近物实验I
课程简介
《近物实验Ⅰ》作为学院平台学科基础课程，针对物理学专业本科生开设。教学内容主要包括原子物理学、近代光学、微波、磁共振、光谱学、核物理等领域的实验选题。通过本课程学习，使学生掌握常用近物实验仪器的原理、性能，以及正确使用、调节和测量的方法；掌握近物实验中的基本研究方法，加深对近代物理学中相关的理论知识、基本概念和基本原理的理解；培养学生分析和解决问题的能力，具备依据实验要求设计实验方案的创新能力；培养团队意识和协作精神，养成良好的实验习惯，形成严谨的科学素养，树立实事求是的科学态度和学术道德。
课程目标1：通过课程学习，了解近代物理实验发展史、重大科学事件和物理学家故事等，增长爱国情怀；能够对物理学理论知识、基本概念和基本原理有更深入的理解，掌握近物实验中的基本研究方法；掌握常用近物实验仪器的原理和性能，学会正确的使用、调节和读数方法；使学生理解并认同近物实验对物理学专业（师范）的重要性。
课程目标2：能够按实验需求选择适当的测量仪器设备，设计合理的实验方案并完成实验；能够对问题进行分析和解决，培养初步基础科学研究能力、良好的科学素质和创新能力。
课程目标3：通过对实验现象的分析、实验数据的处理及对实验结果的综合等，巩固和加强实验数据处理及测量不确定度评定方法的训练，培养学生的批判性思维，利用所学物理学知识进行反思，培养、提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。
课程目标4：培养团队意识和协作精神，能够以小组为单位相互配合、协作完成实验。
课程目标5：能够分享心得，互相交流，掌握沟通交流的知识和技能，培养学生具有良好的书面和口头表达能力，具备撰写学术论文、参与学术交流的能力。
1.课程学习内容与课程目标的关系
课程内容 | 教学方法 | 支撑的课程目标 | 学时安排 |
测量不确定度评定方法 | 讲授+讨论 | 支撑课程目标1，2，3，4，5 | 6学时 |
激光等离子体虚拟仿真实验 | 讲授+探究+虚拟仿真 | 支撑课程目标1，2，3，4，5 | 6学时 |
椭圆偏振法测薄膜厚度 | 讲授+讨论 | 支撑课程目标1，2，3，4，5 | 6学时 |
全息照相 | 讲授+讨论 | 支撑课程目标1，2，3，4，5 | 6学时 |
天文观测实验 | 讲授+讨论 | 支撑课程目标1，2，3，4，5 | 6学时 |
弗兰克-赫兹实验 | 讲授+讨论 | 支撑课程目标1，2，3，4，5 | 6学时 |
微波参数测量 | 讲授+讨论 | 支撑课程目标1，2，3，4，5 | 6学时 |
氢氘原子光谱 | 讲授+讨论 | 支撑课程目标1，2，3，4，5 | 6学时 |
相位法测光速 | 讲授+讨论 | 支撑课程目标1，2，3，4，5 | 6学时 |
塞曼效应 | 讲授+探究+翻转课堂 | 支撑课程目标1，2，3，4，5 | 12学时 |
电子衍射 | 讲授+探究+翻转课堂 | 支撑课程目标1，2，3，4，5 | 12学时 |
黑体辐射实验 | 讲授+探究+翻转课堂 | 支撑课程目标1，2，3，4，5 | 12学时 |
氦氖激光器参数测量 | 讲授+探究+翻转课堂 | 支撑课程目标1，2，3，4，5 | 12学时 |
密立根油滴实验 | 讲授+探究+翻转课堂 | 支撑课程目标1，2，3，4，5 | 12学时 |
铁磁共振实验 | 讲授+探究+翻转课堂 | 支撑课程目标1，2，3，4，5 | 12学时 |
核物理实验（VR） | 讲授+探究+翻转课堂 | 支撑课程目标1，2，3，4，5 | 12学时 |
合计 | 72学时 | ||
注：测量不确定度评定方法和激光等离子体虚拟仿真实验，每位学生必做。 其它6学时的实验，每位学生选做6个； 12学时的实验，每位学生选做2个； |
