【正文】 兩個位置，則，同理，也可求出來，代入即可求出精度較高的。（2）開啟微波信號源（DH1121C），工作方式選擇“方波”，點頻方式，頻率9～，選擇較小的微波輸出功率，電流500mA。（3）用選頻放大器進(jìn)行監(jiān)測，調(diào)節(jié)單螺調(diào)配器，使微波在波導(dǎo)中形成小駐波比（駐波的最大值和最小值相差不大）的駐波。駐波測量是微波測量中最基本和最重要的內(nèi)容之一，通過駐波測量可以測出阻抗、波長、相位和Q值等其他參量。單螺調(diào)配器：插入矩形波導(dǎo)中的一個深度可以調(diào)節(jié)的螺釘，并沿著矩形波導(dǎo)寬壁中心的無輻射縫作縱向移動，通過調(diào)節(jié)探針的位置使負(fù)載與傳輸線達(dá)到匹配狀態(tài)。衰減器起調(diào)節(jié)系統(tǒng)中微波功率以及去耦合的作用?！?，對于TE10波而言，截止波長＝，實驗中作為連接件使用。～，對于TE10波而言，截止波長＝。功率的測量是利用微波的熱效應(yīng)，通過熱電換能器進(jìn)行間接的量測。 圖 3（a）行波,（b）混合波,(c)駐波微波系統(tǒng)中最基本的參數(shù)有頻率、駐波比、功率等。駐波比定義為：，用駐波比來描述傳輸線阻抗匹配的情況。這時波導(dǎo)管中同時有兩列頻率相同、振幅相同、傳播方向相反的微波，一列是入射波，一列是反射波，這兩列波將在波導(dǎo)管中形成駐波，并且是“純駐波”，波的波腹和波節(jié)點電場E的大小0，而＝0，見圖3（C）。在z方向上，和的分布規(guī)律相同，也就是說最大處也最大，為零處也為零，場的這種結(jié)構(gòu)是行波的特點。因為，波導(dǎo)中電磁波是成“之”字形并以光速傳播的，所以，波導(dǎo)波長將大于自由空間的波長。 TE10型波： 在一個均勻、無限長和無耗的矩形波導(dǎo)中，沿z方向傳播的TE10型波的各個場分量為， ， ， ， 其中：為電磁波的角頻率，是微波頻率；: 波導(dǎo)截面寬邊的長度；：微波沿傳輸方向的相位常數(shù)；：波導(dǎo)波長（在波導(dǎo)管里面，某些特定波長的電磁波與波導(dǎo)諧振，其中最長的一個波長被稱為波導(dǎo)的特征波長，也稱波導(dǎo)波長），：微波在自由空間波長。常用的微波傳輸線有平行雙線、同軸線、帶狀線、微帶線、金屬波導(dǎo)管及介質(zhì)波導(dǎo)等多種形式的傳輸線，本實驗用的是矩形波導(dǎo)管，波導(dǎo)是指能夠引導(dǎo)電磁波沿一定方向傳輸能量的傳輸線。 5．能穿透電離層：微波可以暢通無阻地穿越地球上空的電離層，為衛(wèi)星通訊，宇宙通訊和射電天文學(xué)的研究和發(fā)展提供了廣闊的前途。另外，微波傳輸線、微波元件和微波測量設(shè)備的線度與波長具有相近的數(shù)量級，在導(dǎo)體中傳播時趨膚效應(yīng)和輻射變得十分嚴(yán)重，一般無線電元件如電阻、電容、電感等元件都不再適用，也必須用原理完全不同的微波元件(波導(dǎo)管、波導(dǎo)元件、諧振腔等)來代替?！驹? 理】微波技術(shù)是近代發(fā)展起來的一門尖端科學(xué)技術(shù)，它不僅在通訊、原子能技術(shù)、空間技術(shù)、量子電子學(xué)以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面有著廣泛的應(yīng)用，在科學(xué)研究中也是一種重要的觀測手段，微波的研究方法和測試設(shè)備都與無線電波的不同。5. 列表HαHβHγHδλ/nm/m1RH/m－16. 根據(jù)式5求出RH。將氫氘燈電源與氫氘燈連接，打開氫氘燈電源，點亮氫燈，單擊任務(wù)欄中“時實”，屏幕上會出現(xiàn)氫的，三條譜線，調(diào)節(jié)氫燈的位置，使譜線強(qiáng)度為最強(qiáng)。