专业物理试验一

《物理专业实验一》课程教学大纲、课程分析课程号课程名称物理专业实验一课程英文名称总学时数40学分1开课单位理学院适用专业应用物理专业课程性质必修是否为主干课程是先修课程普通物理实验高等数学理论力学普通物理学光学固体物理教材及主要教学参考书教材：教师自己编写参考书：《近代物理实验》吴思诚、王祖诠北京大学1997《新编近代物理实验》沙振舜、黄润生南京大学2002课程简介物理专业实验是为应用物理专业开设的一门现代综合性实验课，它是继微机基础实验”、普通物理实验”、无线电电子学实验”之后，专业实验、专业论文之前做的专业基础实验课，具有多种学科、多种技术交叉的特点，起到承上启下的作用。通过实验，使学生掌握近代物理主要的基本实验方法与技术以及现代高新技术。承担的实践能力培疗任务培养学生理论与实际相结合，综合理论应用及创新精神。培养学生阅读，查阅参考资料，拟订实验方案，选配测量仪器。观察分析现象，独立操作，判断实验中尚存的问题。巩固和加强有关数据处理，误差分析等方面的训练。课程规划目标：掌握近代物理学发展史上具有典型性和重要作用的实验。掌握近代物理中某些主要领域的基本实验方法与技术。培养具有光电转换材料的研究、设计开发和实际应用的能力。内容：调整传统的以基本实验、选作实验构成的旧的教学体系，整合完善基本实验、提高（综合）实验、研究（设计）性实验构成的新的教学体系。才昔施：本课程的主要教学方式在教师指导下，学生独立进行实验。教学中提倡学生之间的讨论和交流，开放实验室，为学生课外实验创造条件。具体实验步骤、测量数据处理及实验报告由学生自行完成。二、教学内容及基本要求教学重点：1、密立根油滴实验中，要求学生掌握测定电子电荷值的两种方法。2、利用单探针和双探针法来测定等离子体的各项参量。3、掌握太阳能电池的暗态特性和太阳能电池的负载特性。4、学会用平行光管测量凸透镜的焦距；会用平行光管测定鉴别率。。5、测定氮原子的第一激发电位；了解在研究原子内部能量量子化问题时所使用的基本方法。教学难点：1、掌握晶体电光调制的原理和实验方法；学会利用实验装置测量晶体的半波电压，计算晶体的电光系数。2、掌握四象限探测器的原理，将其应用于目标定向。3、掌握LED和LD的工作原理和基本特性；掌握LED/LD的P-I（功率-电流）特性和V-I（电压-电流）特性，并计算阈值电流和微分量子效率；掌握温度对阈值电流和输出功率的影响；LD/LED发光原理及它们之间的区别、LD/LED特性的测试方法及意义。4、掌握全息照相的基本原理以及静物全息照相的拍摄方法，了解再现全息物象的性质和方法。实验教学目标与技能要求：1、掌握近代物理学发展史上具有典型性和重要作用的实验。2、掌握近代物理中某些主要领域的基本实验方法与技术。3、熟悉掌握相关仪器的使用及CCD、计算机等现代技术。4、培养学生理论与实际相结合，综合理论应用及创新精神。5、培养学生阅读，查阅参考资料，拟订实验方案，选配测量仪器。6、观察分析现象，独立操作，判断实验中尚存的问题。7、巩固和加强有关数据处理，误差分析等方面的训练。实验内容与学时分配：实验项目一：1、实验项目名称：TD-1太阳能电池特性试验2、学时：43、实验类型（验证性、演示性、综合性、设计性）：综合性4、承担技能培养任务：了解太阳能工作原理，并通过独立试验训练，培养学生分析问题和解决问题的能力。5、分组情况：二至三人6、主要仪器设备：TD-1太阳能电池特性试验仪7、主要实验材料及低值易耗品（最多不超过10种）：灯泡，光功率计，硅光电池，直流电流表，直流电压表。8、主要内容：研究太阳能电池的暗态特性和太阳能电池的负载特性，研究太阳能电池的开路电压和短路电流。实验项目二：1、实验项目名称：电子电荷的测定一一密里根油滴试验2、学时：43、实验类型（验证性、演示性、综合性、设计性）：综合性4、承担技能培养任务：由于密立根油滴实验设计巧妙、原理清楚、设备简单、结果准确，所以它是一有启发性的物理实验。通过实验时对仪器的调整、油滴的选择、耐心地跟踪和测量以及数据的处理等，培养学生严肃认真和一丝不苟的科学实验方法和态度。5、分组情况：二至三人6、主要仪器设备：MOD-5型密立根油滴仪7、主要实验材料及低值易耗品（最多不超过10种）：实验油、喷雾器8、主要内容：用油滴法测量电子的电荷，可以用静态（平衡）测量法或动态（非平衡）测量法。实验项目三1、实验项目名称：气体放电中等离子体物理实验的研究2、学时：43、实验类型（验证性、演示性、综合性、设计性）：综合性4、承担技能培养任务：利用单探针和双探针法来测定等离子体的各项参量，通过独立试验训练，培养学生观察能力问题和利用软件处理数据的能力。5、分组情况：二至三人6、主要仪器设备：等离子体物理实验组合仪、接线板和等离子体放电管验仪7、主要实验材料及低值易耗品（最多不超过10种）：接线板（1个）赫姆霍兹线圈（2只）电源线（1根）8、主要内容：单探针和双探针法来测定等离子体的电子温度，带电粒子密度，电子平均动能等。实验项目四：1、实验项目名称：平行光管2、学时：4学时3、实验类型：综合性实验4、承担技能培养任务：了解平行光管的结构及工作原理；学会用平行光管测量凸透镜的焦距；会用平行光管测定鉴别率。