近代物理实验研究教学大纲.doc

近代物理实验研究教学大纲课程名称：近代物理实验研究（中文）Experiments Research in Modern Physics（英文）课程总学时：80课程总学分： 4课程负责人： 宫峰飞课程开设专业：专升本课程类别：学科基础课程一、课程的目的、任务科学实验是科学理论的源泉，不仅是自然科学与工程技术的基础，而且是社会科学进行定量化研究的基础。而物理学就是一门理论和实验密切相关的学科，其中一些重要的物理实验常常是新兴科学技术的生长点。现代科学技术的发展历程表明：从实验到理论再到实验，相互促进，螺旋式上升，促使科学技术取得长足的进步。 近代物理实验是继普通物理实验和电工、光学实验等实验后的第三层次的技术基础实验课程，本课程所涉及的物理知识面较广，并具有较强的综合性和技术性。通过近代物理实验，启发、丰富和活跃学生的物理思想，锻炼其对物理现象的洞察能力；通过近代物理实验，逐步培养学生的动手能力和实验设计能力、对物理现象独立的观察能力和分析能力，最终培养学生具有一定的独立的分析问题和解决问题的能力；通过近代物理实验，引导学生体会实验在物理概念的产生、形成和发展过程中的作用，学习近代物理实验中的一些常用的方法、技术、仪器和知识，进一步培养学生正确的、良好的实验习惯以及严谨的科学态度和相互合作的精神，使学生获得一定程度的用实验方法和技术研究物理现象和规律的独立工作能力，为学生掌握、应用和发展新技术乃至新理论打好坚实的物理实验基础。二、课程的教学要求对培养学生的能力要求（知识、方法、技能和学风）： 1学习如何根据新思想，通过实验方法和技术，来研究物理现象和规律；并且通过了解物理实验在物理学发展史上的作用，逐步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。以思想指导实验。 2学习近代物理某些主要领域中的一些基本实验方法和技术，掌握有关的仪器的性能和使用。通过实验，着重培养学生阅读参考资料、选择测量方法和仪器、观察现象、独立操作、正确测量、处理实验数据，尤其是注重培养学生总结实验结果和分析讨论等方面的能力。3通过实验加深学生对近代物理的基本现象和规律的理解，巩固和加强有关实验数据处理及误差分析方面的训练。学生最终具备完成一个完整科学实验报告的基本能力。 4培养学生实事求是、踏实细致、严肃认真的科学态度，团结协作、克服困难、坚韧不拔的工作作风，以及科学的、良好的实验素质和习惯。 总之，本课程是高年级开设的一门重要实验课程，所涉及的物理知识面很广，具在很强的灵活性、综合性和创新性。通过本课程的学习，使学生能够锻炼对物理现象的洞察能力，丰富和活跃学生的物理思想，使学生更进一步了解实验在物理学这一门学科发展的作用，学习一些近代物理实验方法和技术，培养严谨团结协作的科学作风，提高科学素养，加强实验技能的训练。三、教学方法、教学形式、教学手段的特色：近代物理实验课程是理科各学科进一步研究学习的基础主干课程之一。该课程提供对近现代物理理论的发展具有典型意义的实验和技术。它具有灵活性、综合性和创新性的特点。主要包括原子物理、磁共振、射线能谱、光学方面的实验、虚拟仿真物理实验以及实验误差、数据处理与实验设计等基础知识和技术。要求具有原子物理、量子力学和近代物理等方面的知识。四、教学内容：序号名称学时学习类型要求备注1绪论4理论必修2实验误差、数据处理与实验设计8理论必修3计算机虚拟仿真物理实验基础知识8理论必修4电子自旋共振10理论综合设计必修5塞曼效应10理论综合设计必修6夫兰克-赫兹实验10理论综合设计必修7氢氘原子光谱10理论综合设计必修8核磁共振10综合设计必修9射线的能谱10理论综合设计必修第一章 绪论1、学习目的：本章的目的是了解学习近代物理实验的重要意义，近代物理实验课程的要求，如何进行近代物理实验以及实验报告的撰写。2、学习要求：理解学习近代物理实验的意义，弄清近代物理实验课程的要求，学会如何进行近代物理实验以及实验报告的撰写。3、学习内容：（1）实验预习、实验室的人身和设备安全、实验操作与记录等方面的要求；（2）实验报告的四个方面的内容。（3）贯彻为了思想而实验的观点，原始数据记录必须是真实的实验结果的反映。第二章 实验误差、数据处理与实验设计1、学习目的：通过学习概率论和数理统计学的一些基本概念和方法，学会分析处理实验数据，了解和掌握有关系统误差的发现与消除的方法。2、学习要求：掌握误差理论的基本知识；了解统计假设检验；掌握曲线拟合的方法；了解系统误差方法的知识。了解实验设计的知识。3、学习内容：通过自修、讲授或其他方式，学习非正态分布（如二项式分布、泊松分布等等），分布参数的估计与分布规律的检验，非等精度测量的数据处理；曲线的拟合以及实验结果的不确定度的分析和定量评价。第三章 计算机虚拟仿真物理实验基础知识1、学习目的：本章的目的是了解虚拟实验系统的设计原理、方法和技术，并且提供虚拟的实验平台供学生结合所学的知识，了解自行设计虚拟实验的方法。2、学习要求：学习虚拟实验系统的设计原理、方法和技术，通过提供的虚拟实验及其平台，了解自行设计虚拟实验的过程。