材料制各与检测技术实验第4章 (2)如何测量压电品体的压电常数？ (3)迈克尔逊干涉仪的原理是什么？其干涉图样有什么特点？ (4)为什么用迈克尔逊干涉法测量压电陶瓷的压电常数？ (5)用迈克尔逊干涉法测量时，若用黄光或白光代替He-Ne激光，干涉图样会有什么 变化？ 【参考文献】 [1]王矜奉，苏文城，王春明，等.压电振动理论与应用[M们.北京：科学出版 社，2011. [2]王春雷，李吉超，赵明磊，等，压电铁电物理[M门.北京：科学出版社，2009. [3]张沛林，钟维烈.压电材料与器件物理[M们.济南：山东科学技术出版社，1997 [4幻许小红，武海顺.压电薄膜的制备、结构与应用[M门.北京：科学出版社，2002. [5]李书光，王殿生，物理实验教程一大学物理实验[M].东营：中国石油大学出 版社，2006 实验4-4超导材料的基本特性测量 超导电性发现于1911年，荷兰科学家昂纳斯(H.K.Onnes)在实现氢气(He)液化 之后不久发现，在温度稍低于4.2K时水银(Hg)的电阻率突然下降到一个很小值，之后 在1912一1913年间他又发现锡在3.8K低温时有零电阻现象。昂纳斯把金属在低温下 的零电阻性质称为超导电性，这一伟大的发现导致了超导物理学科的诞生。昂纳斯因液 氨的制备和超导现象的研究获得了1913年的诺贝尔物理学奖。 从发现超导现象起人们就一直努力揭示其本质。经过了半个世纪，直到1957年才由 美国巴丁.Bardeen)库柏(L.N.Cooper)和施里弗(.R.Schrieffer)攻克了这个难题， 提出了超导的微观理论(BCS理论)，成功地解释了有关超导电性的各种基本性质和产生 超导现象的原因。1972年巴丁、库柏和施里弗三人因BCS理论共同荣获诺贝尔物理学 奖。1957年日本江崎玲于奈(L.Eski)从实验上发现了半导体的隧道效应并发明了隧道 二极管，l960年挪威贾埃弗(L.Giaever)从实验上发现了超导体的隧道效应，1962年英国 约瑟夫森(B.D.Josephson)从理论上预言了超导电流能够通过隧道阻挡层即约瑟夫森效 应，三人共同荣获1973年的诺贝尔物理学奖。1986年美国1BM研究所的德国科学家缪 勒(K.A.Muller)和瑞士科学家柏诺兹(.G.Bednorz)发现阀钡铜氧(La-Ba-Cu-O)陶瓷 材料存在35K以上的超导转变温度，这是开启高温超导体研究的里程碑。仅隔1年缪勒 和柏诺兹就共同获得了198？年诺贝尔物理学奖，也开创了诺贝尔物理学奖获奖时间相距 成果发表时间最短的先例。铜氧化物高温超导体的转变温度在常压下已经高达130K以 上，突破了液氮温区。这一进展预示者一场新的技术革命。目前发现的超导材料已经有 数千种，可分为金属和合金超导体、金属化合物超导体、氧化物高温超导体、铁基超导体和 -225
— ２２５ — (２)如何测量压电晶体的压电常数? (３)迈克尔逊干涉仪的原理是什么? 其干涉图样有什么特点? (４)为什么用迈克尔逊干涉法测量压电陶瓷的压电常数? (５)用迈克尔逊干涉法测量时,若用黄光或白光代替 HeＧNe激光,干涉图样会有什么 变化? 【参考文献】 [１] 王 矜 奉,苏 文 斌,王 春 明,等．压 电 振 动 理 论 与 应 用 [M]．北 京:科 学 出 版 社,２０１１． [２] 王春雷,李吉超,赵明磊,等．压电铁电物理[M]．北京:科学出版社,２００９． [３] 张沛林,钟维烈．压电材料与器件物理[M]．济南:山东科学技术出版社,１９９７． [４] 许小红,武海顺．压电薄膜的制备、结构与应用[M]．北京:科学出版社,２００２． [５] 李书光,王殿生．物理实验教程———大学物理实验[M]．