近代物理实验一实验教学大纲长沙理工大学.docx
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近代物理实验一实验教学大纲长沙理工大学
实验教学大纲
“近代物理实验
（二）”实验教学大纲
大纲执笔人：
彭石林课程负责人：
彭石林大纲审核人：
李亚捷
课程编号：
0702000155
英文名称：
THETEACHINGOUTLINEOFMODERNPHYSICSEXPERIMENTS
（2）
学分：
1.5
学时：
45
适用对象:
物理学专业本科生
先修课程：
光学、量子物理、电动力学、原子物理学、固体物理、统计物理等
一、课程性质与目的
物理学是一门以实验为基础的科学。
实验教学是培养合格科学工作者必不可少的教学组成部分。
近代物理实验又是一门综合性、技术性较强的课程。
并且是衡量一个学校物理系水平高低的标尺。
无论在国内，还是在国外，都十分重视近代物理实验的建设和发展。
本课程的主要目的：
通过近代物理实验，充实和活跃学生的物理思想，培养学生敏锐的观察能力，分析、归纳和综合能力，培养创新意识和掌握新技术的能力。
较为严格和系统地训练学生掌握基本物理实验技能，掌握科学实验的基本知识、方法和技巧；进一步培养学生的综合素养、严谨的科学作风、求实的科学精神，并具备一定的独立工作能力和科学研究能力。
二、基本要求
1．学习如何用实验方法和技术研究物理现象和规律，通过那些在物理学发展史上起过重大作用的近代物理实验的训练，培养他们在实验过程中发现问题、分析问题和解决问题的能力；
2．学习近代物理主要领域中的一些基本实验方法和技术，掌握有关仪器的性能和使用，掌握计算机在实际中的一些基本应用技术；
3．通过实验预习，培养学生查阅文献、阅读资料、选择拟定实验方案的能力，实验后，通过对实验现象的分析、实验数据的处理及对实验结果的综合等，提高学生撰写实验报告的能力；
4．通过学习某些前沿领域中的近代物理实验，开阔学生的眼界，激发学生的创新意识，培养学生使用新设备、新仪器及采用新技术的能力；
5．提高学生的综合素质，培养他们实事求是、踏实细致、严肃认真的科学态度和克服困难的坚韧不拔的工作作风。
三、重点与难点
1．教学重点
（1）理解常用近代物理实验仪器的工作原理、使用知识；
（2）新的实验技术、计算机辅助实验。
2．教学难点
培养学生敏锐的观察能力，分析、归纳、综合能力，培养创新意识和掌握新技术的能力。
四、实验项目名称和学时分配
序号
实验项目名称
实验性质（打）
学时分配
必做或选做
每组人数
基础性
设计或综合性
课内
课外
0
绪论
3
必开
教学班
1
夫兰克-赫兹实验
6
选做
2-6人/组
2
电光、磁光效应实验
6
必做
2-6人/组
3
等离子体辉光放电特性实验
6
选做
2-6人/组
4
全息摄像
6
选做
2-6人/组
5
阿贝成像原理与空间滤波
6
选做
2-6人/组
6
声光效应
6
选做
2-6人/组
7
多晶体德拜相分析
6
选做
2-6人/组
8
半导体激光器电学、光学参数的测量
6
选做
2-6人/组
9
真空镀膜
6
选做
2-6人/组
10
微波技术与测量
6
必做
2-6人/组
11
微弱信号的检测
6
必做
2-6人/组
12
超声探伤
6
必做
2-6人/组
13
超导体电阻-温度特性测量
6
选做
2-6人/组
14
扫描隧道显微镜实验
6
必做
2-6人/组
五、单项实验内容和目的
1．夫兰克-赫兹实验
实验内容：
测量汞原子第一激发电位
实验要求：
