近代物理實驗教學大綱

1、近代物理實驗教學大綱近代物理實驗教學大綱實驗課學時: 52 實驗個數(shù)： 13 學分：3課程性質：必修 適用專業(yè): 物理教育教材及參考書: 目錄近代物理實驗教學大綱1教材:4參考書:4大綱執(zhí)筆人：李治學、潘學軍 大綱審定人：41 課程的性質與任務42 實驗課程的目的與要求53 實驗項目及內容提要5光速的測量6塞曼效應6激光全息照相6光電效應法測普朗克常數(shù)6鐵磁共振7電子自旋共振7核磁共振7光泵磁共振7電子衍射7微波基礎知識74 實驗內容安排7實驗一 真空技術與真空鍍膜71、了解真空技術的基本知識和真空系統(tǒng)的結構；82、熟悉真空機械泵和油擴散泵獲得真空的原理及操作方法；83、了解熱偶真空計和電離真

2、空計的測量原理及用復合真空計測量真空度的方法；84、 了解真空鍍膜的一般原理及工藝過程8二、實驗內容81、觀察WDY-V型電子衍射儀的結構組成，學習用電子衍射儀作真空鍍膜的操作方法；測量真空系統(tǒng)壓強P對時間t 的關系曲線。82、學習用火棉膠溶液制備底膜，并將底膜掛在金屬樣品架上；83、 在高真空狀態(tài)下，在金屬樣品架上蒸鍍銀膜。8三、主要實驗儀器設備8WDY-V型電子衍射儀；FZh-2B型復合真空計；樣品架；烘烤箱；玻璃缸?；鹈弈z醋酸正戊脂，丙酮，脫脂棉等。8實驗二 夫蘭克-赫芝實驗8一、目的要求81、掌握夫蘭克赫茲實驗儀和微電流放大器的用途，各旋鈕的作用；82、掌握逐點作圖方法及數(shù)據(jù)處理方法；

3、83、 掌握x-y函數(shù)自動記錄儀的使用及數(shù)據(jù)處理方法。84、 了解和掌握微機型夫蘭克赫茲實驗儀的操作方法。8二、實驗內容81、預熱前檢查各旋鈕是否在初始狀態(tài)，正確方能通電；82、通過測量汞原子的第一激發(fā)電位，證明原子能級的存在；83、 掌握一種測量原子第一激發(fā)態(tài)的方法，根據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)求出汞原子或氬原子的第一激發(fā)電位。8三、主要實驗儀器設備8夫蘭克-赫茲實驗儀，電源，計算機，A/D卡，慢掃描示波器，x-y函數(shù)自動記錄儀，記錄紙等。8實驗三 氫（氘）原子光譜8一、目的要求81、觀察氫和氘的巴耳末線系的前四條譜線的分布和可見光的鐵光譜線的分布，初步了解平面光柵攝譜儀的結構和使用方法；82、 學會

4、用阿貝比長儀測量長度的方法。9二、實驗內容91、拍攝氫、氘的巴耳末線系的可見光譜線及相應的鐵的可見光譜線；92、測量氫、氘巴耳末線系前四條譜線的波長；93、計算氫和氘的黎德伯常數(shù)；94、計算氫和氘的原子核質量比。9三、主要實驗儀器設備9實驗四 光速的測量9一、目的要求91、了解光速測定在科學及社會生活中的重大意義；92、了解歷史上測定光速的不同方法和原理；93、掌握用拍頻法和相位法測量光速的原理和實驗方法；9二、實驗內容91、根據(jù)實驗測量要求獨立完成光路調整；92、用雙蹤示波器顯示李薩如圖形和雙路行波圖形，能根據(jù)圖形測定出相位變化的大小；93、用光拍頻法和相位法測量光在空氣、水、樹膠中的速度。

5、9三、主要實驗儀器設備9光速測定儀，雙蹤示波器，水管，樹膠等。9實驗五 塞曼效應9一、目的要求9利用高分辨光譜儀器（法布里珀羅標準具）觀察汞譜線的塞曼分裂圖樣并與理論結果相比較，測量電子的e/m（荷質比）。掌握電磁或永磁塞曼效應實驗儀的使用操作。9二、.實驗內容91、觀察和拍攝汞譜線的塞曼分裂圖樣，并觀察這些譜線的偏振化狀態(tài)；92、 計算電子的荷質比。9三、主要實驗儀器設備10實驗六 激光全息照相10一、目的要求101、掌握激光全息照相記錄和再現(xiàn)光路的設計方法；102、 掌握激光全息照相的全過程及注意事項；101、練習減震臺的調整方法，物光和參考光光路的調整方法；激光的特點及原理，使用注意事項

