课程负责人：李国庆

课程简介：

《近代物理实验》是继《普通物理实验》之后，面向理科物理学类（师范、非师范）专业高年级学生开设的专业实验课程，材料、化学等相关专业学生也可以选修。实验内容涵盖原子物理、原子核物理、激光与近代光学、真空、X射线、电子衍射、磁共振、微波、低温和半导体等物理学各主要分支领域，主要是近现代物理学发展过程中具有开拓性意义并且其核心思想仍然在当今科学技术发展中发挥作用的实验，是培养学生实验技能的重要课程之一，具有承上启下的作用。课程着眼于掌握物理学领域科学研究工作必备的实验方法，进一步综合掌握物理学严谨的基本概念和实验思想，提高运用并发展现代科学技术的创新能力，在综合性、设计性的基础上，强调研究性，加入10学时的虚拟仿真实验内容，对危险、实验室条件难以实现或无法实现的物理现象进行分析，培养学生的探索精神。

目前，《近代物理实验》课程每年承担约400名学生，3000多人时数的教学任务。

课程教学大纲：

课程名称近代物理实验

课程性质独立设课

课程属性学科专业基础课程必修课

教材及实验指导书名称《近代物理学实验》

学时学分：总学时84 总学分3 实验学时 80

应开实验年级学期 三 年级 二 学期

适用专业 物理学类

先修课程普通物理实验、电磁学、电动力学、原子物理学、原子核物理学、光学

并修课程：固体物理、量子力学、热力学与统计物理

一、课程教学基本要求

《近代物理实验》作为高年级学生的一门重要专业基础课，涉及的物理知识面广，综合性和技术性强，对丰富和活跃学生的物理思想，锻炼他们对物理现象的洞察力，引导他们了解实验物理在物理学中的地位，正确认识新物理概念的产生、形成和发展的过程，培养严谨的科学作风都起着非常重要的作用。通过本课程的学习，掌握科学研究中广泛应用的一些基本实验技术和方法，是培养学生独立分析和解决问题能力，学习如何用实验方法研究物理现象和规律的关键性一环。经过本课程的训练，学生应达到下列要求：

1．进一步巩固和加深对物理学各门专业课基本概念、定理和基本规律的理解和掌握。

2．在近现代物理实验的基本方法、基本思想等方面受到较全面的训练，领会物理研究的基本规律。

3．具有综合利用各分支学科的知识与技能，进行研究性实验的能力。

4．养成良好的科学研究素质。

5．熟悉相关研究性物理虚拟仿真实验开发平台，能够在平台上根据需要创建实验项目，提升创新精神和开拓能力。

二．课程实验目的要求

《近代物理实验》是一门面向物理学类专业开设的专业基础实验课程。要求学生通过本课程学习，掌握一些比较先进的综合性实验方法和技能，加强理论与实验相结合、综合运用各种技术的能力，养成严谨的科学工作作风和良好的实验操作习惯；进一步加深对有关物理学概念和规律的理解，扩大知识面，培养学生独立进行科学实验的能力；丰富和活跃物理思想，提高对物理现象的洞察力和分析力，正确认识物理实验在物理学创立和发展中的地位和作用；正确认识物理概念、物理规律的产生、完善和发展过程与物理实验密切关系；了解和掌握近代物理学中常用的实验方法、实验技术、实验仪器和相关科学知识；具有利用近代物理学实验方法和技术，观测物理现象和研究探索未知世界物理规律的创造性能力。

三．主要仪器设备

X-射线晶体分析仪、真空镀膜设备、组合式多功能光栅光谱仪、光谱分析仪、扫描隧道显微镜、电子相对论效应实验仪、电子衍射仪、γ射线能谱仪、磁共振实验装置、激光拉曼光谱仪、微波器件参数分析仪、微波铁磁共振仪、近代物理实验虚拟仿真软件、微结构材料设计与性能模拟软件等。

四．实验教学方式与基本要求

1．本课程将真实实验与虚拟仿真实验相结合，虚拟仿真实验的课堂教学控制在10%-15%之间，每个实验项目安排30分钟左右实验相关知识和要求的讲解，内容包括实验的理论知识、测量的不确定度等。课程开始前统一安排4学时的集中培训，讲解课程的性质、任务、要求、课程安排和进度、预习要求、平时考核内容、期末考试办法、实验守则及实验室安全制度；实验原始数据记录和实验报告的格式及书写要求；实验的基本技术与方法、课程论文的书写等。

