近代物理实验教学大纲

近代物理实验教学大纲课程英文名ModernPhysicsExperiment课程代码J0702Y01/J0702Y02学分4总学时64课程类别限选课程性质学科基础课先修课程力学、光学、电磁学、普通物理实验适用专业应用物理学专业、声学专业开课学院理学院一、课程地位与课程目标（一）课程地位物理学是一门实验科学,所有物理规律的形成和发展都是建立在客观自然现象的观察和研究的基础上,并以实验结果为检验理论正确与否的唯一标准,重要的物理实验常常是科学技术的生长点。近代物理实验是在普通物理实验基础上发展起来的一门重要的基础实验课程。（二）课程目标1.通过近代物理实验，充实和活跃学生的物理思想，培养学生敏锐的观察能力，分析、归纳、综合能力，培养创新意识和掌握新技术的能力。2.较为严格和系统地训练学生掌握基本物理实验技能，掌握科学实验的基本知识、方法和技巧。3.进一步培养学生的综合素质，使他们具备良好的实验素养、严谨的科学作风、求实的科学精神，并具备一定的独立工作能力和科学研究能力。二、课程目标达成的途径与方法本课程需要上下两个学期完成，每学期平均安排9个左右实验题目。由于实验设备台套数有限（每个实验题目1-2台），按照班级人数分组进行轮流实验，每组2人左右。在教学过程中，教师采用讨论启发的教学方法完成实验过程，重点是锻炼学生的动手能力、思考能力、协作能力。三、课程内容及基本要求序号实验项目名称学时基本要求学生任务实验性质实验类别1实验误差和数据处理3(1)测量误差和不确定度概念；(2)随机变量的概率分布；(3)随机变量的不确定度；(4)最小二乘法拟合；(5)系统误差的限制和消除。（1）掌握测量误差的来源和不确定度的计算；（2）理解随机变量的概率分布（3）掌握最小二乘法拟合的方法。必做2氢原子光谱的测定3(1)进行对氢原子光谱巴耳末线系在可见光区域内谱线的拍摄与分析；(2)学习拍摄光谱及谱线测量的基本技术，并学习确定里德伯常量的方法。（1）正确做出实验现象，拍摄光谱线；（2）通过公式计算里德伯常量。综合必做3塞曼效应3(1)学习观测塞曼效应的实验方法。(2)加深对原子磁矩及空间量子化等原子物理学概念的理解。(3)通过观察并拍摄Hg谱线在磁场中的分裂情况，测量其裂距并计算荷质比。（1）正确拍摄加磁场和不加磁场的Hg谱线的干涉环；（2）对谱线在磁场中分裂的情况进行说明；（3）计算荷质比。综合必做4光电效应测定普朗克常数3(1)加深对光电效应和光的量子性的理解；(2)学习验证爱因斯坦光电效应方程的实验方法，并测定普朗克常数。（1）依据爱因斯坦光电方程确定零电流法的实验步骤；（2）计算普朗克常数。综合必做5夫兰克—赫兹实验3(1)通过测定氩原子的第一激发电位，证明原子能级的存在；(2)了解电子与原子碰撞和能量交换过程的微观图像及影响该过程的主要物理因素；(3)掌握测量微弱电流的方法。（1）依据实验原理联系实验器材；（2）正确理解电子与原子碰撞和能量交换过程，并测量出U-I图形；（3）计算第一电位U0.综合必做6巨磁阻传感器的应用3(1)了解巨磁阻效应原理；(2)掌握巨磁阻传感器的原理及其使用方法；(3)学习用巨磁阻传感器测量通电导线电流和测量弱磁场方法。（1）依据实验原理正确连接实验器材；（2）采用测量通电导线电流和测量弱磁场的方法完成实验。综合必做7表面磁光克尔效应实验3(1)学习一种表面磁学的重要研究方法——SMOKE方法；(2)了解SMOKE方法的优点；(3)利用SMOKE实验仪测试自制磁性样品的克尔信号。（1）按照SMOKE方法，摆放仪器；（2）改变检偏器的角度，使光强在-1.08--4.40之间变化。综合选做8磁性液体表观密度的测量3(1)研究磁性液体在外界梯度场影响下表观密度的变化规律；(2)测量磁性液体中各点磁性液体表观密度；(3)研究磁性液体中某点表观密度随磁场变化的规律。测量磁性液体中各个点位的表观密度综合选做9液晶电光效应实验3(1)测定液晶样品的电光曲线，求样品的阈值电压Uth、饱和电压Ur、对比度Dr、陡度β等电光效应的主要参数；(2)测液晶样品的响应时间。（1）在导轨上搭载实验器材；（2）检偏器调整到合适的位置，使激光消光（3）测量V-I曲线综合必做10法拉弟效应3(1)了解法拉第效应原理；(2)掌握法拉第旋光角的测量方法。（1）固定检偏器，转动检偏器，使光路消光；（2）改变电路中电流，控制磁场，使屏幕上出现亮斑，转动检偏器使之消光。综合选做11光拍法测量光速实验3(1)理解光拍频的概念；(2)掌握光拍法测光速的技术。用光拍方法测定光速综合选做12椭圆偏振法测量介质薄膜厚度、折射率3(1)了解椭圆偏振法测量硅表面介质薄膜的厚度和折射率的基本原理；(2)学习和掌握椭圆偏振仪的基本原理和使用方法；(3)对硅表面介质薄膜的厚度和折射率进行测量。（1）按照实验原理图搭载实验；（2）分别固定检偏器、起偏器、1/4玻片，调整好仪器；（3）分别测量快轴和慢轴对应的P/A角度综合必做13超声光栅测量声速3(1)了解超声光栅产生的原理；(2)了解声波如何对光信号进行调制；(3)通过对液体(非电解质溶液)中的声速的测定，加深对其概念的理解。（1）分光计平台的调整；（2）按照11.3MHz分别测量蓝绿黄谱线的间隔。综合必做14核磁共振3(1)了解核磁共振的基本原理；

