南京大学近代物理实验-光磁共振

光磁共振实验

摘要：本实验依据塞曼效应、光抽运效应、基态塞曼子能级间的光磁共振等原理，运用“光抽运—磁共振—光探测”的方法，测量地磁场垂直分量和水平分量以及铷原子的相关参量。

关键词：光磁共振，光抽运，塞曼效应

一、引言

二、实验原理

三、实验仪器

四、实验步骤：

五、数据处理及误差分析

亥姆霍兹线圈轴中心处磁感应强度B 的计算公式为

732

16B 105

N

I T r

π-=

?

?

其中r 为线圈有效半径（m ），I 为线圈电流强度（A ）。本实验中线圈的相关参数见下表

1．地磁垂直分量测量

实验测得垂直磁场与地磁场垂直分量完全抵消时，垂直线圈电流为0.062A ，代入磁感应强度计算式中，得地磁场垂直分量

5B =1.8210T -?地垂直.

2.铷原子基态朗德因子F g 和核自旋量子数I 测量

水平线圈电流0.280A ，代入磁感应强度计算式中，对应的磁感应强度为

4B =1.3110T -?水平

（1）85

Rb 原子： 实验测得

1ν=979.4kHz 2ν=265.3kHz

与B 水平对应的频率

ν=622.35kHz

由此可以算出85

Rb 原子的

F g =0.34

I=2.45

F g 的理论值为F g 理论=1

3

，因此F g 的测量误差为

F F F g F g -g =

100%g ??理论

理论

=1.83%

I 的理论值为I 理论=2.5，因此I 的测量误差为

I I-I =

100%I ??理论

理论

=2.16% （2）87

Rb 原子： 实验测得

1ν=1460.6kHz

2ν=392.8kHz

与B 水平对应的频率

ν=926.7kHz

由此可以算出87

Rb 原子的

F g =0.51

I=1.48

F g 的理论值为F g 理论=0.5，因此F g 的测量误差为

F F F g F g -g =

100%g ??理论

理论

=1.08%

I 的理论值为I 理论=1.5，因此I 的测量误差为

I I-I =

100%I ??理论

理论

=1.43% 3.地磁场的水平分量B 地水平和倾角θ的测量

水平线圈电流0.280A ，对应的磁感应强度为4B =1.3110T -?水平

（1）85

Rb ：

3ν=485.9kHz

与B 地水平对应的频率为

ν=246.75kHz

计算得

5B =5.2910T -?地水平

（2）87

Rb ：

3ν=725.9kHz

与B 地水平对应的频率为

ν=367.35kHz

计算得

5B =7.8710T -?地水平

两者取平均值，得

5B =6.5810T -?地水平

前面已经测得

5B =1.8210T -?地垂直

所以

B 地=56.8310T -?

倾角为B tan =

B θ地垂直

地水平

=0.277

本实验误差的主要来源：

1. 本实验测量过程中，实验室内还在进行塞曼效应的实验，其使用的强磁场对本实验中磁共振频

率的测量产生了干扰；

2. 示波器信号飘忽不定，使磁共振频率的测量存在读数误差；

3. 遮光布遮光不充分，外界光透入对测量产生干扰。

六、思考题

1.为什么实验要在抵消地磁场垂直分量状态下进行？

用垂直磁场线圈抵消地磁场的垂直分量是为了消除地磁场在垂直方向上对实验的影响，如 不抵消，实验效果将不明显，导致误差较大，甚至观察不到信号。

2.扫场在实验中的作用是什么？

扫场起到中介的作用，使得在求F g 时消除地磁场水平分量的影响。

3.测量F g 值时，将水平场换向得到的频率为12

=

2

ννν+，为什么不是12

=

2

ννν-？

因为水平磁场和扫场的方向相同，在推得 F g 的表达式时，相加消去扫场与地水平磁场 得到的是12

=2

ννν+。

参考文献

[1]黄润生，沙振舜，唐涛等，近代物理实验（第二版），南京大学出版社，2008.

南京大学《物理化学》每章典型例题

第一章 热力学第一定律与热化学 例题1 1mol 理想气体于27℃ 、101325Pa 状态下受某恒定外压恒温压缩到平衡，再由该状态恒容升温到97 ℃ ，则压力升到。求整个过程的W 、Q 、△U 及△H 。已知该气体的C V ，m 恒定为? ?K -1 。 解题思路：需先利用理想气体状态方程计算有关状态： (T 1=27℃, p 1=101325Pa ，V 1)→(T 2=27℃, p 2=p 外=，V 2=) →(T 3=97℃, p 3=，V 3= V 2) 例题2水在 -5℃ 的结冰过程为不可逆过程，计算时要利用0℃ 结冰的可逆相变过程，即 H 2O （l ，1 mol ，-5℃ ，θ p ） s ，1 mol ，-5℃，θ p ） ↓△H 2 ↑△H 4 H 2O （l ，1 mol ， 0℃，θp ）（s ，1 mol ，0℃，θ p ） ∴ △H 1=△H 2＋△H 3＋△H 4 例题3 在 时，使 5.27 克的甲醇(摩尔质量为32克) 在弹式量热计中恒容燃烧，放出 的热量。忽略压力对焓的影响。 (1) 计算甲醇的标准燃烧焓 θ m c H ?。 (2) 已知时 H 2O(l) 和CO 2(g)的标准摩尔生成焓分别为－ kJ·mol －1 、－ kJ·mol －1 ， 计算CH 3OH(l)的θ m f H ?。 (3) 如果甲醇的标准蒸发焓为 ·mol －1 ，计算CH 3OH(g) 的θ m f H ?。 解：(1) 甲醇燃烧反应：CH 3OH(l) + 2 3 O 2(g) → CO 2(g) + 2H 2O(l) Q V =θ m c U ?=－ kJ/32)mol =－ kJ·mol －1 Q p =θ m c H ?=θ m c U ?+ ∑RT v )g (B = (－－×××10－3 )kJ·.mol －1

南京大学近代物理实验2017版

南京大学近代物理实验2017版 篇一：南京大学-法拉第效应 法拉第效应 (南京大学物理学院江苏南京 210000) 摘要：平面偏振光穿过介质时，如果在介质中沿光的传播方向加上一个磁场，就会观察到光经过样品后光的振动面转过一个角度，也就是磁场使介质具有了旋光性，这种现象称为法拉第效应。本实验通过测量不同磁场下的法拉第转角，计算出介质的费尔德常数。 关键词：法拉第效应；法拉第转角；费尔德常数；旋光性 一、实验目的 1.了解法拉第效应的经典理论。 2.初步掌握进行磁光测量的方法。 二、实验原理 1.法拉第效应 实验表明，偏振面的磁致偏转可以这样定量描述：当磁场不是很强时，振动面旋转的角度θF与光波在介质中走过的路程l及介质中的磁感应强度在光的传播方向上的分量BH成正比，这个规律又叫法拉第_费尔得定律。 (1) 比例系数V由物质和工作波长决定，表征着物质的磁光特性，这个系数称为费尔得(Verdet)常数，它与光频和温度有关。几乎所有的