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2.具体内容
实验1 测量不确定度评定方法 | |
支撑课程目标 | 支撑课程目标1、2、3、4，5 |
教学时数 | 6 学时 |
教学内容 | 1. 误差及测量不确定度概念； 2. 测量不确定度评定方法； 3. 近物实验数据的处理及结果表示实践。 |
基本要求 | 1. 熟悉误差以及测量不确定度的概念； 2. 掌握测量不确定度评定的方法； 3. 能够对近物实验观测值进行正确处理，给出测量结果及不确定度。 |
教学重点 | 1. 测量不确定度评定方法； 2. 利用测量不确定度评定方法对测量结果进行正确处理。 |
教学难点 | 1. 测量不确定度评定方法； 2. 根据实验实际采用合理的方法对实验观测值进行处理并给出结果表示。 |
实验2 激光等离子体虚拟仿真实验 | |
支撑课程目标 | 支撑课程目标1、2、3、4，5 |
教学时数 | 6 学时 |
教学内容 | 1. 激光等离子体及其瞬态诊断和定量分析简介； 2. 激光等离子体瞬态诊断与定量分析虚拟仿真实验； 3. 自主进行实验操作，完成考核。 |
基本要求 | 1. 了解激光等离子体概念，知道激光等离子体时空演化过程及其光谱测量与理论模拟方法； 2. 认识实验装置和测量系统，掌握激光等离子体的瞬态成像测量和时空分辨光谱测量实验操作； 3. 学会辐射流体动力学模拟诊断以及LIBS元素定量分析； 4. 能够在虚拟仿真实验系统中完成实验操作，通过实验考核。 |
教学重点 | 1. 激光等离子体时空演化过程及其光谱测量与理论模拟方法； 2. 激光等离子体瞬态成像和时空分辨光谱测量的虚拟仿真实验操作。 |
教学难点 | 1. 时空分辨光谱与瞬态成像诊断； 2. 辐射流体动力学模拟诊断，LIBS元素定量分析。 |
实验3 椭圆偏振法测薄膜厚度 | |
支撑课程目标 | 支撑课程目标1、2、3、4，5 |
教学时数 | 6 学时 |
教学内容 | 1. 椭圆偏振法测薄膜厚度的基本原理； 2. 椭偏仪测厚操作方法； 3. 数据处理和误差分析。 |
基本要求 | 1. 了解椭圆偏振法测薄膜厚度的基本原理； 2. 掌握椭偏仪的正确使用方法，能够利用椭偏仪对薄膜厚度和折射率进行测量； 3. 能够对测量数据进行正确的处理，并能够进行误差分析。 |
教学重点 | 1. 椭圆偏振法测薄膜厚度的基本原理； 2. 光线经过薄膜反射后的变化规律。 |
教学难点 | 1. 椭圆偏振光与入射光、出射光相关参量的关系； 2. 激光参量和元件参量偏离理想值对实验结果的影响。 |
实验4 全息照相 | |
支撑课程目标 | 支撑课程目标1、2、3、4，5 |
教学时数 | 6 学时 |
教学内容 | 1. 全息照相原理及主要特点； 2. 全息照相实验操作方法； 3. 全息相分析。 |
基本要求 | 1. 了解全息照相原理及主要特点； 2. 掌握实验仪器的使用方法，能够利用仪器设备拍摄全息相； 3. 能够对全息相进行分析。 |
教学重点 | 1. 全息照相原理及成相方法； 2. 相关参量的调整对成相清晰度的影响。 |
教学难点 | 1. 相关参量的调整对成相清晰度的影响； 2. 合理调整光路，正确冲洗干板。 |
实验5 天文观测实验 | |
支撑课程目标 | 支撑课程目标1、2、3、4，5 |
教学时数 | 6 学时 |
教学内容 | 1. 天文望远镜的构造及工作原理； 2. 天文望远镜的基本使用方法； 3. 天文图像拍摄和数据采集及处理分析。 |
