大学物理实验教学内容及方式探析

对大学物理实验课程的教学内容给出详细界定。由于实验课程教学内容的多样性及教学方式的丰富多样,在分析传统教学方式所存在问题的基础上,针对不同教学内容单元提出教学方式的改良。

Grüneisen系数的统计物理学定义

将广义力对系统做功引起的能量(不含冷能)的相对变化ES/ES与广义坐标的相对变化y/y之比定义为微观Grüneisen系数γS,导出了计算Grüneisen系数统计平均值的微分方程.由该方程计算了人们熟悉的热力学系统的Grüneisen系数,结果与其他方法得到的结论完全一致.

Duffing-Van der pol系统的Hopf分岔

将保守Duffing系统作为未扰系统,并对它分四种情形进行了严格求解。用Melnikov函数方法研究了Duffing-Vanderpol系统的次谐分岔,获得了Duffing-Vanderpol系统的Hopf分岔条件。根据这些条件,在参数空间中确定了Hopf分岔曲线。在分岔曲线上取参数进行了数值模拟,所获得的奇、偶阶Hopf分岔与理论分析的结果完全一致。

光栅衍射实验中正入射与斜入射的讨论

从实验上验证了自准法在光栅衍射实验中调节光栅垂直于入射光(正入射)方法的可行性,分别从实验和理论(数值)上分析了斜入射角度的变化对衍射角测量的影响.结果表明,在斜入射角度不大的情况下由角度偏离所带来的误差并不明显,偏离角度在5°以内所引起的误差在实验允许的范围内,实验结果与理论分析完全一致.

2.500V电子标准电池的设计

设计了用于"十—线电势差计测电池的电动势"实验的2.500 V电子标准电池,采用电压参考芯片MAX872,输出2.500 V(相对误差为0.05%)的标准电压ES,等效内阻约为1Ω,微功耗,不怕短路,不易损坏,2节干电池供电.配以J0409灵敏电流计进行实验,解决了目前常用仪器组合方案中的标准电池、灵敏电流计易于损坏,校准时灵敏度不够而测量时灵敏度过高的问题.

非晶SiO_xN_y薄膜的发光特性研究

采用双离子束溅射沉积法制备SiOxNy复合非晶薄膜,傅里叶变换红外光谱(FTIR)及X射线衍射谱(XPS)测试表明,薄膜成分由Si、O、N元素组成,在室温下可观察到样品有波长为400nm(紫光)、470nm(蓝光)的光致发光。根据测试结果分析研究SiOxNy薄膜的可能发光机理:波长为470nm处发光峰来自于硅基薄膜中中性氧空位缺陷(O2≡Si-Si≡O2),是由于氧原子配位的二价硅的单态-单态之间的跃迁所致,其发光强度随退火温度的升高而变化,800℃时最大,高于800℃时慢慢减弱;波长为400nm发光峰的发射与薄膜中的Si、O、N元素所形成的结构有关,它可能来自于Si、O、N元素结构所形成的发光中心,该峰位的强度随退火温度的升高而增强。

量子力学定态下几率解释悖论

以氢原子中电子的定态波函数为例,通过分析电子的坐标随时间的变化,得到了量子力学定态下的几率解释悖论。考虑测量可能带来的干预后,验证了极端情况下的几率解释悖论的不可消除性。

可控双空心光束的理论方案及实验研究

提出了一种利用双周期弧向非满额相位调制的方法产生双空心光束的方案.当准直氦氖激光通过1.5mm半径透光孔照射到该相位图样时,在200 mm成像透镜像空间获得长30 mm,间距57.6μm,单管束宽度0.11—0.14 mm的双空心光束.该方案结构简单,产生的双空心光束具有较好的可控性,双光管间距由相位调制因子p决定,能够实现从双空心光束到单空心光束的双向演化.对所提出的方案进行了实验研究并得到与理论相符的结果.利用多种组合方式讨论了将该方案拓展到蓝失谐光学囚禁势阱,可以实现可控的空心双光阱、四光阱与光学晶格等,有望在冷原子、冷分子囚禁与操控等领域的实验研究中发挥重要作用.

一种新颖的实现冷原子或冷分子囚禁的可控制光学四阱及其二维光学晶格

原子光学晶格为精确操控中性原子和研究某些基本物理问题提供了一种方法。提出了一种利用单光束照明余弦型振幅光栅与透镜组合系统实现冷原子或冷分子囚禁的可控制光学四阱新方案,计算了四阱的光强分布,讨论了从光学四阱到双阱或单阱的演化过程,并导出了光学四阱的几何参量、光强分布、强度梯度及其曲率与光学透镜系统参量间的解析关系,获得了四阱间距与光栅空间频率的关系。研究表明通过改变余弦光栅的空间频率即可实现从光学四阱到双阱或单阱的连续双向演化。

实现冷原子、冷分子光学囚禁的组合三光学势阱方案

提出了一种利用单束平面光波照明液晶空间光相位调制器与透镜组合系统实现在透镜焦平面上的可演化组合三光学势阱方案.分析了该组合三光学势阱的形成原理,计算了势阱的相关特征参数,研究了从组合三光学势阱到双阱或到单阱的双向演化过程.最后,探讨了该组合三光学势阱及其新颖三阱光学晶格方案在实现物质波四波混频、三原子样品冷碰撞性质研究等领域中潜在应用前景.

囚禁冷原子或冷分子的可控制光学八阱及其光学晶格

提出了一种利用单束平面光波照明二元π相位板与透镜组合系统实现冷原子或冷分子囚禁的可控制光学八阱的方案,计算了光学势阱的光强分布和可控光学八阱的几何与光学特征参数、强度梯度及其曲率;讨论了从光学八阱到四阱或到双阱的演化过程。研究表明,通过相对于透镜移动二元π相位板可实现光学八阱到四阱或到双阱的连续双向演化。讨论了利用该可控光学八阱组成二维光学晶格的方案。

一种新颖的实现冷原子囚禁的可控制光学六阱及其光学晶格

提出了一种利用单束平面光波照明二元π相位板与透镜组合系统实现冷原子或冷分子囚禁的可控制光学六阱的方案,计算与分析了该方案产生的光学势阱的光强分布和光学六阱的特征参数、强度梯度及其曲率,讨论了从光学六阱到双阱或到单阱的演化过程,研究表明通过改变二元π相位板上的相位分布,即可实现光学六阱到双阱或到单阱的连续双向演化。

用液晶空间光调制器产生光阱阵列

液晶空间光调制器能够方便地用于制作各种衍射型光学元件,但液晶空间光调制器存在分辨率有限的缺点,本文提出了用液晶空间光调制器制作相位型光栅,产生一维和二维光阱阵列的新方案,用迭代傅里叶级数算法优化设计光栅的相位分布,在不改变空间光调制器硬件参数设置的情况下,充分利用和发掘了空间光调制器的优点,同时又能较好地回避其所存在的缺陷.根据现有的空间光调制器的技术参数,模拟仿真设计光栅,计算光强分布,结果表明:用大失谐、小功率激光照明,能够产生具有很高峰值光强和光强梯度的光阱阵列,囚禁冷原子的光学偶极势达到mK量级,对原子的作用力远大于原子的重力.