近代物理实验-河南工业大学.doc

近代物理实验教学大纲课程名称：近代物理实验英文名称：Modern Physics Experiments课程编号：33111306学时/学分：72/2.5适用专业：应用物理专业本科生编写人：樊志琴审核人：焦万堂实验指导书：近代物理实验，河南工业大学内部教材，樊志琴主编。一、课程的性质、目的及任务近代物理实验是继普通物理实验之后的一门综合性实验课程，它覆盖了原子物理、核探测技术、激光、光电子学与光信息处理、X射线和电子衍射、光谱学、微波技术、电子技术、真空物理、低温物理等整个物理学科，除此之外，它还包括近代的实验方法及应用广泛的实验技术。因此，近代物理实验是培养学生“动手能力、适应新技术能力、创造性思维能力”的一门重要的综合基础课程。近代物理实验大部分是物理学史中非常著名的实验，它们对于人类深入认识自然界起过至关重要的作用。通过实验能培养学生认真求实的工作作风，使他们对客观世界理解更趋深化，帮助学生对微观世界建立一个全新的物理概念。提高他们的物理思维和动手能力。加深对近代物理理论的了解，为学生以后的工作打下坚实基础。二、主要设备及器材配置WPZ_B型塞曼效应试验仪；MOD-5BC型密立根油滴仪；GD-5型普朗克常数实验仪；脉冲核磁共振实验仪；夫兰克-赫兹实验仪；WF-3型金属逸出功测定仪；X射线装置；组合式多功能光栅光谱仪；光纤信息及光通信实验仪等。三、实验基本要求1）培养学生在实验过程中发现问题、分析问题和解决问题的能力。2）学习近代物理主要领域中的一些基本实验思想、观察实验现象、正确测量、处理实验数据以及分析和总结实验结果等方面的能力。3）培养实事求是、踏实细致、严肃认真的科学态度、良好的实验素质和习惯。4）培养学生的创新意识、创造精神和坚韧不拔的工作作风。5) 课前熟读讲义。四、实验项目与内容提要 实验项目分必做和选做，必做部分为52学时，为每次必做内容，剩下20学时在34学时的选做实验中选择，共计72学时。 序号实验名称内容提要实验要求实验时数实验类型每组人数所在实验室名 称备注1密立根油滴实验通过对不同油滴所带电量的测量，总结出油滴所带的电量总是某一个最小固定值的整数倍，从而得出存在着基本电荷的结论（1）掌握用平衡法测量电子电荷的原理；（2）会选择大小合适的油滴并能熟练控制油滴的运动；（3）用逐差法、作图法或验证法求出电子电荷的e值4验证性4物理实验中心必做2钠（氢）原子光谱的拍摄与分析研究元素的原子光谱，可以了解原子的内部结构，认识原子内部电子的运动。学习光栅单色仪的使用方法，以及用光栅单色仪测量光谱特性的方法。4验证性6必做3夫兰克一赫兹实验为了研究原子内部的能量状态问题，1914年夫兰克和赫兹使用了简单而有效的方法,用低速电子去轰击原子,观察它们之间的相互作用和能量传递过程,并观察受激原子所发出的辐射,从而证明了原子内部量子化能级的存在。通过对原子第一激发电位的测量，学习夫兰克和赫兹研究原子内部能量量子化的基本思想和实验方法，了解电子与原子弹性和非弹性碰撞的机理。4验证性4必做4塞曼效应1896年Zeeman发现当光源放在足够强的磁场中时,原来的一条光谱线分裂成几条光谱线,分裂的谱线成分是偏振的,分裂的条数随能级的类别而不同。掌握观测塞曼效应的实验方法；观察汞原子546.1nm谱线的分裂现象以及它们偏振状态；由塞曼裂距计算电子的荷质比。4验证性6必做5普朗克常数实验金属在光的照射下释放电子的现象称为光电效应，爱因斯坦方程： 通过光电效应实验了解光的量子性；测量光电管的弱电流特性,找出不同光频率下的遏止电压；验证爱因斯坦方程,由此求出普朗克常数。4验证性3必做6金属逸出功实验电子从加热的金属中发射出来的现象称为热电子发射。热电子发射的性能与金属材料的逸出电势（或逸出功）有关。逸出功表征要使处于绝对零度下的金属中具有最大能量的电子逸出金属表面时，所需要给予的能量，本实验是测量发光管钨丝的逸出功。这个实验也可测电子的比荷。1.了解金属电子逸出功的基本理论；2. 学习用里查孙直线法测定钨的逸出功。3.学习直线测量法、外延测量法和补偿量法等基本实验方法。4.学习用计算机接口辅助进行实验数据采集和数据处理的方法。8验证性3逸出功实验是必做，比荷实验是选做。7脉冲核磁共振实验核磁共振现象是在1946年由Bloch和Purcell发现的.具有磁矩的原子核位于恒定磁场中时,将以一定的角速度围绕磁场轴作进动并最终沿磁场方向趋向.