近代物理實驗教學大綱

近代物理實驗教學大綱課程目錄號：260165課程目錄名稱：近代物理實驗（3分）英文名稱： ExperimentsofModernPhysics先修課程： 普通物理實驗面向?qū)ο螅?物理專業(yè)三年級本科生一、課程簡介：近代物理實驗是涉及近代物理學理論和技術(shù)的物理實驗，進一步體現(xiàn)當代科學研究的系統(tǒng)性、綜合性、交叉性。本課程主要涉及原子物理（如鈉原子光譜、塞曼效應(yīng)等）、光學測量（如激光特性及其參數(shù)的測量、光學信息處理等）和近代實驗技術(shù)領(lǐng)域（如超聲波技術(shù)、微波技術(shù)、磁共振技術(shù)等）中一些有一定代表性的實驗。教學方式以學生完全自主獨立實驗為主，學生進行自己閱讀教材領(lǐng)會知識，再在教師指導下進行難度稍大的實驗操作和測量。二、教學目的與要求：本課程的主要目標是：1.培養(yǎng)學生對物理現(xiàn)象的洞察力和分析能力。2.讓學生掌握近代科學研究的基本方法和技術(shù)手段。3.培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。4.培養(yǎng)學生踏實工作，認真求索，嚴謹思維和不怕吃苦的精神。5.讓學生初步了解實際科研工作的一般過程。6.豐富、活躍學生的物理思想，激發(fā)他們的創(chuàng)新精神。7.著力提高學生基本的科學素養(yǎng)。8.培養(yǎng)學生探索新知識的能力和協(xié)作精神。本課程的要求是：1.了解各實驗的實驗思想，基本原理。2.通過實驗中觀察到的現(xiàn)象，分析出其基本物理本質(zhì)，歸納出有一定科學深度的道理。3.掌握常用儀器和部分較大型儀器的使用方法。4.熟練掌握實驗數(shù)據(jù)的獲取、數(shù)據(jù)處理、誤差分析、總結(jié)成果的方法。5.能相互協(xié)作，完成較復雜實驗。6.具有基本的獨立工作、獨立解決較復雜物理問題的能力。7.具有一定的科學探索精神和能力。三、主要內(nèi)容與學時分配：第1章緒論(8課時)[內(nèi)容]：介紹：1、近代物理實驗的目的。2、近代物理實驗的學習方法：（1）看、想、查、寫的預(yù)習過程；（2）討論、操作規(guī)范和操作流程；（3）獨立（有必要時協(xié)作）完成實驗；（4）如何寫實驗報告。3、近代物理實驗課的要求。4、近代物理實驗規(guī)則及實驗室安全。第2章激光器特性及其參數(shù)的測量(6課時)[內(nèi)容]：了解測量He-Ne激光器各特性參數(shù)的原理和方法，并完成激光器的激光功率、發(fā)散角、波長以及偏振度的測量。第3章微波的傳輸特性和基本測量(6課時)[內(nèi)容]：了解微波輻射的原理以及其傳播特性；測量微波輻射的頻率、功率波導波長和駐波比等參數(shù)。第4章氣體折射率的測定(6課時)[內(nèi)容]：掌握瑞利干涉儀的原理及操作使用；分析白光入射時的干涉條紋的特征；學會運用最小二乘法分析處理實驗數(shù)據(jù)第5章光拍頻波和光速測定(6課時)[內(nèi)容]：理解光拍頻概念及其獲得；掌握光拍法測量光速的技術(shù)。第6章超聲探傷(6課時)[內(nèi)容]：了解超聲波脈沖反射法探傷的基本原理及操作方法；掌握對缺陷定位的方法；掌握對缺陷進行定量的“當量法”和半波高法。第7章半導體器件特性測量與分析(6課時)[內(nèi)容]：熟悉雙極、場效應(yīng)管，發(fā)光、光敏二極管等半導體單元器件的基本原理、特性和主要參數(shù)；學會測量各類半導體器件的各種特性曲線。第8章塞曼效應(yīng)(6課時)[內(nèi)容]：掌握塞曼效應(yīng)理論，測定電子的荷質(zhì)比，確定能級的量子數(shù)和朗德因子，繪出躍遷的能級圖；掌握法布里－珀羅標準具的原理及使用，CCD攝像器件在圖象傳感中的應(yīng)用。第9章全息技術(shù)(6課時)[內(nèi)容]：了解全息照相技術(shù)的基本原理及主要特點。學習全息照相的拍攝方法和觀察再現(xiàn)全息圖。第10章脈沖核磁共振(6課時)[內(nèi)容]：了解脈沖核磁共振的基本概念和方法，通過觀測核磁矩對射頻脈沖的響應(yīng)加深對弛豫過程的理解，學習用基本脈沖序列來測定液體樣品的弛豫時間。第11章夫蘭克－赫茲實驗(6課時)[內(nèi)容]：通過測定汞原子的第一激發(fā)電位，證明原子能級的存在，并了解電子與原子碰撞和能量交換過程的微觀圖像以及影響因素；分析燈絲電壓、拒斥電壓等因素對F-H實驗曲線的影響；了解計算機實時測控系統(tǒng)的一般原理和使用方法。第12章氫與氘原子光譜(6課時)[內(nèi)容]：熟悉平面光柵攝譜儀的性能與用法；用光柵攝譜儀測量氫氘原子光譜巴末爾線系的波長，求里德伯常數(shù)。第13章光學信息處理(6課時)[內(nèi)容]：了解空間頻率的基本概念和阿貝成像原理，學習空間濾波的方法；用光柵濾波實現(xiàn)圖像相加減及光學微分；用相襯法和暗場法觀察純相位物體。第14章拉曼光譜(6課時)[內(nèi)容]：通過對典型分子常規(guī)拉曼光譜的測量，掌握拉曼散射的基本原理，并學會分析拉曼光譜圖，確定斯托克斯線和反斯托克斯線的波長和強度，給出拉曼位移。第15章單光子計數(shù)實驗(6課時)[內(nèi)容]：學習光子記數(shù)技術(shù)，掌握光子記數(shù)系統(tǒng)中主要儀器的基本操作，學會用該系統(tǒng)檢測微弱光信號。第16章鈉原子光譜(6課時)[內(nèi)容]：通過對鈉原子光譜的觀察、拍攝和分析，計算鈉原子的價電子在不同軌道運動時的量子缺，并繪制鈉原子的部分能級圖。第17章晶體電光調(diào)制實驗(6課時)[內(nèi)容]：晶體電光調(diào)制是利用電光效應(yīng)將電信號調(diào)制到傳輸?shù)墓廨d波上，進而實現(xiàn)光學控制。在實驗中，要求學生掌握晶體電光調(diào)制的原理和實驗方法，學會用簡單的實驗裝置測量晶體半波電壓、電光常數(shù),以及觀察電光效應(yīng)所引起的晶體光學特性的變化和會聚偏振光的干涉現(xiàn)象。四、教材與參考書目：（一）教科書：1.吳先球，熊予瑩主編，《近代物理實驗教程》，科學出版社，2009年第二版。2.補充講義。3.相關(guān)儀器說明書。（二）參考書：1．相關(guān)文獻。2．林木欣主編，《近代物理實驗教程》，科學出版社，1999年。3．吳思誠、王祖銓主編，《近代物理實驗》，北京：高等教育出版社，2005年。4．A.C.Melissinos,Expe