6、；曝光定時器的調整，暗室沖洗設備的清潔及顯影、定影液的配置；102、 學習拍攝靜態(tài)全息片的技術和再現(xiàn)方法；103、 了解全息照相的基本原理和特點。10三.、主要實驗儀器設備10激光全息實驗系統(tǒng)；全息照相干板；顯影液、定影液等。10實驗八 鐵磁共振10一、目的要求10實驗九 電子自旋共振11一、目的要求11實驗十 核磁共振11實驗十一 光泵磁共振12實驗十二 電子衍射12實驗十三 微波基礎知識13附件：15教材:近代物理實驗 李治學、潘學軍、蹇繼勛、肖建華編2003年參考書:近代物理實驗 高學顏主編，山東大學出版社，1989年近代物理教程鄔鴻彥 朱明剛主編 科學出版社 1998年近代物理實驗 林

7、木欣主編 科學出版社2000年近代物理實驗教程 周孝安等合編 武漢大學出版社，1998年大綱執(zhí)筆人：李治學、潘學軍 大綱審定人：1 課程的性質與任務近代物理實驗是物理專業(yè)的學生在完成了大學基礎物理實驗課程之后，為高年級學生開設的一門綜合性的、重要的實驗課程，其內容覆蓋面廣，題目多數(shù)是在近代物理發(fā)展史上起過重要作用的著名實驗，在實驗方法和實驗技術上具有代表性。本課程除了進一步提高學生的物理實驗的基本知識、基本方法和基本技能外，更注重培養(yǎng)學生的觀察問題、分析問題和解決問題的能力，科學實驗的能力。培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W作風，活躍的創(chuàng)新意識，具有從事科學研究的基本實驗素質。2 實驗課程的目的與要求1、實驗

8、目的本課程在物理實驗教學中具有承上啟下的作用，除了使學生更好地掌握物理實驗基本知識，基本方法和基本技能外，進一步了解近代物理發(fā)展的歷程；同時要學習近代物理實驗中經典的實驗思想和實驗方法，培養(yǎng)學生觀察、分析和解決問題的能力；不但要掌握原來的實驗測試方法和技術，還要了解和掌握現(xiàn)代的先進的實驗測試方法和技術，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和從事科學研究的基本素質。2、實驗要求(1)、實驗前能夠完成預習，掌握實驗原理和方法。(2)、實驗中能獨立進行實驗。(3)、能夠對實驗中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象進行分析判斷，找出解決的方法。(4)、實驗后自行撰寫實驗報告。(5)、通過實驗，培養(yǎng)學生實事求是的精神，嚴謹?shù)目茖W作風，通過實驗

9、方法來研究物理現(xiàn)象與規(guī)律的獨立工作能力。3 實驗項目及內容提要 近代物理實驗序號實驗項目編號實驗名稱學時必做選做學分數(shù)實驗類型內容提要基本操作驗證綜合設計1真空技術與真空鍍膜4了解真空技術的基本知識和真空系統(tǒng)的結構，熟習真空機械泵和油擴散泵獲得真空的原理及操作方法，了解熱偶真空計和電離真空計的測量原理及用復合真空計測量真空度的方法，了解真空鍍膜的一般原理及工藝過程。2夫蘭克-赫茲實驗4用F-H實驗儀測量汞原子或氬原子的第一激發(fā)電位，加深對玻爾理論的認識并學習一種測量原子激發(fā)態(tài)的方法發(fā)。掌握用智能化儀器和計算機進行測量的使用方法。3氫(氘)原子光譜4觀察氫和氘的巴耳末線系的前四條譜線的分布和可見

