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书名：近代物理实验（第二版）
定价：59.0
ISBN：9787030595959
作者：无
版次：2
出版时间：2019-01
内容提要：
本书包含原子物理、核探测技术、微波技术、磁共振技术、激光与光学技术、光通信技术、真空技术、固体材料的参数测试和电路与物理测量等内容，共34个实验. 详细阐述了每个实验的原理、背景知识和在现代生产生活中的应用，并介绍了每个实验的仪器组成、操作步骤和注意事项. 为了便于读者更直观地了解实验内容，本书附加了部分实验操作的小视频，扫描二维码即可观看。
目录：
目录
第二版前言
**版前言
**单元 原子物理 1
1-1 塞曼效应 1
1-2 黑体辐射 12
1-3 原子光谱 19
1-4 激光拉曼光谱 28
1-5 激光诱导击穿光谱分析 36
第二单元 核探测技术 50
2-1 盖革-米勒计数器及核衰变的统计规律 50
2-2 验证快速电子的相对论效应 62
2-3 物质对β射线的吸收 72
2-4 物质对γ射线的吸收 81
第三单元 微波技术 90
3-1 微波系统中电压驻波比的测量 90
3-2 测量线的调整和晶体检波器的校准 101
3-3 用谐振腔微扰法测量微波介质的特性 109
3-4 微波光学 118
第四单元 磁共振技术 125
4-1 磁共振基础知识 125
4-2 核磁共振 128
4-3 微波电子顺磁共振 135
4-4 微波铁磁共振 140
4-5 光泵磁共振 147
第五单元 激光与光学技术 160
5-1 氦氖激光器的模式分析 160
5-2 晶体的电光效应与电光调制 171
5-3 椭偏法测量介质薄膜的厚度和折射率 182
5-4 单光子计数 197
5-5 法拉第效应 210
5-6 空间单点光学相干层析技术 217
5-7 空间光调制器的振幅调制 221
第六单元 光通信技术 229
6-1 音频信号在光纤中的传输 229
6-2 数字信号编码及在光纤中的传输 243
第七单元 真空技术 253
7-1 真空的获得及低压等离子体辉光放电 253
7-2 真空镀膜 264
第八单元 固体材料的参数测试 268
8-1 热传导基础知识 268
8-2 热波法测热导率 269
8-3 闪光法测热导率 274
8-4 变温霍尔效应 278
第九单元 电路与物理测量 291
9-1 非线性电路混沌 291
9-2 液晶光学双稳和混沌 300
9-3 相关器的研究及其主要参数测量 307
常用物理基本常数表 324
在线试读：
**单元 原子物理
1-1 塞曼效应
1896 年，荷兰物理学家塞曼(Pieter Zeeman)发现，将光源置于足够强的磁场中时，原来的一条谱线分裂成几条偏振化的谱线，这种现象称为塞曼效应. 谱线分裂为三条的为正常塞曼效应，由洛伦兹根据经典电子论对此做出了解释. 然而大多数谱线的分裂多于三条，属反常塞曼效应，虽然根据实验累积的大量数据得到了经验公式，但无法由经典理论做出解释. 正是对反常塞曼效应及复杂光谱线的研究，促使1921 年朗德(Lande)提出了g 因子的概念，1925 年泡利提出了不相容原理，乌伦贝克和古德斯密特提出了电子自旋，从而推动了量子理论的发展. 由于塞曼效应在物理学上的重大意义，塞曼本人与导师洛伦兹共享了1902 年诺贝尔物理学奖.
从塞曼效应的实验结果中可以得到有关能级分裂的数据，即由能级分裂的个数可以知道能级的J 值，由能级裂距的大小可以知道g 因子. 因此，直到今天，塞曼效应仍是研究能级结构的重要方法之一. 而反常塞曼效应的研究推动了量子理论的发展和实验手段的进步，近年来在原子吸收光谱分析中用它来扣除背景，以提高分析的精度. 在天文工作中，可用塞曼效应来测量太阳和星体表面的磁场强度等.
【实验目的】
(1) 学*掌握观测塞曼效应的实验方法.
(2) 用法布里-珀罗标准具(F-P 标准具)和CCD 摄像装置观测汞灯光谱线(546.1nm)的塞曼效应.
【实验原理】
塞曼效应是由于原子磁矩与磁场作用而产生的. 原子磁矩由电子磁矩和核磁矩两部分组成，但后者比前者小三个数量级以上. 在忽略很小的核磁矩的条件下，原子的总磁矩等于电子轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和. 电子具有轨道角动量pL 和自旋角动量pS ，分别为
它们合成原子的总角动量pJ ，如图1-1-1所示. 电子的轨道磁矩μ L 和自旋磁矩μ S 分别为
它们合成原子的总磁矩μ .