东营:中国石油大学出 版社,２００６． 实验４Ｇ４ 超导材料的基本特性测量 超导电性发现于１９１１年,荷兰科学家昂纳斯(H．K．Onnes)在实现氦气(４ ２He)液化 之后不久发现,在温度稍低于４２K 时水银(Hg)的电阻率突然下降到一个很小值,之后 在１９１２—１９１３年间他又发现锡在３８K 低温时有零电阻现象.昂纳斯把金属在低温下 的零电阻性质称为超导电性,这一伟大的发现导致了超导物理学科的诞生.昂纳斯因液 氦的制备和超导现象的研究获得了１９１３年的诺贝尔物理学奖. 从发现超导现象起人们就一直努力揭示其本质.经过了半个世纪,直到１９５７年才由 美国巴丁(J．Bardeen)、库柏(L．N．Cooper)和施里弗(J．R．Schrieffer)攻克了这个难题, 提出了超导的微观理论(BCS理论),成功地解释了有关超导电性的各种基本性质和产生 超导现象的原因.１９７２年巴丁、库柏和施里弗三人因 BCS理论共同荣获诺贝尔物理学 奖.１９５７年日本江崎玲于奈(L．Esaki)从实验上发现了半导体的隧道效应并发明了隧道 二极管,１９６０年挪威贾埃弗(I．Giaever)从实验上发现了超导体的隧道效应,１９６２年英国 约瑟夫森(B．D．Josephson)从理论上预言了超导电流能够通过隧道阻挡层即约瑟夫森效 应,三人共同荣获１９７３年的诺贝尔物理学奖.１９８６年美国IBM 研究所的德国科学家缪 勒(K．A．Muller)和瑞士科学家柏诺兹(J．G．Bednorz)发现镧钡铜氧(LaＧBaＧCuＧO)陶瓷 材料存在３５K 以上的超导转变温度,这是开启高温超导体研究的里程碑.仅隔１年缪勒 和柏诺兹就共同获得了１９８７年诺贝尔物理学奖,也开创了诺贝尔物理学奖获奖时间相距 成果发表时间最短的先例.铜氧化物高温超导体的转变温度在常压下已经高达１３０K 以 上,突破了液氮温区.这一进展预示着一场新的技术革命.目前发现的超导材料已经有 数千种,可分为金属和合金超导体、金属化合物超导体、氧化物高温超导体、铁基超导体和
物理实验教程一近代物理实验 有机超导体等几大类 超导材料具有零电阻效应，完全抗磁性和超导隧道效应等优质特性，在能源、医疗、交 通、国防和大科学工程等领域都具有非常广阔的用途和应用前景。例如，在电力能源方面 可用于超导电缆、超导变压器、超导限流器、超导电动机、超导发电机等：在军事领域可用 于超导扫雷具，超导电磁炮、超导激光武器、超导磁屏蔽等：超导磁体广泛用于探测器，加 速器、核磁共振、受控热核反应装置中；超导量子干涉器件、超导电感器、超导滤波器、超导 微带天线、超导计算机、超导陀螺仪可广泛用于精密测量、通信、导航等领域。 【实验目的】 (1)理解超导材料的零电阻效应和完全抗磁性，学会判定超导态的基本方法， (2)学习液氨温区温度的获得、控制和测量的基本方法。 (3)掌握直流电阻法测量超导临界转变温度的原理和方法。 (4)掌握交流电磁感应法测量超导临界转变温度的原理和方法 (⑤)了解超导电性研究进展中获得诺贝尔物理学奖的相关内容，培养勇攀科学高峰 的使命感和勇于探索的创新精神。 【预习要求】 (1)什么是超导现象？超导材料有什么主要特性？ (2)什么是超导临界转变温度？如何判定超导临界转变温度？ (3)什么是迈斯纳效应？ (4)实验中用什么方法测量超导体的电阻？ (5)实验中用什么方法测量超导临界转变温度？ 【实验原理】 一、零电阻效应 1超导临界转变温 零电阻效应是超导体的一个重要基本特性。在一定条件下当温度降低到T。以下时 超导材料的直流电阻突然降到零，如图4-4-1所示，这种现象称为零电阻效应。