在出現(xiàn)汞的清晰、尖銳的三條譜線后，單擊任務(wù)欄中“數(shù)據(jù)處理”，在下拉菜單中選擇“手動定標(biāo)”，此時光標(biāo)變成十字形狀，將光標(biāo)移到第一條光譜線上，此時光標(biāo)變成紅色的““形狀，利用鍵盤上的方向鍵將光標(biāo)移到該譜線的最高處，單擊“回車”鍵。② 調(diào)節(jié)光源與多色儀共軸：將低壓汞燈與汞（鈉）燈電源連接，打開電源電亮汞燈，將汞燈光源對準(zhǔn)多色儀的入射狹縫，調(diào)節(jié)汞燈與多色儀，將多色儀觀察轉(zhuǎn)換扳手放在“觀察縫”檔，在觀察屏P上觀察譜線，直到看到清晰、明亮的紫色（）水銀譜線，使汞燈光源與多色儀共軸。）最大值（坐標(biāo)顯示的譜線相對光強(qiáng)的最大值）：選擇最大值為5000。2. 設(shè)置工作參數(shù)：暴光時間（采集譜線的積分時間）：選擇暴光時間為10?！緦嶒灢襟E】，波長間隔達(dá)246nm。多色儀中M2，M3的焦距為302mm，光柵常數(shù)為1/600mm，在可見光區(qū)的線色散Δλ/Δl（光譜面上單位寬度對應(yīng)的波長范圍）。在耗盡區(qū)內(nèi)或附近，由于電子的作用產(chǎn)生電子空穴對，電子被吸引到半導(dǎo)體與SiO2絕緣體的界面形成電荷包，這些電子是可以傳導(dǎo)的。將CCD一維線陣放在光譜面上，一次曝光就可獲得整個光譜。轉(zhuǎn)動光柵G可改變中心波長，整條譜帶也隨之移動。光源S經(jīng)透鏡L成像于多色儀的入射狹縫S1，入射光經(jīng)平面反射鏡M1轉(zhuǎn)向90176。位于出射窗口的多通道光電探測器將譜帶的強(qiáng)度分布轉(zhuǎn)變?yōu)殡姾蓮?qiáng)弱的分布，由信號處理系統(tǒng)掃描、讀出、經(jīng)A/D變換后存儲并顯示在計算機(jī)上。圖2氫原子的巴耳末系光譜氫原子的巴耳末線系的頭幾條譜線的波長為： 線 線 線 線波長（nm） 2．儀器組成：光學(xué)多道分析器是一臺多功能光柵光譜儀，由光柵單色儀，CCD接收單元，掃描系統(tǒng)，電子放大器，A/D采集單元，計算機(jī)組成。從可得氫原子各能級的能量 （4）式中h = 1015eV常用的光譜有吸收光譜、發(fā)射光譜和散射光譜，波段從X射線、紫外線、可見光、紅外光到微波和射頻波段。實驗一 (B) 氫原子光譜的研究 用光學(xué)多道分析器研究氫原子光譜【目的要求】1．測定氫原子的巴耳末系發(fā)射光譜的波長和氫原子的里德伯常數(shù)。表1：氫原子和氘原子的巴耳末線系譜線波長原子譜線標(biāo)準(zhǔn)值（nm）選擇參數(shù)測量結(jié)果（nm）工作方式工作范圍工作狀態(tài)采集次數(shù)模式間隔(nm)波長（nm）最大值最小值負(fù)高壓增益氫能量65565710000620V350氘氫能量48548710000750V350氘氫能量43243510000800V350氘氫能量40841210000900V350氘7．根據(jù)測量得到的氫原子和氘原子的巴耳末線系譜線的波長，用線性擬合方法求出氫原子和氘原子的里德伯常數(shù)。）中絲杠的轉(zhuǎn)動，進(jìn)而使光柵轉(zhuǎn)動實現(xiàn)的。前置放大器的增益現(xiàn)為1，2，…，7七個檔次，數(shù)越大放大器的增益越高。光電信號前置放大器 放大的光電信號增益控制信號系統(tǒng)控制信號光譜數(shù)字信號/變換/變換步進(jìn)電機(jī)控制信號 負(fù)高壓控制信號負(fù)高 壓電源步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源負(fù)高壓2131電子計算機(jī)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動脈沖圖4光譜儀的工作原理光譜儀的探測器為光電倍增管或CCD，用光電倍增管時，出射光通過狹縫S2到達(dá)光電倍增管。