基本要求 | 1. 了解天文望远镜的构造及工作原理； 2. 掌握天文望远镜的基本使用方法； 3. 能够利用天文望远镜进行观测，并拍摄图像和采集数据。 |
教学重点 | 1. 天文望远镜的构造及分类； 2. 天文望远镜的基本使用方法。 |
教学难点 | 1. 折反式天文望远镜的构造及工作原理； 2. 联合观测技术。 |
实验6 弗兰克-赫兹实验 | |
支撑课程目标 | 支撑课程目标1、2、3、4，5 |
教学时数 | 6 学时 |
教学内容 | 1. 弗兰克-赫兹实验的基本原理； 2. 利用电子-原子碰撞方法研究原子能级结构的基本物理方法； 3. 弗兰克-赫兹实验仪的基本组成和操作； 4. Ar 原子第一激发电位的测量及数据处理。 |
基本要求 | 1. 掌握电子与原子之间弹性和非弹性碰撞过程中的能量交换规律； 2. 能够熟练操作实验仪器，绘制的Ip—VG2曲线，并求出氩原子的第一激发电势；掌握“逐差法”处理实验数据的基本方法，并能够对误差来源进行较深入的分析； 3. 通过实验数据分析，加深对玻尔原子理论的理解； 4. 初步形成经典物理实验方法与量子系统参数测量之间联系的物理思维。 |
教学重点 | 1. 弗兰克-赫兹实验的设计思想； 2. 电子-原子碰撞过程中的基本物理过程。 |
教学难点 | 1. 玻尔原子能级与经典碰撞实验方法的关系； 2. 弗兰克-赫兹曲线的物理解释。 |
实验7 微波参数测量 | |
支撑课程目标 | 支撑课程目标1、2、3、4，5 |
教学时数 | 6 学时 |
教学内容 | 1. 微波的基础知识； 2. 反射式速条管的结构与工作原理； 3. 微波的传输与测量； 4. 测量不同振荡模下的微波功率和频率特性曲线。 |
基本要求 | 1. 了解反射式速条管的工作原理，熟悉各种微波测量器件； 2. 掌握反射式速调管电子调制的基本原理； 3. 熟悉微波信号测量的基本方法，能够熟练搭建微波信号测量系统，并进行正确测量和数据处理。 |
教学重点 | 1. 反射式速调管的结构与工作原理； 2. 微波的传输与检测。 |
教学难点 | 1. 微波产生过程中有关“电子在栅网间运动”的规律； 2. 微波在矩形波导管中的电磁场分布与传输。 |
实验8 氢氘原子光谱 | |
支撑课程目标 | 支撑课程目标1、2、3、4，5 |
教学时数 | 6 学时 |
教学内容 | 1. 氢原子光谱理论，光谱法分析同位素的原理和方法； 2. 光栅光谱仪的构造和光谱测量方法； 3. 氢氘原子谱线波长的测量； 4. 里德堡常数、氘氢核质量比等的测定和不确定度计算。 |
基本要求 | 1. 熟悉氢氘原子光谱的原理，理解如何用原子光谱法分析同位素； 2. 了解光栅光谱仪的构造，掌握光谱仪的使用方法； 3. 能够对氢氘原子谱线波长进行测量，并给出各量的不确定度； 4. 掌握传递律公式法的不确定度计算及不等权测量的数据处理方法； 5. 了解光谱测量的应用。 |
教学重点 | 1. 原子光谱法分析同位素的原理和方法； 2. 氢氘原子谱线波长的测量。 |
教学难点 | 1. 根据待测谱线和定标谱线选择合适的测量窗口，并进行波长定标； 2. 涉及间接测量及不等权测量中不确定度的评定。 |
实验9 相位法测量光速 | |
支撑课程目标 | 支撑课程目标1、2、3、4，5 |
教学时数 | 6 学时 |
教学内容 | 1. 相位法测量光速的基本原理和实验实施的技术路线； 2. 光速测量装置的构成和操作方法； 3. 实验测量和数据处理。 |
基本要求 | 1. 了解光速测量发展史，熟悉相位法测量光速的基本原理和技术路线； 2. 掌握示波器测量差频信号相位差的方法； 3. 能够利用不确定度评定方法对测量结果进行分析处理。 |
教学重点 | 1. 相位法测量光速的技术路线； 2. 数据处理。 |
