源，观察示波器上李萨如图形变化情况，若波形由椭圆变成一条竖直亮线后逐渐衰减成为一个亮点，即为试样共振频率。

（3）试样发生共振需要一个孕育的过程，切断信号源后信号亦会逐渐衰减，它的共振峰宽度较窄，信号亦较强。试样共振时，可用尖嘴镊子纵向轻碰试样，这时会按图5.7-1的规律发现波腹、波节。

（4）在共振频率附近进行频率扫描时，共振频率两侧信号相位会有突变导致李萨如图形在Y轴左右明显摆动。

篇2：近代物理实验预习报告

学生姓名： 院 系：机 电 工 程 系 专 业：机械设计制造及其自动化 学 号： 一：实验目的二：实验仪器

三：实验步骤

四：数据表格

篇3：近代物理实验预习报告

1 物理实验网络预习系统的设计

1.1 系统结构的总体设计

系统的实现采用适用于小型网站的三层结构(数据访问层、事务处理层和应用层)，其中数据访问层负责数据库和服务器文件的访问和管理，事务处理层是位于数据访问层之上针对用户事务进行抽象实现的中间层，应用层是最上面直接面对用户的网页和运行代码。

1.2 系统的功能设计

从面向对象的角度考虑，该系统涉及的主要对象有教师(包含系统管理员、实验中心主任、实验室管理员和实验教师)、学生和学习资源(包含教程资源、视频资源、课件资源和试题资源)三大类。其中系统管理员的事务主要有系统管理和数据库维护，实验中心主任的事务主要有实验室建设和其他教师的管理，实验室管理员的事务主要有实验室管理和信息统计管理，实验教师的事务主要有实验项目管理、预习管理、预约管理和学生管理，学生的事务主要有注册、预习和预约。系统功能模型如图1。

2 物理实验网络预习系统的开发

2.1 系统开发平台

系统开发使用基于Windows平台的.Net开发工具Visual Studio2005开发系统，该开发系统拥有大量的实用控件和调试平台，可以快速方便地设计制作系统页面并可以在本地行进调试。语言选择先进的C#语言。服务器端的操作系统使用Windows Server 2003 SP2。系统数据库使用Microsoft SQL Server 2005。经权威测试表明，该数据库比SQL Server 2000的性能提高了3.5倍。新的测试表明，它集成了.NET Framework 2.0，与同等编码的EJB-Applications运行于其他厂商的后端数据库的组合相比，性能高出183%[3]。

2.2 用户界面设计

以母版页(MasterPage)创建网站框架，框架设计上中下结构，从上至下分别是标题栏、导航栏、内容和脚注，内容使用左右结构，左边是功能选项，右边是功能界面。在分页中使用多视图(MultiView)控件和视图(View)控件相组合的方式建立各个具体功能界面。用户界面的实例如图2。

2.3 主要功能的工作模式

2.3.1 预习功能

实验教师根据权限在相应的实验室下自由建立实验项目，并上传实验预习的学习资源，并可不断更新;学生选择相应的实验室、实验教师和实验项目(也可以通过搜索方式进行)，在实验项目中选择需要的学习资源，学习资源将在线显示，帮助学生完成预习。系统会自动记录学生点击学习资源的情况，配合预习测试给学生的预习成绩。

2.3.2 预约功能

预约功能也是基于具体的实验项目之上的，首先由教师选择预约的方式(即时间是由教师指定还是由学生约定)，如果时间由教师指定，教师还得先设置一周中可以预约的时间，系统会自动设置后面的时间直至假期，学生登录后在指导的时间中进行选择;如果由学生指定时间，学生将可以随意约定正常的时间(除休息时间和假期外)。教师要定期查询学生的预约记录，并进行批复，学生在约定时间前要查询批复情况，如果同意就按时到达实验室，不同意还可以重新预约其他时间。

3 开发过程中的关键技术

3.1 符合现实的对象定义及权限管理

该系统采用和现实工作中各种角色及其职权相一致的定义，使设计更为直观。角色控制及权限定制相结合，实现了系统的安全保证。系统管理员、实验中心主任、实验室管理员、实验教师和学生分别按照5个等级进行授权，每种角色只对应一个页面文件，避免了多个页面跳转时权限审查给服务器带来的负担。