通过对汞原子第一激发电位的测量，了解夫兰克和赫兹在研究原子内部能量问题时所采用的基本方法，了解电子对与汞原子碰撞和能量交换过程的微观图象和影响这过程的主要物理因数，进一步理解波尔理论。
主要仪器：
夫兰克-赫兹实验实验仪、加热炉、温度控制仪。
2．电光、磁光效应实验
实验内容：
掌握晶体的电光效应和实验方法，掌握LiNbO3电光晶体半波电压和晶体透过率的测量方法。
实验要求：
了解晶体电光调制器的工作原理，法拉第磁光效应的物理原理。
实验仪器：
电光效应实验仪，法拉第磁光效应实验仪。
3．等离子体辉光放电特性实验
实验内容：
观察在低气压下的辉光放电现象及测量等离子的电子等效温度、电子浓度、正负离子的平均速度、平均动能等参数。
实验要求：
了解气体辉光放电等离子区的特性，用试探电极法研究等离子区，测量试探电极的伏安特性。
主要仪器：
等离子体特性测量仪。
4．全息摄像
实验内容：
制作平面型透射全息图和体积型反射全息图，并分析成图；制作全息光栅。
实验要求：
了解全息摄像的基本原理，加深对光波动性的理解，熟悉全息摄像的拍摄过程。
主要仪器：
全息摄像装置。
5．阿贝成像原理与空间滤波
实验内容：
利用光具座、傅立叶透镜组和光学滤波器等对光学成像进行加工、变换，获得所需光学信息。
实验要求：
学习阿贝成像原理，了解透镜的傅立叶变换性质，掌握空间滤波的一般方法。
主要仪器：
光具座、傅立叶透镜、光学滤波器。
6．声光效应
实验内容：
观察喇曼-纳斯衍射和布拉格衍射，比较两种衍射的实验条件和特点，在布拉格衍射下测量衍射效率、带宽、偏转角。
实验要求：
了解声光效应的原理，了解喇曼-纳斯衍射和布拉格衍射的实验条件和特点，通过对声光器件衍射效率和带宽等的测量，加深对其概念理解，测量声光偏转和声光调制曲线。
主要仪器：
SO2000型声光效应实验仪、示波器、频率计。
7．多晶体德拜相分析
实验内容：
对Cu晶体粉末衍射形成的德拜相进行测量分析，计算出Cu晶体的晶格常数，确定晶胞的点阵结构类型。
实验要求：
了解X射线晶体结构分析仪的结构及工作原理，学会立方晶体粉末衍射花样的分析方法。
主要仪器：
JF-2型X射线晶体结构分析仪、阿贝比长仪。
8．半导体激光器电学、光学参数的测量
实验内容：
测量半导体激光器阈值电流、输出功率、输出模式等基本参数。
实验要求：
了解半导体激光器的基本工作原理和基本测量技能，掌握激光器常用测量技术。
主要仪器：
半导体激光器综合实验仪等。
9．真空镀膜
实验内容：
分别用蒸发镀膜和溅射镀膜两种方法制备银膜。
实验要求：
了解蒸发镀膜和溅射镀膜的原理，并学会两种方法制备银膜的工艺。
主要仪器：
WDY-V型电子衍射仪、真空溅射镀膜仪。
10．微波技术与测量
实验内容：
测量微波信号的频率、功率，测定波导波长和驻波比。
实验要求：
学会使用微波器件，了解微波振荡源的工作特性和微波传输特性，掌握频率、功率以及驻波比等基本量的测量。
主要仪器：
固态微波信号发生器、波导管、晶体检波器。
11．微弱信号的检测
实验内容：
移相器、相移检波器、低通滤波器工作特性测量；噪声淹没的弱信号检测；PN结电容与杂质测量。
实验要求：
了解锁定放大器的组成，掌握锁定放大器的正确使用方法，学会一些微弱信号的检测技术。
主要仪器：
ND-202型锁定放大器、数字存储示波器、数字频率计、传感器综合实验台
12．超声探伤
实验内容：
测量超声波在介质中的吸收系数，测量频率与电压的关系，测超声波声场分布。
实验要求：
了解超声波的物理特性和产生机制，运用超声波检测声场分布，学会超声探伤综合实验仪的使用方法。
主要仪器：
超声探伤综合实验仪。
13．超导体电阻-温度特性测量
实验内容：
