近代物理实验教学大纲

《近代物理实验》教学大纲第第页《近代物理实验》教学大纲实验课学时:52实验个数：13学分：3课程性质：必修适用专业:物理教育教材及参考书:目录TOC\o"1-3"\h\u21586《近代物理实验》教学大纲 118855教材: 424030参考书: 428740大纲执笔人：李治学、潘学军大纲审定人： 422751课程的性质与任务 4227242实验课程的目的与要求 5164713实验项目及内容提要 522190光速的测量 629796塞曼效应 624894激光全息照相 620527光电效应法测普朗克常数 63217铁磁共振 732445电子自旋共振 710606核磁共振 747光泵磁共振 710269电子衍射 722955微波基础知识 7325544实验内容安排 732163实验一真空技术与真空镀膜 774301、了解真空技术的基本知识和真空系统的结构； 8305662、熟悉真空机械泵和油扩散泵获得真空的原理及操作方法； 8255673、了解热偶真空计和电离真空计的测量原理及用复合真空计测量真空度的方法； 8317674、了解真空镀膜的一般原理及工艺过程 826932二、实验内容 8216331、观察WDY-V型电子衍射仪的结构组成，学习用电子衍射仪作真空镀膜的操作方法；测量真空系统压强P对时间t 的关系曲线。 8160962、学习用火棉胶溶液制备底膜，并将底膜挂在金属样品架上； 8282553、在高真空状态下，在金属样品架上蒸镀银膜。 831163三、主要实验仪器设备 86417WDY-V型电子衍射仪；FZh-2B型复合真空计；样品架；烘烤箱；玻璃缸。火棉胶醋酸正戊脂，丙酮，脱脂棉等。 82558实验二夫兰克--赫芝实验 820698一、目的要求 8235651、掌握夫兰克－－赫兹实验仪和微电流放大器的用途，各旋钮的作用； 8217772、掌握逐点作图方法及数据处理方法； 8113533、掌握x-y函数自动记录仪的使用及数据处理方法。 8268714、了解和掌握微机型夫兰克－－赫兹实验仪的操作方法。 83951二、实验内容 8235571、预热前检查各旋钮是否在初始状态，正确方能通电； 8305822、通过测量汞原子的第一激发电位，证明原子能级的存在； 876713、掌握一种测量原子第一激发态的方法，根据实验测得的数据求出汞原子或氩原子的第一激发电位。 82729三、主要实验仪器设备 8990夫兰克--赫兹实验仪，电源，计算机，A/D卡，慢扫描示波器，x-y函数自动记录仪，记录纸等。 831377实验三氢（氘）原子光谱 820213一、目的要求 8189461、观察氢和氘的巴耳末线系的前四条谱线的分布和可见光的铁光谱线的分布，初步了解平面光栅摄谱仪的结构和使用方法； 8192302、学会用阿贝比长仪测量长度的方法。 98244二、实验内容 9189801、拍摄氢、氘的巴耳末线系的可见光谱线及相应的铁的可见光谱线； 9310832、测量氢、氘巴耳末线系前四条谱线的波长； 9108123、计算氢和氘的黎德伯常数； 9189524、计算氢和氘的原子核质量比。 918777三、主要实验仪器设备 93835实验四光速的测量 95194一、目的要求 9243001、了解光速测定在科学及社会生活中的重大意义； 960892、了解历史上测定光速的不同方法和原理； 9270353、掌握用拍频法和相位法测量光速的原理和实验方法； 927349二、实验内容 9325801、根据实验测量要求独立完成光路调整； 9176832、用双踪示波器显示李萨如图形和双路行波图形，能根据图形测定出相位变化的大小； 9184353、用光拍频法和相位法测量光在空气、水、树胶中的速度。 