10、光的鐵光譜線的分布，初步了解平面光柵攝譜儀的結構和使用方法，學會用阿貝比長儀測量長度的方法。4光速的測量4了解光速測定的重要意義；學習光拍頻法測量光速的原理，理解不同介質中的測量方法。掌握相位法測量光速的方法。5塞曼效應4利用高分辨光譜儀器（法布里珀羅標準具）觀察汞譜線的塞曼分裂圖樣并與理論結果相比較，觀察和拍攝汞譜線的塞曼分裂圖樣，并觀察這些譜線的偏振化狀態(tài)。測量電子的荷質比。了解和掌握利用微機進行測量的方法。6激光全息照相4拍攝靜物全息片，并再現(xiàn)觀察；加深對物理光學的認識。了解并掌握全息照相的一般方法。了解白光全息及全息光柵的相關知識。7光電效應法測普朗克常數(shù)4了解光電效應的基本規(guī)律，加深

11、對光的量子性的理解；掌握用光電效應法測普朗克常數(shù)和測光電管的光電特性曲線的方法。掌握用示波器和計算機進行測量的方法。8鐵磁共振4觀察鐵磁共振現(xiàn)象，了解鐵磁共振的機制及其實驗方法，測量鐵氧體的共振線寬DB和旋磁比r。9電子自旋共振4理解電子自旋共振形成的機制，學習用射頻波檢測共振信號的方法，學習用示波器測定信號各參數(shù)的技巧，加深對塞曼能級的理解。掌握用微波場進行測試的方法。10核磁共振4掌握核磁共振（NMR）的工作原理；發(fā)生核磁共振的條件及調試方法；觀察核磁共振信號及其尾波現(xiàn)象；測量氫核或氟核的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，了解光抽運的物理過程和效果，學習光抽

12、運信號的觀測方法，測量銣原子的g因子；測量地磁場。12電子衍射4進一步熟悉和掌握真空技術的獲得與測量，學習電子衍射儀的調節(jié)。學習用數(shù)碼相機拍攝電子衍射圖并通過計算機進行數(shù)據(jù)測量的方法。13微波基礎知識4了解微波的產生及在波導中傳輸?shù)囊话阋?guī)律，測量微波的頻率和功率特性曲線，駐波的形成及基本測量。4 實驗內容安排實驗一 真空技術與真空鍍膜(綜合性實驗 4學時)一、目的要求1、了解真空技術的基本知識和真空系統(tǒng)的結構；2、熟悉真空機械泵和油擴散泵獲得真空的原理及操作方法；3、了解熱偶真空計和電離真空計的測量原理及用復合真空計測量真空度的方法；4、 了解真空鍍膜的一般原理及工藝過程二、實驗內容1、觀察W

13、DY-V型電子衍射儀的結構組成，學習用電子衍射儀作真空鍍膜的操作方法；測量真空系統(tǒng)壓強P對時間t 的關系曲線。2、學習用火棉膠溶液制備底膜，并將底膜掛在金屬樣品架上；3、 在高真空狀態(tài)下，在金屬樣品架上蒸鍍銀膜。三、主要實驗儀器設備WDY-V型電子衍射儀；FZh-2B型復合真空計；樣品架；烘烤箱；玻璃缸?；鹈弈z醋酸正戊脂，丙酮，脫脂棉等。實驗二 夫蘭克-赫芝實驗(綜合性實驗 4學時)一、目的要求1、掌握夫蘭克赫茲實驗儀和微電流放大器的用途，各旋鈕的作用；2、掌握逐點作圖方法及數(shù)據(jù)處理方法；3、 掌握x-y函數(shù)自動記錄儀的使用及數(shù)據(jù)處理方法。4、 了解和掌握微機型夫蘭克赫茲實驗儀的操作方法。二、

14、實驗內容1、預熱前檢查各旋鈕是否在初始狀態(tài)，正確方能通電；2、通過測量汞原子的第一激發(fā)電位，證明原子能級的存在；3、 掌握一種測量原子第一激發(fā)態(tài)的方法，根據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)求出汞原子或氬原子的第一激發(fā)電位。三、主要實驗儀器設備夫蘭克-赫茲實驗儀，電源，計算機，A/D卡，慢掃描示波器，x-y函數(shù)自動記錄儀，記錄紙等。實驗三 氫（氘）原子光譜(綜合性實驗 4學時)一、目的要求1、觀察氫和氘的巴耳末線系的前四條譜線的分布和可見光的鐵光譜線的分布，初步了解平面光柵攝譜儀的結構和使用方法；2、 學會用阿貝比長儀測量長度的方法。二、實驗內容1、拍攝氫、氘的巴耳末線系的可見光譜線及相應的鐵的可見光譜線；2、測