3.2 学习资源的制作及使用

网络教程是对纸质教程(自己编写已由北京师范大学出版社发行使用)的扩展和补充，网络视频是对教师示范的现场录制，网络课件是长期教学的经验积累，网络试题由教研组协同制定。其中教程和视频分别使用PDF格式和FLV格式，通过基于Flash和JavaScript的技术，实现在线显示，降低了客户端的使用要求;课件使用PPT格式，直接嵌入页面，避免了下载的麻烦，也保护了版权;试题暂时只支持选择题，后面将逐步扩展。

3.3 操作智能化和多模式化

在预习管理模块中，实验项目的建立是基于各位实验教师之上的，每位教师都可以自己建立实验项目，并负责管理该实验项目的学习资源，可以方便地不断更新，更适应新学分制的体制。在预约管理模块中，系统能够根据服务器的时间自动识别当前的学期，还可以辨别是否是假期，教师设置预约时间的时候，有多种模式可以灵活选择(时间由教师指定，还是由学生约定)。

4 结束语

物理实验预习和预约管理系统的开发只是大学物理实验教学改革的初步，随着改革的发展和研究工作的进程，系统的设计和开发将逐步完善，最终实现综合性的网络管理和应用平台，在物理实验中心安装触摸式网络终端。值得注意的是系统只是一种有效的辅助手段，并不能完全代替物理实验的教学，只有亲身参与实验，才能体会物理实验的真谛。

摘要：面对传统物理实验教学存在的问题,适应教学改革的发展趋势,自主开发适用于物理实验教学的网络系统有着明显的优势。目前先进行大学物理实验预习和预约管理系统的开发,再逐步扩展为综合性的网络应用系统。

关键词：物理实验,预习系统,预约系统,开发

参考文献

[1]何光宏,吴芳.大学物理实验网络管理系统设计[J].重庆大学学报:自然科学版,2005,5(5):106-108.

[2]杨朝晖.改革高校实验教学,培养高素质人才[J].高等理科教育,2005(4):106-108.

篇4：近代物理实验预习报告

首先，近代经典原子物理实验的成果对我们人类思想的发展产生了巨大的影响，使人们不再受主观臆想的“超自然”力量影响，使人类不再认为物质是由上帝创造的，彻底脱离了虚无缥缈的宗教思想束缚，确定了认识自然，改造自然，并让其为人类服务的雄心壮志.回首人类认识微观粒子的过程，其间充满了艰难和曲折.从古希腊哲学家德谟克利特提出世界万物由原子构成，原子是不可再分的物质假设开始，经历长时间的谬误和坎坷，直到18世纪这假设才得到证实.在以后的几十年里，原子是组成物质最小的不可再分的微粒的说法在科学界得到公认.但是，原子真的是不可再分吗？在19世纪，随着阴极射线的发现，并通过实验证实其实际为电子流.这样，人们知道原子中有电子，进而发现原子中除电子外还有质子和中子，并且知道质子和中子组成原子核，原子核和电子组成了原子.那么，电子、质子和中子能不能再分为更细的粒子呢？随着科技的发展，从20世纪30年代以来，人们不断地从宇宙射线和原子核物理实验中发现了大量的基本粒子.按照基本粒子之间的相互作用，可把它们分为强子、轻子和媒介子.可见，物理的发展就是对物质越分越细、越来越精确的过程，也是人类的主观认识不断向更微观的世界前进的生动例子.

其次，近代经典原子物理实验的成果对现代社会的经济、科技和生活产生了更大的影响.近代以来，在牛顿的经典力学的指导下，近代物理学家们经过艰苦努力，取得了很多成就，为现代物理学的大发展奠定了基础.近代经典原子物理实验对人类的物质贡献表现在以下几个方面：

1近代原子物理实验的成果改变了旧事物，发现新事物

1919年，卢瑟福做了用α粒子轰击氮原子核的实验，发现了质子是原子核的组成部分.之后，有人提出原子核可能是只由带正电的质子组成的.但这种设想遇到的困难是：除了氢原子外，所有元素的原子核的电荷数并不等于原子核的质量数.例如：氦核的质量数是4，电荷数是2.那么原子核里除了质子外还有什么呢？英国物理学家查德威克用α粒子轰击铍，可打出不可见的粒子.这种粒子流在磁场中不发生偏转，可见它是中性粒子流.经过计算，查德威克就发现了一种新的与氢核（质子）的质量差不多的粒子，叫中子.从此，我们知道，原子核中并不单包括质子，还有中子.这是人类发现和判断新物质的典型例子.