926893三、主要实验仪器设备 921395光速测定仪，双踪示波器，水管，树胶等。 92433实验五塞曼效应 911237一、目的要求 918981利用高分辨光谱仪器（法布里—珀罗标准具）观察汞谱线的塞曼分裂图样并与理论结果相比较，测量电子的e/m（荷质比）。掌握电磁或永磁塞曼效应实验仪的使用操作。 910573二、.实验内容 9162661、观察和拍摄汞谱线的塞曼分裂图样，并观察这些谱线的偏振化状态； 9321032、计算电子的荷质比。 912029三、主要实验仪器设备 1020966实验六激光全息照相 105788一、目的要求 107271、掌握激光全息照相记录和再现光路的设计方法； 1017912、掌握激光全息照相的全过程及注意事项； 10307671、练习减震台的调整方法，物光和参考光光路的调整方法；激光的特点及原理，使用注意事项；曝光定时器的调整，暗室冲洗设备的清洁及显影、定影液的配置； 10253692、学习拍摄静态全息片的技术和再现方法； 101543、了解全息照相的基本原理和特点。 1071三.、主要实验仪器设备 1024546激光全息实验系统；全息照相干板；显影液、定影液等。 1012192实验八铁磁共振 105478一、目的要求 1017158实验九电子自旋共振 1117275一、目的要求 1129581实验十核磁共振 119906实验十一光泵磁共振 1231784实验十二电子衍射 1217482实验十三微波基础知识 134803附件： 15教材:《近代物理实验》李治学、潘学军、蹇继勋、肖建华编2003年参考书:《近代物理实验》高学颜主编，山东大学出版社，1989年《近代物理教程》邬鸿彦朱明刚主编科学出版社1998年《近代物理实验》林木欣主编科学出版社2000年《近代物理实验教程》周孝安等合编武汉大学出版社，1998年大纲执笔人：李治学、潘学军大纲审定人：1课程的性质与任务近代物理实验是物理专业的学生在完成了大学基础物理实验课程之后，为高年级学生开设的一门综合性的、重要的实验课程，其内容覆盖面广，题目多数是在近代物理发展史上起过重要作用的著名实验，在实验方法和实验技术上具有代表性。本课程除了进一步提高学生的物理实验的基本知识、基本方法和基本技能外，更注重培养学生的观察问题、分析问题和解决问题的能力，科学实验的能力。培养学生严谨的科学作风，活跃的创新意识，具有从事科学研究的基本实验素质。2实验课程的目的与要求1、实验目的本课程在物理实验教学中具有承上启下的作用，除了使学生更好地掌握物理实验基本知识，基本方法和基本技能外，进一步了解近代物理发展的历程；同时要学习近代物理实验中经典的实验思想和实验方法，培养学生观察、分析和解决问题的能力；不但要掌握原来的实验测试方法和技术，还要了解和掌握现代的先进的实验测试方法和技术，培养学生的创新能力和从事科学研究的基本素质。2、实验要求(1)、实验前能够完成预习，掌握实验原理和方法。(2)、实验中能独立进行实验。(3)、能够对实验中出现的异常现象进行分析判断，找出解决的方法。(4)、实验后自行撰写实验报告。(5)、通过实验，培养学生实事求是的精神，严谨的科学作风，通过实验方法来研究物理现象与规律的独立工作能力。3实验项目及内容提要近代物理实验序号实验项目编号实验名称学时必做选做学分数实验类型内容提要基本操作验证综合设计1真空技术与真空镀膜4√√了解真空技术的基本知识和真空系统的结构，熟习真空机械泵和油扩散泵获得真空的原理及操作方法，了解热偶真空计和电离真空计的测量原理及用复合真空计测量真空度的方法，了解真空镀膜的一般原理及工艺过程。