《近代物理實(shí)驗(yàn)》教學(xué)大綱

《近代物理試驗(yàn)》教學(xué)大綱試驗(yàn)名稱：近代物理試驗(yàn)學(xué)時(shí)：90課時(shí)學(xué)分：4.5合用專業(yè)：物理教育專業(yè)執(zhí)筆人：李軍審訂人：程慶華一、試驗(yàn)?zāi)康呐c任務(wù)近代物理試驗(yàn)是高等師范學(xué)校物理專業(yè)的一門重要的必修課程。它是在一般物理試驗(yàn)和電子學(xué)試驗(yàn)基礎(chǔ)上開(kāi)設(shè)的一門綜合性試驗(yàn)技術(shù)與試驗(yàn)措施課程。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握某些較先進(jìn)的和綜合性的試驗(yàn)措施和技能，加深對(duì)近代物理的某些重要概念和規(guī)律和理解，擴(kuò)大知識(shí)面，培養(yǎng)初步的獨(dú)立的科學(xué)試驗(yàn)和科學(xué)研究能力。二、教學(xué)基本規(guī)定1、使學(xué)生初步掌握近代物理某些重要領(lǐng)域中的某些試驗(yàn)措施和技能。它包括對(duì)的地使用比較精密、比較復(fù)雜的試驗(yàn)儀器；綜合運(yùn)用力、熱、電、光和電子學(xué)的試驗(yàn)措施；掌握精密度較高的測(cè)量技能；初步掌握計(jì)算機(jī)在實(shí)際中的某些基本應(yīng)用技能；培養(yǎng)學(xué)生使用新設(shè)備、新儀器及采用新技術(shù)的能力。2、通過(guò)做某些綜合性的專業(yè)性的試驗(yàn)，尤其是通過(guò)那些在物理學(xué)發(fā)展史中起過(guò)重要作用的近代物理試驗(yàn)的訓(xùn)練，使學(xué)生學(xué)習(xí)觀測(cè)有關(guān)物理過(guò)程，提高用試驗(yàn)措施研究物理規(guī)律的能力，加深對(duì)近代物理領(lǐng)域中的某些重要現(xiàn)象和規(guī)律的理解。3、深入提高學(xué)生從事科學(xué)試驗(yàn)的能力，包括查閱參照文獻(xiàn)、確定試驗(yàn)方案和環(huán)節(jié)、選用基本儀器、精確進(jìn)行測(cè)量、對(duì)的進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、綜合分析試驗(yàn)成果、撰寫(xiě)試驗(yàn)匯報(bào)等方面的能力。4、嚴(yán)格規(guī)定學(xué)生切實(shí)養(yǎng)成實(shí)事求是、嚴(yán)厲認(rèn)真的科學(xué)試驗(yàn)態(tài)度和克服困難的工作作風(fēng)，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思想和創(chuàng)新能力。三、試驗(yàn)項(xiàng)目與類型序號(hào)試驗(yàn)項(xiàng)目課時(shí)試驗(yàn)類型備注驗(yàn)證設(shè)計(jì)綜合演示創(chuàng)新必做選做1弗蘭克—赫茲試驗(yàn)3√

√

2密立根油滴試驗(yàn)3√

√

3普朗克常數(shù)的測(cè)量3√

√

4氫（氘）原子光譜5

√

√

5塞曼效應(yīng)5

√√

6法拉第效應(yīng)5√

√

7核衰變的記錄規(guī)律5

√

√

8γ能譜的測(cè)量5√

√

9用迅速電子驗(yàn)證相對(duì)論效應(yīng)5√

√

10微波的傳播特性測(cè)量5√

√

序號(hào)試驗(yàn)項(xiàng)目課時(shí)試驗(yàn)類型備注驗(yàn)證設(shè)計(jì)綜合演示創(chuàng)新必做選做11電子自旋共振5√