2近代原子物理实验的成果创造了新事物，为人类提供新能源

根据爱因斯坦提出的质能方程E=mc2，在原子核里蕴藏着巨大的能量，但是在相当长的时间里一直找不到释放核能的实际方法.1938年12月，德国化学家哈恩和斯特拉斯曼在用中子轰击铀核的产物中，发现了自然界不存在的新原子——钡的放射性同位素.一个月以后，终于证实，铀核在俘获一个中子后，发生了一个重核分裂两个中等质量的核的反应过程——核裂变.铀核裂变时，同时放出2～3个中子.如果这些中子引起其它铀235核裂变，就可以使核裂变反应不断地进行下去，这个反应叫链式反应.在极短的时间内就会释放出大量的核能，发生猛烈的爆炸.原子弹和原子能核电站就是根据这个原理制成的.这是把理论具体应用实践，造福于人类典型例子.

3近代原子物理实验的成果为人类提供了新材料，改变了人类的生活、娱乐和医疗方式

篇5：近代物理实验总结

_____对实验中某些问题的回答

一，密立根有实验

对油滴进行测量时，油滴有时会变模糊，为什么？如何避免测量过程丢失油滴？ 若油滴平很调节不好，对实验结果有何影响？为什么每测量一次tg都要对油滴进行一次平衡调节？ 为什么必须使油滴做匀速运动或静止？试验中如何保证油滴在测量范围内做匀速运动？

1、油滴模糊原因有：目镜清洁不够导致局部模糊或者是油滴的平衡没有调节好导致速度过快

为防止测量过程中丢失油滴，油滴的速度不要太大，尽可能比较小一些，这样虽然比较费时间，但不会出现油滴模糊或者丢失现象

2、、根据实验原理可知，如果油滴平衡没有调节好，则数据必然是错误的，结果也是错误的。因为油滴的带电量计算公式要 的是平衡时的数据

因为油滴很微小，所以不同的油滴其大小和质量都有一些差异，导致其粘滞力和重力都会变化，因此需要重新调节平衡才可以确保实验是在平衡条件下进行的。

3、密立根油滴实验的原理就是要 在平衡态下测量的，所以油滴必须做匀速运动或静止！

小心翼翼的调节平衡，并根据刻度目测油滴的位置变化快慢或者是否变化，从而估算油滴是否在做匀速运动或者确定油滴是否静止！不知道 1由于在实验过程中使用高压，温度上升，油滴会渐渐挥发。可以通过调节显微镜的距离来进行观察。

二，核磁共振实验

核磁共振实验中为什么要求磁场大 均匀度高的磁场?扫场线圈能否只放一个?对两个线圈的放置有什么要求？测量共振频率时交变磁场的幅度越小越好?

1，核磁共振实验中为什么要求磁场大 均匀度高的磁场? 要求磁场大是为了获得较大的核磁能级分裂。这样，根据波尔茨曼，低能和高能的占据数（population)的“差值增大，信号增强。均匀度高是为了提高resolution.2.扫场线圈能否只放一个?对两个线圈的放置有什么要求? 扫场线圈可以只放一个。若放两个，这两个线圈的放置要相互垂直，且均垂直于外加磁场。3.测量共振频率时交变磁场的幅度越小越好? 不对。但是太大也不好（会有信号溢出）应该有合适的FID信号

三，夫兰克__赫兹实验

第一峰值所对应的电压是否等于第一激发电为？原因是什么？所测得的极小值为什么随电压的增大而增大？

1，如果由于热运动受激，电子在最低激发态上的占据数等于，或大于基态的电子数，那么

第一峰值所对应的电压就不等于第一激发位。（在这个实验中，除了电子和气态原子的非弹性碰撞外，还有弹性碰撞和气体原子间由于热运动的相互碰撞而引起的能量交换。）

随着电压的增大，根据电子与原子碰撞过程的方程，那么射出的电子的动能也会逐渐增大，(当电子穿过栅极后受到减速电场的作用，电子动能只有大于eV才能达到阳极形成阳极电流),此时这部分电子数量明显增多，导致电流的极小值增加。