由于μ L 与pL 的比值不等于μ S 与pS 的比值，所以原子的总磁矩μ 不在总角动量pJ 的延线上，因此μ 绕pJ 的延线旋进. 只有μ 在pJ 方向上的分量μ J对外的平均效果不为零时，在进行矢量叠加运算后，得到有效总磁矩μ J 为
(1-1-1)
式中，g 称为朗德因子，它表征单电子的总磁矩与总角动量的关系，而且决定了能级在磁场中分裂的大小. 对于L、S 耦合的情况有
(1-1-2)
原子总磁矩μ J 在外磁场B 中受到力矩Fr 的作用，即
(1-1-3)
力矩Fr 使总角动量pJ 发生旋进，总磁矩μ J 也旋进，如图1-1-2 所示，旋进的结果引起原子获得一个附加的能量ΔE，其值为
(1-1-4)
式中，α 为μ J 与B 的夹角；β 为α 的补角.
由于μ J 或pJ 在外磁场中的取向是量子化的，所以在磁场方向的分量也是量子化的. 因而，它只能取如下数值：
(1-1-5)
将式(1-1-5)代入式(1-1-4)得
图1-1-1 电子角动量合成示意图
图1-1-2 角动量旋进示意图
(1-1-6)
式中，μB = eh / (4πm) 称为玻尔磁子；M 为磁量子数，它只能取一定的数值，即, J 共2J +1 个数值；L 为与电子总轨道角动量有关的量子数；S 为与电子总自旋角动量有关的量子数；J 为与原子总角动量有关的量子数.
式(1-1-6)表示原子在外磁场中能量的变化情况，当外磁场B 稳定时，M 可取2J+1 个不同的数值，所以ΔE 也就有2J +1 个可能的数值. 实际上就是由于磁场作用，原来的一个能级分裂为2J +1 个子能级，其能级间隔为gμBB . 每个子能级附加的能量与外磁场B 和朗德因子g 成正比. 因为g 随不同的光谱项而变化，所以能级的间隔也不一样. 只有对单重态，S = 0(这时J = L)时，g = 1，才表现为正常塞曼分裂.
设某一条光谱线是由能级E2 和E1 间的跃迁而产生的，则其谱线的频率ν 与能级有如下关系：
在外磁场作用下，上、下两能级E2 与E1 分别分裂为2J2+1 个和2J1+1 个子能级，其附加能量分别为ΔE2 和ΔE1. 新的谱线频率为ν ′ ，有分裂的谱线与原谱线间的频率差为
(1-1-7)
换以波数差来表示
(1-1-8)
式中，为正常塞曼效应的分裂(或称为洛伦兹单位). 如果以它作为裂距单位，则
(1-1-9)
对于M 的选择定则与偏振定则如下： ΔM =0, ±1 . 当ΔM = 0 时，跃迁产生π 成分；当ΔM = ±1 时，跃迁产生σ 成分. 具体可参见表1-1-1.
表1-1-1 M 的选择定则与偏振定则
本实验是以汞灯为光源，研究它的绿色光谱线546.1nm 的塞曼效应. 这条谱线是由73S1 到63P2 跃迁的结果，根据式(1-1-9)和选择定则、偏振定则可求出它的塞曼分裂. 表1-1-2 中列出了3S1 到3P2 能级的各项量子数和g、M、Mg 的数值.
表1-1-2 3S1 到3P2 能级的各项量子数和g、M、Mg 的数值
在外磁场作用下分裂的能级如图1-1-3(a)所示，裂距大小见表1-1-3.
图1-1-3 能级分裂图
表1-1-3 裂距大小
表1-1-3 中列出了各种可能跃迁的M2g2-M1g1值，↓的跃迁为ΔM = 0，垂直于磁场观察时为π 成分，其裂距值以括号标明(0, ±1/2)；对↙或↘的跃迁为ΔM = ±1，垂直于磁场观察时为σ 成分，其裂距为±1，±3/2，±2，把这些裂距按裂距间隔将π成分的谱线向上画一竖线，σ 成分向下画一竖线，各线长短对应其相对强度，其中以原线的强度为100，其他各线的相对强度为75，37.5，12.5 等. 图1-1-3(b)给出了谱线的相对强度及位移.
由图1-1-3 可见，其反常塞曼分裂为六条. 其中*大裂距为洛伦兹单位的2倍，但相对强度却很小(12.5).