2夫兰克-赫兹实验4√√用F-H实验仪测量汞原子或氩原子的第一激发电位，加深对玻尔理论的认识并学习一种测量原子激发态的方法发。掌握用智能化仪器和计算机进行测量的使用方法。3氢(氘)原子光谱4√√观察氢和氘的巴耳末线系的前四条谱线的分布和可见光的铁光谱线的分布，初步了解平面光栅摄谱仪的结构和使用方法，学会用阿贝比长仪测量长度的方法。4光速的测量4√√了解光速测定的重要意义；学习光拍频法测量光速的原理，理解不同介质中的测量方法。掌握相位法测量光速的方法。5塞曼效应4√√利用高分辨光谱仪器（法布里—珀罗标准具）观察汞谱线的塞曼分裂图样并与理论结果相比较，观察和拍摄汞谱线的塞曼分裂图样，并观察这些谱线的偏振化状态。测量电子的荷质比。了解和掌握利用微机进行测量的方法。6激光全息照相4√√拍摄静物全息片，并再现观察；加深对物理光学的认识。了解并掌握全息照相的一般方法。了解白光全息及全息光栅的相关知识。7光电效应法测普朗克常数4√√了解光电效应的基本规律，加深对光的量子性的理解；掌握用光电效应法测普朗克常数和测光电管的光电特性曲线的方法。掌握用示波器和计算机进行测量的方法。8铁磁共振4√√观察铁磁共振现象，了解铁磁共振的机制及其实验方法，测量铁氧体的共振线宽B和旋磁比r。9电子自旋共振4√√理解电子自旋共振形成的机制，学习用射频波检测共振信号的方法，学习用示波器测定信号各参数的技巧，加深对塞曼能级的理解。掌握用微波场进行测试的方法。10核磁共振4√√掌握核磁共振（NMR）的工作原理；发生核磁共振的条件及调试方法；观察核磁共振信号及其尾波现象；测量氢核或氟核的g因子，旋磁比和核磁矩。11光泵磁共振4√√了解光泵磁共振的基本原理，了解光抽运的物理过程和效果，学习光抽运信号的观测方法，测量铷原子的g因子；测量地磁场。12电子衍射4√√进一步熟悉和掌握真空技术的获得与测量，学习电子衍射仪的调节。学习用数码相机拍摄电子衍射图并通过计算机进行数据测量的方法。13微波基础知识4√√了解微波的产生及在波导中传输的一般规律，测量微波的频率和功率特性曲线，驻波的形成及基本测量。4实验内容安排实验一真空技术与真空镀膜(综合性实验4学时)一、目的要求1、了解真空技术的基本知识和真空系统的结构；2、熟悉真空机械泵和油扩散泵获得真空的原理及操作方法；3、了解热偶真空计和电离真空计的测量原理及用复合真空计测量真空度的方法；了解真空镀膜的一般原理及工艺过程二、实验内容1、观察WDY-V型电子衍射仪的结构组成，学习用电子衍射仪作真空镀膜的操作方法；测量真空系统压强P对时间t 的关系曲线。2、学习用火棉胶溶液制备底膜，并将底膜挂在金属样品架上；在高真空状态下，在金属样品架上蒸镀银膜。三、主要实验仪器设备WDY-V型电子衍射仪；FZh-2B型复合真空计；样品架；烘烤箱；玻璃缸。火棉胶醋酸正戊脂，丙酮，脱脂棉等。实验二夫兰克--赫芝实验(综合性实验4学时)一、目的要求1、掌握夫兰克－－赫兹实验仪和微电流放大器的用途，各旋钮的作用；2、掌握逐点作图方法及数据处理方法；掌握x-y函数自动记录仪的使用及数据处理方法。了解和掌握微机型夫兰克－－赫兹实验仪的操作方法。二、实验内容1、预热前检查各旋钮是否在初始状态，正确方能通电；2、通过测量汞原子的第一激发电位，证明原子能级的存在；掌握一种测量原子第一激发态的方法，根据实验测得的数据求出汞原子或氩原子的第一激发电位。三、主要实验仪器设备夫兰克--赫兹实验仪，电源，计算机，A/D卡，慢扫描示波器，x-y函数自动记录仪，记录纸等。实验三氢（氘）原子光谱(综合性实验4学时)一、目的要求1、观察氢和氘的巴耳末线系的前四条谱线的分布和可见光的铁光谱线的分布，初步了解平面光栅摄谱仪的结构和使用方法；学会用阿贝比长仪测量长度的方法。