近代物理实验教学大纲

近代物理实验教学大纲

(供物理类专业使用)

课程名称：近代物理实验

英文名称：Experiment of Modern Physics

实验总学时：108学时（包括绪论课，考试）

周学时：7-8学时

开设实验数：22个实验，每个学生从中选做12个实验

实验课学分：3学分

学生对象：物理基地班、物理学、材料物理专业学生必修，电子科学与技术专业学生选修

一、 教学目标

近代物理实验是一门涉及知识面广、综合性和技术性较强的实验课，在整个物理实验教学体系中具有承上启下的作用，它从近代物理的主要领域选取一些在物理学发展史中起过重要作用的著名实验以及在实验方法和实验技术上有代表性的实验进行教学。在教学中要求对学生进行严格的实验素质训练，活跃学生的物理思想，锻炼他们对物理现象的洞察力，正确认识新的物理概念的产生、形成和发展过程，培养严谨的科学作风和用实验方法

研究物理现象与规律的独立工作能力。

二、 教学内容及学时分配

绪论课（4—8学时）

1. 介绍近代物理实验的目的、学习方法

2. 有关实验的理论基础、原理方法和数据处理的理论与要求

3. 实验报告的基本要求

4. 实验课的要求、实验规则及实验安全事项

实验内容

1. 在近代物理学发展史上有重大影响的实验主要是获得诺贝尔奖的实验。这类实验占50%以上。

2. 学生不仅能获得良好实验方法、技能的驯练，而且也是今后从事研究工作常用到的实验

3. 具有武汉大学物理学院科学研究领域内的特色，从研究课题移植过来的实验

4. 实验室开发的具有综合性、研究性、设计性，最主要的是具有本校特色的实验

学生从22个实验中选做12个实验，每个实验7—8学时

实验名称及内容摘要 1. 电子电荷的测定

本实验利用CCD图像传感器跟踪带电油滴在两平行电容板间的运动，利用密立根油滴实验仪测量电子电荷；同时学习电视显微测量方法

2. 塞曼效应

学习观察塞曼效应的实验方法；研究汞原子的发射谱5461A线在磁场中分裂的情况；分裂成几条？裂距有多大？偏振状态如何？由塞曼裂距推算电子的荷质比e/m。

3. 射线能谱

掌握单道NaI(Tl)闪烁谱仪的工作原理与使用方法；鉴定谱仪的能量分辨与线性；通过对能谱的测量，加深对射线与物质相互作用规律的理解。

04. 康谱顿散射

了解康谱顿效应所反映的射线与物质相互作用效应；验证康谱顿散射的光子能量及微分截面与散射角的关系。

5. 卢瑟福散射

通过卢瑟福散射实验掌握原子的核结构模型，验证卢瑟福散射的微分散射截面公式，了解近代物理中有关粒子探测技术。

6. G-M管记数器及核衰变的统计规律研究

掌握G-M管记数器的原理、特性与使用方法；认识放射性原子核衰变的统计规律，验

证泊松分布（或高斯分布）；正确表达放射性测量结果的统计误差，学习检验测量数据的分布类型。

7. 高速电子的E-P相对论关系研究

掌握高速电子的动量和动能的测量，研究它们的经典力学关系和相对论关系，从实验上证明相对论关系的正确性。

8. 电磁波波动性及微波模拟晶体衍射

通过电磁波的干涉、衍射、偏振特性的实验掌握电磁波的波动特性。通过微波模拟晶体的布拉格衍射，直观地证明x射线衍射研究晶体结构的原理。

9. 微波测量

掌握微波谐振腔驻波波长的测量，反射系数的测量。波导管的特性以及波导管中波传播的相速度和群速度

10. 电子自旋共振

掌握电子自旋在微波电磁场作用下的共振吸收研究方法，测量实验样品DPPH自由基电子的g因子与共振线宽。

11. 核磁共振

通过实验掌握NMR波谱仪的工作原理和实验所需的基本设置及仪器；了解NMR技术是测量核磁矩和对磁场精确定标的方法之一；了解弛豫时间在磁共振中的重要作用及在样品中添加顺磁离子对共振强度的影响。

12. 光磁共振

掌握光磁共振研究原子分子能级的精细结构和超精细结构的实验方法。加深对原子超精细结构光跃迁和磁共振的理解，以及了解光磁共振在量子频标、弱磁场测量方面的应用。

13. 铁磁共振

掌握微波磁共振探测物质微观结构的一种方法。观察铁氧体的磁共振谱线，测定共振宽度H，g因子和弛豫时间。

14. 激光拉曼光谱

通过测定CCl4的激光拉曼光谱，熟悉拉曼光谱实验方法，了解拉曼光谱与分子振动-转动能级的关系，为进一步使用拉曼光谱研究分子结构打下基础。

15. 固体GAY激光器极其调Q、倍频技术

掌握固体激光器的基本构成和谐振腔调整方法、激光器调Q的原理及方法；和采用KTP晶体倍频的非线性光学原理。

16. 单光子计数

了解单光子记数这一广泛使用的记数的基本要素；掌握测量微弱信号的一种基本方法，以及多道分析器的工作原理

17. 光纤传输技术

了解数字光迁通信系统的基本组成；调试相关参数对通信质量的影响；实现计算机ASKII码和语言信号的光迁传输。

18. 变温霍尔效应

掌握半导体材料或其他有关材料在不同温度下的霍尔系数的测量方法；由变温下的霍尔系数研究材料的导电类型、载流子密度、迁移率、电阻率及禁带宽度等特性。

19. 扫描隧道显微镜

掌握扫描隧道显微镜的工作原理；探测样品的三维实空间信息；求出表面的局域电子态密度和局部功函数，并对钠米结构进行研究。

20. x射线衍射

掌握x射线衍射研究晶体结构的实验方法；测量多晶的晶格常数。

21. 高温超导材料特性

测量超导材料的电阻率随温度的变化系数；掌握液氮制冷、控温方法；掌握四端法测量超导材料的电阻及消除热电势影响的方法。

22. 穆斯堡尔谱分析

掌握穆斯堡尔谱仪的基本结构和实验方法；测量Fe的穆斯堡尔谱并计算Fe核基态和激发态磁矩，以及激发态寿命。

三、 教学方式

1．实验前的预习，主要是预习本实验的基本原理。

2．实验课预习，每次实验课前2个课时进一步结合实验装置预习实验原理，了解要

完成的实验内容，实验方法，实验装置和注意事项，并回答老师提出的问题。

3． 以学生独立做实验为主，教师加以指导。允许互相讨论和与老师讨论分析。

4． 完成实验后老师要检查实验结果，对存在的问题当时指出，若结果不正确，必须重做实验。

四、考核方法

1．本课程的考核以平时成绩为主，主要考察学生的独立实验能力，认真态度，实验结果和报告质量。对有独到见解的学生给高分。

2． 期终进行笔试考核，约占总成绩的20~30%。

五、教材

近代物理实验教材 周孝安等编著 武汉大学出版社

近代物理实验补充讲义

武汉大学物理实验中心近代物理实验室

2004年2月