一、基本信息
近代物理实验是继“普通物理实验”之后,为应用物理专业和其他相关专业而开设的专业基础实验课。具有涉及知识面广、综合性强、多学科交叉的特点,对学生的专业知识与实验技能起到承上启下的作用。通过本实验课程的学习,使学生掌握近代物理学发展过程中所涉及的某些关键实验的基本实验思路、方法和技术;熟悉掌握相关仪器的使用;培养学生观察分析现象,独立操作,判断实验中尚存问题的能力;加深对有关物理概念的理解,正确认识物理概念的产生、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;巩固和加强有关数据处理,误差分析等方面的训练。
本课程是面向应用物理学专业学生开设的专业基础课,实验总学时为40学时,2学分。
二、课程目标
课程以OBE教育理念为指导思想,坚持“以学生为中心,知识、能力、素养协调发展”的教学理念,制定课程目标,对学生毕业要求形成有效支撑。
表1 课程目标表
课程目标 |
毕业要求指标点 |
目标a:基础知识,即通过观察实验现象、分析与测量,掌握与物理相关的自然科学知识。学习物理实验中常用的方法。学习物理实验常用的实验设备及使用方法。 |
3.1工程知识。 3.5使用现代工具 |
目标b:培养和提高学生的基本工程技术能力。实验方案设计能力、装调观测能力、总结判断能力、分析能力、创新能力等。 |
3.2问题分析 3.3设计/开发解决方案 3.4研究 |
目标c:培养与提高学生的基本工程素养。包括:学以致用、实事求是、作风严谨、团队协作等。 |
3.8职业规范 3.9个人和团队 |
三、课程教学内容
表2 实验内容表
序号 |
实验项目 |
学时数 |
内容与要求 |
实验 类型 |
开出要求 |
必开 |
选开 |
1 |
实验误差与数据处理 |
4 |
在普通物理实验训练的基础上继续巩固和加强有关实验误差和数据处理的训练。如随机变量的分布,分布参数估计与分布规律的检验,曲线拟合等。 |
基础性 |
√ |
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2 |
密立根实验 |
4 |
掌握用平衡法测量电子电荷的原理;会选择大小合适的油滴并能熟练控制油滴的运动;3、用逐差法、作图法或验证法求出电子电荷的e值 |
验证性 |
|
√ |
3 |
光电效应实验 |
4 |
通过光电效应实验了解光的量子性;测量光电管的弱电流特性,找出不同光频率下的遏止电压;验证爱因斯坦方程,由此求出普朗克常数1型普朗克常数测定仪 |
验证性 |
√ |
|
4 |
夫兰克-赫兹实验 |
4 |
理解夫兰克和赫兹研究原子内部能量量子化的基本思想和方法;了解电子与原子碰撞和能量交换过程的微观图像,以及影响这一过程的主要物理因素;观察微电流 I 随 V G2K 的变化,测量 I--V G2K 曲线;求汞原子的第一激发电位 Vg 置,估计接触电位差大小,并计算本实验中汞原子所辐射的波长。 |
验证性 |
√ |
|
5 |
塞曼效应实验 |
4 |
掌握观测塞曼效应的实验方法;观察汞原子546.1nm谱线的分裂现象以及它们偏振状态;由塞曼裂距计算电子的荷质比。 |
验证性 |
√ |
|
6 |
核磁共振实验 |
4 |
观察核磁共振稳态吸收现象;掌握核磁共振的实验原理和方法;测定1H和19F的旋磁比和朗德因子。 |
验证性 |
√ |
|
7 |
光速测定实验 |
4 |
理解光拍频的概念及如何获得相拍的两光束。掌握光拍频法测量光速的技术。在两束拍频光位相差为 2 π情况下,利用拍频法多次测量 He-Ne 激光在空气中的传播速度。 |
综合性 |
√ |
|
8 |
全息照相 |
|