在低温下 发生的零电阻效应称为物质的超导电性，具有超导电性的材料称为超导体 (superconductor)或超导材料(superconducting material)。温度T:称为超导体的临界转 变温度，也称临界温度(critical temperature)或转变温度(transition n temperature))。温度 在T。以上时，超导体处于正常态，具有有限的电阻值：温度在T:以下时，超导体处于超 导态，零电阻。超导体由正常态向超导态的过度是在一个有限的温度区间内完成的，而不 是突然变为零的，如图4-41所示。转变起始温度T。为曲线开始偏离线性所对应的温 度：中点温度Tm为电阻下降至起始温度电阻R。(Te)的一半时的温度：零电阻温度 T为电阻降至零时的温度 在测量中所谓零电阻总是与测量仪表的精度、样品的几何形状及尺寸、电极间的距离 以及流过样品的电流大小等因素有关，因此超导体的零电阻特性在实验上是很难观测到 的。超导体零电阻最令人信服的实验是超导环中的持续电流实验。将一超导环置于外脑 场中，冷却使之转变为超导态，再撤去外磁场，这时处于超导态的超导环中感生出电流，即 226
— ２２６ — 有机超导体等几大类. 超导材料具有零电阻效应、完全抗磁性和超导隧道效应等优质特性,在能源、医疗、交 通、国防和大科学工程等领域都具有非常广阔的用途和应用前景.例如,在电力能源方面 可用于超导电缆、超导变压器、超导限流器、超导电动机、超导发电机等;在军事领域可用 于超导扫雷具、超导电磁炮、超导激光武器、超导磁屏蔽等;超导磁体广泛用于探测器、加 速器、核磁共振、受控热核反应装置中;超导量子干涉器件、超导电感器、超导滤波器、超导 微带天线、超导计算机、超导陀螺仪可广泛用于精密测量、通信、导航等领域. 【实验目的】 (１)理解超导材料的零电阻效应和完全抗磁性,学会判定超导态的基本方法. (２)学习液氮温区温度的获得、控制和测量的基本方法. (３)掌握直流电阻法测量超导临界转变温度的原理和方法. (４)掌握交流电磁感应法测量超导临界转变温度的原理和方法. (５)了解超导电性研究进展中获得诺贝尔物理学奖的相关内容,培养勇攀科学高峰 的使命感和勇于探索的创新精神. 【预习要求】 (１)什么是超导现象? 超导材料有什么主要特性? (２)什么是超导临界转变温度? 如何判定超导临界转变温度? (３)什么是迈斯纳效应? (４)实验中用什么方法测量超导体的电阻? (５)实验中用什么方法测量超导临界转变温度? 【实验原理】 一、零电阻效应 １．超导临界转变温度 零电阻效应是超导体的一个重要基本特性.在一定条件下当温度降低到Tc 以下时, 超导材料的直流电阻突然降到零,如图４Ｇ４Ｇ１所示,这种现象称为零电阻效应.在低温下 发生 的 零 电 阻 效 应 称 为 物 质 的 超 导 电 性,具 有 超 导 电 性 的 材 料 称 为 超 导 体 (superconductor)或超导材料(superconductingmaterial).温度Tc 称为超导体的临界转 变温度,也称临界温度(criticaltemperature)或转变温度(transitiontemperature).温度 在Tc 以上时,超导体处于正常态,具有有限的电阻值;温度在 Tc 以下时,超导体处于超 导态,零电阻.超导体由正常态向超导态的过渡是在一个有限的温度区间内完成的,而不 是突然变为零的,如图４Ｇ４Ｇ１所示.转变起始温度Tc,onset为曲线开始偏离线性所对应的温 度;中点温度Tcm 为电阻下降至起始温度电阻 Rn(Tc,onset)的一半时的温度;零电阻温度 Tc０为电阻降至零时的温度. 在测量中所谓零电阻总是与测量仪表的精度、样品的几何形状及尺寸、电极间的距离 以及流过样品的电流大小等因素有关,因此超导体的零电阻特性在实验上是很难观测到 的.超导体零电阻最令人信服的实验是超导环中的持续电流实验.将一超导环置于外磁 场中,冷却使之转变为超导态,再撤去外磁场,这时处于超导态的超导环中感生出电流,即
