《近代物理实验》教学大纲

《近代物理试验》教学大纲试验名称：近代物理试验学时：90课时学分：4.5合用专业：物理教育专业执笔人：李军审订人：程庆华一、试验目的与任务近代物理试验是高等师范学校物理专业的一门重要的必修课程。它是在一般物理试验和电子学试验基础上开设的一门综合性试验技术与试验措施课程。通过本课程的学习，使学生掌握某些较先进的和综合性的试验措施和技能，加深对近代物理的某些重要概念和规律和理解，扩大知识面，培养初步的独立的科学试验和科学研究能力。二、教学基本规定1、使学生初步掌握近代物理某些重要领域中的某些试验措施和技能。它包括对的地使用比较精密、比较复杂的试验仪器；综合运用力、热、电、光和电子学的试验措施；掌握精密度较高的测量技能；初步掌握计算机在实际中的某些基本应用技能；培养学生使用新设备、新仪器及采用新技术的能力。2、通过做某些综合性的专业性的试验，尤其是通过那些在物理学发展史中起过重要作用的近代物理试验的训练，使学生学习观测有关物理过程，提高用试验措施研究物理规律的能力，加深对近代物理领域中的某些重要现象和规律的理解。3、深入提高学生从事科学试验的能力，包括查阅参照文献、确定试验方案和环节、选用基本仪器、精确进行测量、对的进行试验数据处理、综合分析试验成果、撰写试验汇报等方面的能力。4、严格规定学生切实养成实事求是、严厉认真的科学试验态度和克服困难的工作作风，培养他们的创新思想和创新能力。三、试验项目与类型序号试验项目课时试验类型备注验证设计综合演示创新必做选做1弗兰克—赫兹试验3√