四，光电效应及普朗克常数的测定

定性解释实际U-I曲线与理想U-I曲线偏离的原因。

如何选择测量点，才能使U-I曲线画的准确？

选择滤色片的波长数较集中或分散，对实验结果有何影响？

1，定性解释实际U-I曲线与理想U-I曲线偏离的原因。

因为有暗电流和反向电流的存在。

2，选择测量点，才能使U-I曲线画的准确？

在电流变化激烈的地方应该多取点，电流变化舒缓的地方可大致取几个代表点。

3，选择滤色片的波长数较集中或分散，对实验结果有何影响？

原则上不宜过于集中或分散，最好是五个波长的滤色片都用上（除非你的实验室有任意可调波长的滤色片？）

通过这个学期的大学物理实验，我体会颇深。首先，我通过做实验了解了许多实验的基本原理和实验方法，学会了基本物理量的测量和不确定度的分析方法、基本实验仪器的使用等；其次，我已经学会了独立作实验的能力，大大提高了我的动手能力和思维能力以及基本操作与基本技能的训练，并且我也深深感受到做实验要具备科学的态度、认真态度和创造性的思维。下面就我所做的实验我作了一些总结和体会。

自从我第一次上物理实验课的时候我就深深地感觉到物理实验的重要性，因此我每次上课都能全身心地听课，比如说第一次的不确定度等我就比班上其他同学学的要好一点，基本上学会了不确定度的每一步计算、回归直线的绘制以及有效数字的保留等，这也为我以后的实验数据处理带来了极大的方便。

我现在还记得我第一次做迈克尔逊干涉仪实验时我虽然用心听讲，但是再我做时候却极为不顺利，因为我调节仪器时怎么也调不出干涉条纹，转动微调手轮也不怎么会用，最后调出干涉条纹了却掌握不了干涉条纹“涌出”或“陷入个数、速度与调节微调手轮的关系。测量钠光双线波长差时也出现了类似的问题，实验仪器用的非常不熟悉，这一切都给我做实验带来了极大的不方便，当我回去做实验报告的时候又发现实验的误差偏大，可庆幸的是计算还顺利。总而言之，第一个实验我做的是不成功，但是我从中总结了实验的不足之处，吸取了很大的教训。因此我从做第二个实验起，就在实验前做了大量的实验准备，比如说，上网做提前预习、认真写好预习报告弄懂实验原理等。因此我从做第二个实验起就在各个方面有了很大的进步，实验仪器的使用也熟悉多了，实验仪器的读数也更加精确了，仪器的调节也更加的符合实验的要求。就拿夫-赫实验/双光栅微振实验来说，我能够熟练调节ZKY-FH-2智能夫兰克—赫兹实验仪达到实验的目的和测得所需的实验数据，并且在实验后顺利地处理了数据和精确地画出了实验所要求的实验曲线。在实验后也做了很好的总结和个人体会，与此同时我也学会了列表法、图解法、函数表示法等实验数据处理方法，大大提高了我的实验能力和独立设计实验以及创造性地改进实验的能力等等。

下面我就谈一下我在做实验时的一些技巧与方法。首先，做实验要用科学认真的态度去对待实验，认真提前预习，做好实验预习报告；第二，上课时认真听老师做预习指导和讲解，把老师特别提醒会出错的地方写下来，做实验时切勿出错；第三，做实验时按步骤进行，切不可一步到位，太心急。并且一些小节之处要特别小心，若不会，可以跟其他同学一起探讨一下，把问题解决。第四，实验后数据处理一定要独立完成，莫抄其他同学的，否则，做实验就没有什么意义了，也就不会有什么收获。

班级：09物理本科2班

姓名：晏大勇

学号：06110902010

篇6：近代物理隧道扫描报告

（四）摘要：本文介绍了扫描隧道显微镜的原理、结构及其关键部件针尖。详细阐述了利用扫描隧道显微镜观察样品的实验步骤。得到了石墨原子排布图像，并对实验结果进行了分析。介绍了其再实验方面的其他应用和仪器存在的局限性和改进方向。

关键词：扫描隧道显微镜 量子隧穿

引言

1924 年德布罗意预言了一切微观粒子都具有波粒二象性;1927 年戴维孙等人的电子衍射实验证实了德布罗意的预言.微观粒子具有波粒二象性的一个重要结果就是隧道效应 ,扫瞄隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope ,STM)就是在此基础上发展起来的.1982 年世界上第一台 STM 问世 ,它不仅能够显示物质表面的原子分布 ,并且可借助它对原子进行移动操作 ,使得人们可在实空间获得原子尺度分辨率的表面信息.STM 的出现极大地延伸了人类视觉感官的功能 ,人类的视野第一次深入到原子尺度 ,它不仅是显微科学技术的一次革命 ,在物理学、化学表面科学、材料科学、生命科学等领域都获得了广泛的应用 ,被公认为 20 世纪 80 年代十大科技成就之一 ,标志着一个科技新纪元即纳米科技时代的开始。本文主要介绍扫描隧道显微镜的基本原理和使用方法。