材料制各与检测技术实整第4章 R,(T R(T) 图44-】超导体的电阻-温度变化 I(e)=I(0)e/ (4-4-1) 式中，I()和I(0)分别为时间为和0时的电流，x=L/R为电流衰减时间带数，L为超 导环的自感，R为超导环的电阻。对于正常金属，：值很小，环内电流很快衰减为零：对于 超导环，电流衰减非常慢。这一衰减可通过精密的核磁共振方法来测量超导电流形成的 磁场的微小变化，从而推算出衰减时间。在Nb.5Z乙.超导环中的实验结果是衰减时间 大于10万年，因此可认为超导环的电阻是零。 2.电测法（直流电阻法）测量超导临界转变温度 为了避免引线电阻和接触电阻的影响，实验中常采用四引线法测量超导体的电阻温 度变化。如图442所示，被测超导体样品的两根电源引线与恒流源相连，两根电压引线 用来检测样品的电压，根据欧姆定律计算样品电阻。若恒流源的精度不够高，可用一标准 电阻与被测样品串联来测量电流。若被测样品和标准电阻的电压分别为U,和U。,标准 电阳为R,则被测样品的电阻R,为： (4-4-2) 式中，为通过被测样品的电流。 相流源 4, 标准电阻R 被测样品电阻R, 图4~42四引线法测量超导体电阻的原理图 温度的测量是超导性能测量中不可缺少的手段，随着科学技术的发展，其测量方法不 断增加，准确程度也逐渐提高。在低温物理实验中，测量温度的温度计通常有气体温度 计，茨气压温度计、电阳温度计、热电偶温度计、半导体温度计和磁温度计等。在氧化物超 导体转变温度的测量中，温度变化的范围为77~300K,可选用铂电阻温度计来测量温 度。铂电阻温度计是根据铂的电阻随温度的变化来测量温度的。铂具有很好的化学稳定 -227-
— ２２７ — 图４Ｇ４Ｇ１ 超导体的电阻Ｇ温度变化 I(t)＝I(０)e－t/τ (４Ｇ４Ｇ１) 式中,I(t)和I(０)分别为时间为t 和０时的电流,τ＝L/R 为电流衰减时间常数,L 为超 导环的自感,R 为超导环的电阻.对于正常金属,τ 值很小,环内电流很快衰减为零;对于 超导环,电流衰减非常慢.这一衰减可通过精密的核磁共振方法来测量超导电流形成的 磁场的微小变化,从而推算出衰减时间.在 Nb０７５Zr０２５超导环中的实验结果是衰减时间 大于１０万年,因此可认为超导环的电阻是零. ２．电测法(直流电阻法)测量超导临界转变温度 为了避免引线电阻和接触电阻的影响,实验中常采用四引线法测量超导体的电阻Ｇ温 度变化.如图４Ｇ４Ｇ２所示,被测超导体样品的两根电源引线与恒流源相连,两根电压引线 用来检测样品的电压,根据欧姆定律计算样品电阻.若恒流源的精度不够高,可用一标准 电阻与被测样品串联来测量电流.若被测样品和标准电阻的电压分别为Ux和Un,标准 电阻为Rn,则被测样品的电阻Rx为: Rx ＝Ux I ＝Ux Un Rn (４Ｇ４Ｇ２) 式中,I 为通过被测样品的电流. 图４Ｇ４Ｇ２ 四引线法测量超导体电阻的原理图 温度的测量是超导性能测量中不可缺少的手段,随着科学技术的发展,其测量方法不 断增加,准确程度也逐渐提高.在低温物理实验中,测量温度的温度计通常有气体温度 计、蒸气压温度计、电阻温度计、热电偶温度计、半导体温度计和磁温度计等.在氧化物超 导体转变温度的测量中,温度变化的范围为７７~３００K,可选用铂电阻温度计来测量温 度.铂电阻温度计是根据铂的电阻随温度的变化来测量温度的.铂具有很好的化学稳定