教学难点 | 1. 通过差频信号的测量获得调制波的波长； 2. 输出量估计法的不确定度计算，可疑数据剔除，系统误差的判定以及扩展不确定度的数据处理。 |
实验10 黑体辐射实验 | |
支撑课程目标 | 支撑课程目标1、2、3、4，5 |
教学时数 | 12 学时 |
教学内容 | 1. 黑体辐射的基本原理； 2. 黑体辐射实验装置的原理和结构。 |
基本要求 | 1. 了解黑体辐射基本原理； 2. 了解黑体辐射实验装置的原理和结构，能够正确使用实验装置进行测量; 3. 完成相关实验内容，并撰写课程论文。 |
教学重点 | 1. 黑体辐射的基本原理； 2. 黑体辐射实验装置的原理和结构。 |
教学难点 | 1. 黑体辐射的光谱分布规律； 2. WGH—10黑体实验仪的原理和结构。 |
实验11 氦氖激光器系列实验 | |
支撑课程目标 | 支撑课程目标1、2、3、4，5 |
教学时数 | 12 学时 |
教学内容 | 1. 氦氖激光基本原理； 2. 氦氖激光器半内腔谐振腔调节方法; |
基本要求 | 1. 了解氦氖激光基本原理； 2. 掌握氦氖激光器调节方法，能够正确测量氦氖激光器相关参数； 3. 完成相关实验内容，并撰写课程论文。 |
教学重点 | 1. 了解氦氖激光基本原理； 2. 掌握氦氖激光器调节方法，能够正确测量氦氖激光器相关参数。 |
教学难点 | 1. 氦氖原子能级结构； 2. 共焦扫描干涉仪的原理。 |
实验12 密立根油滴实验 | |
支撑课程目标 | 支撑课程目标1、2、3、4，5 |
教学时数 | 12 学时 |
教学内容 | 1. 密立根油滴实验的设计思想及基本原理； 2. 密立根油滴实验的系统组成； 3. 油滴选择的基本原则； 4. 动态法和平衡法测量电荷的优缺点； 5. 数据测量及误差分析； 6. 最大公约数法测量电荷量时的数据处理方法。 |
基本要求 | 1. 学习密立根的物理思想、实验技术和坚忍不拔的科学研究毅力，重点让学生了解在密立根所处的年代，由于各种实验硬件的限制，如何在大量实验数据的基础上发现基本的物理规律和现象，除了不遗余力的努力，还需要细致严谨的科研态度； 2. 培养严谨的科学态度和细致观察现象、分析问题的能力； 3. 掌握平衡法和动态法测量电荷量的两种方式； 4. 能够采用正确的统计方法对异常测量数据进行剔除，并能进行数据处理和误差分析； 5. 在教学过程中留出一定的课时进行自主学习，从所提供的资料以及互联网上查阅密立根油滴实验设计的基本思想以及详细的数据处理方式，特别是查询密立根油滴实验最初发表的实验结果，并能够对论文中的数据处理方法进行重复性验证； 6. 预习后小组分别采用PPT讲解、小组讨论、老师和学生提问的方式进一步加深物理现象和规律的认识； 7. 能够独自完成相关实验内容，并撰写出课程论文。 |
教学重点 | 1. 动态法与平衡法测定带电油滴电量的方法； 2. 油滴的选择和控制； 3. 最大公约数法求电子电荷量的方法。 |
教学难点 | 1. 合适带电油滴的选择原则及原因； 2. 异常数据的剔除、数据处理及误差分析。 |
实验13 铁磁共振实验 | |
支撑课程目标 | 支撑课程目标1、2、3、4，5 |
教学时数 | 12 学时 |
教学内容 | 1. 铁磁共振现象的实验原理； 2. 铁磁共振的经典和量子物理图像解释； 3. 铁磁共振信号的观测方法； 4. 测量YIG单晶铁氧体材料的旋磁比和共振线宽； 5. 根据测量的线宽求出铁氧体的朗德g因子。 |