如果垂直于该恒定磁场外加一弱交变磁场,且当交变磁场的圆频率和恒定磁场满足一定的关系时,核磁矩将会沿着固定轨道绕恒定磁场进动,同时出现能量的最大吸收。通过观察核磁矩对射频脉的响应加深对弛豫过程的理解，进而学会用基本脉冲序列来测定液体样品的弛豫时间T1和T2。4验证性8必做8微波段电子自旋共振实验微波段电子自旋共振是磁共振现象。加深对磁共振物理思想的理解；学习用射频段或微波段观测电子自旋共振信号的方法，并测定顺磁样品DPPH中电子的g因子。4验证性4必做9X射线系列实验用电离法探测X射线实验，X射线的衰减与吸收体物质和厚度有关，吸收系数与波长及元素的有关。X射线光谱分析原子限系，晶体对X射线相当于光栅，由此测定晶体结构了解X射线的特性及应用。4综合性设计性一个班因仪器少演示实验必做10应变式传感器实验电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应。1)学习应变式传感器的工作原理；2)了解全桥测量电路的优点；3)了解应变片直流全桥的应用及电路标定。2综合性设计性3物理实验中心必做11电涡流式传感器实验当一定形状的金属物体置于变化的磁场中或者在磁场中运动时，在金属导体中会感应出一圈圈自相闭合的电流，称为涡流。了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。2综合性设计性3物理实验中心必做12热电偶测温性能实验将两种不同的金属丝组成回路，如果二种金属丝的两个接点有温度差，在回路就会产生热电势，这就是热电效应。了解热电偶测量温度的原理与应用。2综合性设计性3物理实验中心必做13霍尔传感器实验长方形半导体薄片叫霍尔片。若霍尔片的 轴方向通过控制电流I，Z轴方向通过磁感应强度B的磁场，则载流子受垂直于I和B的洛仑兹力的作用而向 轴方向偏转，从而使霍尔片 轴方向的两侧面间产生电位差VH，这种现象叫霍尔效应。1)掌握霍尔式位移传感器原理与应用；2)了解霍尔传感器测量位移的方法。2综合性设计性3物理实验中心必做14光纤位移传感器由于纤芯的折射率大于涂层的折射率，当光从纤芯射向涂层，且入射角大于临界角，则射入的光在界面上产生全反射，成“之”字形前进，传播到圆柱形光纤的另一端而发射出去，这就是光纤的传光原理。1)了解光纤传感器的组成。2)掌握光纤传感器的原理及测量方法。2综合性设计性3物理实验中心必做15光纤通信系列实验包括：光纤光学基本知识演示，音频信号光纤传输技术实验，光发送模块实验，光接收模块实验，模拟、数字电话传输系统实验。了解光纤光学基本知识，了解音频信号光纤传输技术、光发送模块、光接收模块、模拟、数字电话传输系统的原理。8综合性6物理实验中心必做16热电阻测温特性实验热电阻用于测温时利用了导体电阻率随温度变化这一特性。了解热电阻的测温原理与特性2综合性3物理实验中心选做17集成温度传感器温度特性实验集成温度传感器是将温敏晶体管与相应的电路集成在同一芯片上，它能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出信号，一般用于50150之间的温度测量。了解常用的集成温度传感器基本原理、性能与应用4综合性设计性3物理实验中心选做18真空的获得与测量真空可以通过机械泵、扩散泵、分子泵、离子泵获得，真空可以用热偶计、电离计来测量了解真空泵和真空计的工作原理；掌握低真空、高真空的获得与测量方法6综合性一个班物理实验中心选做19晶体缺陷的研究光学显微镜的应用学会识别常见晶体缺陷的腐蚀图形以及腐蚀坑的形状和晶向的关系；掌握金相显微镜的使用和金相显微镜摄影技术4综合性设计性6物理实验中心选做20测控实验包括温度测量控制实验、振动测量控制实验和转速测量控制实验学习温度测量控制、振动测量控制、转速测量控制的原理和技术2综合性3物理实验中心选做，三选一21电子秤实验用交流全桥原理或霍尔效应设计电子秤了解利用交流电桥或霍尔效应测量动态应变参数的原理与方法2设计性物理实验中心选做22转速传感器实验用传感器测量转速了解传感器用于测量转速的各种方法2设计性物理实验中心选做23法拉第效应法拉第效应实验了解法拉第效应现象2综合性3物理实验中心选做24液晶电光效应液晶电光效应实验了解液晶电光效应2综合性3物理实验中心选做25硅光电池特性研究硅光电池特性实验了解硅光电池特性2综合性物理实验中心选做26磁阻效应磁阻效应