物理实验教程一近代物理实验 0 性和正的电阻温度系数，而且铂电阻体积小、易于安装和检测，因此铂电阻已用作测温标 准元件。 二、完全抗磁性 当置于外加磁场中的超导体处于超导态时，磁通不能穿透超导体，而使超导体内的磁 感应强度始终保持为零(B三O),即完全抗磁性，又称为迈斯纳(Meissner)效应。超导体 的零电阻效应和完全抗磁性这两个基本特性既相互独立又联系紧密，完全抗磁性不能由 零电阻特性派生出来，但是零电阻特性却是完全抗磁性的必要条件。1933年迈斯纳在实 验中发现，处于外加磁场中的超导体从正常态冷却到超导态时磁场分布发生了变化，已穿 透到样品内部的磁通完全被排民出来，超导体内部的磁感应强度相等干零，如图4-4-3所 示。超导体在磁场中的这种行为仅仅取决于外加磁场H和温度T的具体数值，而与如何 达到这些值的过程无关。从超导态到正常态的转变是可逆的。完全抗磁性是独立于零电 阻特性的另一个基本属性。超导体的完全抗磁性是由于表面屏蔽电流（也称迈斯纳电流） 产生的磁通密度在超导体内部完全抵消了由外加磁场引起的磁通密度，使其净磁通密度 为零。 T>T 图4-4-3超导体的完全抗磁性 超导体的迈斯纳效应可通过磁悬浮实验直观地演示。当一个小的水久磁体放置到超 导体样品表面附近时，由于永久磁体的磁通线不能进入超导体，在永久磁体与超导体之间 存在的斥力可以克服磁体的重力而使小磁体悬浮在超导体样品表面一定的高度。尽管用 磁悬浮实验可直观、形象地描述超导体的这种抗磁特性，但较难给出定量结果。为了知道 一个样品是否具有抗磁性需要测量该样品的磁化强度矢量M或磁化率X随温度的变化 关系。常用的测量直流磁化率Xx的方法有磁秤法，振动样品磁强针法及SOUD磁强计 法等。 1.临界磁场和临界电流密度 当加到超导体上的磁场达到 一定值时，会使超导体返回正常态，允许磁通穿透，即破 坏了超导电性。使超导体由超导态转变为正常态的磁场临界值称为超导体的临界磁场， 记为H。如果超导体内存在杂质和应力等，则在超导体的不同处有不同的H,因此这种 转变将在一个很宽的磁场范围内完成。 另外，当超导体通电流时，零电阻的超导态要受电流大小的限制。当电流达到某一临 界值【。后，超导体将恢复到正常态，这个电流值称为临界电流1：，相应的电流密度称为临 界电流密度J。 2.磁测法（交流电磁感应法）测量超导临界转变温度 如图444所示，根据电酷感应原理，若有两个相邻的螺旋线圈，其中一个线圈（初级 线周)内通以频率为”的交流信号U。,则可在另一个线周（次级线圈）内激励出同频率感 应信号，此感应信号U的强弱既与频率w有关，又与两线圈的互感M有关。对于一定 228
— ２２８ — 性和正的电阻温度系数,而且铂电阻体积小、易于安装和检测,因此铂电阻已用作测温标 准元件. 二、完全抗磁性 当置于外加磁场中的超导体处于超导态时,磁通不能穿透超导体,而使超导体内的磁 感应强度始终保持为零(B ≡０),即完全抗磁性,又称为迈斯纳(Meissner)效应.超导体 的零电阻效应和完全抗磁性这两个基本特性既相互独立又联系紧密,完全抗磁性不能由 零电阻特性派生出来,但是零电阻特性却是完全抗磁性的必要条件.１９３３年迈斯纳在实 验中发现,处于外加磁场中的超导体从正常态冷却到超导态时磁场分布发生了变化,已穿 透到样品内部的磁通完全被排斥出来,超导体内部的磁感应强度恒等于零,如图４Ｇ４Ｇ３所 示.超导体在磁场中的这种行为仅仅取决于外加磁场 H 和温度T 的具体数值,而与如何 达到这些值的过程无关.从超导态到正常态的转变是可逆的.完全抗磁性是独立于零电 阻特性的另一个基本属性.