二、实验内容1、拍摄氢、氘的巴耳末线系的可见光谱线及相应的铁的可见光谱线；2、测量氢、氘巴耳末线系前四条谱线的波长；3、计算氢和氘的黎德伯常数；4、计算氢和氘的原子核质量比。三、主要实验仪器设备平面光栅摄谱仪，阿贝比长仪，高压火花发生器，氢氘灯，照相感光胶片、显影和定影药液、暗箱等。实验四光速的测量(综合性实验4学时)一、目的要求1、了解光速测定在科学及社会生活中的重大意义；2、了解历史上测定光速的不同方法和原理；3、掌握用拍频法和相位法测量光速的原理和实验方法；二、实验内容1、根据实验测量要求独立完成光路调整；2、用双踪示波器显示李萨如图形和双路行波图形，能根据图形测定出相位变化的大小；3、用光拍频法和相位法测量光在空气、水、树胶中的速度。三、主要实验仪器设备光速测定仪，双踪示波器，水管，树胶等。实验五塞曼效应(综合性实验4学时)一、目的要求利用高分辨光谱仪器（法布里—珀罗标准具）观察汞谱线的塞曼分裂图样并与理论结果相比较，测量电子的e/m（荷质比）。掌握电磁或永磁塞曼效应实验仪的使用操作。二、.实验内容1、观察和拍摄汞谱线的塞曼分裂图样，并观察这些谱线的偏振化状态；计算电子的荷质比。三、主要实验仪器设备电磁和永磁塞曼效应实验仪（套），计算机，照相感光胶片，暗房设备及药品。实验六激光全息照相(综合性实验4学时)一、目的要求1、掌握激光全息照相记录和再现光路的设计方法；掌握激光全息照相的全过程及注意事项；二、实验内容1、练习减震台的调整方法，物光和参考光光路的调整方法；激光的特点及原理，使用注意事项；曝光定时器的调整，暗室冲洗设备的清洁及显影、定影液的配置；学习拍摄静态全息片的技术和再现方法；了解全息照相的基本原理和特点。三.、主要实验仪器设备激光全息实验系统；全息照相干板；显影液、定影液等。实验七光电效应法测普朗克常数(综合性实验4学时)一、目的要求1、了解光电效应的基本规律，加深对光的量子性的理解；2、掌握用光电效应法测普朗克常数和测光电管的光电特性曲线的方法。3、了解和掌握微机光电效应实验仪的操作方法。二、实验内容1、测量光电流与入射光强度、入射光频率之间的关系，光电子的初动能；2、测量光电管的光电特性曲线，用交点法、拐点法确定光电管的截止电位；3、作光电管的--U0的关系曲线，用一元回归法计算光电管阴极材料的红限，逸出功及h值。4、用微机光电效应实验仪进行相关测量。三、主要实验仪器设备光电效应实验仪，计算机，光电管暗箱，汞光源，滤色片，光阑，实验基准平台等。实验八铁磁共振(综合性实验4学时)一、目的要求1、观察铁磁共振现象；2、了解铁磁共振的机制及其实验方法；3、测量铁氧体的共振线宽B和旋磁比。二、实验内容1、观察铁磁共振系统各仪器设备的连接状况；2、仔细地调整微波发生器产生的微波频率，使其与谐振腔的谐振频率一致；3、测量并记录微波频率，仔细调节分支波导上的T型探针和活塞，使输出功率达到最大；4、改变电磁铁的励磁电流，测量I——B曲线，观察样品共振吸收现象，并根据相关数据测量铁氧体的共振线宽B和旋磁比。三、主要实验仪器设备DH811A型微波铁磁共振系统；特斯拉计；示波器等，电流表等。实验九电子自旋共振(综合性实验4学时)一、目的要求1、了解电子自旋共振的基本原理和应用；2、了解电子自旋共振仪的工作原理；3、掌握用射频场或微波场获得电子自旋共振信号的方法；4、掌握用示波器测定DPPH中电子的g因子和共振线宽。二、实验内容1、在了解电子自旋共振原理的基础上，学会用示波器检测射频场或微波场中电子自旋共振信号的方法；2、测量顺磁物质DPPH电子的g因子和共振线宽W；3、测量地磁场的垂直分量H的大小。