15、量氫、氘巴耳末線系前四條譜線的波長；3、計算氫和氘的黎德伯常數(shù)；4、計算氫和氘的原子核質量比。三、主要實驗儀器設備平面光柵攝譜儀，阿貝比長儀，高壓火花發(fā)生器，氫氘燈，照相感光膠片、顯影和定影藥液、暗箱等。實驗四 光速的測量(綜合性實驗 4學時)一、目的要求1、了解光速測定在科學及社會生活中的重大意義；2、了解歷史上測定光速的不同方法和原理；3、掌握用拍頻法和相位法測量光速的原理和實驗方法；二、實驗內容1、根據(jù)實驗測量要求獨立完成光路調整；2、用雙蹤示波器顯示李薩如圖形和雙路行波圖形，能根據(jù)圖形測定出相位變化的大??；3、用光拍頻法和相位法測量光在空氣、水、樹膠中的速度。三、主要實驗儀器設備光速測

16、定儀，雙蹤示波器，水管，樹膠等。實驗五 塞曼效應(綜合性實驗 4學時)一、目的要求利用高分辨光譜儀器（法布里珀羅標準具）觀察汞譜線的塞曼分裂圖樣并與理論結果相比較，測量電子的e/m（荷質比）。掌握電磁或永磁塞曼效應實驗儀的使用操作。二、.實驗內容1、觀察和拍攝汞譜線的塞曼分裂圖樣，并觀察這些譜線的偏振化狀態(tài)；2、 計算電子的荷質比。三、主要實驗儀器設備電磁和永磁塞曼效應實驗儀（套），計算機，照相感光膠片，暗房設備及藥品。實驗六 激光全息照相(綜合性實驗 4學時)一、目的要求1、掌握激光全息照相記錄和再現(xiàn)光路的設計方法；2、 掌握激光全息照相的全過程及注意事項；二、實驗內容1、練習減震臺的調整方

17、法，物光和參考光光路的調整方法；激光的特點及原理，使用注意事項；曝光定時器的調整，暗室沖洗設備的清潔及顯影、定影液的配置；2、 學習拍攝靜態(tài)全息片的技術和再現(xiàn)方法；3、 了解全息照相的基本原理和特點。三.、主要實驗儀器設備激光全息實驗系統(tǒng)；全息照相干板；顯影液、定影液等。實驗七 光電效應法測普朗克常數(shù)(綜合性實驗 4學時)一、目的要求1、了解光電效應的基本規(guī)律，加深對光的量子性的理解；2、掌握用光電效應法測普朗克常數(shù)和測光電管的光電特性曲線的方法。3、了解和掌握微機光電效應實驗儀的操作方法。二、實驗內容1、測量光電流與入射光強度、入射光頻率n之間的關系，光電子的初動能； 2、測量光電管的光電特

18、性曲線，用交點法、拐點法確定光電管的截止電位；3、作光電管的n-U0的關系曲線，用一元回歸法計算光電管陰極材料的紅限，逸出功及h值。4、用微機光電效應實驗儀進行相關測量。三、主要實驗儀器設備光電效應實驗儀，計算機，光電管暗箱，汞光源，濾色片，光闌，實驗基準平臺等。實驗八 鐵磁共振(綜合性實驗 4學時)一、目的要求1、觀察鐵磁共振現(xiàn)象；2、了解鐵磁共振的機制及其實驗方法；3、測量鐵氧體的共振線寬DB和旋磁比。二、實驗內容1、觀察鐵磁共振系統(tǒng)各儀器設備的連接狀況；2、仔細地調整微波發(fā)生器產生的微波頻率，使其與諧振腔的諧振頻率一致；3、測量并記錄微波頻率，仔細調節(jié)分支波導上的T型探針和活塞，使輸出功

19、率達到最大；4、改變電磁鐵的勵磁電流，測量IB曲線，觀察樣品共振吸收現(xiàn)象，并根據(jù)相關數(shù)據(jù)測量鐵氧體的共振線寬DB和旋磁比。三、主要實驗儀器設備DH811A型微波鐵磁共振系統(tǒng)；特斯拉計；示波器等，電流表等。實驗九 電子自旋共振(綜合性實驗 4學時)一、目的要求1、了解電子自旋共振的基本原理和應用；2、了解電子自旋共振儀的工作原理；3、掌握用射頻場或微波場獲得電子自旋共振信號的方法；4、掌握用示波器測定DPPH中電子的g因子和共振線寬。二、實驗內容1、在了解電子自旋共振原理的基礎上，學會用示波器檢測射頻場或微波場中電子自旋共振信號的方法；2、測量順磁物質DPPH電子的g因子和共振線寬DW；3、測量