物质(包括气体液体固体)都有法拉第效应，但一般都很不显著。不同物质的振动面旋转的方向可能不同。一般规定：旋转方向与产生磁场的螺线管中电流方向一致的，叫正旋（V>0），反之叫负旋（V篇二：法拉第效应南京大学 法拉第效应 引言 1845年，英国科学家法拉第在探究电磁现象和光学现象之间的关系时发现：当一束平面偏振光穿过介质时，如果在介质中沿光的传播方向加上一个磁场，就会观察到光经过样品后光的振动面转过一个角度，也即磁场使介质居于了旋光性，这种现象后来就称为法拉第效应。 法拉第效应有许多方面的应用，它可以作为物质结构研究的手段，如根据结构不同的碳氢化合物其法拉第效应的表现不同来分析碳氢化合物导体物理的研究中，它可以用来测量载流子得得有效质量、迁移率和提供能带结构的信息；在激光技术中，利用法拉第效应的特性，制成了光波隔离、光频环形器、调制器等；在磁学测量方面，可以利用法拉第效应测量脉冲磁场。 实验原理 1.法拉第效应 实验表明，偏振面的磁致偏转可以这样定量描述：当磁场不是很强时，振动面旋转的角度θF与光波在介质中走过的路程l及磁感应强度在光的传播方向上的分量BH成正比，这个规律又叫法拉第—费

南京大学《物理化学》(上学期)每章典型例题.doc

第一章 热力学第一定律与热化学 例题1 1mol 理想气体于27℃ 、101325Pa 状态下受某恒定外压恒温压缩到平衡，再由该状态恒容升温到97 ℃ ，则压力升到1013.25kPa 。求整个过程的W 、Q 、△U 及△H 。已知该气体的C V ，m 恒定为20.92J ?mol -1 ?K -1。 解题思路：需先利用理想气体状态方程计算有关状态： (1mol, T 1=27℃, p 1=101325Pa ，V 1)→(1mol, T 2=27℃, p 2=p 外=?，V 2=?) →(1mol, T 3=97℃, p 3=1013.25kPa ，V 3= V 2) 例题2 计算水在 θp ，-5℃ 的结冰过程的△H 、△S 、△G 。已知θ)(,,2l O H m p C ，θ )(,,2s O H m p C 及 水在 θ p ，0℃的凝固焓θm con H ?。 解题思路：水在 θp ，-5℃ 的结冰过程为不可逆过程，计算时要利用θp ，0℃结冰的可逆相变过程，即 H 2O （l ，1 mol ，-5℃ ，θp 2O （s ，1 mol ，-5℃，θp ） ↓△H 2,△S 2, △G 2 ↑△H 4,△S 4, △G 4 H 2O （l ，1 mol ， 0℃，θ p H 2O （s ，1 mol ，0℃，θ p ） △H 1=△H 2＋△H 3＋△H 4=θ)(,,2l O H m p C （273K-268K ）+θ m con H ?+θ )(,,2s O H m p C (268k-273K) △S 1=△S 2＋△S 3＋△S 4=θ)(,,2l O H m p C ln(273/268)+ θm con H ?/273+θ )(,,2s O H m p C ln(268/273) △G 1=△H 1-T 1△S 1 例题3 在 298.15K 时，使 5.27 克的甲醇(摩尔质量为32克) 在弹式量热计中恒容燃烧，放出 119.50kJ 的热量。忽略压力对焓的影响。 (1) 计算甲醇的标准燃烧焓 θ m c H ?。 (2) 已知298.15K 时 H 2O(l) 和CO 2(g)的标准摩尔生成焓分别为－285.83 kJ·mol －1 、－ 393.51 kJ·mol － 1，计算CH 3OH(l)的θ m f H ?。 (3) 如果甲醇的标准蒸发焓为 35.27kJ·mol － 1，计算CH 3OH(g) 的θ m f H ?。

南京大学物理化学下册(第五版傅献彩)复习题及解答

第八章电解质溶液

第九章 1.可逆电极有哪些主要类型?每种类型试举一例，并写出该电极的还原反应。对于气体电极和氧化还原电极在书写电极表示式时应注意什么问题? 答：可逆电极有三种类型： (1)金属气体电极如Zn(s)|Zn2+ (m) Zn2+(m) +2e- = Zn(s) (2)金属难溶盐和金属难溶氧化物电极如Ag(s)|AgCl(s)|Cl-(m)， AgCl(s)+ e- = Ag(s)+Cl-(m) (3)氧化还原电极如：Pt|Fe3+(m1),Fe2+(m2) Fe3+(m1) +e- = Fe2+(m2) 对于气体电极和氧化还原电极，在书写时要标明电极反应所依附的惰性金属。 2.什么叫电池的电动势?用伏特表侧得的电池的端电压与电池的电动势是否相同?为何在测电动势时要用对消法? 答：正、负两端的电势差叫电动势。不同。当把伏特计与电池接通后，必须有适量的电流通过才能使伏特计显示，这样电池中发生化学反应，溶液浓度发生改变，同时电池有内阻，也会有电压降，所以只能在没有电流通过的情况下才能测量电池的电动势。 3.为什么Weslon标准电池的负极采用含有Cd的质量分数约为0.04~0.12的Cd一Hg齐时，标准电池都有稳定的电动势值?试用Cd一Hg的二元相图说明。标准电池的电动势会随温度而变化吗? 答：在Cd一Hg的二元相图上，Cd的质量分数约为0.04~0.12的Cd一Hg齐落在与Cd一Hg固溶体的两相平衡区，在一定温度下Cd一Hg齐的活度有定值。因为标准电池的电动势在定温下只与Cd一Hg齐的活度有关，所以电动势也有定值，但电动势会随温度而改变。 4.用书面表示电池时有哪些通用符号?为什么电极电势有正、有负？用实验能测到负的电动势吗？ 答：用“|”表示不同界面，用“||”表示盐桥。电极电势有正有负是相对于标准氢电极而言的。不能测到负电势。5.电极电势是否就是电极表面与电解质溶液之间的电势差?单个电极的电势能否测量?如何用Nernst方程计算电极的还原电势?