测量超导体样品在恒定电流下的R-T曲线，并测定转变温度。
实验要求：
了解高临界超导材料的基本特性及其测试方法，了解高温超导体转变温度测定仪的结构及工作原理，掌握其使用方法。
主要仪器：
高温超导体转变温度测定仪和计算机、打印机。
14．扫描隧道显微镜实验
实验内容：
光栅样品图象扫描、高序石墨原子（HOPG）图象扫描
实验要求：
了解扫描隧道显微镜的结构及工作原理，掌握用扫描隧道显微镜观察样品扫描图象的方法，并学会处理图像的技术。
主要仪器：
扫描隧道显微镜（STM）和计算机、打印机。
六、考核方式
考查，其中实验预习、实验操作和实验报告分别占总成绩的20%、40%和40%。
七、推荐教材与参考资料
1．选用教材：
[1]吴先球，熊予莹主编.《近代物理实验教程》（第二版）.科学出版社，2009.3
2．主要参考书：
[1]张天喆，董有尔主编.《近代物理实验》（第一版）.科学出版社，2004.1
[2]郑振维等主编.《近代物理实验》（第一版）.国防科技大学出版社，1990.4
[3]高铁军，朱俊孔主编.《近代物理实验》（第一版）.山东大学出版社，2002.9
[4]林木欣主编.《近代物理实验》.北京：
科学出版社，2000
“近代物理实验
（一）”实验教学大纲
大纲执笔人：
彭石林课程负责人：
彭石林大纲审核人：
李亚捷
课程编号：
0702000165
英文名称：
THETEACHINGOUTLINEOFMODERNPHYSICSEXPERIMENTS
（1）
学分：
1.5
学时：
45
适用对象:
物理学专业本科生
先修课程：
光学、量子物理、电动力学、原子物理学、固体物理、统计物理等
一、课程性质与目的
物理学是一门以实验为基础的科学。
实验教学是培养合格科学工作者必不可少的教学组成部分。
近代物理实验又是一门综合性、技术性较强的课程。
并且是衡量一个学校物理系水平高低的标尺。
无论在国内，还是在国外，都十分重视近代物理实验的建设和发展。
本课程的主要目的：
通过近代物理实验，充实和活跃学生的物理思想，培养学生敏锐的观察能力，分析、归纳和综合能力，培养创新意识和掌握新技术的能力。
较为严格和系统地训练学生掌握基本物理实验技能，掌握科学实验的基本知识、方法和技巧；进一步培养学生的综合素养、严谨的科学作风、求实的科学精神，并具备一定的独立工作能力和科学研究能力。
二、基本要求
1．学习如何用实验方法和技术研究物理现象和规律，通过那些在物理学发展史上起过重大作用的近代物理实验的训练，培养他们在实验过程中发现问题、分析问题和解决问题的能力；
2．学习近代物理主要领域中的一些基本实验方法和技术，掌握有关仪器的性能和使用，掌握计算机在实际中的一些基本应用技术；
3．通过实验预习，培养学生查阅文献、阅读资料、选择拟定实验方案的能力，实验后，通过对实验现象的分析、实验数据的处理及对实验结果的综合等，提高学生撰写实验报告的能力；
4．通过学习某些前沿领域中的近代物理实验，开阔学生的眼界，激发学生的创新意识，培养学生使用新设备、新仪器及采用新技术的能力；
5．提高学生的综合素质，培养他们实事求是、踏实细致、严肃认真的科学态度和克服困难的坚韧不拔的工作作风。
三、重点与难点
1．教学重点
（1）理解常用近代物理实验仪器的工作原理、使用知识；
（2）新的实验技术、计算机辅助实验。
2．教学难点
培养学生敏锐的观察能力，分析、归纳、综合能力，培养创新意识和掌握新技术的能力。
四、实验项目名称和学时分配
序号
实验项目名称
实验性质（打）
学时分配
必做或选做
每组人数
基础性
设计或综合性
课内
课外
0
绪论
3
必开
教学班
1
NaI单晶γ闪烁仪与γ能谱测量
