《近代物理实验》课程教学大纲
Modern Physics Experiments
主撰：屈光辉 审核： 批准：
一、课程基本信息
课程名称 |
近代物理实验 |
课程代码 |
|
学 分 |
1.5 |
总学时 |
45 |
讲课学时 |
0 |
上机学时 |
0 |
实验学时 |
45 |
课程A/B类归属 |
B类 |
开课学期 |
第五、六学期 |
先修课程 |
量子力学（08113010）、原子物理（08112980） |
适用专业 |
应用物理学 |
开课单位 |
理学院应用物理系 |
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二、课程性质与目的
“近代物理实验”是继“普通物理实验”后的一门重要的技术基础实验课程，本课程所涉及的物理知识面较广，具有较强的综合性和技术性。近代物理实验大都选用了近代物理学发展中的著名实验，其实验方法及实验技巧具有代表性。实验原理比较复杂，涉及到的知识面较广。无论是实验的设计思想和仪器设备，还是实验所导致的结论，都曾对物理科学和近代科学技术的推动都做出了重大的贡献。
所选用的一些实验的物理理论、实验思想、实验测试方法和手段，现在仍被物理学的研究和化学、生物学、医疗、电子通讯等广大工程技术领域所采用。所以，重点讲授这些实验方法、实验技巧及实验原理，做好这些实验，可使学生学习如何用实验手段探索物理规律，加深对经典物理研究对象的微观机制的认识和了解。同时又能提高学生个人发现问题、分析问题、解决问题的能力。
三、教学目标及其对毕业要求的支撑
（一）教学目标
通过近代物理实验，丰富和活跃学生的物理思想，培养他们对物理现象的观察能力和分析能力，引导他们了解实验物理在物理概念的产生、形成和发展过程中的作用，学习近代物理中用到的一些科学仪器和装置的知识和操作技能，掌握近代物理实验科学研究的方法，进一步培养正确的和良好的实验习惯以及严谨的科学作风，一定程度上，使学生具有用实验方法和技术研究物理现象及其规律的独立工作能力，为学生掌握、应用和发展新技术打好坚实的物理实验基础。
本课程通过本实验教学环节，使学生掌握近代物理学的研究方法及测量技能，能规范熟练使用各种测量仪器，科学地处理数据和分析实验结果。
教学目标具体要求如下：
（1）学生需要掌握近代物理实验原理；
（2）要求学生掌握近代物理实验的实验设计思想及方法；
（3）要求学生掌握近代物理实验仪器的使用方法和实验注意事项；
（4）学生能够根据已有的近代物理知识，分析实验结果，总结物理规律。
（二）教学目标对毕业要求的支撑矩阵
毕业要求及其指标点 |
教学目标 |
（1） |
（2） |
（3） |
（4） |
2问题分析 |
2-1 |
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√ |
2-2 |
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√ |
2-3 |
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4研究 |
4-1 |
√ |
√ |
√ |
√ |
4-2 |
√ |
√ |
√ |
√ |
5使用现代工具 |
5-1 |
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√ |
√ |
5-2 |
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√ |
√ |
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5-3 |
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√ |
√ |
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8职业规范 |
8-2 |