南京大学-X射线荧光光谱分析实验报告

X 荧光分析 一．实验目的 1．了解能量色散 X 荧光分析的原理、仪器构成和基本测量、分析方法。 2．验证莫塞莱定律，并从实验推出屏蔽常数。 3．研究对多道分析器的定标，以及利用 X 荧光分析测量位未知样品成分及相对含量的方法。 二．实验原理 以一定能量的光子、电子、原子、 粒子或其它离子轰击样品，将物质原子中的内壳层电子击 出，产生电子空位，原子处于激发态。外壳层电子向内壳层跃迁，填补内壳层电子空位，同时释放出跃迁能量，原子回到基态。跃迁能量以特征X 射线形式释放，或能量转移给另一个轨道电子，使该电子发射出来，即俄歇电子发射。测出特征 X 射线能谱，即可确定所测样品中元素种类和含量。 特征曲线 X 射线根据跃迁后电子所处能级可以分为 ,,K L M 系等；根据电子跃迁前所在能级又 可分为L L K K K ,,,,等不同谱线。特征X 谱线的的能量为两壳层电子结合能之差。因此，所有 元素的,K L 系特征X 射线能量在几千电子伏到几十千电子伏之间。 X 荧光分析中激发X 射线的方 式一般有三种： （1）用质子、α粒子等离子激发 （2）用电子激发； （3）用 X 射线或低能 射线激发。我们实验室采用 X 射线激发（XIX 技术），用放射性同位 素作为激发源的 X 光管。

和非相干散射（康普顿散射） ，这些散射光子进入探测器，形成 XIX 分析中的散射本底。另外，样 品中激发出的光电子又会产生轫致辐射，但这产生的本底比散射光子本底小得多，且能量也较低，一般在 3keV 以下。所以XIX 能谱特征是：特征X 射线峰叠加在散射光子峰之间的平坦的连续本底 谱上。如图1能谱示意图所示。 图一：能谱示意图 测量特征 X 射线常用Si Li 探测器，它的能量分辨率高，适用于多元素同时分析，也可选用 Ge Li 或高纯Ge 探测器，但均价格昂贵。 在 X 荧光分析中，对于轻元素（一般指45Z 的元素）通常测其KX 射线，对于重元素（45 Z 的元素），因其KX 射线能量较高且比 LX 射线强度弱，常测其LX 射线，这样测量的特征 X 射线能量一般在 20keV 以下。正比计数管在此能量范围，探测效率较高，其能量分辨率虽比 Si Li 探 测器差，但远好于NaI TI 闪烁探测器，质量好的正比管 5.89keV 处分辨率优于15%，能满足学 生实验的需要。

物理化学公式集(傅献彩_南京大学第5版)

热力学第一定律 功：δW ＝δW e ＋δW f （1）膨胀功 δW e ＝p 外dV 膨胀功为正，压缩功为负。 （2）非膨胀功δW f ＝xdy 非膨胀功为广义力乘以广义位移。如δW （机械功）＝fdL ，δW （电功）＝EdQ ，δW （表面功）＝rdA 。 热 Q ：体系吸热为正，放热为负。 热力学第一定律： △U ＝Q —W 焓 H ＝U ＋pV 理想气体的内能和焓只是温度的单值函数。 热容 C ＝δQ/dT （1）等压热容：C p ＝δQ p /dT ＝ （?H/?T ）p （2）等容热容：C v ＝δQ v /dT ＝ （?U/?T ）v 常温下单原子分子：C v ，m ＝C v ，m t ＝3R/2 常温下双原子分子：C v ，m ＝C v ，m t ＋C v ，m r ＝5R/2 等压热容与等容热容之差： （1）任意体系 C p —C v ＝[p ＋（?U/?V ）T ]（?V/?T ）p （2）理想气体 C p —C v ＝nR 理想气体绝热可逆过程方程： pV γ＝常数 TV γ-1＝常数 p 1-γT γ＝常数 γ＝C p / C v 理想气体绝热功：W ＝C v （T 1—T 2）＝1 1 －γ（p 1V 1—p 2V 2） 理想气体多方可逆过程：W ＝1 nR －δ（T 1—T 2） 热机效率：η＝ 2 1 2T T T － 冷冻系数：β＝－Q 1/W 可逆制冷机冷冻系数：β＝ 1 21 T T T － 焦汤系数： μJ －T ＝H p T ???? ????＝－()p T C p H ?? 实际气体的ΔH 和ΔU ： ΔU ＝dT T U V ??? ????＋dV V U T ??? ???? ΔH ＝dT T H P ??? ????＋dp p H T ? ??? ???? 化学反应的等压热效应与等容热效应的关系：Q p ＝Q V ＋ΔnRT 当反应进度 ξ＝1mol 时， Δr H m ＝Δr U m ＋∑B B γRT 化学反应热效应与温度的关系：()()()dT B C T H T H 2 1 T T m p B 1m r 2m r ? ∑??，＋＝γ 热力学第二定律

南京大学08级近代物理实验二(大四上学期)]2.4塞曼效应

塞曼效应 1.实验目的 1.1.掌握塞曼效应理论,测定电子的荷质比,确定能级的量子数和朗德因子,绘出跃迁的能级图。 1.2.掌握法布里—珀罗标准具的原理和使用。 1.3.观察塞曼效应现象，并把实验结果和理论结果进行比较，同时了解使用CCD及多媒体计 算进行实验图像测量的方法。 2.实验仪器 研究塞曼效应的实验仪器包括：电磁铁，汞灯，会聚透镜，偏振片，透射干涉滤光片，法布里-珀罗标准具，望远镜，CCD图像传感器及镜头，汞灯电源，磁铁电源，多媒体计算机和图像卡。将这些仪器按照图5-1组装后即可用于与实验。 图5-1 塞曼效应实验装置示意图 在本实验中，于电磁铁的两极之间放上一支水银辉光放电灯，用交流电源220v通过自耦变压器接电灯变压器点燃放电管。自耦变压器用来调节放电管的电流强度。实验中把自耦变压器调节到75V上。 电磁铁用直流稳压电源供电，电流与磁场的关系可用高斯计进行测量，使用电磁铁时要先接通冷却水，然后慢慢调节自耦变压器，使磁场电流缓慢达到5A。注意磁场电流不准超过5A，以免电磁铁电源烧坏。 多媒体计算机采用Pentium-133以上机型，加装视频多媒体组件，工作于32 位Windows 操作环境。视频多媒体组件的核心是多媒体图像采集卡，可将输入的PAL或NTSC制视频信号解码并转换为数字信息，此信息可用于在计算机显示器上同步显示所输入的电视图像，并可作进一步的分析处理。本实验中用CCD作为光探测器，通过图像卡使F- P标准具的干涉花样成像在计算机显示器上，实验者可使用本实验专用的实时图像处理软件读取实验数据。 3.实验原理 3.1.塞曼效应简介 当光源放在足够强的磁场中时，所发出的光谱线都分裂成几条，条数随能级的类别而不同，而分裂后的谱线是偏振的，这种现象被称为塞曼效应。塞曼效应证实了原子具有磁距和空间取向量子化的现象。 塞曼效应分为正常塞曼效应和反常塞曼效应。正常塞曼效应是指那些谱线分裂为三条，而 且两边的两条与中间的频率差正好等于 4eB mc ，对于这种现象，经典理论可以给予很好的解释。