对于正常塞曼效应，由式(1-1-8)可得
(1-1-10)
换成波长差，可得
(1-1-11)
代入λ = 500nm，B = 1T，eB/(4πmc) = 46.7B, 可得Δλ = 0.01nm，可见正常塞曼分裂的谱线与原谱线的波长差是很小的. 要观测如此小的波长差，必须使用高分辨率的光谱仪器. 本实验使用法布里-珀罗标准具和CCD 探头以及计算机进行观测.
【实验仪器】
图1-1-4 为塞曼效应实验装置图，图中S 为光源，A、F 为透镜，B 为偏振片，C 为干涉滤光片，D、E 为法布里-珀罗标准具，G 为CCD 摄像头，H 为计算机.
图1-1-4 塞曼效应实验装置图
光源S(本实验采用汞灯)发出多种波长的光，用干涉滤光片把汞灯中546.1nm光谱线选出. 此光谱线经过法布里-珀罗标准具后产生干涉条纹，这些干涉条纹通过CCD 摄像装置将图像送到计算机中，从而在显示器上显示出干涉条纹.
法布里-珀罗标准具
法布里-珀罗标准具(F-P 标准具)是由平行放置的两块镀有高反射膜的玻璃板及板间的一个间隔圈组成的，入射光在两平面间多次反射形成多光束干涉，如图1-1-5 所示.
图1-1-5 F-P 标准具工作原理图
为了维持两镀膜表面的严格平行，可将两镀膜表面压在由膨胀系数很小的材料(如石英、铟瓦合金)制成的间隔圈上，用螺丝调节三点的压力以达到平行. 这种固定间隔圈的干涉仪称为F-P 标准具, 间隔可调的称为F-P 干涉仪.
F-P 标准具的平面玻璃板的内表面加工精度要求优于1/30 波长，为获得多光束的干涉，要求镀膜表面具有较高的反射率R，一般通过镀以硫化锌-冰晶石的多层介质膜，使其反射率R 大于90%，这样透射的多光束干涉圆环非常细锐，分辨率较高. 为了消除两平行板外表面反射光的干涉对本实验研究的干涉条纹的干扰，在制作两平行板时有意将外表面做得不平行，使外表面与内表面有很小的夹角(1/3 度左右).
定价：59.0
ISBN：9787030595959
作者：无
版次：2
出版时间：2019-01
内容提要：
本书包含原子物理、核探测技术、微波技术、磁共振技术、激光与光学技术、光通信技术、真空技术、固体材料的参数测试和电路与物理测量等内容，共34个实验. 详细阐述了每个实验的原理、背景知识和在现代生产生活中的应用，并介绍了每个实验的仪器组成、操作步骤和注意事项. 为了便于读者更直观地了解实验内容，本书附加了部分实验操作的小视频，扫描二维码即可观看。
目录：
目录
第二版前言
**版前言
**单元 原子物理 1
1-1 塞曼效应 1
1-2 黑体辐射 12
1-3 原子光谱 19
1-4 激光拉曼光谱 28
1-5 激光诱导击穿光谱分析 36
第二单元 核探测技术 50
2-1 盖革-米勒计数器及核衰变的统计规律 50
2-2 验证快速电子的相对论效应 62
2-3 物质对β射线的吸收 72
2-4 物质对γ射线的吸收 81
第三单元 微波技术 90
3-1 微波系统中电压驻波比的测量 90
3-2 测量线的调整和晶体检波器的校准 101
3-3 用谐振腔微扰法测量微波介质的特性 109
3-4 微波光学 118
第四单元 磁共振技术 125
4-1 磁共振基础知识 125
4-2 核磁共振 128
4-3 微波电子顺磁共振 135
4-4 微波铁磁共振 140
4-5 光泵磁共振 147
第五单元 激光与光学技术 160
5-1 氦氖激光器的模式分析 160
5-2 晶体的电光效应与电光调制 171
5-3 椭偏法测量介质薄膜的厚度和折射率 182
5-4 单光子计数 197
5-5 法拉第效应 210
5-6 空间单点光学相干层析技术 217
5-7 空间光调制器的振幅调制 221
第六单元 光通信技术 229
6-1 音频信号在光纤中的传输 229
6-2 数字信号编码及在光纤中的传输 243
第七单元 真空技术 253
7-1 真空的获得及低压等离子体辉光放电 253
7-2 真空镀膜 264
第八单元 固体材料的参数测试 268
8-1 热传导基础知识 268
8-2 热波法测热导率 269
8-3 闪光法测热导率 274
8-4 变温霍尔效应 278
第九单元 电路与物理测量 291
9-1 非线性电路混沌 291
9-2 液晶光学双稳和混沌 300
9-3 相关器的研究及其主要参数测量 307
常用物理基本常数表 324
在线试读：
**单元 原子物理
1-1 塞曼效应
1896 年，荷兰物理学家塞曼(Pieter Zeeman)发现，将光源置于足够强的磁场中时，原来的一条谱线分裂成几条偏振化的谱线，这种现象称为塞曼效应. 谱线分裂为三条的为正常塞曼效应，由洛伦兹根据经典电子论对此做出了解释. 然而大多数谱线的分裂多于三条，属反常塞曼效应，虽然根据实验累积的大量数据得到了经验公式，但无法由经典理论做出解释. 正是对反常塞曼效应及复杂光谱线的研究，促使1921 年朗德(Lande)提出了g 因子的概念，1925 年泡利提出了不相容原理，乌伦贝克和古德斯密特提出了电子自旋，从而推动了量子理论的发展. 由于塞曼效应在物理学上的重大意义，塞曼本人与导师洛伦兹共享了1902 年诺贝尔物理学奖.