超导体的完全抗磁性是由于表面屏蔽电流(也称迈斯纳电流) 产生的磁通密度在超导体内部完全抵消了由外加磁场引起的磁通密度,使其净磁通密度 为零. 图４Ｇ４Ｇ３ 超导体的完全抗磁性 超导体的迈斯纳效应可通过磁悬浮实验直观地演示.当一个小的永久磁体放置到超 导体样品表面附近时,由于永久磁体的磁通线不能进入超导体,在永久磁体与超导体之间 存在的斥力可以克服磁体的重力而使小磁体悬浮在超导体样品表面一定的高度.尽管用 磁悬浮实验可直观、形象地描述超导体的这种抗磁特性,但较难给出定量结果.为了知道 一个样品是否具有抗磁性需要测量该样品的磁化强度矢量 M 或磁化率χ 随温度的变化 关系.常用的测量直流磁化率χDC的方法有磁秤法、振动样品磁强针法及SOUID 磁强计 法等. １．临界磁场和临界电流密度 当加到超导体上的磁场达到一定值时,会使超导体返回正常态,允许磁通穿透,即破 坏了超导电性.使超导体由超导态转变为正常态的磁场临界值称为超导体的临界磁场, 记为 Hc.如果超导体内存在杂质和应力等,则在超导体的不同处有不同的 Hc,因此这种 转变将在一个很宽的磁场范围内完成. 另外,当超导体通电流时,零电阻的超导态要受电流大小的限制.当电流达到某一临 界值Ic 后,超导体将恢复到正常态,这个电流值称为临界电流Ic,相应的电流密度称为临 界电流密度Jc. ２．磁测法(交流电磁感应法)测量超导临界转变温度 如图４Ｇ４Ｇ４所示,根据电磁感应原理,若有两个相邻的螺旋线圈,其中一个线圈(初级 线圈)内通以频率为ω 的交流信号Uin,则可在另一个线圈(次级线圈)内激励出同频率感 应信号,此感应信号Uout的强弱既与频率ω 有关,又与两线圈的互感 M 有关.对于一定
材料制各与检测技术实整第4章 结构的两线圈，其互感M与线圈的本身参数（如几何形状，大小，匝数）及线园间的充填物 的磁导率4有关。 初级线☑次级线圈 T2T T≤T 图444交流电磁感应法测量超导临界转变温度的原理图 在两线圈之间放入超导体样品，当超导体在正常态时可认为是顺磁物质，4=1：当转 变为超导态后，则为完全抗磁体，：=0。当样品处于临界温度T。时，样品的磁导率在1 和0之间变化，从而使Um发生突变。因此，通过测量不同温度T时的次级线圈信号U 变化即Um-T曲线就可测定超导临界转变温度T。为了测量次级线圈的输出信号，可通 过整流和滤波将交流信号转换成直流信号测量。 【实验器材】 实验器材主要包括样品架、液氨杜瓦瓶、电阻温度计、电源、计算机、超导体样品、直空 玻璃杯和钛铁硼磁钢片等。 【实验内容】 一、基础性实验内容 (1)直流电阻法测量超导临界转变温度。在室温到液氮温度范围采用四引线法测量 超导体样品的电阻随温度的变化曲线，并分析曲线变化规律与超导体相态的关系，确定样 品的临界转变温度。 (2)交流电磁感应法测量超导临界转变温度。按照测量要求在超导体样品架上固定 好被测超导体样品，在室温到液氮温度范围测量UT曲线，并分析曲线变化规律与超 导体相态的关系，确定样品的临界转变温度。 (3)观察超导体的完全抗磁性。在真空玻璃杯内放入钛铁硼磁钢片，缓慢向杯内倒 入半杯液氮，用竹夹子从干燥皿内取出一小块超导体样品慢慢地放在液氮中的钛铁硼磁 钢片上，观察样品的磁悬浮现象，并分析产生的原因。 二、设计性实验内容 1,实验内容 在结合现有实验条件的基础上，通过查阅文献资料自主设计实验方案，尝试完成下列 实验内容： (1)合理选择不同的电流，采用直流电阻法测量超导体样品的电阻随温度变化曲线， 分析动态温差对超导临界转变温度测量的影响。 (2)测量超导体样品的交流磁化率。 2.实验要求 阐述实验基本原理和方法，说明测量系统组成和基本实验步骤，进行实际实验测量， 选择合理方法处理实验数据，分析与讨论实验结果。 -229-
