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1-3塞曼效应实验目的和要求：了解塞曼效应的重要意义和原理；学习调节光路，学习使用高分辨气压扫描式法布里-珀罗标准具（F-P）和光谱测量技术；观测和研究Hg放电灯的546.1nm光谱线在外磁场作用下的塞曼分裂现象和谱线的超精细结构；根据实验结果研究原子能级结构，获得有关分裂能级的参量。教学内容：1．计算Hg灯546.1nm光谱线在磁场作用下分裂的各子谱线的条数、偏振方向、波数变化，和相对强度，作出能级分裂图和光谱分裂示意图。2．调节光路的准直和共轴，调节F-P标准具的平行度；观察F-P标准具产生的等倾干涉圆环随F-P内空气折射率的变化；通过气压扫描，用光电倍增管扫描测量546.1nm光谱线的强度随气压的变化，要求达到高分辨率，观测到超精细结构。3．加垂直观测方向的磁场，观察F-P后干涉圆环的分裂、分裂环的相对强度和偏振状态；用气压扫描测量546.1nm谱线分裂出的9条光谱，测量不同偏振状态下的光谱。4．分析塞曼分裂谱，计算各分裂子谱线的波数差和相对强度，并与理论值作比较，求荷质比；从塞曼分裂谱中分析得到原子能级的J量子数和g因子。实验过程中可能涉及的问题(有的问题可用于检查学生的预习情况，有的可放在实验室说明牌上作提示，有的可在实验过程中予以引导，有的可安排为报告中要回答的问题，有的可作为进一步探索的问题。不同的学生可有不同的要求。)塞曼效应是如何产生的？原子在外磁场下的能级分裂由哪些因素决定？根据你的理论计算，在1T磁场的作用下，Hg546.1nm光谱线分裂成几条谱线？分裂谱线的偏振态为什么不同？分裂谱线的相对强度是多少？分裂谱线的波数差为多少cm-1?本实验通过什么方法分辨测量这么窄的光谱分裂？F-P的自由光谱范围如何定义，在实验中有什么作用？用气压扫描式F-P标准具实现高分辨光谱测量的实验条件有哪些（光路，平行度，准直，光电倍增管前加小孔光阑…）？随着F-P内气压即空气折射率的变化，为什么可以观测到分裂谱线重复出现？如何把实验测量结果中光强随气压的变化，标定转化为，光强随谱线波数的变化？此种标定的前提条件是什么？如何尽量减少相邻谱线的互相影响？如果谱线的裂距和强度与理论计算有偏差，可能是什么原因造成的？实验装置说明：1．光源及磁场：Hg灯与电源（注意Hg灯上高压的安全），电磁铁与电源（注意电磁铁发热效应，Hg灯为何需置于磁场中心？）2．光谱测量：透镜、偏振片和干涉滤光片（各起什么作用？）；气压扫描式F-P标准具、成像透镜和带小孔光阑的光电倍增管（各起什么作用，如何调节，观察到的光学现象？）3．控制和数据采集：气压扫描控制器（注意在升压状态下测量）,光电倍增管电源系统（注意屏蔽背景光后加高压使用），计算机数据采集（实验测量的是什么物理量？）实验的主要内容和问题：1．Hg灯置于电磁铁中央，在垂直磁场方向观测光谱（平行磁场方向的塞曼分裂光谱会有什么不同？测量方案上有何不同？）2．调节整体光路，使Hg灯像、等倾干涉圆环的中心、以及观测点的中心达到准直、共心、共轴。（为什么有这些要求？如何逐步调节并判断？）1．调节F-P标准具的平行度。（这部分调节对测量塞曼分裂谱很重要，为什么？如何通过粗调和细调来判断F-P标准具各方向的间距是否一致？F-P标准具的平行度如何在Hg的546.1nm谱线的测量中反映出来？）4．加入射窗带小孔光阑的光电倍增管，确认光电倍增管与F-P共轴。（为什么要在光电倍增管的入射窗加小孔光阑？为什么需进一步确认共轴？）5．测量546.1nm谱线的光强随气压变化曲线，当光谱显示系统调节达到要求再加磁场。测量其9条分裂光谱线的光强随气压变化曲线。（如何从546.1nm谱线中判断系统调节达到要求？可能影响谱线的原因是哪些？）6．加偏振片并调节偏振片方向，观察塞曼分裂谱中π偏振和σ偏振谱线，用气压扫描法测量其强度，与9条分裂谱线的测量作对比。（如何通过观察等倾干涉圆环判断偏振方向？）7．讨论实验结果。实验报告要求：报告中要求有详细的理论计算，画出规范的能级分裂图和光谱分裂图。此实验数据处理内容较多，要求列出两个完整分裂谱线的数据并计算谱线的平均裂距和相对强度，计算荷质比。要求分析实验误差的原因。对光谱图要求完整标出图名，轴名和各谱线的测量条件，以及自由光谱范围。根据Hg的546.1nm谱线的塞曼分裂光谱，分析确定能级的J量子数和g因子。1-4X射线标识谱与吸收实验的目的要求：1．了解X射线标识谱产生的规律，验证莫塞莱定律；2．研究固体对X射线吸收的规律；3．学习和掌握利用闪烁体探测器测量X射线能谱的方法，了解探测器的结构及其工作原理。教学内容：1．展示NaI(Tl)探头的结构，讲述NaI(Tl)闪烁谱仪系统的工作原理（本实验室内三个实验的学生可集中在一块讲述）。2．利用实验室提供的装置和样品，测量样品产生的X射线能谱，从而验证莫塞莱定律，即X光子频率的平方根与原子序数Z间的线性关系。3．