通过学生自己手动调整光路、洗相等操作,让学生学生更深刻地认识光的相干条件的物理意义,初步了解全息术的基本理论。根据光的干涉和衍射原理,当被摄物体表面的漫射光波与参考光波产生干涉时,其干涉图样中包含物体光波的振幅及相位信息。本实验要求学生了解激光全息照相的基本原理和主要特点,掌握光路调整方法与技术,掌握静态激光全息照相片的拍摄方法及再现方法。 |
设计性 |
|
√ |
9 |
光栅光谱实验 |
4 |
掌握用光栅光谱仪使用方法,测量氢和氘的巴尔末系谱线的波长,计算氢与氘的里德伯常量及原子核的质量比;测定钠光谱线的波长,通过里德伯关系式计算钠原子能级和量子数亏损,并绘制能级图; |
综合性 |
|
√ |
10 |
高温超导转变温度的测量 |
4 |
利用动态法测量高临界温度氧化物超导材料的电阻率随温度的变化关系;通过实验掌握利用液氮容器内的低温空间改变氧化物超导材料温度、测温及控温的原理和方法;学习利用四端子法测量超导材料电阻和热电势的消除等基本实验方法以及实验结果的分析与处理;选用稳态法测量临界温度氧化物超导材料的电阻率随温度的变化关系并与动态进行比较。
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综合性 |
|
√ |
11 |
CCD特性研究 |
4 |
学习掌握CCD的基本工作原理,CCD正常工作所需的外部条件及这些条件的改变对CCD输出的影响;测量曝光时间,驱动周期,照明情况对输出的影响,并根据实验原理对输出进行说明;测量CCD的光电转换特性曲线,根据曲线得到CCD的灵敏度,饱和输出电压及饱和曝光量;测量并计算CCD的暗信号电压,暗噪声,动态范围,像敏单元不均匀度等参数;比较CCD输出信号经AD转换或二值化处理后输出信号的差异,了解各自的应用领域。 |
综合性 |
|
√ |
12 |
太阳能光伏发电 |
|
学习掌握太阳能电池板的开路电压、短路电流、填充因子及功率曲线;了解太阳能电池板的转换效率 ;熟悉太阳能表和太阳能电池测试仪的功能;了解逐日系统原理和太阳光跟踪定位传感器原理;掌握跟踪控制器操作方法;了解太阳能光控-时控跟踪方法、太阳能控制器在太阳能系统中的作用;了解太阳能控制器充电控制电压范围和充电保护电压值、太阳能控制器的各种输出模式;掌握太阳能风扇,路灯等充、放电监测实验的导线连接方法;了解太阳能风扇,路灯等充、放电监测实验的优缺点;了解太阳能电池阵列的结构组成。 |
设计性 |
|
√ |
13 |
微波波导性能测试 |
4 |
熟悉波导元件的用途与特点;学会用直接法测量驻波系数;学会使用吸收式波长计测量波长和阻抗;学会根据测得的数据使用史密斯圆图进行归一化阻抗的计算。 |
综合性 |
|
√ |
14 |
金属电子逸出功的测定 |
4 |
用里查逊(Richardson)直线法测定金属钨的电子逸出功;了解光测高温计的原理和学习高温计的使用;学习数据处理的方法。 |
验证性 |
|
√ |
15 |
冉绍尔-汤姆森效应实验(原子散射截面测量实验) |
4 |
测量氙原子的散射几率与电子速度的关系从而得到原子散射截面与电子能量的关系;了解有关原子势场的信息;学习研究低能电子与气体弹性散射所采用的实验方法。 |
综合性 |
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√ |
16 |
单光子计数器 |
4 |
学习用单光子计数器测量微弱光信号的原理与技术;研究鉴别电压(阈值)对系统性能的影响,确定最佳鉴别电压(阈值)。 |
综合型 |
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√ |
17 |
激光雕刻实验 |
4 |
了解激光雕刻机的工作原理和操作方法,理解图象处理过程,了解三维模型表面点云生成方法,掌握AutoCad等绘图工具,进行产品创作设计,掌握激光调焦的方法。 |
综合、设计型 |
|
√ |