97上学期自然领域领域研习-楠梓国中.PDF

自然領域自然領域 9797 上學期領域研習上學期領域研習 自然領域自然領域 9797 上學期領域研習上學期領域研習 97 學年度第一學期研習計劃學年度第一學期研習計劃 學年度第一學期研習計劃學年度第一學期研習計劃 項目 主題 時間 地點 備註 第一次 教學問題探討— 97.09.11 本校三樓會議室 研習 銫原子鐘的設計原理 上午 9:25~11:25 第二次 資訊融入教學— 97.10.13 二樓電腦教室 自然科老師當日不 排監考 研習 部落格研習 上午(第一次段考) 第三次 電學實驗 97.12.25 本校三樓會議室 研習 星期四 （領域時間） 高雄市立楠梓國中 97 年度上學期第一次研習 一、 日 期：97.05.29 時 間：09:00~11:00 二、活動內容 ： 铯原子鐘的工作原理铯原子鐘的工作原理為何為何 ？ ？ 铯原子鐘的工作原理铯原子鐘的工作原理為何為何 ？？ 每一個原子都有自己的特征振动频率 。人们最熟悉的振动频率现象就是当食盐被喷洒到火焰 上时食盐中的元素钠所發出的桔红色的光 。一個原子具有多种振动频率，一些位於无线电波波 段，一些位於可见光波段 ，而另一些则處在两者之间。铯 133 则被普遍地选用作原子鐘。 将铯原子共振子置於原子鐘内 ，需要测量其中一种的躍遷频率。通常是采用锁定晶体振荡器 到铯原子的主要微波谐振来實现 。这一信号處於无线电的微波频谱范围内，并恰巧与广播卫星的 發射频率相似 ，因此工程师们对制造这一频谱的仪器十分在行 。 为了制造原子鐘 ，铯原子会被加热至汽化，并通过一個真空管。在这一过程中，首先铯原子 气要通过一個用来选择合适的能量状態原子的磁場 ，然后通过一個强烈的微波場。微波能量的频 率在一個很窄的频率范围内震荡 ，以使得在每一個循环中一些频率点可以达到9,192,631,770Hz。 精确的晶体振荡器所产生的微波的频率范围已经接近於这一精确频率 。当一個铯原子接收到正确 频率的微波能量时 ，能量状態将会發生相应改变。 在更远的真空管的尽头 ，另一個磁場将那些由於微波場在正确的频率上而已经改变能量状態 的铯原子分离出来 。在真空管尽头的探测器将打击在其上的铯原子呈比例的显示出，并在處在正 确频率的微波場處呈现峰值 。这一峰值被用来对产生的晶体振荡器作微小的修正，并使得微波場 正好處在正确的频率 。这一锁定的频率被9,192,631,770 除，得到常见的现實世界需要的每秒一個 脉冲 。 铯原子鐘铯原子鐘是如何運作是如何運作 ？？ 铯原子鐘铯原子鐘是如何運作是如何運作 ？？ 铯原子鐘又被人们形象的称作 “喷泉鐘”，因为铯原子鐘的工作过 程是铯原子象喷泉一样的 “升降”。这一运动使得频率的計算更加精 确。图 1 详细的描绘了铯原子鐘工作的整個过程 。这個过程可以分割为 四個阶段 ： 第一阶段 ： 由铯原子组成的气体 ，被引入到时鐘的真空室中，用 6 束相互垂直 的红外线激光 （黄线）照射铯原子气 ，使之相互靠近而呈球状，同时激 光减慢了原子的运动速度并将其冷却到接近绝对零度 。如图2。