记录X射线谱峰的半高宽，记谱时间的实时和活时等数据，以便分析仪器的能量分辨本领随光子频率的变化，了解谱仪死时间等概念。4．测量Al对Mo、Sr、Zn、Ni和Fe等元素的标识X射线的质量吸收系数。并考察测量得到的质量吸收系数是否与X射线波长λ的三次方成正比。5．总结不同条件下得到的能谱，在仔细观察的基础上，对能谱的变化做出解释。实验过程中可能涉及的问题：（有的可用于检查预习的情况，有的可放在实验室说明牌上作提示，有的可在实验过程中予以引导，有的可安排为报告中要回答的问题，对于不同的学生可有不同的要求）1．本实验中的内层电子空穴是如何产生的？是否还可能有其它的方法？2．俄歇过程是怎样的？它与标识X射线产生过程的关系如何？3．实验中样品和吸收片分置于激发源的下部和上部，为何有这样的几何设计？4．本实验中使用石蜡罐来屏蔽什么射线的辐射？为什么？5．本实验中是如何测量X射线的频率的？是否还有其它的方法？6．简要说明闪烁体探测器的原理和多道分析器的功能。7．试估算17keV能量的光子经康普顿散射后最多会损失多少能量？1MeV能量的光子呢？8．X射线的吸收规律是怎样的？是如何得到的？其成立条件是什么？9．定性描述原子的光电吸收截面与入射X射线波长的关系，并说明为何存在吸收限？10．实验中锶样品和硒样品分别用的是醋酸锶和氧化硒，请问这对实验结果产生什么影响？为什么？11．在做验证莫塞莱定律实验时应该先用哪一种靶样品？为什么？12．能谱测量时，应该如何调节NaI闪烁谱仪中的光电倍增管的高压电源和线性放大器的增益？实验中可分别调节相应的旋钮，来观察测量能谱的变化。13．在做吸收实验时，X射线的强度如何测量？能否用峰位附近一定道址范围内的总计数表示强度？如果能，道址范围如何确定？14．实验要求采用峰值计数的80％来确定测量X射线强度的道址范围，那么随着吸收膜层数的变化，道址范围应该是随着能谱的变化而变化呢，还是应该保持不变？为什么？15．在采谱软件中，对重点区积分后，得到的总计数和净面积分别是什么含义？16．Al膜厚度为零时的总计数I0该如何测量？17．数据累积需要保证一定的统计量，那么实验要求的计数大于10万（或50万）是否是对于所有不同厚度的Al膜而言的？实验中每一个数据点的获取时间如何确定？18．对原子序数较小的样品（如Fe），当Al吸收膜较厚时，在原来峰位的右边（高能端）出现了一个新的峰，请对此给予解释。19．对原子序数较小的样品（如Fe，Ni），当Al吸收膜较厚时，实验测量的数据点偏离系统性较大，其原因是什么？如何才能获得更准确的数据？20．根据实验测得的光电效应的质量吸收系数τm值，计算原子光电吸收截面σa的大小。而根据原子的汤姆逊散射截面计算公式，试估计汤姆逊散射对结果的影响。21．对于实验中不同元素所发射的标识X射线，计算NaI（Tl）闪烁探测器的能量分辨本领。试解释为什么光子能量越小，能量分辨本领越高。22．考察测量得到的质量吸收系数是否与X射线波长的3次方成正比,如是,为什么是与3次而不是与4次方成正比?23．我们的谱仪系统可以给出实时间、活时间。在计算质量吸收系数时是应该选用根据实际测量时间给出的计数率参加计算还是应该选用根据活时间给出的计数率参加计算？24．实验中误差的主要来源是什么？试做相应的误差分析。难点：为何对于原子序数较小的样品，当Al吸收膜较厚时，能谱高能端会出现了一个新的峰？如何才能获得相应的更准确的数据？可进一步探索的问题：1．验证莫塞莱定律时，实验中得到的线性相关度并不是相当高。原因可能是为什么？2．验证莫塞莱定律时，对于不同的样品，具体分析能谱峰值计数达到1万所需的时间与原子序数的关系。为何对于样品中的较轻元素Ti和较重元素Mo，两者都需要较长的采谱时间？3．做吸收实验时，对所测能谱进行本底扣除测量，进一步地验证吸收规律。1-6振动拉曼光谱实验目的：1.通过观测CCl4分子的振动拉曼光谱，了解拉曼散射及其经典与量子的物理图像；2.通过退偏度的测量，了解拉曼散射的退偏度以及与分子对称性的关系。教学内容：1.熟悉实验装置的各个部分；2.调节CCl4样品的位置和光路尽可能获得信噪比大的光谱；3.改变入射光和出射光的偏振状态，获得相应谱线；4.计算各条谱线的退偏度，分析和讨论其结果。教学要点：1.什么是振动拉曼散射、布里渊散射、瑞利散射？2.拉曼光谱仪中的聚光镜、集光镜、偏振片的作用分别是什么？3.光栅单色仪的作用是什么？其入出狭缝宽如何选取？改变狭缝宽对谱线有何影响？4.光电倍增管的作用是什么？5.如何使光谱的信噪比尽可能增大？如何进行定点调节？6.CCl4分子有多少个振动自由度？在CCl4振动拉曼谱中有多少条振动拉曼谱线？7.什么是散射平面？如何判定和改变入射光和散射光的偏振状态？8.书上有三个退偏度定义，为何只能用sρ？9.比较不同偏振状态下的谱线(I⊥⊥和I⊥ )，得出什么样的结论？与分子对称性有什么关系？10.入射光不是线偏振光时，得到的谱线会有什么变化？11.如何根据谱线确定样品的化学成分？