教学大纲

一、课程简介与要求

       “近代物理实验”是继“普通物理实验”之后的一门必修的核心实验课程,是为大学高年级学生开设的专业基础课。本课程的特点是:涉及的物理知识面较广、具有较强的综合性和技术性。

      课程目标通过近代物理实验丰富和活跃学生的物理思想,培养学生对物理现象的观察能力和分析能力,引导学生了解实验在物理学发展过程中的地位和作用,学习近代物理中一些常用的实验方法和技术,学习使用一些较大型和复杂的仪器,进一步培养良好的实验素养和严谨的科学作风,使学生获得一定的用实验方法和技术研究物理现象和规律的独立工作能力,通过综设性及创新性实验教学使学生初步掌握科学研究的基本过程及方法。

二、实验目的及要求

    1. 学习如何用实验方法和技术研究物理现象和规律,培养学生在实验过程中发现问题、分析问题和解决问题的能力。
    2. 学习近代物理某些主要领域中的基本实验方法和技术,掌握有关仪器的性能和使用方法,并通过实验加深对近代物理的基本现象及其规律的理解。
    3. 培养学生阅读参考资料,选择测量方法和仪器,正确操作、仔细观察、认真记录,巩固和加强有关实验数据处理及误差分析方面的训练。
    4. 培养实事求是、严肃认真的科学态度和刻苦钻研、坚韧不拔的工作作风以及科学、良好的实验素质和习惯。

三、实验方式与内容

       本课程教学总学时数为96,安排在第6学期和第7学期,共二个学期。绪论课及误差理论为2学时。学生在两个学期内做1012个基础性实验(学时数为6,学生隔周实验)1个综合性设计性实验(学时数为2436)

1.基础性实验

       基础性实验选取了近代物理发展过程中一些起过重大作用的著名实验,以及近代物理实验技术中有广泛应用的典型实验,包括原子物理、核物理、激光、真空、X射线、低温、固体物理、声学、微波、磁共振、计算机模拟和微弱信号检测技术等领域的内容。实验内容分为8个知识模块,共34个实验。

模块1:原子物理
1.1 
钠原子光谱
1.2 
密立根油滴实验
1.3 
塞曼效应
1.4 
拉曼光谱

模块2:原子核物理
2.1 
盖革-弥勒计数管的特性及放射性衰变的统计规律
2.2 
伽马射线能谱的测量
2.3 
符合测量
2.4 
用快速电子验证相对论效应

模块3:现代光学技术
3.1 
激光器特性及其参数测量
3.2  He-Ne
激光器纵模间隔的测定
3.3 
全息技术
3.4 
光学信息处理
3.5 
椭圆偏振法测量薄膜厚度、折射率和金属复折射率

模块4:低温与真空
4.1 
高真空的获得与测量
4.2
真空镀膜
4.3
蒸汽冷凝法制备纳米微粒
4.4
等离子体特性和参数测量

模块5X射线技术
5.1 
立方晶系点阵常数的测定
5.2 
劳厄相法测定单晶取向

模块6:固体物理
6.1 
电阻温度关系和减压降温技术
6.2 
高温超导体基本特性的测量
6.3 
用电容-电压法测半导体杂质浓度分布
6.4  
霍耳效应
6.5 
铁电体电滞回线及居里温度的测量
6.6 
扫描探针显微镜

模块7:微波磁共振技术
7.1 
微波的传输特性和基本测量
7.2 
核磁共振的稳态吸收
7.3 
电子自旋共振
7.4 
光泵磁共振
7.5 
核磁共振成像

模块8:计算机数值模块与弱信号检测
8.1 
计算机数值模拟实验
8.2 
锁相放大实验
8.3 
信号取样平均实验
8.4 
单光子计数实验                           

       2.综合性设计性实验

       要求学生通过科学实验研究的全过程, 培养学生勤于动手、敏于观察、科学分析和独立工作的能力,养成对科学工作的严肃认真、团结协作以及实事求是的工作作风,加强实验技能的训练,提高学生的综合能力,为以后进行科研工作奠定坚实的基础。

四、组织形式与指导方法

基础性实验的主要教学方式是在老师指导下,学生一般为2人一组进行实验。教学中提倡学生之间良好合作、积极讨论和交流。

    • 综合性设计性实验的主要指导形式如下:
    • 教师给出指导思想、给定实验目的要求和实验条件、涉及到的内容或知识点,由学生自行设计实验方案并加以实现。
    • 学生以实验小组为单位,利用业余时间查阅文献资料,撰写出实验设计方案。
    • 小型设计答辩。每个小组派1名同学陈述实验设计方案的背景知识、实验目的、实验方法、预期结果。由教师和同学提出问题,对实验的技术路线和可行性作修改。
    • 实验过程。
    • 写出完整的小结论文,按正式发表的论文格式撰写。

要持之以恒地开展近代物理实验教学改革和教学研究,推广计算机在实验中的应用,妥善处理使用大型精密仪器和培养学生实验技能的关系,切实保证和提高近代物理实验课程的教学质量。

五、考试方法及评分

       本课程的考核以平时成绩与期末考试成绩来综合评定,期末考试方式有操作考试和理论考试。每个学期均评定一次成绩并登记1次学分。总学分为5,每学期2.5个学分。

平时成绩的计算方法

    1. 基础性实验评分采用百分制,课程成绩为各次实验评分的算术平均值。单次实验评分亦采用百分制:预习占20 分,课堂操作占50 分,实验报告占30 分。
    2. 综合性设计性实验评分采用百分制。实验成绩的考评注重过程评价,倡导并鼓励创新。由实验方案、实验过程和纪律、实验仪器的正确规范使用、实验操作熟练程度、研究报告的创新性和答辩情况而定。

六、主要仪器设备

       Boxcar平均器,正电子寿命测量系统,穆斯堡尔谱仪,光时域反射仪,氩离子激光器, WDP500-2A型平面光栅单色仪,SGI图形工作站, 双通道实时示波器, 数字信号平均器, 锁相放大器, 多功能智能椭偏测厚仪等。

七、教材及参考书

    1. 吴先球、熊予莹主编,《近代物理实验》(第二版),科学出版社,2009
    2. 林木欣主编,《近代物理实验教程》,科学出版社,1999年。
    3. 吴思诚、王祖铨主编,《近代物理实验》(第三版),高等教育出版社,2005年。
    4. 自编讲义《综设性及创新性物理实验讲义》。
    5. 各实验室提供的参考资料。
Last modified: Sunday, 25 June 2017, 10:50 AM