南京大学近代物理实验2014版——差热分析

差热分析 摘要：本文阐述了差热分析的基本原理、实验及数据处理方法，分别测量了锡样品 和五水硫酸铜样品的差热曲线，并进行了分析讨论。 关键词：差热分析，差热曲线，五水硫酸铜，锡 引言 差热分析(DTA)是在程序控制温度下测量物质和参比物之间的温度差与温度(或时间)关系的一种技术。描述这种关系的曲线称为差热曲线或DTA曲线。由于试样和参比物之间的温度差主要取决于试样的温度变化，因此就其本质来说，差热分析是一种主要与焓变测定有关并籍此了解物质有关性质的技术。 1.差热分析的基本原理 物质在加热或冷却过程中会发生物理变化或化学变化，与此同时，往往还伴随吸热或放热现象。伴随热效应的变化，有晶型转变、沸腾、升华、蒸发、熔融等物理变化，以及氧化还原、分解、脱水和离解等化学变化。另有一些物理变化，虽无热效应发生但比热容等某些物理性质也会发生改变，这类变化如玻璃化转变等。物质发生焓变时质量不一定改变，但温度是必定会变化的。差热分析正是在物质这类性质基础上建立的一种技术。 若将在实验温区内呈热稳定的已知物质(参比物)和试样一起放入加热系统中(图1)，并以线性程序温度对它们加热。在试样没有发生吸热或放热变化且与程序温度间不存在温度滞后时，试样和参比物的温度与线性程序温度是一致的。若试样发生放热变化，由于热量不可能从试样瞬间导出，于是试样温度偏离线性升温线，且向高温方向移动。反之，在试样发生吸热变化时，由于试样不可能从环境瞬间吸取足够的热量，从而使试样温度低于程序温度。只有经历一个传热过程试样才能回复到与程序温度相同的温度。 图1加热和测定试样与参比物温度的装置示意图 在试样和参比物的比热容、导热系数和质量等相同的理想情况，用图1装置测得的试样和参比物的温度及它们之间的温度差随时间的变化如图2所示。图中参比物的温度始终与程

原子力显微镜实验报告_南京大学

原子力显微镜 一、实验目的 1.了解原子力显微镜的工作原理。 2．初步掌握用原子力显微镜进行表面观测的方法。 二、实验原理 1.AFM （1）AFM的工作原理 在AFM中用一个安装在对微弱力极敏感的微悬臂上的极细探针。当探针与样品接触时,由于它们原子之间存在极微弱的作用力(吸引或排斥力) ,引起微悬臂偏转。扫描时控制这种作用力恒定,带针尖的微悬臂将对应于原子间作用力的等位面,在垂直于样品表面方向上起伏运动, 因而会使反射光的位置改变而造成偏移量，通过光电检测系统(通常利用光学、电容或隧道电流方法) 对微悬臂的偏转进行扫描,测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化, 此时激光检测器会记录此偏移量，也会把此时的信号给反馈系统，以利于系统做适当的调整。将信号放大与转换从而得到样品表面原子级的三维立体形貌图像。 AFM 的核心部件是力的传感器件, 包括微悬臂(Cantilever) 和固定于其一端的针尖。根据物理学原理,施加到Cantilever 末端力的表达式为： F = KΔZ ΔZ 表示针尖相对于试样间的距离, K 为Can2tilever 的弹性系数，力的变化均可以通过Cantilever 被检测。 （2）AFM关键部位： AFM关键部份是力敏感元件和力敏感检测装置。所以微悬臂和针尖是决定AFM灵敏度的核心。为了能够准确地反映出样品表面与针尖之间微弱的相互作用力的变化,得到更真实的样品表面形貌,提高AFM 的灵敏度,微悬臂的设计通常要求满足下述条件: ①较低的力学弹性系数,使很小的力就可以产生可观测的位移; ②较高的力学共振频率; ③高的横向刚性,针尖与样品表面的摩擦不会使它发生弯曲; ④微悬臂长度尽可能短;⑤微悬臂带有能够通过光学、电容或隧道电流方法检测其动态位移的镜子或电极; ⑥针尖尽可能尖锐。 (3) AFM的针尖技术 探针是AFM的核心部件。如右图。 目前,一般的探针式表面形貌测量仪垂直分辨率已达到0.1 nm , 因此足以检测出物质表面的微观形貌。普通的AFM 探针材料是 硅、氧化硅或氮化硅(Si3N4 ) ,其最小曲率半径可达10 nm。由 于可能存在“扩宽效应”,针尖技术的发展在AFM中非常重要。 探针针尖的几何物理特性制约着针尖的敏感性及样品图像的空 间分辨率。因此针尖技术的发展有赖于对针尖进行能动的、功 能化的分子水平的设计。只有设计出更尖锐、更功能化的探针, 改善AFM 的力调制成像(force modulation imaging) 技术和相 位成像(phase imaging)技术的成像环境,同时改进被测样品的 制备方法,才能真正地提高样品表面形貌图像的质量。 (4) AFM的工作模式 AFM 有三种不同的工作模式: 接触模式( contact mode) 、非接触模式(noncontact mode) 和共振模式或轻敲模式(Tapping Mode) 。 ①接触模式 接触模式包括恒力模式(constant2force mode) 和恒高(constant2height mode) 。在恒力模式中过反馈线圈调节微悬臂的偏转程度不变,从而保证样品与针尖之间的作用力恒定,当