√

2密立根油滴试验3√

√

3普朗克常数的测量3√

√

4氢（氘）原子光谱5

√

√

5塞曼效应5

√√

6法拉第效应5√

√

7核衰变的记录规律5

√

√

8γ能谱的测量5√

√

9用迅速电子验证相对论效应5√

√

10微波的传播特性测量5√

√

序号试验项目课时试验类型备注验证设计综合演示创新必做选做11电子自旋共振5√

√

12核磁共振5√

√

13全息摄影5√

√

14用光拍法测定光速5

√

√

15液氮温区超导基本特性的测量5

√√16CCD数字图像处理5

√

√

17计算机物理模拟试验5

√√

18电子衍射5

√

√

19激光特性及其参数的测量5√

√20γ-CT无损探伤检测5√

√

21光泵磁共振5√

√

22钠原子光谱5√

√23黑体辐射5√

√24电光效应5√

√25声光效应5√

√26傅立叶变换光谱试验5√

√27半导体激光器试验5√

√28白光光学/数字图象信息处理试验5√

√29光纤信息试验5√

√30传感器试验5√

√四、试验教学内容及课时分派试验一弗兰克—赫兹试验3课时目的规定通过测量汞（氩）原子激发电势，证明原子内子化能级的存在。2．措施原理通过栅极电压获得一定能量的电子，与气态的汞原子发生碰撞，测其电流与电压的关系，从而得出激发电位。3．重要试验仪器及材料弗兰克—赫兹试验仪，包括恒温箱、微电流测试仪、稳压电源、弗兰克—赫兹管（汞管或氩管）、慢扫描示波器、X-Y计录仪。4．掌握要点汞原子激发电位的测定。5．试验内容：（1）预热与控温，保持在一种较佳的温度。（２）在一定灯丝电压下（Ｆ－Ｈ管也厂阐明书推荐值），变化温度，观测曲线。（３）计算汞的第一激发电位，并估计其不确定度的范围。试验二密立根油滴试验3课时１．目的规定测量基本电荷量，验证电荷量的不持续性。2．措施原理带电油滴在平行板电容器中运动，观测其运动状态可以求出其所受电场力，平行板电容器电压及电场强度都已知，从而求出油滴的带电量。3．重要试验仪器及材料密立根油滴仪（含直流稳压电源、电子计时器）、CCD观测系统、显示屏。4．掌握要点密立根油滴仪的调整与使用。5．试验内容：（1）油滴仪的调整。（２）练习控制油滴和测量。（３）正式测量，对同一种油滴进行多次测量。（４）试验数据处理，求出基本电荷电量。试验三普朗克常数的测定3课时1．目的规定加深光电效应及光的量子性的理解，运用光电效应测定普朗克常数。2．措施原理在光电效应中，遏止电压的大小与普朗克常数成正比。3．重要试验仪器及材料普朗克常数测定仪4．掌握要点 光电管伏安特性的测试。5．试验内容：（１）微电流放大器调整。（２）光电管暗电流测试。（３）光电管伏安特性测试试验四氢（氘）原子光谱5课时１．目的规定通过测量氢和氘巴尔未线系谱线，计算氢和氘原子核的质量比。2．措施原理通过仪器测量出氢和氘的波长，根据玻尔理论求出其里德伯常数以及氢和和氘原子核的质量比。3．重要试验仪器及材料组合式多功能光栅光谱仪（带光电检测系统）、氢氘灯、定标灯组、计算机、打印机。4．掌握要点多功能光栅光谱仪的调整与使用5．试验内容：（1）用光栅光谱仪测出氢和氘的波长（三个线系的波长）（２）求出其里德伯常数以及氢和和氘原子核的质量比。试验五塞曼效应5课时１．目的规定使用方法布里-珀罗原则具观测汞谱线的塞曼分裂谱，并计算电子荷质比。2．措施原理原子在外磁场作用下分裂。3．重要试验仪器及材料直读式塞曼效应仪，包括法布里-珀罗原则具、电磁铁、高斯计、笔型高压汞灯、干涉滤光片、偏振片、1/4波片、CCD观测系统（或读数测微目镜）等。4．掌握要点光学系统与法布里－珀罗原则具的调整，原子在外磁场作用下分裂的规则。5．试验内容：（1）光学系统的调整。（２）法布里－珀罗原则具的调整。（３）测量同心圆环的直径。（４）数据处理计算电子荷质比。试验六法拉第效应5课时1．目的规定理解法拉第效应原理，学会测量法拉第效应旋光角。2．措施原理当线偏振光穿过介质时，若在介质中加一平行于光的传播方向的磁场，则光的振动面将发生旋转，这种磁致旋光现象是1845年由法拉第首先发现的，故称为法拉第效应。振动面转过的角度称为法拉第效应旋光角。试验发现：，式中，为法拉第效应旋光角，l为介质的厚度，B为平行与光传播方向的磁感强度分量，V称为费尔德(Verdet)常数。3．重要试验仪器及材料WFC法拉第效应测试仪，待测样品。4．掌握要点 法拉第效应测试仪的使用。5．试验内容：（1）法拉第效应测试仪的调试。（2）测量法拉第效应旋光角。试验七核衰变的记录规律5课时１．目的规定理解放射性原子核衰变的记录规律，验证泊松分布或高斯分布，对的体现放射性成果的记录误差，掌握测量物质吸取系数的措施2．措施原理用光电倍增管和计算机计算记录下在相似时间内，不一样道数的放射性元素放出的核子数，分析其服从的规律。