— ２２９ — 结构的两线圈,其互感 M 与线圈的本身参数(如几何形状、大小、匝数)及线圈间的充填物 的磁导率μ 有关. 图４Ｇ４Ｇ４ 交流电磁感应法测量超导临界转变温度的原理图 在两线圈之间放入超导体样品,当超导体在正常态时可认为是顺磁物质,μ＝１;当转 变为超导态后,则为完全抗磁体,μ＝０.当样品处于临界温度 Tc 时,样品的磁导率在１ 和０之间变化,从而使Uout发生突变.因此,通过测量不同温度T 时的次级线圈信号Uout 变化即UoutＧT 曲线就可测定超导临界转变温度Tc.为了测量次级线圈的输出信号,可通 过整流和滤波将交流信号转换成直流信号测量. 【实验器材】 实验器材主要包括样品架、液氮杜瓦瓶、电阻温度计、电源、计算机、超导体样品、真空 玻璃杯和钛铁硼磁钢片等. 【实验内容】 一、基础性实验内容 (１)直流电阻法测量超导临界转变温度.在室温到液氮温度范围采用四引线法测量 超导体样品的电阻随温度的变化曲线,并分析曲线变化规律与超导体相态的关系,确定样 品的临界转变温度. (２)交流电磁感应法测量超导临界转变温度.按照测量要求在超导体样品架上固定 好被测超导体样品,在室温到液氮温度范围测量UoutＧT 曲线,并分析曲线变化规律与超 导体相态的关系,确定样品的临界转变温度. (３)观察超导体的完全抗磁性.在真空玻璃杯内放入钛铁硼磁钢片,缓慢向杯内倒 入半杯液氮,用竹夹子从干燥皿内取出一小块超导体样品慢慢地放在液氮中的钛铁硼磁 钢片上,观察样品的磁悬浮现象,并分析产生的原因. 二、设计性实验内容 １．实验内容 在结合现有实验条件的基础上,通过查阅文献资料自主设计实验方案,尝试完成下列 实验内容: (１)合理选择不同的电流,采用直流电阻法测量超导体样品的电阻随温度变化曲线, 分析动态温差对超导临界转变温度测量的影响. (２)测量超导体样品的交流磁化率. ２．实验要求 阐述实验基本原理和方法,说明测量系统组成和基本实验步骤,进行实际实验测量, 选择合理方法处理实验数据,分析与讨论实验结果
物理实验教程一近代物理实验. 【注意事项】 (1)实验操作过程中不要用手直接接触样品表面，要带好手套，以免沾污样品表面。 (2)样品架应小心慢慢地放进液氮杜瓦瓶中，以免碰坏容器。 (3)灌注液氮时要小心，绝对不能使皮肤接触液氮，以免冻伤， (4)超导体样品不宜长期接触水汽，否则会导致超导性能丧失。实验后应尽快取出， 用热吹风烘干后置于干燥的密封容器中保存。 【思考与讨论】 (☑)从超导体电阻测量结果中如何判断样品相态的变化 (2)实验中如何测准超导体样品的温度？ (3)测量超导体样品的电阻为什么要用四引线法 (4)在直流电阻法测量超导体样品的转变温度过程中为什么要改变电流的方向？ (5)实验中若测量信号小，能否通过增大通过超导体样品的电流来提高信号强度？ 为什么？ 【参考文献】 [1]张裕恒.超导物理[M们.合肥：中国科学技术大学出版社，2009 [2]吴思诚，王祖铨.近代物理实验[M们.北京：北京大学出版社，2009。 [3]吴先球，熊子莹.近代物理实验教程[M们.北京：科学出版社，2009. 韩汝珊.超导物理基础[M.北京：北京大学出版社，2014 [5]唐明君.近代物理实验[M门.2版.北京：科学出版社，2020 「61 刘惠莲.近代物理实验[M.