√

12核磁共振5√

√

13全息攝影5√

√

14用光拍法測(cè)定光速5

√

√

15液氮溫區(qū)超導(dǎo)基本特性的測(cè)量5

√√16CCD數(shù)字圖像處理5

√

√

17計(jì)算機(jī)物理模擬試驗(yàn)5

√√

18電子衍射5

√

√

19激光特性及其參數(shù)的測(cè)量5√

√20γ-CT無(wú)損探傷檢測(cè)5√

√

21光泵磁共振5√

√

22鈉原子光譜5√

√23黑體輻射5√

√24電光效應(yīng)5√

√25聲光效應(yīng)5√

√26傅立葉變換光譜試驗(yàn)5√

√27半導(dǎo)體激光器試驗(yàn)5√

√28白光光學(xué)/數(shù)字圖象信息處理試驗(yàn)5√

√29光纖信息試驗(yàn)5√

√30傳感器試驗(yàn)5√

√四、試驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及課時(shí)分派試驗(yàn)一弗蘭克—赫茲試驗(yàn)3課時(shí)目的規(guī)定通過(guò)測(cè)量汞（氬）原子激發(fā)電勢(shì)，證明原子內(nèi)子化能級(jí)的存在。2．措施原理通過(guò)柵極電壓獲得一定能量的電子，與氣態(tài)的汞原子發(fā)生碰撞，測(cè)其電流與電壓的關(guān)系，從而得出激發(fā)電位。3．重要試驗(yàn)儀器及材料弗蘭克—赫茲試驗(yàn)儀，包括恒溫箱、微電流測(cè)試儀、穩(wěn)壓電源、弗蘭克—赫茲管（汞管或氬管）、慢掃描示波器、X-Y計(jì)錄儀。4．掌握要點(diǎn)汞原子激發(fā)電位的測(cè)定。5．試驗(yàn)內(nèi)容：（1）預(yù)熱與控溫，保持在一種較佳的溫度。（２）在一定燈絲電壓下（Ｆ－Ｈ管也廠闡明書(shū)推薦值），變化溫度，觀測(cè)曲線。（３）計(jì)算汞的第一激發(fā)電位，并估計(jì)其不確定度的范圍。試驗(yàn)二密立根油滴試驗(yàn)3課時(shí)１．目的規(guī)定測(cè)量基本電荷量，驗(yàn)證電荷量的不持續(xù)性。2．措施原理帶電油滴在平行板電容器中運(yùn)動(dòng)，觀測(cè)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以求出其所受電場(chǎng)力，平行板電容器電壓及電場(chǎng)強(qiáng)度都已知，從而求出油滴的帶電量。3．重要試驗(yàn)儀器及材料密立根油滴儀（含直流穩(wěn)壓電源、電子計(jì)時(shí)器）、CCD觀測(cè)系統(tǒng)、顯示屏。4．掌握要點(diǎn)密立根油滴儀的調(diào)整與使用。5．試驗(yàn)內(nèi)容：（1）油滴儀的調(diào)整。（２）練習(xí)控制油滴和測(cè)量。（３）正式測(cè)量，對(duì)同一種油滴進(jìn)行多次測(cè)量。（４）試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，求出基本電荷電量。試驗(yàn)三普朗克常數(shù)的測(cè)定3課時(shí)1．目的規(guī)定加深光電效應(yīng)及光的量子性的理解，運(yùn)用光電效應(yīng)測(cè)定普朗克常數(shù)。2．措施原理在光電效應(yīng)中，遏止電壓的大小與普朗克常數(shù)成正比。3．重要試驗(yàn)儀器及材料普朗克常數(shù)測(cè)定儀4．掌握要點(diǎn) 光電管伏安特性的測(cè)試。5．試驗(yàn)內(nèi)容：（１）微電流放大器調(diào)整。（２）光電管暗電流測(cè)試。（３）光電管伏安特性測(cè)試試驗(yàn)四氫（氘）原子光譜5課時(shí)１．目的規(guī)定通過(guò)測(cè)量氫和氘巴爾未線系譜線，計(jì)算氫和氘原子核的質(zhì)量比。2．