氘與氫具有相同的能級結(jié)構(gòu)，因而光譜結(jié)構(gòu)也相同，氫原子光譜的每一組譜線都是兩條波長非常接近的譜線，一條是氫原子的譜線，一條是氘原子的譜線。s1從圖1中可知，從至躍遷，光子波長位于可見光區(qū)，其光譜符合規(guī)律 （m = 3，4，5 … ） （5）這就是1885年巴耳末發(fā)現(xiàn)并總結(jié)的經(jīng)驗規(guī)律，稱為巴耳末系。1．氫原子光譜圖1是氫原子的能級圖，根據(jù)玻爾理論，氫原子的能級公式為： （n = 1，2，3 … ） （1）圖1氫原子的能級圖式中稱為約化質(zhì)量，為電子質(zhì)量，為原子核質(zhì)量。近代物理實驗實驗指導(dǎo)書（1）寧夏大學(xué)物理電氣信息學(xué)院近代物理實驗室實驗一（A） 氫、氘光譜實驗【目的要求】1．測定氫原子與氘原子的巴耳末系發(fā)射光譜的波長和氫原子與氘原子的里德伯常數(shù)；2．了解WGD－8A型組合式多功能光柵光譜儀的原理和使用方法。本實驗通過用光柵光譜儀測量氫原子與氘原子在可見波段的發(fā)射光譜，了解光譜與微觀結(jié)構(gòu)（能級）間的聯(lián)系和掌握光譜測量的基本方法。s ，c = 108m氫原子核只有1個質(zhì)子沒有中子，氘D（又叫重氫）是氫的同位素，它的原子核由一個質(zhì)子和一個中子組成。其工作原理如圖4所示。前置放大器的增益、光電倍增管的負(fù)高壓和CCD的積分時間可以由控制軟件根據(jù)需要設(shè)置。掃描控制是利用步進(jìn)電機(jī)控制正弦機(jī)構(gòu)（根據(jù)光柵方程，波長和光柵的轉(zhuǎn)角成正弦關(guān)系，因此采用正弦機(jī)構(gòu)?！緦嶒灢襟E】1．連接光柵光譜儀電源與計算機(jī)USB接口連線；2．打開光柵光譜儀電源開關(guān)，打開氫氘燈電源開關(guān)，氫氘燈對準(zhǔn)WGD8A型光柵光譜儀的物鏡狹縫（狹縫寬度取50），光柵光譜儀上光電倍增管狹縫取10；3．運行WGD8A倍增管系統(tǒng)軟件，系統(tǒng)進(jìn)行檢索；4．設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)：工作方式：模式――能量 間隔――工作范圍：起始波長：400nm 終止波長：660nm 最大值：1000 最小值：0工作狀態(tài)：負(fù)高壓：800V（手動調(diào)節(jié)光柵光譜儀電源上負(fù)高壓調(diào)節(jié)旋鈕至800V，此時軟件調(diào)節(jié)不起作用，負(fù)高壓越高，倍增管越靈敏） 增益：3采集次數(shù)：205．?dāng)?shù)據(jù)掃描：單擊“單程”選項，儀器開始掃描，計算機(jī)顯示出氫原子和氘原子的可見光區(qū)域的巴爾末線系譜線，打印該光譜線圖；6．分別定量測量氫原子和氘原子的巴耳末線系譜線（系統(tǒng)參數(shù)的選擇參考表1）：將 測量結(jié)果填入表1，并打印氫原子和氘原子的巴耳末線系譜線圖。氘的里德伯常數(shù)：氫和氘的相應(yīng)波長差為： 因為：，所以，得：根據(jù)圖3氫氘光譜巴耳爾末線系的線波長及氫的里德伯常數(shù)為：，代入上式得：?！驹? 理】光譜是研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的重要手段，它廣泛地應(yīng)用于化學(xué)分析、醫(yī)藥、生物、地質(zhì)、冶金、考古等部門。電子從高能級躍遷到低能級時，發(fā)射的光子能量為兩能級間的能量差： （ m n ） （2）如以波數(shù)表示，則上式為： （3）式中為氫原子的里德伯常數(shù)，單位是，稱為光譜項，它與