3．重要试验仪器及材料相对论效应试验仪、多道脉冲分析器、计算机、放射源。4．掌握要点相对论效应试验仪的调整与使用5．试验内容：（1）固定高压、计数时间及源的位置反复测量300次以上的计数，并用计算机作记录。（２）反复测量１秒内的本底计数300次并用计算机作记录。试验八γ能谱的测量5课时１．目的规定理解γ射线与物质互相作用的基本特性，掌握NaI（TI）γ谱仪的工作原理及其测量措施，学会分析Cs的单能γ谱。2．措施原理γ射线与物质互相作用最主的有三种方式，光电效应、康普顿散射及电子对效应。3．重要试验仪器及材料γ闪烁能谱仪、脉冲示波器、γ放射源。4．掌握要点γ闪烁能谱仪的调整与使用以及γ射线与物质互相作用的三种方式。5．试验内容：（1）调整仪器，选择合适的放大倍数、道宽和高压。（２）变化阈值测放射源钴、铯的能谱及本底谱。（３）用数据处理软件处理数据。试验九用迅速电子验证相对论效应5课时１．目的规定通过对迅速电子的动量和能量的同步测定，验证其动量与能量之间的相对论关系，理解β磁谱仪的测量原理。2．措施原理高速运动的粒子（靠近光速），其动量与动能遵照相对论定律而不是经典的力学定律。3．重要试验仪器及材料相对论效应试验仪、多道脉冲分析器、计算机、放射源、高斯计。4．掌握要点相对论效应试验仪的调整与使用。5．试验内容：（1）调整仪器，选择合适的放大倍数和高压。（２）用钴、铯对能量进行定标。（３）测出源在不一样位置的峰道址。（４）用数据处理软件进行处理，作出图形。试验十微波的传播特性测量5课时１．目的规定学会使用基本的微波器件，理解微波振荡源的工作原理和微波的传播特性，并掌握频率、功率以及驻波等基本量的测量。2．措施原理测量微波在波导中传播时的波长、频率和驻波比。3．重要试验仪器及材料微波信号发生器、波导测量线、波导元件、数字微瓦功率计、波导功率探头、选频放大器。4．掌握要点原则信号发生器的调整与使用以及微波的传播特性。5．试验内容：（1）原则信号发生器的调整。（２）测量微波在波导中的波长。（３）测量微波的频率并与信号发生器上的示数作比较。（４）测量微波的驻波比。试验十一核磁共振5课时１．目的规定理解核磁共振原理，用稳态法观测NMR波谱，测量某些样品的核磁矩，并学会用NMR措施测定磁场。2．措施原理当垂直于方向所施加的射频场的频率满足时，低能的核磁矩可吸取射频场能量而跃迁到高能级。3．重要试验仪器及材料核磁共振仪（包括边限振荡器、扫场调制、移相器和电源）、双综示波器、频率计、高斯计。4．掌握要点核磁共振仪的调整与使用,磁矩的能量及跃迁规则。5．试验内容：（1）核磁共振仪的调整。（２）观测氢原子的共振信号,并记下其共振频率(三峰等间距和两峰合一时)。（３）观测氟原子的共振信号,并记下其共振频率(三峰等间距和两峰合一时)。（４）计算磁场强度与驰豫时间。试验十二电子自旋共振5课时１．目的规定理解电子自旋共振原理，学习用微波频段检测电子自旋共振信号措施。测定DPPH中电子的g因子和共振线宽。2．措施原理顺磁物质中的磁矩重要电子自旋磁矩提供,将顺磁物质放在外磁场中观测其信号。3．重要试验仪器及材料微波电子共振仪（包括微波固态源、可调式电磁铁、波导系统、电源、微分放大器、交流调制场仪、DPPH样品）、双踪示波器。4．掌握要点微波电子共振仪的调整与使用。5．试验内容：（1）单螺调配器螺钉的位置和穿伸度的调整（２）共振吸取信号与色散信号的检测（３）计算波长与磁场强度B。（４）计算扫场幅度与驰豫时间。试验十三全息摄影5课时１．目的规定理解全息摄影的基本原理，掌握摄制全息图的措施，理解全息图的重要特点。2．措施原理同一束光通过度光镜后来提成的两束光通过不一样的光路抵达光屏,不仅记录了光强在平面上的分布状况还记录了光的位移信息,从而照出来是立体的象。3．重要试验仪器及材料全息平台、激光器、磁性底座、分光器，反射击镜、扩束镜等。4．掌握要点全息成相光路的调整以及拍摄过程中的注意事项。5．试验内容：（1）全息成相光路的调整。（２）胶片的感光。（３）胶片的冲洗。（４）全息相片的观测。试验十四用光拍法测定光速5课时１．目的规定掌握光拍频法测量光速的原理和试验措施，初步理解声光效应。2．措施原理二束光具有一定的频率差产生光拍频波,根据公式求出光速。3．重要试验仪器及材料光速测定仪、超高频功率信号发生器、数字频率计、示波器。4．掌握要点光速测定仪的调整与使用。5．试验内容：（1）光速测定仪的调整。（２）用光拍波测量光速。试验十五液氮温区超导基本特性的测量5课时１．目的规定通过直流测量法测量超导体的临界温度和零电阻，观测磁悬出现象，理解超导体的两个基本特性—零电阻和迈斯纳效应。2．措施原理将超导体放入液氮中,测量电阻与温度与电阻的关系。3．重要试验仪器及材料超导体转变温度测量试验装置（包括超导样品、测试电源、探棒、液氮杜瓦瓶）、显示系统（数字显示表和X-Y记录仪）、真空玻璃杯