2．该课程要求学生在进入实验室进行实验之前，必须对于所做实验进行预习并写好实验预习报告。在实验课程开始之前，学生首先把实验预习报告交给指导老师经检查许可、老师讲解完后方可进行实验项目操作。

3．实验设备2~4人/套，在规定的时间内，由学生独立完成。指导老师对于发现和学生提出的问题，以启发思考的讨论方式激发学生独立分析处理。

4．每个实验项目操作在完成过程中学生应该及时填写实验原始记录，包括实验原理、公式、仪器装置（线路结构原理）图、实验器材、原始数据等，特别是原始数据记录一定规范化，如物理量符号、物理量单位与单位符号（SI单位制）、有效数字，数据图表绘制规则等。

5．学生在完成实验项目以后，按照仪器设备使用规范负责把所用仪器恢复到原来状态，并做清洁卫生；并且按照实验项目分小组填写所在实验室的运行记录。然后把实验原始记录交给指导老师检查、签字，方可结束实验课程离开实验室。

6．学生在课外对所完成的实验项目按照规定格式及时（做完实验一周之内）写出实验报告，担任实验课程的指导教师对于学生提交的实验预习报告和实验报告实行全批改，并且及时登记成绩。

7．采用“开放、自主式”实验教学模式，鼓励教学改革与创新。

8．除了统一安排的虚拟仿真实验，学生可在课外进入机房，自行开发微结构材料设计与性能分析项目，其余项目从远程登录网站进行学习、预习、复习等。

五．考核与报告

1.本课程以平时实验操作过程考核为主，并结合期末考试成绩，综合评定学生本课程学习成绩。实验成绩按规定分类登记在学生成绩花名册上。

平时考核内容: 预习报告与实验操作、实验报告等。

期末考核方式：理论笔试（50%）+实验操作或课程论文或实验设计等（50%）。

课程成绩: 平时考核成绩(60%) + 期末成绩 (40%).