6
选做
2-6人/组
2
核衰变的统计规律
6
必做
2-6人/组
3
γ射线的吸收与物质吸收系数的测定
6
选做
2-6人/组
4
单能电子物质阻止本领和半吸收厚度的测定
6
选做
2-6人/组
5
快速电子的动量与动能的相对论关系
6
选做
2-6人/组
6
塞曼效应
6
必做
2-6人/组
7
光栅光谱实验
6
必做
2-6人/组
8
光拍法测光速
6
必做
2-6人/组
9
单光子计数实验
6
必做
2-6人/组
10
核磁共振的稳态吸收
6
选做
2-6人/组
11
脉冲核磁共振
6
必做
2-6人/组
12
传感器技术应用实验
6
选做
2-6人/组
13
电子衍射
6
必做
2-6人/组
14
激光拉曼光谱实验
6
必做
2-6人/组
五、单项实验内容和目的
1．NaI单晶γ闪烁仪与γ能谱测量
实验内容：
测量137Cs、60Co的γ能谱，并求出相关各项指标。
实验要求：
了解NaI（Tl）闪烁谱仪的结构、原理，掌握闪烁谱仪的使用方法，通过对γ能谱的测量，加深γ射线与物质相互作用规律的理解。
主要仪器：
RES相对论效应实验谱仪整套，包括：
γ放射源137Cs和60Co（强度≈1.5微居里）、200μmAl窗、NaI（Tl）闪烁探头、高压电源、放大器、多道脉冲幅度分析器和计算机、打印机。
2．核衰变的统计规律
实验内容：
测量NaI（Tl）闪烁晶体探测器的坪曲线，选定合适工作电压后，在相同条件下对放射源进行重复测量，并分析、检测放射性计数的统计分布类型。
实验要求：
了解并验证原子核衰变及放射性计数的统计性，了解统计误差的意义，掌握计算统计误差的方法，学习检验测量数据的分布类型的方法。
主要仪器：
RES相对论效应实验谱仪整套和计算机、打印机。
3．γ射线的吸收与物质吸收系数的测定
实验内容：
分别测量137Cs和60Co的γ射线在一组吸收片中的吸收曲线，并用最小二原理拟合求线性吸收系数。
实验要求：
了解γ射线与物质相互作用的特性，了解窄束γ射线在物质中的吸收规律及测量其在不同物质中的吸收系数。
主要仪器：
RES相对论效应实验谱仪整套，Pb、Cu、Al吸收片若干和计算机、打印机。
4．单能电子物质阻止本领和半吸收厚度的测定
实验内容：
测量铝箔对单能电子的阻止本领及单能电子在铝吸收体中的半吸收厚度。
实验要求：
了解β粒子与物质相互作用的特性，了解β粒子在物质中能量损失的方式，测量单能电子在物质中的吸收规律。
主要仪器：
RES相对论效应实验谱仪整套，半圆聚焦β磁谱仪、β放射源90Cr-90Y（强度≈1毫居里）、定标用γ放射源137Cs和60Co（强度≈1.5微居里）、一定厚度的铝箔（50μm、300μm、400μm、500μm）和计算机、打印机。
5．快速电子的动量与动能的相对论关系
实验内容：
首先测量快速电子的动量和动能，然后验证快速电子的动量与动能之间的关系符合相对论效应。
实验要求：
通过对快速电子的动量值和动能值的同时测定来验证动量与动能之间的相对论关系，同时从中学习到β磁谱仪测量原理、闪烁计数器的使用方法及一些实验数据处理的思想方法。
主要仪器：
RES相对论效应实验谱仪整套，（真空、非真空）半圆聚焦β磁谱仪、β放射源90Cr-90Y（强度≈1毫居里）、定标用γ放射源137Cs和60Co（强度≈1.5微居里）、数据处理计算软件和计算机、打印机。
6．塞曼效应
实验内容：
用高分辨率的分光器件法布里-珀罗标准具观察5461Å汞绿线的塞曼效应并用CCD摄像头捕捉图象，确定能级的量子数与朗德因子，绘出跃迁的能级图，再用直读式望远镜测量谱线分裂的波长差，计算出电子荷质比e/m值。