措施原理通過(guò)儀器測(cè)量出氫和氘的波長(zhǎng)，根據(jù)玻爾理論求出其里德伯常數(shù)以及氫和和氘原子核的質(zhì)量比。3．重要試驗(yàn)儀器及材料組合式多功能光柵光譜儀（帶光電檢測(cè)系統(tǒng)）、氫氘燈、定標(biāo)燈組、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)。4．掌握要點(diǎn)多功能光柵光譜儀的調(diào)整與使用5．試驗(yàn)內(nèi)容：（1）用光柵光譜儀測(cè)出氫和氘的波長(zhǎng)（三個(gè)線系的波長(zhǎng)）（２）求出其里德伯常數(shù)以及氫和和氘原子核的質(zhì)量比。試驗(yàn)五塞曼效應(yīng)5課時(shí)１．目的規(guī)定使用方法布里-珀羅原則具觀測(cè)汞譜線的塞曼分裂譜，并計(jì)算電子荷質(zhì)比。2．措施原理原子在外磁場(chǎng)作用下分裂。3．重要試驗(yàn)儀器及材料直讀式塞曼效應(yīng)儀，包括法布里-珀羅原則具、電磁鐵、高斯計(jì)、筆型高壓汞燈、干涉濾光片、偏振片、1/4波片、CCD觀測(cè)系統(tǒng)（或讀數(shù)測(cè)微目鏡）等。4．掌握要點(diǎn)光學(xué)系統(tǒng)與法布里－珀羅原則具的調(diào)整，原子在外磁場(chǎng)作用下分裂的規(guī)則。5．試驗(yàn)內(nèi)容：（1）光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)整。（２）法布里－珀羅原則具的調(diào)整。（３）測(cè)量同心圓環(huán)的直徑。（４）數(shù)據(jù)處理計(jì)算電子荷質(zhì)比。試驗(yàn)六法拉第效應(yīng)5課時(shí)1．目的規(guī)定理解法拉第效應(yīng)原理，學(xué)會(huì)測(cè)量法拉第效應(yīng)旋光角。2．措施原理當(dāng)線偏振光穿過(guò)介質(zhì)時(shí)，若在介質(zhì)中加一平行于光的傳播方向的磁場(chǎng)，則光的振動(dòng)面將發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這種磁致旋光現(xiàn)象是1845年由法拉第首先發(fā)現(xiàn)的，故稱為法拉第效應(yīng)。振動(dòng)面轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為法拉第效應(yīng)旋光角。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：，式中，為法拉第效應(yīng)旋光角，l為介質(zhì)的厚度，B為平行與光傳播方向的磁感強(qiáng)度分量，V稱為費(fèi)爾德(Verdet)常數(shù)。3．重要試驗(yàn)儀器及材料WFC法拉第效應(yīng)測(cè)試儀，待測(cè)樣品。4．掌握要點(diǎn) 法拉第效應(yīng)測(cè)試儀的使用。5．試驗(yàn)內(nèi)容：（1）法拉第效應(yīng)測(cè)試儀的調(diào)試。（2）測(cè)量法拉第效應(yīng)旋光角。試驗(yàn)七核衰變的記錄規(guī)律5課時(shí)１．目的規(guī)定理解放射性原子核衰變的記錄規(guī)律，驗(yàn)證泊松分布或高斯分布，對(duì)的體現(xiàn)放射性成果的記錄誤差，掌握測(cè)量物質(zhì)吸取系數(shù)的措施2．措施原理用光電倍增管和計(jì)算機(jī)計(jì)算記錄下在相似時(shí)間內(nèi)，不一樣道數(shù)的放射性元素放出的核子數(shù)，分析其服從的規(guī)律。3．重要試驗(yàn)儀器及材料相對(duì)論效應(yīng)試驗(yàn)儀、多道脈沖分析器、計(jì)算機(jī)、放射源。4．