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四、教学内容
（一）教学内容结构关系图
（二）具体教学内容
1．不良导体导热系数测量（5学时）
（1）教学内容
根据傅里叶热传导公式，认识不良导体热导率测量的原理，实验仪器的设计思想；掌握稳态法的测试方法，理解散热盘散热速率作为样品导热速率的依据。进一步讨论和认识稳态法对热的良导体导热系数的测量。
（2）对毕业要求的支撑
本实验内容对毕业设计指标2、4、5、8起到很好的支撑作用
2．核磁共振（5学时）
（1）教学内容
认识仪器，了解核磁共振仪使用方法和仪器使用注意事项；配置离子溶液；调出核磁共振波形；测量共振频率；观察李萨茹图形。
（2）对毕业要求的支撑
本实验内容对毕业设计指标2、4、5、8起到很好的支撑作用
3．偏振法测量薄膜厚度（6学时）
（1）教学内容
认识仪器，了解椭圆偏振仪使用方法和仪器使用注意事项；调平椭偏仪的载物台；放上样品，用椭圆偏振光测薄膜厚度（要求至少测量2个样品），记录起偏角和检偏角；按要求处理数据，并在计算机上查表求出响应薄膜厚度。
（2）对毕业要求的支撑
本实验内容对毕业设计指标2、4、5、8起到很好的支撑作用
4．电子顺磁共振（6学时）
（1）教学内容
认识仪器，了解波导管传输微波的性质和仪器使用注意事项；调出电子顺磁共振吸收波形；调出共振吸收的李萨茹图形；观察色散波形。
（2）对毕业要求的支撑
本实验内容对毕业设计指标2、4、5、8起到很好的支撑作用
5．塞曼效应（6学时）
（1）教学内容
认识仪器，了解仪器使用方法和仪器使用注意事项；将各个光学元件中心调整到同一直线；调出干涉条纹；改变磁场强弱，观察条纹分裂情况；测量条纹分裂与励磁电流的对应关系。
（2）对毕业要求的支撑
本实验内容对毕业设计指标2、4、5、8起到很好的支撑作用
6．夫兰克—赫兹实验（5学时）
（1）教学内容
通过测定氩原子的第一激发电位，证明原子能级的存在；分析温度、灯丝电流等因素对夫兰克—赫兹实验曲线的影响；了解计算机实时控制系统的一般原理和使用方法。
（2）对毕业要求的支撑
本实验内容对毕业设计指标2、4、5、8起到很好的支撑作用
7．电子和场（5学时）
（1）教学内容
认识仪器，了解仪器的使用方法和仪器使用注意事项；测量热电子发射的电子逸出功；研究电子在电磁场中运动的磁控条件；掌握作图法处理数据的思想与技巧。
（2）对毕业要求的支撑
本实验内容对毕业设计指标2、4、5、8起到很好的支撑作用
8．磁性材料居里点测试（5学时）
（1）教学内容
分析常见三种磁性材料的磁化机理，学习磁畴的概念。测量磁性材料的磁化曲线和磁滞回线。学习用观察法和感应法分别测量材料的居里温度。
（2）课程思政育人要素
在实践教学中，在铁磁材料的讲解中，引入最新的科研热点：铁基超导体材料。新型超导材料是超导电工技术发展的基础，到目前为止，虽然科学家发现了上千种超导材料，但绝大部分材料只有在极低的温度或者极端条件下才能维持超导状态，不利于实用化研究。中国科学院物理研究所和中国科学技术大学研究团队因为在“40K以上铁基高温超导体的发现及若干基本物理性质研究”方面的突出贡献获得了国家自然科学一等奖。他们虽然默默无闻，但所做的杰出贡献都在铁基超导体的研究中熠熠闪光。让学生明白在建设社会主义现代化强国的过程中，有很多人为此做出了和正在做出努力，正是由于他们在祖国建设中的付出和努力，才使得“科技强国”成为可能。通过讲述物理学家的爱国故事，坚定学生的理想信念和爱国情怀。
（3）对毕业要求的支撑
本实验内容对毕业设计指标2、4、5、8起到很好的支撑作用
9．光电效应及普郎克常数测定（6学时）
（1）教学内容
认识仪器，了解光电效应仪使用方法和仪器使用注意事项；针对一定波长的入射光，测量光电管的伏安特性；测量光电管的暗电流；测定普朗克常数。
（2）课程思政育人要素
在光电效应实验内容的讲解中，由于学生未接触量子力学，要引导学生对光的波粒二象性的理解。光既是波，也是粒子，他们之间可以相互转换。在本实验中，光表现出来的是“粒子性”，但“波动性”仍然存在，两者看似矛盾，实质上是统一的。通过这样的“对立统一”思想，可以培养学生站在哲学的高度，运用对立统一的思想辩证地去思考和解决问题的能力。