(2)学习利用核磁共振校准磁场和测量g因子的方法。（1）按照实验原理连接仪器；（2）校准磁场并测量g因子。综合必做15电子顺磁共振3(1)观察电子顺磁共振现象；(2)掌握电子顺磁共振的原理和方法。（1）按照实验原理连接仪器；（2）调整出顺磁共振现象。综合必做16高真空的获得与测量3(1)掌握真空系统的概念；(2)掌握机械泵、分子泵的使用，掌握高真空获得的方法；(3)掌握真空测量仪器的使用与测量方法。（1）掌握机械泵、分子泵在高真空获得中的作用；（2）真空度与时间的变化关系。综合选做17射频溅射薄膜的制作与膜厚的测量3(1)熟悉在真空系统环境中进行实验的方法；(2)掌握直流磁控溅射的方法；(3)在玻璃基片上溅射制作不锈钢薄膜。（1）在高真空系统中，观察正常起辉现象并在一定的功率下建设镀膜；（2）掌握膜厚的一种测量方法，即台阶仪。综合选做18用电离法探测X射线实验3(1)熟悉并学会使用X射线装置；(2)学习用电离法探测X射线实验的原理和方法。（1）熟悉X射线装置；（2）用电离法探测X射线。综合必做19X射线衍射实验3(1)了解X射线的产生及其特性；(2)掌握一种利用X射线测定晶面间距的方法。（1）熟悉X射线装置；（2）对NaCl晶体，测定其间距。综合必做20虚拟仪器在物理实验的应用3利用仿真实验教学软件，完成一系列实验。熟练掌握仿真实验软件，并完成相应的实验。综合选做21非线性电路混沌实验3(1)对非线性电路及混沌现象有一深刻了解；(2)学会自己设计和制作一个实用电感器以及测量非线性器件伏安特性的方法。（1）按照原理连接实验器材；（2）测量非线性器件的伏安特性。综合选做22激光双光栅法测微小位移3(1)掌握一种利用光的多普勒效应形成光拍的原理来精确测定微弱振动位移的方法；(2)做出外力驱动音叉时的谐振曲线。（1）感受多普勒效应；（2）测定音叉在外力驱动时的谐振曲线。综合必做23音频信号光纤传输技术实验3(1)学习音频信号光纤传输系统的基本结构及各部件选配原则；(2)熟悉光纤传输系统中电光／光电转换器件的基本性能；(3)训练如何在音频光纤传输系统中获得较好信号传输质量。（1）按照实验原理连接实验器材；（2）熟悉光纤在输入信号与接入信号相互影响中的作用。综合必做24偏振光的研究3(1)观察光的偏振现象，加深偏振的基本概念；(2)了解偏振光的产生和检验方法；(3)测量布儒斯特角及测定玻璃折射率；(4)观测椭圆偏振光和圆偏振光。（1）调节出偏振现象；（2）测量布儒斯特角及测定玻璃折射率；(3)观测椭圆偏振光和圆偏振光。验证必做25锑化铟磁电阻传感器的测量及应用3(1)测量锑化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系；(2)作出锑化铟传感器的电阻变化与磁感应强度的关系曲线；(3)对此关系曲线的非线性区域和线性区域分别进行拟合。（1）按照实验原理连接实验器材；（2）测定锑化铟传感器的电阻变化与磁感应强度的关系曲线；综合必做26脉冲核磁共振3(1)了解脉冲核磁共振的共振条件；(2)了解脉冲核磁共振捕捉范围以及差频现象；(3)掌握自旋回波，利用自旋回波测量横向驰豫时间T2；(4)利用计算机记录、测量T2，做富里叶变换(FFT)。（1）调节出自旋回波；（2）利用自旋回波测量横向驰豫时间T2。综合选做27光栅衍射法测光波的波长3(1)观察光栅的衍射现象，理解光栅衍射的基本规律；(2)进一步熟悉分光仪的调节方法；(3)学会测定光栅的光栅常数、角色散率和光波波长。（1）调节出光栅衍射现象；（2）测定光栅的光栅常数、角色散率和光波波长。验证选做28密立根油滴CCD微机系统电子电荷的测定3(1)了解密立根油滴仪的结构，验证电量的量子性；(2)掌握实验方法和实验技巧，测定电荷的基本量——电子电荷；（1）练习改变电压的大小从而控制油滴；（2）测定电荷的基本量，并在计算机软件上计算电子电荷的值。综合必做注：1.实验性质指演示性、验证性、设计性、综合性等；2.实验类别指必做、选做等。四、考核方式及成绩评定考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例过程考核到课率、实验操作、实验报告实验操作正确与否、实验报告书写情况60%期末考核理论考试或面试或实验操作批阅试卷或面试回答或操作正确情况40