掌握要點(diǎn)相對(duì)論效應(yīng)試驗(yàn)儀的調(diào)整與使用5．試驗(yàn)內(nèi)容：（1）固定高壓、計(jì)數(shù)時(shí)間及源的位置反復(fù)測(cè)量300次以上的計(jì)數(shù)，并用計(jì)算機(jī)作記錄。（２）反復(fù)測(cè)量１秒內(nèi)的本底計(jì)數(shù)300次并用計(jì)算機(jī)作記錄。試驗(yàn)八γ能譜的測(cè)量5課時(shí)１．目的規(guī)定理解γ射線與物質(zhì)互相作用的基本特性，掌握NaI（TI）γ譜儀的工作原理及其測(cè)量措施，學(xué)會(huì)分析Cs的單能γ譜。2．措施原理γ射線與物質(zhì)互相作用最主的有三種方式，光電效應(yīng)、康普頓散射及電子對(duì)效應(yīng)。3．重要試驗(yàn)儀器及材料γ閃爍能譜儀、脈沖示波器、γ放射源。4．掌握要點(diǎn)γ閃爍能譜儀的調(diào)整與使用以及γ射線與物質(zhì)互相作用的三種方式。5．試驗(yàn)內(nèi)容：（1）調(diào)整儀器，選擇合適的放大倍數(shù)、道寬和高壓。（２）變化閾值測(cè)放射源鈷、銫的能譜及本底譜。（３）用數(shù)據(jù)處理軟件處理數(shù)據(jù)。試驗(yàn)九用迅速電子驗(yàn)證相對(duì)論效應(yīng)5課時(shí)１．目的規(guī)定通過(guò)對(duì)迅速電子的動(dòng)量和能量的同步測(cè)定，驗(yàn)證其動(dòng)量與能量之間的相對(duì)論關(guān)系，理解β磁譜儀的測(cè)量原理。2．措施原理高速運(yùn)動(dòng)的粒子（靠近光速），其動(dòng)量與動(dòng)能遵照相對(duì)論定律而不是經(jīng)典的力學(xué)定律。3．重要試驗(yàn)儀器及材料相對(duì)論效應(yīng)試驗(yàn)儀、多道脈沖分析器、計(jì)算機(jī)、放射源、高斯計(jì)。4．掌握要點(diǎn)相對(duì)論效應(yīng)試驗(yàn)儀的調(diào)整與使用。5．試驗(yàn)內(nèi)容：（1）調(diào)整儀器，選擇合適的放大倍數(shù)和高壓。（２）用鈷、銫對(duì)能量進(jìn)行定標(biāo)。（３）測(cè)出源在不一樣位置的峰道址。（４）用數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行處理，作出圖形。試驗(yàn)十微波的傳播特性測(cè)量5課時(shí)１．目的規(guī)定學(xué)會(huì)使用基本的微波器件，理解微波振蕩源的工作原理和微波的傳播特性，并掌握頻率、功率以及駐波等基本量的測(cè)量。2．措施原理測(cè)量微波在波導(dǎo)中傳播時(shí)的波長(zhǎng)、頻率和駐波比。3．重要試驗(yàn)儀器及材料微波信號(hào)發(fā)生器、波導(dǎo)測(cè)量線、波導(dǎo)元件、數(shù)字微瓦功率計(jì)、波導(dǎo)功率探頭、選頻放大器。4．掌握要點(diǎn)原則信號(hào)發(fā)生器的調(diào)整與使用以及微波的傳播特性。5．試驗(yàn)內(nèi)容：（1）原則信號(hào)發(fā)生器的調(diào)整。（２）測(cè)量微波在波導(dǎo)中的波長(zhǎng)。（３）測(cè)量微波的頻率并與信號(hào)發(fā)生器上的示數(shù)作比較。（４）測(cè)量微波的駐波比。試驗(yàn)十一核磁共振5課時(shí)１．目的規(guī)定理解核磁共振原理，用穩(wěn)態(tài)法觀測(cè)NMR波譜，測(cè)量某些樣品的核磁矩，并學(xué)會(huì)用NMR措施測(cè)定磁場(chǎng)。2．措施原理當(dāng)垂直于方向所施加的射頻場(chǎng)的頻率滿足時(shí)，低能的核磁矩可吸取射頻場(chǎng)能量而躍遷到高能級(jí)。3．