20、地磁場的垂直分量H的大小。三、主要實驗儀器設備DH809A型微波順磁共振系統(tǒng)；特斯拉計，示波器等。實驗十 核磁共振(綜合性實驗 4學時)一、目的要求1、通過實驗掌握核磁共振（NMR）的工作原理；發(fā)生核磁共振的條件及調試方法；2、觀察核磁共振信號及其尾波現(xiàn)象；3、測量H或F的旋磁比和g因子。二、實驗內容1、在掌握實驗原理的基礎上，了解儀器各部件的基本結構及使用方法；2、調試儀器使其出現(xiàn)共振信號；3、記錄所需數(shù)據(jù)，計算和g因子。三、主要實驗儀器設備核磁共振系統(tǒng)；特斯拉計；示波器等，頻率計等。實驗十一 光泵磁共振 (綜合性實驗 4學時)一、目的要求1、了解光泵磁共振的基本原理；2、了解光抽運的物理過

21、程和效果。二、實驗內容1、學習光抽運信號的觀測方法；2、測量銣原子的gF因子；測量地磁場。三、主要實驗儀器設備DHA807A光磁共振系統(tǒng)；低頻信號發(fā)聲器（帶功率輸出），示波器等。實驗十二 電子衍射(綜合性實驗 4學時)一、目的要求1、進一步熟悉和掌握真空技術的獲得與測量，學習電子衍射儀的調節(jié)。2、學習用數(shù)碼相機拍攝電子衍射圖并通過計算機進行數(shù)據(jù)處理的方法。3、驗證德布羅意關系式，證明電子具有波粒二像性。二、實驗內容1、將鍍有銀膜的樣品裝入電子衍射儀，打開機械泵和熱偶真空計電源使真空系統(tǒng)進行工作；2、待真空系統(tǒng)真空度達1Pa左右時打開擴散泵和冷卻水抽高真空；3、當系統(tǒng)真空度達到5´10

22、-3Pa以上時，開啟燈絲電源和高壓電源，仔細調節(jié)樣品位置觀察電子衍射圖像，用數(shù)字照相機拍攝某個電壓下的電子衍射圖。4、將電子衍射圖送到計算機進行測量計算或通過打印機打印后再分析實驗結果。三、主要實驗儀器設備WDY-V型電子衍射儀；FZh-2B型復合真空計；抽濕機，鍍銀膜樣品，數(shù)碼相機，計算機，打印機，打印相紙，彩色墨盒等。實驗十三 微波基礎知識(綜合性實驗 4學時)一、 要求1、微波源的結構與工原理，微波的特點及傳輸規(guī)律，常用微波元件。2、測量微波源的功率特性曲線，微波的頻率以及駐波。二、實驗內容1、微波源特性的測量，包括體效應管和反射速調管。2、駐波的測量。三、主要實驗儀器設備微波源，波導，

23、電源，測量放大器，微波元件，晶體管檢波器，示波器等。五、實驗報告的格式應包括以下內容：1、實驗序號，實驗名稱，2、實驗目的：3、實驗原理；配合相關的圖示，簡明扼要地闡明該實驗的理論依據(jù)和測量方法。4、主要儀器設備及材料：列出實驗中主要使用的儀器設備及消耗材料；5、實驗內容及操作步驟；簡明扼要地寫出實驗步驟。6、數(shù)據(jù)記錄及結果分析；應用表格、圖線或文字將實驗測量數(shù)據(jù)、中間計算結果，最后測量結果及測量不確定度表示出來，并注意測量數(shù)據(jù)和測量結果的有效數(shù)字。7、問題討論。結合所學理論知識，對實驗中的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)、產生的誤差等進行分析和討論，得出必要的結論。具體式樣見附件。六、考核方式、方法及實驗成績評定方法1、考核方式、方法考核內容包括平時實驗成績和有期末筆試成績。平時實驗成績由：實驗預習、實驗記錄、實驗報告書寫情況；儀器設備操作使用情況；遵守紀律和實驗室規(guī)章制度情況等綜合評定。2、實驗成績評定方法實驗成績考核采用百分制評定。