南京大学物化实验系列胶体电泳速度的测定

胶体电泳速度的测定 1 实验目的 1.1 掌握凝聚法制备Fe （OH ）3溶胶和纯化溶胶的方法 1.2 观察溶胶的电泳现象并了解其电学性质，掌握电泳法测定胶体电泳速度和溶胶ζ 电位的方法。 2 实验原理 溶胶是一个多相体系，其分散相胶粒的大小约在1nm ～1um 之间。由于本身的电离或 选择性地吸附择性地吸附一定量的离子以及其它原因所致，胶粒表面具有一定量的电荷；胶粒周围的介质分布着反离子。反离子所带电荷与 胶粒表面电荷符号相反，数量相等。整个溶胶体 系保持电中性。胶粒周围的反离子由于静电引力 和热扩散运动的结果形成了两部分——紧密层 和扩散层。紧密层约有一两个分子层厚。紧密吸 附在胶核去面上．而扩散层的厚度则随外界条件 (温度，体系中电解质浓度及其离子的价态等)而 改变，扩散层中的反离子符合玻兹曼分布。由于 离子的溶剂化作用，紧密层结合着一定数量的溶 剂分子，在电场的作用下，它和胶粒作为一个整 体移动，而扩散层中的反离子则向相反的电极方 向移动。这种在电场作用下分散相粒子相对于分散介质的运动称为电泳。发生相对移动的界面称为切动面，切动面与液体内部的电位差称为电动电位或ζ电位，而作为带电粒子的胶粒表面与液体内部的电位差称为质点的表面电θ ?。 胶粒电泳速度除与外加电场的强度有关外，还与ζ电位的大小有关。面ζ电位不仅与测 定条件有关，还取决于胶体粒子的性质。 ζ电位是表征胶体特性的重要物理量之一，在研究胶体性质 及其实际应用有着重要意义。胶体体的稳定性与ζ电位有直接关 系，ζ电位绝对值越大，表明胶粒荷电越多，胶粒间排斥力越大， 胶体越稳定。反之则表明胶体越不稳定。当ζ电位为零时．胶体 的稳定性最差，此时可观察到胶体的聚沉。 本实验是在一定的外加电场强度下通过测定Fe(OH)3胶粒的 电泳速度然后计算出ζ电位。实验用拉比诺维奇-付其曼U 形电泳 仪，如图2所示。活塞2、3以下盛待测的溶胶，以上盛辅助液。 在电泳仪两极间接上电位差E （V ）后，在t （s ）时间内溶胶 界面移动的距离为D(m)，即胶粒电泳速度1()U m S - 为： D U t = 相距为l(m)的电极间的电位梯读平均值1 ()H V m - 为：

南京大学实验报告果蝇的单因子杂交实验

单因子分离规律验证 实验目的 1.熟悉以果蝇为材料进行遗传学杂交实验的基本方法； 2.验证遗传的基本规律——分离规律 预备知识 遗传是自然界极其复杂的生命现象，只有通过少数有相对性状差异的类型之间进行杂交，并分析这些性状在亲本和杂种子代中的表现，才易于在复杂的遗传现象中找到遗传的基本规律。分离规律、自由组合规律、连锁规律等都是采用这种杂交实验的方法发现的。 在果蝇杂交中，有相对性状的品系之间进行杂交，杂种F1表现为显性，杂种F1形成配子时，带有显隐杂合等位基因的一对同源染色体对等分离，等位基因也随着分离，产生两种不同配子，因此，不论显性性状还是隐性性状都将在F2中按一定的比例在不同的个体上重新出现。实验原理 本实验采用黑体与野生型的交配收集并统计F2代的方式，通过验证其后代比例是否为野生：黑体=3:1的比例，来验证单因子的分离定律。 实验材料 野生型黑腹果蝇、黑体果蝇 解剖镜、毛笔、麻醉瓶、白瓷板、标签、吸水纸、培养瓶(4瓶/人)、乙醚、75%乙醇 实验步骤 ②亲本果蝇的培养。 ②处女蝇的收集： 清除成虫后10小时内进行收集，收集的处女蝇分品系单独培养，如一次收集数量不够，可

再作第二、第三次收集。 PS：处女蝇的收集非常重要。果蝇交配一次后，雄蝇的精子会贮存在雌蝇体内陆续使雌蝇的卵受精，如果杂交不用处女蝇，会造成杂交后代的实验结果不准确。 ③选处女蝇分正交（++♀/bb♂） 反交（bb♀/++♂）两个杂交组合，分别置于新鲜培养瓶中，每瓶5～6对，贴上标签，注明亲本类型，实验日期，姓名，学号等，然后置于22℃～25℃培养箱中培养。 ③一周后，清空亲本果蝇。 PS：清空亲本的操作是因为子一代是杂合子，其自交才是杂交实验，测出准确的分离比。 ⑤二周后，观察F1果蝇体色，看是否与预期结果相符。 ⑥取5-6对F1果蝇放入新鲜培养瓶中，每种组合放两瓶。 ⑦三周后，清空F1果蝇。 PS：清空F1是因为之后的实验结果需要来自F2的计数，若F1混在其中会影响实验结果。亲本是野生型（显性纯合子），与子一代交配不算杂交，会影响实验结果。 ⑧四周后，F2成蝇长出，统计各类果蝇数，2～3天后再统计一次，统计过的果蝇处死。 ⑨在表格中记录实验结果。 注意事项（也是影响实验成败的一些关键因素） 1）进行杂交的亲本必须是纯种，自交不产生分离，这样的个体才能作为杂交的亲本。 2）必须防止意外的杂交，雌蝇应选用孵化后12小时内的处女蝇。 3）正确记录杂交子代每种类型的个体数，并且尽可能获得较大的杂交群体，以正确可靠地反映出遗传规律。 4）保持相对稳定的环境条件，使杂交性状的表现不致因不同的条件影响而改变。 实验结果

南京大学物理化学下册(第五版)复习题解答：最新整理

物理化学下册课后复习题答案 第八章电解质溶液 第九章可逆电池电动势及其应用 第十章电解与极化作用 第十一章化学动力学（一） 第十二章化学动力学基础（二） 第十三章 1.比表面有哪能几种表示方法？表面张力与表面Gibbs自由能有哪些异同点？ 答：A0= As/m或A0= As/V； 表面张力又可称为表面Gibbs自由能，二者数值一样。 但一个是从能量角度研究表面现象，另一个是从力的角度研究表面现象；故二者物理意义不同；单位不同。 2.为什么气泡、小液滴、肥皂泡等都呈圆形？玻璃管口加热后会变得光滑并缩小（俗称圆口），这些现象的本是什么？用同一滴管滴出相同体积的苯。水和NaCl 溶液，所得的液滴数是否相同弯曲液面有附加压力，其最终会将不规则的液面变为圆形或球形； 球形表面积最小，表面自由能最低，最稳定； 不相同。 3.用学到的关于界面现角的知识解释以下几种做法或现象的基体原理：①人工降雨；②有机蒸馏中加沸石；③多孔固体吸附蒸气时的毛细凝聚；④过饱和溶液，过饱和蒸气，过冷液体等过饱和现象；⑤重量分析中的“陈化”过程；⑥喷洒农药时，为何常常在农药中加入少量表面活性剂这些现象都可以用开尔文公式说明，①、②、④、⑤是新相刚形面时的体积小，曲率半径小，对与之平衡的旧相有更加苛刻的条件要求。③多孔固体吸附蒸气时，被吸附的气体的液相对毛细管是润湿的，其曲率半径小零，当气体的分压小于其饱和蒸气压时，就可以发生凝聚。⑥喷洒农药时，在农药中加入少量表面活性剂，可以降低药液的表面张力，使药液在叶面上铺展。 4.在三通活塞的两端涂上肥皂液，关断右端通路，在左端吹一个大泡，然后关闭左端，在右端吹一个小泡，最后让左右两端相通。试问当将两管接通后，两泡的大小有何变化？到何时达到平衡？讲出变化的原因及平衡时两泡的曲率半径的比值。 小球更小，大球更大； 最后小泡变成一个与大泡曲率半径相同的弧； 由于小泡的附加压力大，所以大泡变大，小泡变小，最后使两泡的曲率半径相同 5.因系统的Gibbs自由能越低，系统越稳定，所以物体总有降低本身表面Giibs自由能的趋势。请说说纯液体、溶液、固体是如何降低自己的表面Gibbs自由能的。 纯液体：缩小液体表面积； 溶液：表面与本相中溶质的浓度不同； 固体：吸附作用。 6.为什么小晶粒的熔点比大块固体的熔点低，而溶解度却比大晶粒大？ 根据开尔文公式

