近代物理实验教学大纲

近代物理实验教学大纲课程目录号：260165课程目录名称：近代物理实验（3分）英文名称： ExperimentsofModernPhysics先修课程： 普通物理实验面向对象： 物理专业三年级本科生一、课程简介：近代物理实验是涉及近代物理学理论和技术的物理实验，进一步体现当代科学研究的系统性、综合性、交叉性。本课程主要涉及原子物理（如钠原子光谱、塞曼效应等）、光学测量（如激光特性及其参数的测量、光学信息处理等）和近代实验技术领域（如超声波技术、微波技术、磁共振技术等）中一些有一定代表性的实验。教学方式以学生完全自主独立实验为主，学生进行自己阅读教材领会知识，再在教师指导下进行难度稍大的实验操作和测量。二、教学目的与要求：本课程的主要目标是：1.培养学生对物理现象的洞察力和分析能力。2.让学生掌握近代科学研究的基本方法和技术手段。3.培养学生发现问题、解决问题的能力。4.培养学生踏实工作，认真求索，严谨思维和不怕吃苦的精神。5.让学生初步了解实际科研工作的一般过程。6.丰富、活跃学生的物理思想，激发他们的创新精神。7.着力提高学生基本的科学素养。8.培养学生探索新知识的能力和协作精神。本课程的要求是：1.了解各实验的实验思想，基本原理。2.通过实验中观察到的现象，分析出其基本物理本质，归纳出有一定科学深度的道理。3.掌握常用仪器和部分较大型仪器的使用方法。4.熟练掌握实验数据的获取、数据处理、误差分析、总结成果的方法。5.能相互协作，完成较复杂实验。6.具有基本的独立工作、独立解决较复杂物理问题的能力。7.具有一定的科学探索精神和能力。三、主要内容与学时分配：第1章绪论(8课时)[内容]：介绍：1、近代物理实验的目的。2、近代物理实验的学习方法：（1）看、想、查、写的预习过程；（2）讨论、操作规范和操作流程；（3）独立（有必要时协作）完成实验；（4）如何写实验报告。3、近代物理实验课的要求。4、近代物理实验规则及实验室安全。第2章激光器特性及其参数的测量(6课时)[内容]：了解测量He-Ne激光器各特性参数的原理和方法，并完成激光器的激光功率、发散角、波长以及偏振度的测量。第3章微波的传输特性和基本测量(6课时)[内容]：了解微波辐射的原理以及其传播特性；测量微波辐射的频率、功率波导波长和驻波比等参数。第4章气体折射率的测定(6课时)[内容]：掌握瑞利干涉仪的原理及操作使用；分析白光入射时的干涉条纹的特征；学会运用最小二乘法分析处理实验数据第5章光拍频波和光速测定(6课时)[内容]：理解光拍频概念及其获得；掌握光拍法测量光速的技术。第6章超声探伤(6课时)[内容]：了解超声波脉冲反射法探伤的基本原理及操作方法；掌握对缺陷定位的方法；掌握对缺陷进行定量的“当量法”和半波高法。第7章半导体器件特性测量与分析(6课时)[内容]：熟悉双极、场效应管，发光、光敏二极管等半导体单元器件的基本原理、特性和主要参数；学会测量各类半导体器件的各种特性曲线。第8章塞曼效应(6课时)[内容]：掌握塞曼效应理论，测定电子的荷质比，确定能级的量子数和朗德因子，绘出跃迁的能级图；掌握法布里－珀罗标准具的原理及使用，CCD摄像器件在图象传感中的应用。第9章全息技术(6课时)[内容]：了解全息照相技术的基本原理及主要特点。学习全息照相的拍摄方法和观察再现全息图。第10章脉冲核磁共振(6课时)[内容]：了解脉冲核磁共振的基本概念和方法，通过观测核磁矩对射频脉冲的响应加深对弛豫过程的理解，学习用基本脉冲序列来测定液体样品的弛豫时间。第11章夫兰克－赫兹实验(6课时)[内容]：通过测定汞原子的第一激发电位，证明原子能级的存在，并了解电子与原子碰撞和能量交换过程的微观图像以及影响因素；分析灯丝电压、拒斥电压等因素对F-H实验曲线的影响；了解计算机实时测控系统的一般原理和使用方法。第12章氢与氘原子光谱(6课时)[内容]：熟悉平面光栅摄谱仪的性能与用法；用光栅摄谱仪测量氢氘原子光谱巴末尔线系的波长，求里德伯常数。第13章光学信息处理(6课时)[内容]：了解空间频率的基本概念和阿贝成像原理，学习空间滤波的方法；用光栅滤波实现图像相加减及光学微分；用相衬法和暗场法观察纯相位物体。第14章拉曼光谱(6课时)[内容]：通过对典型分子常规拉曼光谱的测量，掌握拉曼散射的基本原理，并学会分析拉曼光谱图，确定斯托克斯线和反斯托克斯线的波长和强度，给出拉曼位移。第15章单光子计数实验(6课时)[内容]：学习光子记数技术，掌握光子记数系统中主要仪器的基本操作，学会用该系统检测微弱光信号。第16章钠原子光谱(6课时)[内容]：通过对钠原子光谱的观察、拍摄和分析，计算钠原子的价电子在不同轨道运动时的量子缺，并绘制钠原子的部分能级图。第17章晶体电光调制实验(6课时)[内容]：晶体电光调制是利用电光效应将电信号调制到传输的光载波上，进而实现光学控制。在实验中，要求学生掌握晶体电光调制的原理和实验方法，学会用简单的实验装置测量晶体半波电压、电光常数,以及观察电光效应所引起的晶体光学特性的变化和会聚偏振光的干涉现象。四、教材与参考书目：（一）教科书：1.吴先球，熊予莹主编，《近代物理实验教程》，科学出版社，2009年第二版。2.补充讲义。3.相关仪器说明书。（二）参考书：1．相关文献。2．林木欣主编，《近代物理实验教程》，科学出版社，1999年。3．吴思诚、王祖铨主编，《近代物理实验》，北京：高等教育出版社，2005年。4．A.C.Melissinos,Expe