5、分组情况：2-3人6、主要仪器设备：平行光管，平面反射镜，平行光管分划板，测微目镜，凸透镜，光具座。7、主要实验材料及低值易耗品：无8、主要内容：.测量凸透镜及透镜组的焦距选用测微目镜，使被测透镜焦平面上所成玻罗板的像也在测微目镜的焦平面上，便可测量。因为a=a'所以f=fy/y\式中f为被测透镜焦距，，为平行光管焦距实测值，y'为玻罗板上所选用线距实测值（AB=Y'），y为测微目镜上玻罗板低频线的距离（AB=Y即测量值）o.用平行光管测凸透镜的鉴别率当平行光管物镜焦平面上的鉴别率板产生的平行光（将平行光管的分划板换成鉴别率板）射入被测透镜时，在被测透镜的焦平面附近，用测微目镜可观察到鉴别率板的像。如果被检透镜质量高，在视场里观察到能分辨的单元号码越高。仔细找出尽可能高的分辨单元号码，由下式测定鉴别率角值日=空2026256“f式中a为角值，a为相邻两条刻纹的间距，f'为平行光管焦距。实验项目五：1、实验项目名称：迈克尔逊干涉实验2、学时：4学时3、实验类型：综合性实验4、承担技能培养任务：学会迈克尔逊干涉仪的调节和使用；观察等倾和等厚干涉条纹，加深对干涉理论的理解；测定钠光的波长；结合实验对各种干涉化规律及相互间的区别进行分析，加深对于干涉现象的理解。5、分组情况：2-3人6、主要仪器设备：迈克耳逊干涉仪、钠光灯、He-Ne激光器、扩束透镜、毛玻璃。7、主要实验材料及低值易耗品：无8、主要内容：(1)观测等倾干涉(2)测量钠光灯的波长增加厚度e干涉，涉圆环逐个地从中心冒出来。反之，当e减小时，干涉圆环逐个地向中心缩进去。每当冒出或缩进一纹时，e就增加或减少K/2的距离。由此可以精密地测量长度或光波波长。观测等厚干涉，加深对于干涉的理解。实验项目六：1、实验项目名称：弗兰克一赫兹实验2、学时：4学时3、实验类型：验证性实验4、承担技能培养任务：弗兰克―赫兹实验是近代物理实验中一个较为重要的实验，因为这一实验首次用实验证实了玻氢原子理论中原子定态能级的存在，主要目的是通过测量氮原子的第一激发电位，证明原子内部量子化能级存在。了解在研究原子内部能量量子化问题时所使用的基本方法。5、分组情况：2-3人6、主要仪器设备：弗兰克―赫兹实验仪、示波器、插座、专业数据线7、主要实验材料及低值易耗品：绘图纸8、主要内容：本实验不但能从实验曲线上可以直观地看出原子能级分立的正确性，而且还能测出氮原子第一激发电位的数值。测定亚氮原子第一激发电位，旋转0〜100V（UG2K）调节旋钮，同时观察电流表，电压表读数的变化，随着UG2K（加速电压）的增加，电流表的值出现周期性峰值和谷值，记录相应的电压，电流值，以输出电流为纵坐标，UG2K电压为横坐标，作出谱峰曲线，即完成实验。实验项目七：1、实验项目名称：LD/LED的P-I-V特性测试2、学时：4学时3、实验类型（验证性、演示性、综合性、设计性）：综合性4、承担技能培养任务：学习LED和LD的工作原理和基本特性；测试LED/LD的P-I（功率-电流）特性和V-I（电压-电流）特性，并计算阈值电流和微分量子效率；了解温度对阈值电流和输出功率的影响；LD/LED发光原理及它们之间的区别、LD/LED特性的测试方法及意义。5、分组情况：2人一组。6、主要仪器设备：LED发光二极管，LD激光二极管，LD/LED电流源，光功率计，万用表。7、主要实验材料及低值易耗品（最多不超过10种）：LED发光二极管，LD激光二极管，8、主要内容：LED的P-I-V特性测试、LD的P-I-V特性测试实验项目八：1、实验项目名称：光电定向实验2、学时：4学时3、实验类型（验证性、演示性、综合性、设计性）：综合性4、承担技能培养任务：掌握四象限探测器的原理，将其应用于目标定向。5、分组情况：2人一组。6、主要仪器设备：光电定向实验电箱、四象限光电探测、650nm激光器、旋转架、四维调节架7、主要实验材料及低值易耗品（最多不超过10种）：LED/LD电线8、主要内容：了解四象限探测器的性能。测量以四象限探测器做接收器，光信号的放大信号；该系统直接、间接地测定目标的方向，观测可见光辐射到四象限探测器上的位置和强度变化。通过上位机显示每个象限的光强以及光斑的光心坐标，观察光斑在四个象限的显示情况验证四象限探测器原理。实验项目九：1、实验项目名称：晶体电光调制实验2、学时：4学时3、实验类型（验证性、演示性、综合性、设计性）：综合性4、承担技能培养任务：掌握晶体电光调制的原理和实验方法；学会利用实验装置测量晶体的半波电压，计算晶体的电光系数。5、分组情况：2人一组。6、主要仪器设备：锂酸锂晶体，电光调制电源，半导体激光器，偏振器，四分之一波片，接收放大器，数字双踪示波器。7、主要实验材料及低值易耗品（最多不超过10种）：8、主要内容：观察晶体电光效应引起的晶体会聚偏振光的干涉现象；利用实验装置测量晶体的半波电压，计算晶体的电光系数。实验项目十：1、实验项目名称：光学全息照相实验2、学时：4学时3、实验类型（验证性、演示性、综合性、设计性）：设计性4、承担技能培养任务：了解全息照相的基本原理，学习静物全息照相的拍摄方法，了解再现全息