南京大学-原子力显微镜实验报告

南京大学-原子力显微镜实验报告

原子力显微镜实验报告 一．实验目的 1．了解原子力显微镜的工作原理 2．掌握用原子力显微镜进行表面观测的方法 二．实验原理 1．AFM工作原理 在原子力显微镜的系统中，可分成三个部分：力检测部分、位置检测部分、反馈系统。在AFM中用一个安装在对微弱力极敏感的微悬臂上的极细探针。当探针与样品接触时,由于它们原子之间存在极微弱的作用力(吸引或排斥力) ,引起微悬臂偏转。扫描时控制这种作用力恒定,带针尖的微悬臂将对应于原子间作用力的等位面,在垂直于样品表面方向上起伏运动, 因而会使反射光的位置改变而造成偏移量，通过光电检测系统(通常利用光学、电容或隧道电流方法)

对微悬臂的偏转进行扫描,测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化, 此时激光检测器会记录此偏移量，也会把此时的信号给反馈系统，以利于系统做适当的调整。将信号放大与转换从而得到样品表面原子级的三维立体形貌图像。AFM 的核心部件是力的传感器件, 包括微悬臂(Cantilever) 和固定于其一端的针尖。根据物理学原理,施加到Cantilever末端力的表达式为： =? F K Z ?表示针尖相对于试样间的距离, K为Cantilever的弹性Z 系数，力的变化均可以通过Cantilever被检测。 AFM 有三种不同的工作模式：接触模式、非接触模式和共振模式或轻敲模式。本实验采用接触模式：样品扫描时，针尖始终同样品“接触”，即针尖-样品距离在小于零点几个纳米的斥力区域。此模式通常产生稳定、高分辨图像。当沿着样品扫描时，由于表面

的高低起伏使得针尖-样品距离发生变化，引起它们之间作用力的变化，从而使悬臂形变发生改变。当激光束照射到微悬臂的背面，再反射到位置灵敏的光电检测器时，检测器不同象限会接收到同悬臂形变量成一定的比例关系的激光强度差值。反馈回路根据检测器的信号与预置值的差值，不断调整针尖一样品距离，并且保持针尖一样品作用力不变，就可以得到表面形貌像。 2．粗糙度的概念 表面粗糙度是反映零件表面微观几何形状误差的一个重要指标。表面粗糙度的评定参数很多，这里选用轮廓算数平均偏差Ra，微观不平度十点高度Rz，轮廓最大高度Ry作为系统纳米粗糙度测量的三个轮廓高度评定参数。 轮廓算数平均偏差Ra为取样长度内轮廓偏距绝

南京大学近代物理实验-γ射线的能量和强度测量

γ射线的能量和强度测量 摘要：闪烁探测器是利用某些物质在射线作用下受激发光的特性来探测射线的仪器。本实验利用NaI（Tl）闪烁谱仪，进行γ射线的能量和强度测量。 关键词：NaI（Tl）闪烁谱仪，能量分辨率，探测效率 一、实验目的 1.了解NaI（Tl）闪烁谱仪的组成，基本特性及使用方法。 2.掌握测量γ射线的能量和强度的基本方法。 二、实验原理 2.1 γ射线与物质的相互作用 γ射线与物质的相互作用主要是光电效应、康普顿散射和正负电子对产生三种过程。 (1) 光电效应：入射γ光子把能量全部转移给原子中的束缚电子，将其打出形成光电子。由于电子束缚能一般远小于入射γ光子的能量，所以光电子动能近似等于入射γ光子的能量。 (2) 康普顿散射：入射γ光子与核外电子发生非弹性散射。设入射γ光子能量为hν，散射光子能为hν′，则反冲康普顿电子的动能Ee为 Ee=hν?hν′ 康普顿散射后散射光子能量与散射角θ的关系为 hν′=hν/[1+α(1?cosθ)](1) 其中α=hν/m e c2为入射γ射线能量与电子静止质量之比。由(1)式可得，当θ=0时，hν=hν′，这时Ee=0，即不发生散射；当θ=180°时，散射光子能量最小，为hν/(1+2α)，这时康普顿电子的能量最大，为 Ee max=hν·2α/(1+2α) (2) 所以康普顿电子能量在0至Ee max之间变化。 (3) 正负电子对产生：当γ射线能量超过2m e c2(1.022MeV)时，γ光子受原子核或电子的库仑场的作用可能转化为正负电子对。入射γ射线能量越大，产生正负电子对的几率也越大。在物质中正电子的寿命很短，当它在物质中耗尽自己的动能，便同物质原子中的轨道电子发生湮灭反应而变成一对能量各为0.511MeV的γ光子。 2.2 闪烁谱仪结构与工作原理