3、学习内容：（1）了解虚拟实验系统的设计原理、方法和技术；（2）了解自行设计虚拟实验的方法。第四章 电子自旋共振1、实验目的：通过本实验，掌握电子自旋共振的基本原理和和实验方法，学会测量样品的g因子和线宽等参数。2、实验要求：本实验要求掌握电子自旋共振的基本原理和方法，熟悉微波器件在电子自旋共振谱仪中的作用，测量样品的g因子和线宽，估算弛豫时间等。3、实验内容：（1）调节电子自旋共振谱仪，观察DPPH的共振信号，掌握电子自旋共振的基本原理。（2）理解谱仪中各微波器件的作用及调节方法。（3）测出共振频率和直流磁场的数值，然后计算该样品中电子的g因子。（4）利用共振现象，测出波导波长，了解谐振腔内场结构。（5）讨论调频调场式电子自旋共振谱仪工作原理，加深对物理仪器中调制方法的理解。第五章 塞曼效应1、实验目的：用Fabry-Perot标准具研究塞曼效应；观察Hg5461谱线的分裂现象及其偏振状态；通过谱线测量，确定电子的核质比。2、实验要求：掌握塞曼效应实验原理和操作方法；并对实验现象进行解释。3、实验内容：（1）依据原理弄清Hg5461谱线的塞曼分裂谱。（2）了解FP标准具的结构和主要参数（自由光谱区和精细常数）。（3）光路和FP标准具的调整。（4）沿垂直和平行于磁场方向观察塞曼分裂现象，并分析各分量偏振状态。（5）拍摄Hg5461谱线的分量，通过测量计算电子的e/m值及标准误差值。（6）对实验结果进行分析讨论。第六章 夫兰克-赫兹实验1、实验目的：通过对汞原子第一激发电势的测定，学习夫兰克-赫兹实验揭示原子内部量子化能级的巧妙构思以及采用的实验方法；研究实验中电子与原子弹性碰撞和非弹性碰撞的机理；并分析温度、灯丝电流等因素对夫兰克-赫兹实验曲线的影响。2、实验要求：掌握夫兰克-赫兹实验的基本原理和实验方法；并对实验现象进行解释。3、实验内容：（1）选择适当的测试条件（管温、灯丝电流、减速电位差）点测六个左右峰数的电流和加速电压值。（2）绘制IV曲线。确定峰值电压，用最小二乘法拟合峰值电压与峰序数的函数关系，从而得到第一激发电势值及误差值。（3）用慢扫描示波器，观察IV曲线随灯丝电流、减速电位差及管温的变化，记录并作解释。（4）对实验结果进行分析讨论。第七章 氢氘原子光谱1、实验目的：了解平面光栅摄谱仪的结构、性能和用法。2、实验要求：掌握氢氘原子光谱的基本原理和实验方法；了解平面光栅摄谱仪的结构、性能和用法；拍摄氢氘原子光谱（包括外光路的调节和有关参数的正确选取）；学会阿贝比长仪的使用，并测量氢氘巴尔莫线系前几条谱线的波长；计算氢氘原子核质量之比，并计算测量结果的标准误差；对实验结果进行分析讨论。3、实验内容：（1）拍摄氢氘原子光谱（包括外光路的调节和有关参数的正确选择）。（2）学会阿贝比长仪的使用，测量铁的原子光谱和氢氘原子光谱的巴尔末线系前几条谱线的波长。（3）已知铁的原子光谱的波长，利用线性插值法，计算未知氢氘原子光谱的波长。*（4）计算氢氘原子核质量之比以及里德堡常数，对得到的结果进行分析讨论。第八章 核磁共振1、实验目的：通过核磁共振实验，掌握核磁共振的量子描述和经典描述以及检测方法。2、实验要求：掌握核磁共振的基本原理，理解共振条件、拉摩进动和弛豫时间的物理意义；了解核磁共振实验谱仪的基本结构和使用方法，明确振荡检波器和调制方法所起的作用；学会用核磁共振方法测量磁场和一种原子核的旋磁比、g因子和磁矩。3、实验内容：（1）在已知氢核的旋磁比，测出含有顺磁离子的水样中氢核的共振频率，求出磁场数值。*（2）利用大调场信号，估测含有顺磁离子的水样中氢核的表观弛豫时间，然后计算实验中磁场均匀度。（3）在已知氢核的旋磁比，测出氢氟酸中氢核和氟核的共振频率，然后计算氟核的旋磁比和磁矩。（4）观察和记录其他样品的共振信号，得到共振信号大小并讨论之。第九章 射线的能谱1、实验目的：了解单道闪烁能谱仪的工作原理和使用方法。2、实验要求：学习闪烁能谱的实验原理，掌握初步的测量和计算方法；并对实验现象进行解释。3、实验内容：（1）了解单道闪烁能谱仪的工作原理和使用方法。（2）测量完整清晰的137Cs的闪烁能谱，计算能谱仪在光电峰处的能量分辨率；（3）对闪烁能谱的实验结果分析讨论，理解射线与闪烁体之间的相互作用。五、考核方式与评价结构比例：考核方式：平时操作与期末考核。近代物理实验研究成绩评定由二部分组成：1平时实验成绩：含学生实验预习情况、实验操作情况、实验报告总体质量、实验结果及其分析讨论，由实验教师给出。2期末考核：主要考核实验原理（包括误差理论）、实验现象及其结果的分析讨论。考核方式可以是笔试、口试、口头报告、课堂讨论、实验操作、小论文、总结报告或设计实验等等多种开卷闭卷灵活方式。在总评成绩中，平时实验成绩占50%-70%，期末考核成绩占30%-50%。六、使用教材（讲义、指导书）或参考书1、编选教材的原则结合本人和国内外教学科研的工作成果，发展编写具有我校师范特色的实验讲义。2、教材（1）近代物理实验讲义宫峰飞编2006年；（2）3、参考书（1）宫峰飞，以学生为主体，培养学生敢于