“近代物理实验”教学大纲
MODERN PHYSICS EXPERIMENTS
课程中文名称：近代物理实验
课程英文名称：MODERN PHYSICS EXPERIMENTS
课程编号：PHYS3029
实验学时：32
学分：1
适用专业：理工科
先修课程：高等数学,大学物理，综合物理实验
开课学院：理学院
开课学期：第6学期
教材及实验指导书：
1、专门物理实验讲义,方湘怡,邱复生,1998；
2、大学物理实验，王红理，黄丽清主编，陕西科学技术出版社，2003年；
3．大学物理实验第四册,霍剑青,吴泳华,刘鸿图,赵永飞主编,高教出版社,2002年；
4．新编近代物理实验,沙振舜,黄润生主编,南京大学出版社,2002年。
一、实验课程简介
根据物理实验培养学生动手能力，独立实验能力和创新能力的要求，同时为了让学生了解近代物理的发展及其在科技发展中的作用,及其在各个领域的应用,挑选了三个方面的实验项目组成本课程,即:(1)在近代物理（特别是量子物理）发展史上有重要意义的推动了人类科技发展的实验项目;(2)近代物理技术实验,即研究方法或实验技术在各个领域的应用的实验项目;(3)结合本学科近年来研究小组的科研成果，选取一些在研究方法或实验技术很有学习价值或应用前景的实验,使学生可以在做实验的过程中,了解本学科教师的科研工作,并及早介入。实验内容包括光信息,光电子学,原子物理与核物理,微波,磁共振,声学,材料物理等方面的实验项目。
二、实验课性质、目的和任务
性质:
近代物理实验是物理类学生的一门独立的必修课，也可作为其它专业的选修课。
目的:
通过这些实验，让学生了解近代物理的发展及其在科技发展中的作用,及其在各个领域的应用，培养学生的综合素质，即培养独立实验能力和创新能力，培养学生的观察能力，分析和解决问题的能力，使他们具有良好的实验素养、严谨的的科学作风、求实的科学态度，并具备一定的科学研究能力。
任务:
要求学生通过查阅文献、选择和设计实验方案、独立完成实验，通过实验学习实验的设计思想、实验方法、实验技术及其应用。使学生能够完成简单的综合性、设计性实验，培养学生的科学研究意识和创新意识。
三、实验课教学基本要求
1. 本课程总学时为32学时，分一个学期完成，根据该学期具体安排，从以下实验中选择实验完成。
2. 本课程包含物理学实验方法的综合及其应用的实验技术，主要由以下三个方面的实验项目组成,即:(1)在近代物理发展史上有重要意义的推动了人类科技发展的实验项目;(2)近代物理技术实验,即研究方法或实验技术在各个领域的应用的实验项目;(3)本学科近年来研究小组的科研成果转化成的实验项目。
3．本课程要求学生在教师指导下，独立或合作完成实验。
四、实验教学的内容与基本要求
1．实验项目名称：核磁共振
实验目的：了解核磁共振的原理，测量水中氢原子核及聚四氟乙烯中氟核的核磁共振信号及频率，计算静磁场强度和氟核的旋磁比。
教学基本要求：了解核磁共振的原理，了解仪器的结构和工作原理，掌握仪器的调节。
实验内容提要：观察水中氢原子核及聚四氟乙烯中氟核的核磁共振信号随扫场和旋转磁场变化情况，测量共振频率，计算静磁场强度和氟核的旋磁比，并说明信号随频率和扫场变化的原因。
实验类性：研究性。
必修：必修。
使用的主要仪器：核磁共振仪，示波器，频率计，变压器。
2．实验项目名称：电子自旋共振
实验目的：学习观测电子自旋共振信号的方法，测量共振频率和线宽。
教学基本要求：进一步加深对电子自旋共振原理的理解，了解仪器的结构和调节方法，掌握测量电子自旋共振信号的方法。
实验内容提要：连接电路，调出电子自旋共振信号，计算扫场线圈的磁场强度，测量共振频率，并计算共振线宽。
实验类性：研究性。
必修：必修。
使用的主要仪器：电子自旋共振仪，直流电源，电流表等。
3．实验项目名称：夫兰克-赫兹实验
实验目的：通过测量氩原子的第一激发电位，证明原子能级的存在，分析灯丝电压、拒斥电压等因素对F-H实验曲线的影响。