三、主要实验仪器设备DH809A型微波顺磁共振系统；特斯拉计，示波器等。实验十核磁共振(综合性实验4学时)一、目的要求1、通过实验掌握核磁共振（NMR）的工作原理；发生核磁共振的条件及调试方法；2、观察核磁共振信号及其尾波现象；3、测量H或F的旋磁比和g因子。二、实验内容1、在掌握实验原理的基础上，了解仪器各部件的基本结构及使用方法；；2、调试仪器使其出现共振信号；3、记录所需数据，计算和g因子。三、主要实验仪器设备核磁共振系统；特斯拉计；示波器等，频率计等。实验十一光泵磁共振(综合性实验4学时)一、目的要求1、了解光泵磁共振的基本原理；2、了解光抽运的物理过程和效果。二、实验内容1、学习光抽运信号的观测方法；2、测量铷原子的gF因子；测量地磁场。三、主要实验仪器设备DHA807A光磁共振系统；低频信号发声器（带功率输出），示波器等。实验十二电子衍射(综合性实验4学时)一、目的要求1、进一步熟悉和掌握真空技术的获得与测量，学习电子衍射仪的调节。2、学习用数码相机拍摄电子衍射图并通过计算机进行数据处理的方法。3、验证德布罗意关系式，证明电子具有波粒二像性。二、实验内容1、将镀有银膜的样品装入电子衍射仪，打开机械泵和热偶真空计电源使真空系统进行工作；2、待真空系统真空度达1Pa左右时打开扩散泵和冷却水抽高真空；3、当系统真空度达到510-3Pa以上时，开启灯丝电源和高压电源，仔细调节样品位置观察电子衍射图像，用数字照相机拍摄某个电压下的电子衍射图。4、将电子衍射图送到计算机进行测量计算或通过打印机打印后再分析实验结果。三、主要实验仪器设备WDY-V型电子衍射仪；FZh-2B型复合真空计；抽湿机，镀银膜样品，数码相机，计算机，打印机，打印相纸，彩色墨盒等。实验十三微波基础知识(综合性实验4学时)要求1、微波源的结构与工原理，微波的特点及传输规律，常用微波元件。2、测量微波源的功率特性曲线，微波的频率以及驻波。二、实验内容 1、微波源特性的测量，包括体效应管和反射速调管。2、驻波的测量。三、主要实验仪器设备微波源，波导，电源，测量放大器，微波元件，晶体管检波器，示波器等。五、实验报告的格式应包括以下内容：1、实验序号，实验名称，2、实验目的：3、实验原理；配合相关的图示，简明扼要地阐明该实验的理论依据和测量方法。4、主要仪器设备及材料：列出实验中主要使用的仪器设备及消耗材料；5、、实验内容及操作步骤；简明扼要地写出实验步骤。6、、数据记录及结果分析；应用表格、图线或文字将实验测量数据、中间计算结果，最后测量结果及测量不确定度表示出来，并注意测量数据和测量结果的有效数字。7、问题讨论。结合所学理论知识，对实验中的现象、数据、产生的误差等进行分析和讨论，得出必要的结论。具体式样见附件。六、考核方式、方法及实验成绩评定方法1、考核方式、方法考核内容包括平时实验成绩和有期末笔试成绩。平时实验成绩由：实验预习、实验记录、实验报告书写情况；仪器设备操作使用情况；遵守纪律和实验室规章制度情况等综合评定。2、实验成绩评定方法实验成绩考核采用百分制评定。平时实验成绩占总成绩的50%；期末考试占50%（以笔试为主）。学生总成绩达60分及以上者，取得该实验课程的学分。总成绩不达60分的学生，重修此门课程。七、实验主要应配套仪器设备及台（套）数序号仪器设备名称数量备注1WDY-V型电子衍射仪，FZh-2B型复合真空计32夫兰克--赫兹实验仪，计算机，A/D卡，慢扫描示波器，x-y函数自动记录仪83平面光栅摄谱仪，阿贝比长仪，高压火花发生器，氢氘灯44光速测定仪，双踪示波器55电磁和永磁塞曼效应实验仪（套），计