南京大学-原子力显微镜实验报告

原子力显微镜实验报告 一．实验目的 1．了解原子力显微镜的工作原理 2．掌握用原子力显微镜进行表面观测的方法 二．实验原理 1．AFM工作原理 在原子力显微镜的系统中，可分成三个部分：力检测部分、位置检测部分、反馈系统。在AFM 中用一个安装在对微弱力极敏感的微悬臂上的极细探针。当探针与样品接触时,由于它们原子之间存在极微弱的作用力(吸引或排斥力) ,引起微悬臂偏转。扫描时控制这种作用力恒定,带针尖的微悬臂将对应于原子间作用力的等位面,在垂直于样品表面方向上起伏运动, 因而会使反射光的位置改变而造成偏移量，通过光电检测系统(通常利用光学、电容或隧道电流方法) 对微悬臂的偏转进行扫描,测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化, 此时激光检测器会记录此偏移量，也会把此时的信号给反馈系统，以利于系统做适当的调整。将信号放大与转换从而得到样品表面原子级的三维立体形貌图像。AFM 的核心部件是力的传感器件, 包括微悬臂(Cantilever) 和固定于其一端的针尖。根据物理学原理,施加到Cantilever末端力的表达式为： F K Z =? ?表示针尖相对于试样间的距离, K为Cantilever的弹性系数，力的变化均可以通过Cantilever Z 被检测。 AFM 有三种不同的工作模式：接触模式、非接触模式和共振模式或轻敲模式。本实验采用接触模式：样品扫描时，针尖始终同样品“接触”，即针尖-样品距离在小于零点几个纳米的斥力区域。此模式通常产生稳定、高分辨图像。当沿着样品扫描时，由于表面的高低起伏使得针尖-样品距离发生变化，引起它们之间作用力的变化，从而使悬臂形变发生改变。当激光束照射到微悬臂的背面，

南京大学08级近代物理实验二(大四上学期)]电子与原子实碰撞

电子与原子碰撞实验 ——冉绍尔-汤森德效应 1.实验目的 1.1.通过测量氙原子与低能电子的弹性散射几率，考察弹性散射截面与电子能量的关系,了解 有关原子势场的信息。 1.2.学习研究低能电子与气体弹性散射所采用的实验方法。 2.实验仪器 实验仪器由充气闸流管、R-T实验仪（包括电源组和微电流计及交流测量两部分）示波器、液氮保温瓶等组成。 2.1.闸流管 用ZQI 0.1/1.3型充氙闸流管作碰撞管，进行低能电子和气体原子弹性碰撞散射截面的测量。图4-1是充氙闸流管结构示意图，K为旁热式氧化物阴极，内有灯丝F，M为调制极，调制极与板极P之间有一块中央开矩形孔的隔板，它与周围的屏蔽金属套相连，称为栅极或屏蔽极S，调制极与屏蔽极连在一起作加速极用。隔板右面区域是等电位区，通道隔板小孔的电子与氙原子在这一区域进行弹性碰撞，该区内的板极则收集未被散射的电子。 图4-1 闸流管结构示意图 现将R-T实验仪的电源组作简要说明： 1)灯丝电源Ef，提供1.2-5V交流电，连续可调。 2)加速极电源Ea有交流、直流两种。示波器观察时用交流，直流测量时用直流。交流和直流 电压用同一个电位器调节。 3)直流补偿电源Ec,0-5.0V，连续可调。由于屏蔽极与板极材料表面状况不同，存在接触电位 差，调节Ec进行补偿，可使板极区域空间等电位，不致影响散射几率的测量。 2.2.电源及测量仪器 2.2.1.电源组 电源组面板示意图如图4-2所示。 图4-2电源组面板示意图

（1）电源开关（2）灯丝电压调节电位器 （3）丝电压输出（4）加速电压调节电位器 （5）加速电压输出（6）补偿电压调节电位器 （7）补偿电压输出（8）灯丝电压的数显表 （9）加速电压的数显表(10)补偿电压的数显表 2.2.2.微电流计 微电流计及交流测量仪器面板示意图如图4-3所示。微电流计及交流测量部分中，微电流计有2只数显表，用来测量收集极上的电流Ic和加速极上的电流，交流测量用于在示波器上观察Ic-Va和Ia-Va曲线。 图4-3 微电流计面板示意图 （1）电源开关（2）Is测量输入端子 （3）Is量程选择（4）数显表，显示Is （5）Ic测量输入端子（6）Ic量程选择 （7）数显表，显示Ic （8）K、S、P端子 （9）Y1、Y2，BNC插座 （10）X，BNC插座（11）Ec端子 （12）W1电位器（13）W2电位器 3.实验原理 3.1.冉绍尔-汤森德效应原理 3.1.1.冉绍尔-汤森德效应 1921年德国物理学家冉绍尔（C.Ramsauer）在研究低能电子的平均自由程时发现：在惰性气体中，当电子能量降到几个电子伏时，气体原子和电子弹性碰撞的散射截面Q（它与平均自由程成反比）迅速减小；当电子能量约为1电子伏时,Q出现极小值，而且接近零。如果继续减少电子能量，则Q迅速增大，这说明弹性散射截面与电子能量密切相关。 1922年英国物理学家汤森德（J.S.Townsend）把电子能量进一步降低, 用另外的方法研究随电子速度变化的情况，亦发现类似的现象。随后，冉绍尔用实验证实了汤森德的结果。后来，把气体原子的弹性散射截面在低能区与碰撞电子能量密切相关的现象称为冉绍尔－汤森德效应。 这种现象在经典力学中无法解释，只有到量子力学建立后，利用量子力学中对于碰撞问题的解决方法，该效应才得到了彻底解释。同时，此效应也可以看做是量子力学的实验验证。 3.1.2.冉绍尔-汤森德效应的量子力学描述 量子力学中碰撞过程也称为散射过程。也分为弹性散射和非弹性散射。主要区别在于散射前后散射波的能量是否改变。 在弹性碰撞过程中，粒子A以波矢k沿Z方向入射到靶粒子B（即散射中心）上，受B粒子作用偏离原方向而散射，散射程度可用总散射截面Q表示。

南京大学近代物理实验-γ射线的吸收

γ射线的吸收 摘要：闪烁探测器是利用某些物质在射线作用下受激发光的特性来探测射线的仪器。本实验 利用NaI （Tl ）闪烁谱仪测量γ射线的吸收系数。 关键词：NaI （Tl ）闪烁谱仪，吸收系数 一、引言 γ射线在穿透物质时，会被物质吸收，吸收作用的大小用吸收系数来表示。物质的吸收系数的值与γ射线的能量有关，也于物质本身的性质有关。正确测定物质的吸收系数，在核技术的应用于辐射防护设计中具有十分重要的意义。例如工业上广泛应用的料位计、密度计、厚度计，医学上的γ照相技术等都是根据这一原理研究设计的。 二、实验原理 1.窄束射线在物质中的吸收规律。 γ射线在穿过物质时，会与物质发生多种作用，主要有光电效应，康普顿效应和电子对效应，作用的结果使γ射线的强度减弱。 准直成平行束的γ射线称为窄束γ射线，单能窄束γ射线在穿过物质时，其强度的减弱服从指数衰减规律，即： x x e I I μ-=0 其中I 0为入射γ射线强度，I x 为透射γ射线强度，x 为γ射线穿透的样品厚度，μ为线性吸收系数。用实验的方法测得透射率T=Ix/I0与厚度x 的关系曲线，便可根据上式求得线性吸收系数μ值。 为了减小测量误差，提高测量结果精度。实验上常先测得多组Ix 与x 的值，再用曲线拟合来求解。则： x I I x μ-=0ln ln 由于γ射线与物质主要发生三种相互作用，三种相互作用对线性吸收系数μ都有贡献，可得： p c ph μμμμ++= 式中ph μ为光电效应的贡献，c μ为康普顿效应的贡献，p μ为电子对效应的贡献。它们的值不但与γ光子的能量Er 有关，而且还与材料的原子序数、原子密度或分子密度有关。对于能量相同的γ射线不同的材料、μ也有不同的值。医疗上正是根据这一原理，来实现对人体内部组织病变的诊断和