正文

一、扫描隧道显微镜的原理

根据量子力学原理，粒子可以穿过比它能量更高的势垒。这种现象称为隧道效应,它是由于粒子的波动性而引起的,由量子力学可计算出穿过势垒的透射系数为：

由式中可见 ,T与势垒宽度a,能量差（V0-E）以及粒子的质量m有着很敏感的依赖关系,随着势垒宽度a的增加,T将指数衰减 ,因此在一般的宏观实验中,很难观察到粒子隧穿势垒的现象。

扫描隧道显薇镜的基本原理是将原子线度的极细探针和被研究物质的表面作为两个电极,当样品与针尖的距离非常接近时（通常小于1mm）,在外加电场的作用下,电子会穿过两个电极之间的势垒流向另一电极,隧道电流I是电子波函数重叠的量度 ,与针尖和样品之间距离和平均功函数有关

式中Vb代是加在针尖和样品之间的偏置电压,平均功函数

扫描隧道显微镜

近代物理实验报告

（四）A为常数,在真空条件下约等于1,隧道探针一般采用直径小于1mm的细金属丝,如钨丝、铂—铱丝等,被观测样品应具有一定的导电性才可以产生隧道电流,由上式可知,隧道电流强度对针尖和样品之间的距离有着指数的依赖关系 ,当距离减小1mm隧道电流即增加约一个数量级,因此,根据隧道电流的变化,我们可以得到样品表面微小的高低起伏变化的信息,如果同时对X，Y方向进行扫描,就可以直接得到三维的样品表面形貌图。

二、STM的结构

一般 STM的针尖是安放在一个可进行三维运动的陶瓷支架上,Vx、Vy、Vz分别控制针尖在x、y、z方向的运动.在 Vx、Vy上施加电压使针尖沿表面作扫描,测量隧道电流并以此反馈控制施加在针尖竖直方向上的电压Vz使得针尖与表面的间距s不变.当 s变大时,I有变小的趋向,反馈放大器改变电压Vz导致s变小,反过来也一样.电压 Vz的值就反映了表面的轮廓.一般说来隧道显微镜由三个大部分组成:隧道显微镜的主体、控制电路、计算机控制(测量软件及数据处理软件).主体主要包括针尖平面扫描机构、样品与针尖间距控制调节机构、系统与外界振动的隔离装置.这是STM的关键技术,STM是十分精密的仪器 ,任何微小的扰动都会引起电流的剧烈变化,因此需要严格的隔离防震措施来保证原子级的分辨能力和稳定的图象.针尖结构也十分关键,理想的针尖其最尖端只有一个稳定的原子 ,通常用钨或铂铱合金为针尖材料,经过场蒸发等特殊工艺制备成探针针尖.三、STM的针尖和偏压

针尖相当于一个传感器 ,针尖的结构和功能决定着 STM 图像的分辨率和纳米操控加工能力,如果针尖足够的尖 ,只有一个稳定的原子 ,隧道电流就很稳定 ,就可以获得原子级分辨率的图像.STM利用隧道效应工作的 ,要求针尖必须是导电的,扫描隧道显微镜

近代物理实验报告

（四）目前常用的针尖材料有钨(W)和铂铱(Pt2Ir)合金 ,含量为75%的铂和25%的铱.电化学腐蚀法用于钨针尖的制备 ,机械成型法用于铂铱针尖的制备.对于更精确的科学研究也常用电子沉积法和场致蒸发法制备针尖.对针尖的研究是当前STM研究的课题之一.根据前面的讨论 ,针尖和样品的间距小于 1 nm时,电子有一定的概率穿透势垒到达另一极,若不加偏压,针尖上的电子以一定透射率穿透势垒到达样品,同时样品表面上的电子以几乎相同的透射率穿透势垒到达针尖 ,观察不到隧道电流 ,如果在针尖和样品间加上一定的电压 ,可以证明在保持间距不变的条件下 ,隧道电流与偏压成正比 ,偏压的作用就是为了提高针尖上电子的能量,使针尖上的电子比样品上的电子以更大的透射率穿过势垒 ,形成隧道电流.偏置电压控制在多大最为合适,既有利于电子转移,又不会因为电化学反应对针尖有腐蚀,这也是当前 STM 研究的课题之一.四、实验步骤