实验要求：
了解用法布里-珀罗标准具测量波长差值的方法，了解线阵CCD器件的原理和应用，观察汞5461Å光谱线的塞曼效应，测定电子荷质比e/m值。
主要仪器：
ZM2000型塞曼效应实验仪和计算机、打印机、特斯拉计。
7．光栅光谱实验
实验内容：
学习摄谱、识谱和谱线测量等光谱研究的基本方法，分析并测量钠、氢、氘、氦等的原子光谱，验证巴尔末公式，测定氢（氘）的里德伯常数。
实验要求：
学会组合式多功能光栅光谱仪的使用，加深对光栅原理的理解，通过对氢原子光谱的观察分析，加深对原子中电子轨道运动与自旋相互作用的了解。
主要仪器：
WGD-8A型组合式多功能光栅光谱仪和计算机、打印机。
8．光拍法测光速
实验内容：
用光拍法测量He-Ne激光在空气中的传播速度。
实验要求：
理解光拍频波的概念及声光调制获得相拍二光波的原理、掌握由光拍法测量光速的技术。
主要仪器：
LM2000C型光速测量仪、双踪示波器、数字频率计。
9．单光子计数
实验内容：
测量光电备增管输出脉冲幅度分布的积分曲线，确定测量弱光时的最佳甑别电平；测量暗计数率Rd和光计数率Rp随光电倍增管温度变化的关系曲线，研究工作温度对Rd和Rp的影响；研究光计数率Rp和入射光功率P的对应关系。
实验要求：
了解单光子计数方法的基本原理和基本实验技能；了解弱光检测中的一些主要问题；掌握一种弱光检测技术。
主要仪器：
SGD-2型单光子计数系统、计算机和打印机。
10．核磁共振的稳态吸收
实验内容：
观察核磁共振稳态吸收现象，测量1H和19F的磁旋比γ和g因子。
实验要求：
掌握稳态核磁共振实验原理和方法，观察核磁共振稳态吸收现象，测量1H和19F的磁旋比γ和g因子。
主要仪器：
核磁共振实验仪、双踪示波器、数字频率计。
11．脉冲核磁共振
实验内容：
观察核磁矩对射程脉冲的影响，测量横向驰豫时间T2，测量二甲苯的化学位移。
实验要求：
了解脉冲核磁共振条件，了解脉冲核磁共振捕捉范围以及差频现象，了解脉宽与信号的关系，了解自旋回波，利用自旋回波测量横向驰豫时间T2，利用计算机记录测量T2，做傅立叶变换（FFT），了解匀场系统作用，测量二甲苯的化学位移间隔，了解谱仪的工作原理。
主要仪器：
FD-PNMR-Ⅱ脉冲核磁共振仪、数字存储示波器和计算机、打印机。
12．传感器技术应用实验
实验内容：
测量电阻应变传感器单臂电桥灵敏度，比较单臂、半桥和全桥的灵敏度，霍尔传感器直流激励特性测试，交流激励特性测试。
实验要求：
熟悉CSY998型传感器综合实验仪的使用方法，了解金属箔式应变片单臂电桥的工作原理和灵敏度特性，了解霍尔传感器的工作原理和工作情况。
主要仪器：
CSY998型传感器综合实验仪。
13．电子衍射
实验内容：
观察电子束穿过多晶体Ag薄膜时的衍射图像，并拍摄图片输入计算机处理，计算电子波波长，验证德布洛意公式。
实验要求：
了解电子衍射的观察和分析方法；了解数字图像的处理方法；掌握WDY-V型电子衍射仪的操作技术。
主要仪器：
WDY-V型电子衍射仪、数码相机、计算机。
14．激光拉曼光谱实验
实验内容：
测量CCl4的拉曼光谱，从而获得其拉曼频移。
实验要求：
了解拉曼散射基本原理，掌握激光拉曼光谱分析的实验技术。
主要仪器：
LRSШ型激光拉曼光谱仪和计算机、打印机。
六、考核方式
考查，其中实验预习、实验操作和实验报告分别占总成绩的20%、40%和40%。
七、推荐教材与参考资料
1．选用教材：
[1]吴先球，熊予莹主编.《近代物理实验教程》（第二版）.科学出版社，2009.3
2．主要参考书：
[1]张天喆，董有尔主编.《近代物理实验》（第一版）.科学出版社，2004.1