（3）对毕业要求的支撑
本实验内容对毕业设计指标2、4、5、8起到很好的支撑作用
10．密立根油滴实验（6学时）
（1）教学内容
学习密立根油滴实验的实验设计思想，学习油滴仪的调平和使用方法，选取合适的油滴，测量油滴的平衡电压和下落时间，采用计算机辅助计算，利用作图法处理数据获得基本电荷电量。对结果进行分析。
（2）对毕业要求的支撑
本实验内容对毕业设计指标2、4、5、8起到很好的支撑作用
11．阿贝成像与空间滤波（6学时）
（1）教学内容
了解阿贝成像原理，理解透镜孔径对成像的影响；了解透镜傅里叶变换及空间频谱概念；掌握在相干光源条件下调节多透镜共轴。
（2）对毕业要求的支撑
本实验内容对毕业设计指标2、4、5、8起到很好的支撑作用
五、教学方法
实验课前要求学生必须充分预习，完成实验预习报告；学习实验内容的基本原理及注意事项；教师对学生的预习采用检查报告和口头提问的形式进行检查。实验课堂教学中，教师用简短的语言强调实验内容的难点和注意事项，学生独立完成实验，教师课堂监督指导；课后学生需按时完成实验报告和结果分析，老师评阅，对学生的问题予以回答，指出学生可以改进提高的地方。
六、考核及成绩评定
1、近代物理实验课程的考核，任课教师可根据平时成绩确定部分学生免试，免试人数一般不超过全部人数的三分之一；免试学生成绩由平时成绩确定。其余学生需要参加其中实验技能考试。
2、平时成绩根据学生实验预习情况、实验操作情况和实验报告质量进行评定。
3、参加考试学生的成绩由平时成绩与期终考试成绩综合评定，期终考试可以采取笔试、口试和操作考试等多种方式。
成绩评定 |
评价环节 |
教学目标 |
平时成绩（80%） |
实验预习（20%） |
2、4、8 |
考勤和课堂表现（5%） |
2、5 |
实验操作与测试报告（30%） |
2、4、5 |
结果处理与评价分析（25%） |
2、4、5、8 |
期终考核（20%） |
试卷或其他考核形式（20%） |
2、4、5 |
通过实验预习、随堂操作实验仪器、课后处理实验报告、期终考试等对学生物理专业核心知识、应用物理知识的能力，分析物理过程的能力，解决问题的能力，相互协作的能力，写作研究报告的能力等进行考核，即对毕业要求2、4、5、8的相关指标点的达成度进行评估
七、实验项目的设置及学时分配
实验教学：60学时。实验项目见下表：
序号 |
实验项目名称 |
学时 |
实验类型 |
要求 |
适用专业 |
1.
|
不良导体导热系数测量 |
4 |
综合 |
必做 |
应用物理学 |
2.
|
核磁共振 |
5 |
验证 |
必做 |
应用物理学 |
3.
|
偏振法测量薄膜厚度 |
5 |
综合 |
必做 |
应用物理学 |
4.
|
电子顺磁共振 |
5 |
验证 |
必做 |
应用物理学 |
5.
|
塞曼效应 |
5 |
验证 |
必做 |
应用物理学 |
6.
|
夫兰克—赫兹实验 |
5 |
验证 |
必做 |
应用物理学 |
7.
|
电子和场 |
4 |
综合 |
必做 |
应用物理学 |
8.
|
磁性材料居里点测试 |
4 |
验证 |
必做 |
应用物理学 |
9.
|
光电效应及普郎克常数测定 |
4 |
验证 |
必做 |
应用物理学 |
10.
|
密立根油滴实验 |
4 |
验证 |
必做 |
应用物理学 |
11.
|
阿贝成像与空间滤波 |
6 |
验证 |
选做 |
应用物理学 |
12.
|
巨磁阻效应 |
6 |
验证 |
选做 |
应用物理学 |
13.
|
面阵CCD特性研究 |
6 |
验证 |
选做 |
应用物理学 |
八、教材及参考书
1、《大学物理实验教程》（第二版），主编：施卫，出版社：机械工业出版社。
2、校编教材《近代物理实验讲义》。
九、执行大纲应注意的问题
1、自编教材由老师提供给学生电子版。
2、绪论课之后，由于实验仪器套数所限，做实验过程中，根据人数多少分组进行，每个学生做实验顺序，由老师安排。