从塞曼效应的实验结果中可以得到有关能级分裂的数据，即由能级分裂的个数可以知道能级的J 值，由能级裂距的大小可以知道g 因子. 因此，直到今天，塞曼效应仍是研究能级结构的重要方法之一. 而反常塞曼效应的研究推动了量子理论的发展和实验手段的进步，近年来在原子吸收光谱分析中用它来扣除背景，以提高分析的精度. 在天文工作中，可用塞曼效应来测量太阳和星体表面的磁场强度等.
【实验目的】
(1) 学*掌握观测塞曼效应的实验方法.
(2) 用法布里-珀罗标准具(F-P 标准具)和CCD 摄像装置观测汞灯光谱线(546.1nm)的塞曼效应.
【实验原理】
塞曼效应是由于原子磁矩与磁场作用而产生的. 原子磁矩由电子磁矩和核磁矩两部分组成，但后者比前者小三个数量级以上. 在忽略很小的核磁矩的条件下，原子的总磁矩等于电子轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和. 电子具有轨道角动量pL 和自旋角动量pS ，分别为
它们合成原子的总角动量pJ ，如图1-1-1所示. 电子的轨道磁矩μ L 和自旋磁矩μ S 分别为
它们合成原子的总磁矩μ .
由于μ L 与pL 的比值不等于μ S 与pS 的比值，所以原子的总磁矩μ 不在总角动量pJ 的延线上，因此μ 绕pJ 的延线旋进. 只有μ 在pJ 方向上的分量μ J对外的平均效果不为零时，在进行矢量叠加运算后，得到有效总磁矩μ J 为
(1-1-1)
式中，g 称为朗德因子，它表征单电子的总磁矩与总角动量的关系，而且决定了能级在磁场中分裂的大小. 对于L、S 耦合的情况有
(1-1-2)
原子总磁矩μ J 在外磁场B 中受到力矩Fr 的作用，即
(1-1-3)
力矩Fr 使总角动量pJ 发生旋进，总磁矩μ J 也旋进，如图1-1-2 所示，旋进的结果引起原子获得一个附加的能量ΔE，其值为
(1-1-4)
式中，α 为μ J 与B 的夹角；β 为α 的补角.
由于μ J 或pJ 在外磁场中的取向是量子化的，所以在磁场方向的分量也是量子化的. 因而，它只能取如下数值：
(1-1-5)
将式(1-1-5)代入式(1-1-4)得
图1-1-1 电子角动量合成示意图
图1-1-2 角动量旋进示意图
(1-1-6)
式中，μB = eh / (4πm) 称为玻尔磁子；M 为磁量子数，它只能取一定的数值，即, J 共2J +1 个数值；L 为与电子总轨道角动量有关的量子数；S 为与电子总自旋角动量有关的量子数；J 为与原子总角动量有关的量子数.
式(1-1-6)表示原子在外磁场中能量的变化情况，当外磁场B 稳定时，M 可取2J+1 个不同的数值，所以ΔE 也就有2J +1 个可能的数值. 实际上就是由于磁场作用，原来的一个能级分裂为2J +1 个子能级，其能级间隔为gμBB . 每个子能级附加的能量与外磁场B 和朗德因子g 成正比. 因为g 随不同的光谱项而变化，所以能级的间隔也不一样. 只有对单重态，S = 0(这时J = L)时，g = 1，才表现为正常塞曼分裂.