[2]郑振维等主编.《近代物理实验》（第一版）.国防科技大学出版社，1990.4
[3]高铁军，朱俊孔主编.《近代物理实验》（第一版）.山东大学出版社，2002.9
[4]林木欣主编.《近代物理实验》.北京：
科学出版社，2000
“大学物理实验B”实验教学大纲
大纲执笔人：
唐贵平课程负责人：
唐贵平大纲审核人：
李亚捷
课程编号：
0702100025
英文名称：
CollegePhysicsExperimentB
学分：
1
学时：
30
适用对象:
特殊的理、工科专业及农、林、医科部分专业
先修课程：
高中物理
一、课程性质与目的
大学物理实验是教育部确定的高等学校6门主要基础课程之一，课程覆盖面广，具有丰富的实验思想、方法与手段，是高校学生进行科学实验基本训练的一门独立必修课程，也是一门先修基础课程。
本课程适合理、工科各专业，属于公共课。
通过学习物理实验中的一些常用方法、技术、仪器和知识，培养良好的实验习惯和严谨的科学作风。
二、基本要求
1.基本掌握测量误差的基本知识，初步具有正确处理实验数据的基本能力；
2.基本掌握基本物理量的测量方法，了解常用的物理实验方法，并逐步学会使用；
3.基本掌握实验室常用仪器的性能，并能够使用，基本掌握常用的实验操作技术；
4．加深对基本物理概念和基本物理定律的认识和理解；
5．建立用实验去观察、分析、研究物理现象和验证物理规律的基本概念，并初步具有这种能力；
6．提高进行科学实验工作的能力，包括实际动手能力、分析判断能力、独立思考能力、革新创造能力、归纳总结能力等。
三、重点与难点
1．教学重点
掌握物理实验常用仪器的使用、基本物理量的测量方法、常用的实验数据处理方法。
2．教学难点
调动学生上课的积极性。
四、实验项目名称和学时分配
序号
实验项目名称
实验性质（打）
学时分配
必做或选做
每组人数
基础性
设计或综合性
课内
课外
0
绪论
√
2
必做
1
1
长度和密度的测量
√
3
选做
1
2
用拉伸法测量金属丝的杨氏弹性模量
√
3
选做
1
3
用三线摆测量刚体转动惯量
√
3
选做
1
4
动量守恒定律的验证
√
3
选做
1
5
不良导体热导率的测定
√
3
选做
1
6
冰熔解热的测定
√
3
选做
1
7
空气热机实验
√
3
选做
1
8
单臂电桥原理与应用
√
3
选做
1
9
模拟法测绘静电场
√
3
选做
1
10
电学元件伏安特性的测量
√
3
选做
1
11
示波器的原理与应用
√
3
选做
1
12
电位差计的原理及应用
√
3
选做
1
13
铁磁材料特性的研究
√
3
选做
1
14
薄透镜焦距的测量
√
3
选做
1
15
等厚干涉原理与应用
√
3
选做
1
16
大学物理演示实验1
√
选做
1
17
大学物理演示实验2
√
选做
1
18
大学物理演示实验3
√
选做
1
19
电表的改装与校正
√
3
选做
1
20
霍尔效应及其应用
√
3
选做
1
21
用双臂电桥测量导体的电阻率
√
3
选做
1
22
迈克尔逊干涉仪的原理与应用
√
3
选做
1
23
分光计的调节与应用
√
3
选做
1
24
偏振光现象研究
√
3
选做
1
25
密立根油滴实验
√
3
选做
1
26
运用光电效应测量普朗克常数
√
3
选做
1
27
声速的测量
√
3
选做
1
28
光速的测量
√
3
选做
1
29
音频信号光纤传输技术实验
√
3
选做
1
30
PN结正向压降温度特性的研究
√
3
选做
1
31
弗兰克-赫兹实验
√
3
选做
1
32
传感器原理实验
√
3
选做
1
升级会员 