教学基本要求：加深对玻尔原子理论的理解，了解F-H实验仪器结构和工作原理，学会测量氩原子第一激发电位。
实验内容提要：调节仪器，测量氩原子的第一激发电位，分析灯丝电压、拒斥电压、第一阳极电压等因素对F-H实验曲线的影响。
实验类性：综合性。
必修：必修。
使用的主要仪器：夫兰克-赫兹实验仪，示波器。
4．实验项目名称：α粒子散射
实验目的：初步了解近代物理中有关粒子探测技术和相关电子学系统的结构，熟悉半导体探测器的使用方法；实验验证卢瑟福散射的微分散射截面公式；测量α粒子在空气中的射程。
教学基本要求：掌握粒子探测技术，学会使用半导体探测器，实验验证卢瑟福散射的微分散射截面公式；测量α粒子在空气中的射程。
实验内容提要：观察真空室中样品台的旋转状况，检查电子学系统并保证其工作正常，测量无样品时的本底散射α粒子数，测量有样品时的散射α粒子数，处理数据，测量α粒子在空气中的射程。
实验类性：综合性。
必修：必修。
使用的主要仪器：α粒子散射仪，真空泵。
5．实验项目名称：盖革-米勒实验
实验目的：测量铅板、塑料板对核辐射的屏蔽能力
教学基本要求：了解核辐射的基本理论，了解核辐射测量的方法，学会计算机软件的使用，测量铅板、塑料板对核辐射的屏蔽能力。
实验内容提要：测量铅板、塑料板对核辐射的屏蔽能力，用接口板和计算机记录测量结果，并分析。
实验类性：研究性。
必修：必修。
使用的主要仪器：盖革—米勒管、辐射源、铅板，计算机等。
6．实验项目名称：微波布拉格衍射
实验目的：用微波模拟X光衍射，测量模拟晶体结构的晶格常数。
教学基本要求：了解布拉格衍射原理，了解微波布拉格衍射仪的结构和工作原理，学会调节微波速调管，测量模拟晶体结构的晶格常数。
实验内容提要：调节微波速调管并使谐振腔产生微波，准直系统，测量模拟立方晶体的100、110、120三个晶面族的衍射曲线，计算晶格常数。
实验类性：设计性。
必修：必修。
使用的主要仪器：微波布拉格衍射仪，微波速调管电源，微安表，模拟晶格。
7．实验项目名称：电子衍射
实验目的：了解电子衍射原理，观察电子衍射现象，测定运动电子波的波长，验证德布罗意假设，测定普郎克常数。
教学基本要求：了解电子衍射原理，了解电子衍射仪的结构和工作原理，测定运动电子波的波长，测定普郎克常数。
实验内容提要：正确调节电子衍射仪，测定运动电子波的波长，测定普郎克常数。
实验类性：验证性。
必修：必修。
使用的主要仪器：电子衍射仪。
8．实验项目名称：塞曼效应
实验目的：学习观察塞曼效应的方法，测定Hg绿光在外磁场中的分裂情况，并研究谱线的偏振特性。
教学基本要求：了解察塞曼效应原理，了解F-P标准具的结构和应用，了解仪器的构成和工作原理，测定Hg绿光在外磁场中的分裂情况，并研究谱线的偏振特性。
实验内容提要：观察并测定Hg绿光在外磁场中的分裂谱线波长差，用塞曼分裂计算电子的荷质比。
实验类性：综合性。
必修：必修。
使用的主要仪器：具有CCD的光学多通道分析系统的塞曼效应实验装置，光源。
9．实验项目名称：喇曼光谱
实验目的：了解喇曼散射的基本原理，初步学会根据拉曼散射光谱来确定分子结构及其简正振动类性，掌握喇曼散射光谱的实验技术。
教学基本要求：学会根据喇曼散射光谱来确定分子结构及其简正振动类性，学会使用喇曼光谱仪，掌握喇曼散射光谱的实验技术。
实验内容提要：掌握仪器的调节技术，调节仪器至最佳状态，记录CCl4的分子振动喇曼光谱和偏振状态，分析和辨认各谱线所对应的简正振动类性和对称性质。
实验类性：研究性。
必修：必修。
使用的主要仪器：喇曼光谱仪，样品，计算机，打印机。
10．实验项目名称：高温铁磁物质居里点的测量
实验目的：测定高温铁磁物质的居里点。
教学基本要求：了解居里点的物理意义，连接电路，并进行测量和分析B-H曲线。
实验内容提要：连接电路，连接冷却循环水，测量B-H曲线。
实验类性：研究性。
必修：必修。
使用的主要仪器：加热炉，样品，电流表，示波器，电位差计，电子元件，冷却循环水，水泵等。