设某一条光谱线是由能级E2 和E1 间的跃迁而产生的，则其谱线的频率ν 与能级有如下关系：
在外磁场作用下，上、下两能级E2 与E1 分别分裂为2J2+1 个和2J1+1 个子能级，其附加能量分别为ΔE2 和ΔE1. 新的谱线频率为ν ′ ，有分裂的谱线与原谱线间的频率差为
(1-1-7)
换以波数差来表示
(1-1-8)
式中，为正常塞曼效应的分裂(或称为洛伦兹单位). 如果以它作为裂距单位，则
(1-1-9)
对于M 的选择定则与偏振定则如下： ΔM =0, ±1 . 当ΔM = 0 时，跃迁产生π 成分；当ΔM = ±1 时，跃迁产生σ 成分. 具体可参见表1-1-1.
表1-1-1 M 的选择定则与偏振定则
本实验是以汞灯为光源，研究它的绿色光谱线546.1nm 的塞曼效应. 这条谱线是由73S1 到63P2 跃迁的结果，根据式(1-1-9)和选择定则、偏振定则可求出它的塞曼分裂. 表1-1-2 中列出了3S1 到3P2 能级的各项量子数和g、M、Mg 的数值.
表1-1-2 3S1 到3P2 能级的各项量子数和g、M、Mg 的数值
在外磁场作用下分裂的能级如图1-1-3(a)所示，裂距大小见表1-1-3.
图1-1-3 能级分裂图
表1-1-3 裂距大小
表1-1-3 中列出了各种可能跃迁的M2g2-M1g1值，↓的跃迁为ΔM = 0，垂直于磁场观察时为π 成分，其裂距值以括号标明(0, ±1/2)；对↙或↘的跃迁为ΔM = ±1，垂直于磁场观察时为σ 成分，其裂距为±1，±3/2，±2，把这些裂距按裂距间隔将π成分的谱线向上画一竖线，σ 成分向下画一竖线，各线长短对应其相对强度，其中以原线的强度为100，其他各线的相对强度为75，37.5，12.5 等. 图1-1-3(b)给出了谱线的相对强度及位移.
由图1-1-3 可见，其反常塞曼分裂为六条. 其中*大裂距为洛伦兹单位的2倍，但相对强度却很小(12.5).
对于正常塞曼效应，由式(1-1-8)可得
(1-1-10)
换成波长差，可得
(1-1-11)
代入λ = 500nm，B = 1T，eB/(4πmc) = 46.7B, 可得Δλ = 0.01nm，可见正常塞曼分裂的谱线与原谱线的波长差是很小的. 要观测如此小的波长差，必须使用高分辨率的光谱仪器. 本实验使用法布里-珀罗标准具和CCD 探头以及计算机进行观测.
【实验仪器】
图1-1-4 为塞曼效应实验装置图，图中S 为光源，A、F 为透镜，B 为偏振片，C 为干涉滤光片，D、E 为法布里-珀罗标准具，G 为CCD 摄像头，H 为计算机.
图1-1-4 塞曼效应实验装置图
光源S(本实验采用汞灯)发出多种波长的光，用干涉滤光片把汞灯中546.1nm光谱线选出. 此光谱线经过法布里-珀罗标准具后产生干涉条纹，这些干涉条纹通过CCD 摄像装置将图像送到计算机中，从而在显示器上显示出干涉条纹.
法布里-珀罗标准具
法布里-珀罗标准具(F-P 标准具)是由平行放置的两块镀有高反射膜的玻璃板及板间的一个间隔圈组成的，入射光在两平面间多次反射形成多光束干涉，如图1-1-5 所示.
图1-1-5 F-P 标准具工作原理图
为了维持两镀膜表面的严格平行，可将两镀膜表面压在由膨胀系数很小的材料(如石英、铟瓦合金)制成的间隔圈上，用螺丝调节三点的压力以达到平行. 这种固定间隔圈的干涉仪称为F-P 标准具, 间隔可调的称为F-P 干涉仪.
F-P 标准具的平面玻璃板的内表面加工精度要求优于1/30 波长，为获得多光束的干涉，要求镀膜表面具有较高的反射率R，一般通过镀以硫化锌-冰晶石的多层介质膜，使其反射率R 大于90%，这样透射的多光束干涉圆环非常细锐，分辨率较高. 为了消除两平行板外表面反射光的干涉对本实验研究的干涉条纹的干扰，在制作两平行板时有意将外表面做得不平行，使外表面与内表面有很小的夹角(1/3 度左右).