基本要求 | 1. 了解铁磁共振（FMR）的基本原理和实验方法； 2. 掌握“扫场法”和“扫频法”； 3. 掌握铁磁共振的经典物理解释以及通过观测铁磁共振信号可以测量哪些物理量； 4. 能够熟练调节实验仪器，并掌握每件仪器的性能和特性； 5. 通过测定多晶铁氧体的磁共振谱线，能够利用数据拟合方式求出共振线宽并计算朗德g因子； 6. 自主学习：从所提供的资料以及互联网上查阅铁磁共振实验的基本设计思想以及各元件的工作原理； 7. 预习后小组分别采用PPT讲解、小组讨论、老师和他组提问； 8. 独立完成相关实验内容，并撰写课程论文。 |
教学重点 | 1. 铁磁共振的基本原理； 2. 铁磁共振的经典物理解释和量子解释。 |
教学难点 | 产生铁磁共振现象的物理机制。 |
实验14 塞曼效应 | |
支撑课程目标 | 支撑课程目标1、2、3、4，5 |
教学时数 | 12 学时 |
教学内容 | 1. 塞曼效应和塞曼效应实验； 2. 塞曼效应实验装置构成及测量方法； 3. 塞曼效应实验装置的搭建和调节（电磁铁型和微机型）； 4. 汞546.1 nm光谱线塞曼效应的实验观测； 5. 分裂谱线的波数差以及电子的荷质比的测定及其不确定度计算； 6. 塞曼效应的应用。 |
基本要求 | 1. 通过自主学习，熟悉塞曼效应实验原理，掌握塞曼效应实验测量方法； 2. 熟悉塞曼效应实验装置的构成和各部分的功能，学会利用法布里-珀罗干涉仪进行微小波长差的测量； 3. 能够进行实验测量，获得有效的测量结果； 4. 学会利用计算机进行数据处理和不确定度的计算； 5. 完成相关实验内容，并撰写课程论文。 |
教学重点 | 1. 塞曼效应实验原理和实验测量方法； 2. 分裂谱线的波数差的测定。 |
教学难点 | 1. 通过谱线的跃迁分析塞曼效应谱线的分裂及偏振情况； 2. 利用法布里-珀罗干涉仪进行微小波长差的测量。 |
实验15 电子衍射 | |
支撑课程目标 | 支撑课程目标1、2、3、4，5 |
教学时数 | 12 学时 |
教学内容 | 1. 电子衍射实验原理； 2. 电子衍射实验装置构成及测量方法； 3. 电子衍射图样解析； 4. 使用电子衍射实验装置测量运动电子的波长，计算其不确定度； 5. 验证德布罗意关系式，计算普朗克常数； 6. 电子衍射与X射线衍射及其相关应用。 |
基本要求 | 1. 通过自主学习，熟悉电子衍射实验原理，掌握两种电子波长测量的方法； 2. 熟悉塞曼效应实验仪器的构造，掌握仪器的使用方法； 3. 能够进行实验测量，数据处理和不确定度的计算； 4. 完成相关实验内容，并撰写课程论文。 |
教学重点 | 1. 电子衍射实验原理； 2. 电子衍射图样解析。 |
教学难点 | 3. 根据电子衍射环直径指认相应的密勒指数； 4. 考虑相对论效应对实验结果的影响。 |
实验16 核物理实验（VR） | |
支撑课程目标 | 支撑课程目标1、2、3、4，5 |
教学时数 | 12 学时 |
教学内容 | 1. 盖革-米勒计数器管的结构和工作原理； 2. 核衰变统计规律实验验证； 3. 闪烁γ谱仪的工作原理和实验方法； 4. 测量137Cs的γ能谱。 |
基本要求 | 1. 自主学习，了解G-M计数管的结构、工作原理； 2. 通过在VR实验系统中进行实验操作，掌握G-M计数器的使用方法； 3. 学会实验验证核衰变的统计规律； 4. 了解闪烁γ谱仪的工作原理，通过在VR实验系统中进行实验操作，掌握γ射线能谱测量的实验方法。 |
教学重点 | 1. G-M计数器的使用方法； 2. γ射线能谱测量的实验方法。 |
教学难点 | 1. G-M计数器的实验操作； 2. 闪烁γ谱仪的实验操作。 |
- 学院办公室:0931-7971472
- 本科教务办公室:0931-7971472
- 研究生教务办公室:0931--7975297
- 团委办公室:0931--7970577