北京：科学出版社，2020. [7]ONNES H K.The Superconductivity of Mereury[J].Comm.Phys.Lab.Univ.Lei- dem.1911.122.1240-1242 [8]BARDEEN J.COOPER L N.SCHRIEFFER J R.Mieroscopie Theory of Su perconductivity[J].Journal of Superconductivity,1957,106(1):162-164. [9]BEDNORZ J G.MULLER K A.Possible High T.Superconductivity in the Ba-La-Cu-O System[J].Zeitschrift fur Physik B Condensed Matter.1986.64 (6):189-193. 实验4-5激光拉曼光谱分析 在光散射的研究历程中，印度物理学家拉曼(C.V.Raman)和他的学生克利希南(K. S.Krisman)经过6年的实验探索，于1928年最煞发现：单色光通过液体或气体物质时会 有一部分光受到散射，散射光的光谱中除含有与入射光波长相同的光之外，还含有波长与 入射光波长相差一个恒定数量的光。同一时期，苏联物理学家兰兹伯格(G.Landsberg) —230
— ２３０ — 【注意事项】 (１)实验操作过程中不要用手直接接触样品表面,要带好手套,以免沾污样品表面. (２)样品架应小心慢慢地放进液氮杜瓦瓶中,以免碰坏容器. (３)灌注液氮时要小心,绝对不能使皮肤接触液氮,以免冻伤. (４)超导体样品不宜长期接触水汽,否则会导致超导性能丧失.实验后应尽快取出, 用热吹风烘干后置于干燥的密封容器中保存. 【思考与讨论】 (１)从超导体电阻测量结果中如何判断样品相态的变化? (２)实验中如何测准超导体样品的温度? (３)测量超导体样品的电阻为什么要用四引线法? (４)在直流电阻法测量超导体样品的转变温度过程中为什么要改变电流的方向? (５)实验中若测量信号小,能否通过增大通过超导体样品的电流来提高信号强度? 为什么? 【参考文献】 [１] 张裕恒．超导物理[M]．合肥:中国科学技术大学出版社,２００９． [２] 吴思诚,王祖铨．近代物理实验[M]．北京:北京大学出版社,２００９． [３] 吴先球,熊予莹．近代物理实验教程[M]．北京:科学出版社,２００９． [４] 韩汝珊．超导物理基础[M]．北京:北京大学出版社,２０１４． [５] 唐明君．近代物理实验[M]．２版．北京:科学出版社,２０２０． [６] 刘惠莲．近代物理实验[M]．北京:科学出版社,２０２０． [７] ONNESHK．TheSuperconductivityofMercury[J]．Comm．Phys．Lab．Univ．LeiＧ den,１９１１,１２２:１２４０Ｇ１２４２． [８] BARDEENJ,COOPERL N,SCHRIEFFERJR．MicroscopicTheoryofSuＧ perconductivity[J]．JournalofSuperconductivity,１９５７,１０６(１):１６２Ｇ１６４． [９] BEDNORZJG,MÜLLER K A．PossibleHighTc Superconductivityinthe BaＧLaＧCuＧOSystem[J]．ZeitschriftfurPhysikBCondensed Matter,１９８６,６４ (６):１８９Ｇ１９３． 实验４Ｇ５ 激光拉曼光谱分析 在光散射的研究历程中,印度物理学家拉曼(C．V．Raman)和他的学生克利希南(K． S．Krisman)经过６年的实验探索,于１９２８年最终发现:单色光通过液体或气体物质时会 有一部分光受到散射,散射光的光谱中除含有与入射光波长相同的光之外,还含有波长与 入射光波长相差一个恒定数量的光.同一时期,苏联物理学家兰兹伯格(G．Landsberg)