1、使用前先检查连线是否连接正确（机座与控制箱、电脑与控制箱、电源）。

2、先启动电脑，等电脑进入win—XP界面后在打开控制箱电源开关，然后打开桌面上AJ-Ⅰ扫描隧道显微镜的控制软件，软件打开后首先对显微镜进行校正（显微镜>校正>初始化），选定通道零，然后点击“应用”，最后确定。

3、打开如下图框：高度图象（H）、马达控制（A），再点击一次马达控制（A）的“单步进”。

4、剪针尖：首先将丙酮溶液对针、镊子和剪刀进行清洁，少等片刻让针、镊子和剪刀完全干燥。下面开始剪针尖：将镊子夹紧针一端，另一端则为我们要剪的针尖，慢慢转动剪刀使剪刀和针成一定角度（30度-45度）快速剪下，同时拌有冲力（冲力方向与剪刀和针成的角度一致），然后以强光为背光对针尖进行肉眼观察（建议观察

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（四）者视力较好），看是否有比较尖锐的针尖。若无，请重复此项操作，若有操作继续。

5、安装针尖：小心的将针尖插入探头的针槽内（切勿插反），插入时保证针与针槽内壁有较强磨擦力，以确保针的稳固。然后将样品平稳的放到扫描管的扫描平台上。

6、进针：机座上有三个高度调节旋钮，前置两个为手动调节旋钮，后一个为马达驱动控制旋钮，先手动调节前置旋钮，从上往下看，顺时针为进针，逆时针为退针，调节时先在石墨平面上找到镜像小红灯，同时调节视点在镜像小红灯平面上找到实际针尖的镜像针尖，调节实际针尖和镜像针尖的距离。调节至实际针尖与镜像针尖的距离无法欲知再调节下去是否撞针时，采用自动进针。（调节时若看到Z高度显示（T）中的红线是否有撞针现象，红线到达顶部即为撞针，一般情况下针尖报废，如针未报废，重复上两步操作）点击马达高级控制面板（A）中的“连续进”并密切注意观察进针情况，待“已进入隧道区马达停止连续进”的提示框出现后，在点击提示框的“确定”，然后进行单步进操作。用鼠标点击马达高级控制面板（A）中的“单步进”，调节红线于中间位置时停止，进针结束，并关闭“马达高级控制面板（A）”图框。

7、针尖检验：打开“Iz曲线Z”图，观察图象中的电流衰减情况，图象中曲线越陡峭说明针尖越好；反之，针尖不好！

8、扫描：

将扫描控制面板中的“扫描范围”参数设置为最大，在将“显示范围”参数设置为10nm（一般5-20nm），其它参数无须设定保持默认值。由于本实验所用的针尖不够好，所以不需要采取悬挂防震。

在高度图像中颜色的深浅变化代表样品表面凹凸变化(颜色越亮样品表面就越突出,颜色越浅表面就越下凹)。高度曲线的变化已经很直观的反映样品的平整度状况，再结合高度曲线和高度图像进行操作，选定一片较为平整的区域为扫描区域!（最好选择靠近中间的区域）

9．实验结束：先用鼠标点击高级马达控制面板中的“连续退”，退到1000步左右停止。将扫描控制软件关闭，关掉控制箱电源！再关掉电脑，将实验工具整理和清洁。

五、实验结果与结果分析

1、石墨的原子排列结构

在石墨晶体中，同层的碳原子以sp2杂化形成共价键，每一个碳原子以三个共价键与另外三个原子相连。六个碳原子在同一个平面上形成了正六连连形的环，伸展成片层结构，这里C-C键的键长皆为142pm，这正好属于原子晶体的键长范围，因此对于同一层来说，它是原子晶体。在同一平面的碳原子还各剩下一个p轨道，它们相互重叠。电子比较自由，相当于金属中的自由电子，所以石墨能导热和导电，这正是金属晶体特征。因此也归类于金属晶体。