11．实验项目名称：声光效应
实验目的：了解声光效应的原理，测量声光器件的衍射效率和带宽及对光偏转的研究，利用声光效应测量声波在介质中的传播速度。
教学基本要求：了解声光效应的和声光器件的原理，了解仪器的构成，学会调节仪器，测量声光器件的衍射效率和带宽及对光偏转的研究，利用声光效应测量声波在介质中的传播速度。
实验内容提要：观察超声衍射现象，测量介质中的超声波速度，测量声光器件的带宽和中心频率。
实验类性：综合性。
必修：必修。
使用的主要仪器：激光器，声光器件，CCD光强分布测试仪，高频功率信号源，示波器，频率计等。
12．实验项目名称：金属纳米微粒的制备
实验目的：学习用蒸汽冷凝法制备金属纳米微粒的基本原理和实验方法，研究微粒尺寸与惰性气体气压之间的关系，学习用X-射线衍射法，扫描探针显微镜测量微粒的粒径。
教学基本要求：掌握用蒸汽冷凝法制备金属纳米微粒的实验方法，研究微粒尺寸与惰性气体气压之间的关系，学会用X-射线衍射法或扫描探针显微镜测量微粒的粒径。
实验内容提要：检查仪器的线路和与惰性气体的连接；清洗真空罩等，将待制金属接至电极，先抽真空，然后通入惰性气体；制备不同气压下铜纳米微粒；利用X-射线衍射法，扫描探针显微镜测量微粒的粒径。
实验类性：研究性。
必修：必修。
使用的主要仪器：金属纳米微粒的制备仪，惰性气体，X-光机，扫描探针显微镜。
13．实验项目名称：电光效应和电光调制
实验目的：了解晶体折射率椭球和电光效应的原理，测量LN晶体的半波电压，观察激光-电光调制现象。
教学基本要求：了解晶体折射率椭球和电光效应的原理，了解电光调制器的工作原理，观察激光-电光调制现象，测量LN晶体的半波电压。
实验内容提要：观察电光调制器的工作性质，测量LN晶体的半波电压，进行语音信号传递实验。
实验类性：综合性。
必修：必修。
使用的主要仪器： LN晶体，激光器，光电接收器，偏振片，1/4波片，录音机等。
14．实验项目名称：快速电子的能量与动量的相对论关系
实验目的：研究快速电子的动量和能量之间的相对论关系，利用β磁谱仪获得单一动量电子的方法和同时测量相应动能的方法。
教学基本要求：了解仪器的结构和工作原理，测量快速电子的动量和能量之间的相对论关系，学会使用计算机数据处理软件。
实验内容提要：标定NaI谱仪的能量刻度曲线，测量快速电子的动量和能量之间的相对论关系，用计算机软件处理数据。
实验类性：研究性。
必修：必修。
使用的主要仪器：真空半圆β磁谱仪，β放射源，NaI闪烁探头，高压电源，多道脉冲幅度分析器，计算机等。
15．实验项目名称：CT实验
实验目的：了解CT成像的基本原理，了解CT教学实验仪的结构和使用，掌握初步的图像处理方法。
教学基本要求：了解CT成像的基本原理，掌握CT教学实验仪进行断层扫描成像的操作步骤，进行图像处理。
实验内容提要：掌握仪器的调节技术，对工件进行断层扫描成像，用计算机软件处理图像。
实验类性：研究性。
必修：必修。
使用的主要仪器：CT教学实验仪，计算机，工件，打印机等。
16．实验项目名称：X光综合实验
实验目的：掌握物相定性分析的基本方法，了解X-射线衍射的原理，用衍射法测定单晶的晶格常数，测定多晶粉末样品的晶面间隔，对谱线进行分析。
教学基本要求：学会使用小性X光机，了解单晶和多晶的特性，学会测量单晶和多晶的参数，学会进行谱线的分析。
实验内容提要：分析谱线，用衍射法测定单晶的晶格常数，测定多晶粉末样品的晶面间隔。
实验类性：研究性。
必修：必修。
使用的主要仪器：小性X光机，待测样品，计算机。
五、实验成绩的考核与评定办法
每次实验课的满分为20分，其中课内10分（包括预习、操作、数据及其它），实验报告10分（包括内容及格式、数据处理及结果、图表及曲线、分析及讨论和其它），每次实验成绩之和折合成百分制，占实验总成绩的80%。
课程总结报告可以写成论文式，可以写成英文实验报告，可以对实验的应用和拓展进行总结，可以对实验提出建议和意见等，占总成绩的20%。
课程介绍