2.不同的教学模式，可以采用不同的考核方式，鼓励对考核方式进行改革。

六．实验项目设置与内容

序号	实验名称	内容提要	实验学时	每组人数	实验属性	开出要求
1	氢与氘原子光谱	1. 拍摄氢原子光谱的巴尔末线系并确定常数RH; 2. 计算氢与氘原子核的质量比; 3. 了解光谱分析常用的仪器基本原理和实验方法.	5	2	综合	必做
2	钠原子光谱	1. 掌握利用光栅摄谱仪拍摄钠原子光谱的实验方法; 2. 测定钠光谱线的波长,求钠原子量子改正数并绘出钠原子能级图.	5	2	综合	必做
3	光谱定性分析	1. 学习和掌握金属与合金定性分析的原理和方法； 2. 分析给定样品的化学成分	5	2	综合	选做
4	激光Raman光谱	1. 掌握激光喇曼散射基本原理； 2. 学会测定和分析喇曼散射谱	10	2	综合	选做
5	电子衍射	1. 观测电子穿过晶体的衍射现象； 2. 掌握电子衍射摄谱技术	5	2	综合	必做
6	真空镀膜	1. 掌握高真空获得与测量方法； 2. 学习基本镀膜技术； 3. 学会用干涉显微镜测定薄膜厚度	5	2	综合	必做
7	用粉末法测定多晶的晶格常数	1. 掌握德拜相拍摄技术； 2. 学会用德拜相确定样品点阵常数及晶胞原子结构类型	5	2	综合	必做
8	用Laue法确定单晶的晶轴方向	1. 掌握老厄相拍摄技术及分析方法； 2. 学会对所测样品的老厄斑点指标化	5	2	综合	必做
9	正电子湮没寿命谱测定与分析	1. 了解正电子谱仪基本原理； 2. 学会仪器操作技术； 3. 正确测定给定样品的正电子寿命谱； 4. 学会用解谱程序处理谱数据并分析样品的微结构	10	2	综合	选做
10	光泵磁共振研究	1. 了解光泵磁共振的基本原理； 2. 学会光抽运信号的观测方法； 3. 测量铷原子的g因子和地磁场；建立零磁场	5	2	综合	选做
11	g-射线能谱测量	1. 掌握g-闪烁能谱仪的测量原理； 2. 学习测定和分析给定放射源的g-闪烁能谱	5	2	综合	必做
12	扫描隧道显微镜分析	1. 学习扫描隧道显微镜基本原理； 2. 学会显微图谱的测量分析	5	2	综合	选做
13	锁相放大器技术应用	1. 学会和掌握锁相放大器的基本原理和使用方法； 2. 观测锁相放大器抑制噪声能力、磁旋光效应	6	2	综合	选做
14	光纤传输衰减测量	1. 初步掌握光纤传输特性和传输损耗与结构参数的关系； 2. 学会观测和记录输入和输出光强数据	6	2	综合	选做
15	巨磁电阻效应研究	1. 学习磁电阻的四探针动态测试原理； 2. 测量样品的巨磁电阻	8	2	综合	选做
16	X-荧光分析	1. 学习和掌握荧光分析原理及测试分析方法； 2. 观测分析样品的图谱数据	6	2	综合	选做
17	超高真空离子束镀膜	1. 了解超高真空获得技术； 2. 初步掌握离子束镀膜方法；学会制备给定材料的纳米膜样品	12	2	综合	选做
18	超高真空磁控溅射镀膜	1. 初步掌握磁控溅射镀膜的原理与方法； 2. 学会制备给定材料的纳米颗粒膜样品	16	2	综合	选做
19	夫兰克-赫兹实验	1. 学习原子碰撞激发和测量方法； 2. 测量氖原子第一激发电位； 3. 分析原子能级结构	4	2	验证	选做
20	法拉第-塞曼效应	1. 学习用高分辨光谱仪器观测法拉第效应汞546.1nm谱线塞曼分裂现象； 2. 学习用光谱光测定电子荷质比	5	2	验证	选做
21	密立根-油滴实验	1. 学习密立根油滴实验设计物理思想； 2. 掌握油滴法测量电子电荷	4	2	验证	选做
22	X-射线衍射物相定性分析	1. 学习用PDF卡作检索分析； 2. 初步掌握定性分析软件使用技术	10	2	综合	选做
23	X-射线衍射物相定量分析	1. 学习物资定量分析的基本方法； 2. 有无标法进行定量分析	10	2	综合	选做
24	纳米微粒制备与结构分析	1. 学习电阻加热法制备超微粒原理； 2. 制备金属或氧化物超微粒； 3. 分析超微粒样品微结构	10	2	综合	选做
25	高温超导材料转变温度特性研究	1. 了解超导材料基本特性； 2. 掌握低温测控技术和超导材料转变温度测量方法	5	2	综合	选做
26	核磁共振实验	1. 学习核磁共振基本原理； 2. 掌握用核磁共振方法测量核磁矩	5	2	综合	选做
27	铁磁共振实验	1. 初步掌握铁磁共振基本原理和方法； 2. 测定铁氧体YIG的FMR线宽几旋磁比	5	2	综合	必做
28	原子力显微镜	1. 理解原子力显微镜的工作原理； 2. 初步掌握原子力显微镜使用方法； 3. 学会观测和分析显微图谱数据。	5	2	综合	选做
29	微波实验	1. 观察模拟晶体的微波衍射； 2. 学习微波测量技术及波导波长的测定	5	2	综合	必做
30	金属（合金）表面金相分析	1. 学习卧式金相显微镜的原理和使用方法； 2. 观测和分析FeC合金的金相图	12	2	综合	选做
31	晶格常数测定（衍射仪法）	1. 学习用衍射仪法测定物质晶格常数； 2. 观测给定样品微结构	8	2	综合	选做
32	凝聚态物质的结晶度研究	1. 理解物质晶态结构物理本质； 2. 学习结晶度测定基本方法	12	2	综合	选做
33	电子自旋共振	1. 观测电子自旋共振（ESR）现象； 2. 学习ESR的基本原理和实验方法； 3. 学会利用ESR测量微波波导波长λ	8	2	综合	选做
34	固体微结构仿真实验	1. 学习材料微结构仿真软件原理和使用方法； 2. 研究X-射线晶体分析数据	10	2	设计	必做
35	快速电子的动量与动能的相对论关系	1．测量快速电子的动量 2．测量快速电子的动能 3．验证快速电子的动量与动能之间的相对论效应	5	2	综合	必做
	实验考试		2
	小计	278

七．说明

1.限定选做实验项目个数。在大纲列出的实验项目范围内，学生可以任选实验项目内容。

2.本大纲所列实验项目适用于大学本科教学。

3.实验室全面开放，教学与科研相结合，加强学生创新能力的培养，因材施教，注重学生个性。