扫描隧道显微镜

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（四）石墨晶体中层与层之间相隔340pm，距离较大，是以范德华力结合起来的，即层与层之间属于分子晶体。但是，由于同一平面层上的碳原子间结合很强，极难破坏，所以石墨的溶点也很高，化学性质也稳定。鉴于它的特殊的成键方式，不能单一的认为是单晶体或者是多晶体，现在普遍认为石墨是一种混合晶体。

2、STM扫描图像

2.1扫描范围为20nm*20nm

扫描放大图像

扫描隧道显微镜

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（四）从这张扫描图像中我们可以大致看出石墨表面的结构，其表面并不平整，而是通过原子的键合实现的，原子与原子之间并不是一个紧挨着一个，当中存在空隙，所以会出现颜色较深的区域。颜色较浅的点为原子的实体，而较深的区域为空隙。但是通过这样一幅图像还不能看出原子之间键合后成怎样的集合图形。所以我们缩小扫描范围，来观察其细致结构。

2.2扫描范围为10nm*10nm

扫描放大图像

扫描隧道显微镜

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（四）从这张图像我们可以看出，原子的排布比较清晰，但是从上面的图形判断碳原子好像是以四边形排布的，可能是由于各项参数没有调整好，或者针尖没有达到单原子那种状态，图像显示没有太清晰，我们继续缩小视野范围。

2.3扫描范围为4nm*4nm

扫描放大图像

扫描隧道显微镜

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（四）从这幅图像上我们可以比较清晰的看到他的原子排布特点了，如上图所示，虽然不算太清楚，但大致的六边形的轮廓还是出现了。2.4几次尝试

我们再次改变扫描半径、比例增益、积分增益、设置点、偏压等，都没有达到很好的效果。

扫描隧道显微镜

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（四）六、扫描探针显微技术的应用

SPＭ作为新型的显微工具与以往的各种显微镜和分析仪器相比有明显的优势： 首先，SPM得到的是真实的样品表面、原子级别的高分辨率图象。而不同于某些 分析仪器是通过间接的或计算的方法来推算样品的表面结构。其次，由于STM在扫描时不接触样品，又没有高能电子束轰击，可以避免样品的变形。而且，它的使用环境宽松，不仅可以在真空中工作，还可以在大气中、低温、常温、高温，甚至在溶液中使用。SPM应用领域十分宽广。无论是物理、化学、生物、医学等基础学科，还是材料、微电子等应用学科都有它的用武之地。比如，目前人们已利用STM直接观察到DNA、RNA和蛋白质等生物大分子及生物膜等结构。

具体而言，基于扫描探针显微技术和光学技术的单分子科学方法，使人们初步实现了直接研究和操纵单个原子和分子。如利用SPM确定单分子在衬底表面的吸附取向；直接观测单个小分子的离解反应；对单个分子内的化学键进行选择性加工，并利用分子自身的特性，制备具有特殊性质的电子学器件；直接测量单个共价键强度，研究分子与表面成键特征、电荷转移效应和衬底对分子电子结构的影响；研究生物大分子在溶液中切割，单链折叠和组装过程。同样的，也可以利用AFM技术通过拆分DNA双链来测量DNA的两条链间碱基配对的作用力等等。

此外，SPM技术，尤其是STM和AFM技术已成为分析纳米结构的有力的常用技术手段。利用这些先进技术，进行纳米结构的单分子识别与控制，构筑纳米结构基元，还可以准确快捷测定各种纳米结构与性能。

七、扫描隧道显微镜的局限性和改进

扫描隧道显微镜至问世以来，已迅速成为许多实验室的常规仪器，随着其应用研究的深化和扩展，其弊端和不足也日益显现。主要表现在以下三个方面：（1）扫描探针对观测具有高取向结构的表面，可获得比较明确的解析，而对绝大部分多晶或非晶材料的STS图象解释难度很大；（2）SPM技术只能获得表面结构形貌图象，缺乏化学敏感性，难以与表面微区化学组分、微区电化学相互关联。鉴于此，发展复合型扫描探针技术已成为国际研究热点，如近年来发展的近场扫描光学显微镜（NSOM），可同时直接测量表面微区化学组分和表面微观形貌。同时，国际上还开始探索研制各种联用技术，已获得更新、更深层次的研究信息，使人们对客观世界的认识得一不断的深化。

参考文献

[1]近代物理实验讲义 浙师大数信学院近代物理实验室