重要試驗(yàn)儀器及材料核磁共振儀（包括邊限振蕩器、掃場(chǎng)調(diào)制、移相器和電源）、雙綜示波器、頻率計(jì)、高斯計(jì)。4．掌握要點(diǎn)核磁共振儀的調(diào)整與使用,磁矩的能量及躍遷規(guī)則。5．試驗(yàn)內(nèi)容：（1）核磁共振儀的調(diào)整。（２）觀測(cè)氫原子的共振信號(hào),并記下其共振頻率(三峰等間距和兩峰合一時(shí))。（３）觀測(cè)氟原子的共振信號(hào),并記下其共振頻率(三峰等間距和兩峰合一時(shí))。（４）計(jì)算磁場(chǎng)強(qiáng)度與馳豫時(shí)間。試驗(yàn)十二電子自旋共振5課時(shí)１．目的規(guī)定理解電子自旋共振原理，學(xué)習(xí)用微波頻段檢測(cè)電子自旋共振信號(hào)措施。測(cè)定DPPH中電子的g因子和共振線寬。2．措施原理順磁物質(zhì)中的磁矩重要電子自旋磁矩提供,將順磁物質(zhì)放在外磁場(chǎng)中觀測(cè)其信號(hào)。3．重要試驗(yàn)儀器及材料微波電子共振儀（包括微波固態(tài)源、可調(diào)式電磁鐵、波導(dǎo)系統(tǒng)、電源、微分放大器、交流調(diào)制場(chǎng)儀、DPPH樣品）、雙蹤示波器。4．掌握要點(diǎn)微波電子共振儀的調(diào)整與使用。5．試驗(yàn)內(nèi)容：（1）單螺調(diào)配器螺釘?shù)奈恢煤痛┥於鹊恼{(diào)整（２）共振吸取信號(hào)與色散信號(hào)的檢測(cè)（３）計(jì)算波長(zhǎng)與磁場(chǎng)強(qiáng)度B。（４）計(jì)算掃場(chǎng)幅度與馳豫時(shí)間。試驗(yàn)十三全息攝影5課時(shí)１．目的規(guī)定理解全息攝影的基本原理，掌握攝制全息圖的措施，理解全息圖的重要特點(diǎn)。2．措施原理同一束光通過(guò)度光鏡后來(lái)提成的兩束光通過(guò)不一樣的光路抵達(dá)光屏,不僅記錄了光強(qiáng)在平面上的分布狀況還記錄了光的位移信息,從而照出來(lái)是立體的象。3．重要試驗(yàn)儀器及材料全息平臺(tái)、激光器、磁性底座、分光器，反射擊鏡、擴(kuò)束鏡等。4．掌握要點(diǎn)全息成相光路的調(diào)整以及拍攝過(guò)程中的注意事項(xiàng)。5．試驗(yàn)內(nèi)容：（1）全息成相光路的調(diào)整。（２）膠片的感光。（３）膠片的沖洗。（４）全息相片的觀測(cè)。試驗(yàn)十四用光拍法測(cè)定光速5課時(shí)１．目的規(guī)定掌握光拍頻法測(cè)量光速的原理和試驗(yàn)措施，初步理解聲光效應(yīng)。2．措施原理二束光具有一定的頻率差產(chǎn)生光拍頻波,根據(jù)公式求出光速。3．重要試驗(yàn)儀器及材料光速測(cè)定儀、超高頻功率信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字頻率計(jì)、示波器。4．掌握要點(diǎn)光速測(cè)定儀的調(diào)整與使用。5．試驗(yàn)內(nèi)容：（1）光速測(cè)定儀的調(diào)整。（２）用光拍波測(cè)量光速。試驗(yàn)十五液氮溫區(qū)超導(dǎo)基本特性的測(cè)量5課時(shí)１．目的規(guī)定通過(guò)直流測(cè)量法測(cè)量超導(dǎo)體的臨界溫度和零電阻，觀測(cè)磁懸出現(xiàn)象，理解超導(dǎo)體的兩個(gè)基本特性—零電阻和邁斯納效應(yīng)。2．措施原理將超導(dǎo)體放入液氮中,測(cè)量電阻與溫度與電阻的關(guān)系。3．重要試驗(yàn)儀器及材料超導(dǎo)體轉(zhuǎn)變溫度測(cè)量試驗(yàn)裝置（包括超導(dǎo)樣品、測(cè)試電源、探棒、液氮杜瓦瓶）、顯示系統(tǒng)（數(shù)字顯示表和X-Y記錄儀）、真空玻璃杯