南京大学实验报告-果蝇的三点测交

果蝇的三点测交实验报告 一、实验目的 验证连锁互换定律，掌握并进行连锁分析，学习绘制遗传学图的原理和方法。 了解伴性遗传与非伴性遗传的区别，了解伴性基因在正、反交中的差异。二、预备知识 三点测交把三个基因包括在同一次交配中，即用三杂合体abc/+++或ab+/++c跟三隐性个体abc/abc测交。进行这种试验，一次就等于三次“两点试验”，而且带有另外两个优点。 一次三点测验得到的三个重组值是在同一基因型背景、同一环境条件下得到的，而三次“两点试验”就不一定这样。重组值既受基因型背景的影响，也受各种环境条件的影响，所以，只有从三点试验所得到的三个重组值才是严格地可以互相比较的。 通过三点测交试验，可以得到三次两点试验所不能得到的资料，即双交换的资料。 果蝇的白眼、小翅、卷刚毛为X-连锁基因，全部隐性于各自的野生型基因（红眼、长翅、直刚毛），把白眼、小翅、卷刚毛雌蝇（wmsn/wmsn）与野生型雄蝇交配（＋＋＋/Y），F1雌蝇全部为野生型，雄蝇则全部表现为三隐性突变型，让F1互交，在F2中，不管雌雄性别，除了出现双亲类型外，还会出现新的表型种类，这是由于F1雌蝇中两个染色体之间发生了互换的结果，根据基因在染色体线性排列的遗传理论，对F2进行分析即可知不同基因间的连锁距离。 因为这三个基因位于性染色体上，所以这个试验也可用来作为伴性遗传

试验。 当基因位于X或Y染色体上时，一般不含相对的等位基因，产生伴性遗传，在正交和反交试验中产生不同的结果。 三、供试材料 野生型黑腹果蝇，白眼、小翅、卷刚毛三隐性果蝇。 四、器材药品 解剖镜、毛笔、麻醉瓶、白瓷板、标签、吸水纸、培养瓶(4瓶/人)、 乙醚、75%乙醇 五、实验步骤 ①选三隐性雌性处女蝇（wmsn/wmsn ）和野生型雄蝇（＋＋＋/Y ） 5～6对置于新鲜培养瓶中作正交，同时选野生型雌性处女蝇（＋＋＋/＋＋＋）和三隐性雄蝇（wmsn/Y）同置于新鲜培养瓶中，作为反交，贴上标签，注明亲本类型，实验日期，组别及姓名。 ②自始自终进行果蝇生活周期的察看。写出观察日记：记录看到的果蝇 行为，各发育阶段的主要现象及经历的时间等。 ③一周后，在实验室倒去亲本果蝇，一定要倒干净，一只也不能留。（此 时瓶壁上应有黑色蛹) ④二周后，F1蝇长出，实验室内观察F1雌蝇和F1雄蝇的各个性状， 并观察正反交不同组合的结果如何。 ⑤取5-6对F1果蝇放入新鲜培养瓶中，正交放三瓶，反交一瓶。 ⑥三周后，倒去F1，必须倒干净，一只也不能留。

南京大学近代物理实验2014版——气体放电中等离子体的研究剖析

实验2.3 气体放电中等离子体的研究 摘 要：本文介绍了气体放电中的等离子体的特性和等离子体诊断技术，利用单探针法和双探针法对等离子体的一些基本参量进行了测量，并对结果进行分析。文中还简要介绍了等离子体的发展前景。 关键词：等离子体，等离子体诊断，探针法 一. 引言 等离子体作为物质的第四态在宇宙中普遍存在。在实验室中对等离子体的研究是从气体放电开始的。朗缪尔和汤克斯首先引入“等离子体”这个名称。近年来等离子体物理学有了较快发展，并被应用于电力工业、电子工业、金属加工和广播通讯等部门，特别是等离子体的研究，为利用受控热核反应，解决能源问题提供了诱人的前景。 二. 等离子体的物理特性 等离子体定义为包含大量正负带电粒子、而又不出现净空间电荷的电离气体。 等离子体有一系列不同于普通气体的特性： （1）高度电离，是电和热的良导体，具有比普通气体大几百倍的比热容。 （2）带正电的和带负电的粒子密度几乎相等。 （3）宏观上是电中性的。 描述等离子体的一些主要参量为： （1）电子温度 e T 。它是等离子体的一个主要参量，因为在等离子体中电子碰撞电离是主 要的，而电子碰撞电离与电子的能量有直接关系，即与电子温度相关联。 （2）带电粒子密度。电子密度为 e n ，正离子密度为 i n ，在等离子体中 e i n n 。 （3）轴向电场强度 L E 。表征为维持等离子体的存在所需的能量。

（4）电子平均动能 e E 。 （5）空间电位分布。 本实验研究的是辉光放电等离子体。 辉光放电是气体导电的一种形态。当放电管内的压强保持在10～102Pa 时，在两电极上加高电压，就能观察到管内有放电现象。辉光分为明暗相间的8个区域，在管内两个电极间的光强、电位和场强分布如图1所示。8个区域的名称为（1）阿斯顿区，（2）阴极辉区，（3）阴极暗区，（4）负辉区，（5）法拉第暗区，（6）正辉区，（7）阳极暗区，（8）阳极辉区。其中正辉区是等离子区。 图1 三. 单探针与双探针法测量原理 测试等离子体的方法被称为诊断。等离子体诊断有探针法，霍尔效应法，微波法， 光谱法等。本次实验中采用探针法。探针法分单探针法和双探针法。 （1）单探针法。探针是封入等离子体中的一个小的金属电极（其形状可以是平板形、圆柱形、球形）。以放电管的阳极或阴极作为参考点，改变探针电位，测出相应的探针电流，得到探针电流与其电位之间的关系，即探针伏安特性曲线，如图2所示。对此曲线的解释为：