近代物理实验(2)绪论解读

《近代物理实验》教学大纲一、课程名称与编号课程名称：近代物理实验编号：023315二、学时与学分本课程学时：84 本课程学分：5学分三、授课对象物理学专业学生，第六、七个学期做四、先修课程力学、热学、电磁学、光学、原子物理学、高等数学五、课程的性质和目的科学实验是理论的源泉，是自然科学的根本，也是工程技术的基础。

物理学是一门实验科学，所有物理定律的形成和发展都是建立在客观自然现象的观察和研究的基础上的，并以实验结果为检验理论正确与否的唯一标准，重要的物理实验常常是新兴科学技术的生长点。

《近代物理实验》是继《普通物理实验》和《无线电电子实验》后的一门重要实验基础课程，本课程所涉及的物理基础知识面较广，并具有较强的综合性和技术性。

本课程的主要目的是：通过近代物理实验，丰富和活跃学生的物理思想，培养学生敏锐的观察能力，分析、归纳和综合能力，掌握新技术的能力，创新意识和综合素质。

引导学生了解物理实验在物理概念的产生、形成和发展中的作用，学习近代物理中的一些常用方法、技术、仪器等知识，使他们具备良好的实验素养，严谨的科学作风，求实的科学精神，并具备一定的独立工作能力和科学研究能力。

六、主要内容、基本要求及学时分配讲授部分1、绪论（2学时）理解近代物理实验课的特点，了解课程的内容、任务和学习方法。

了解一些实验的史料，加深对近代物理实验的了解。

2、实验的误差分析与数据处理（4学时）在普通物理验实训练的基础上，继续巩固和加强有关实验误差和数据处理的训练。

如泊松分布、曲线的拟合等，可通过讲授或落实到一些实验题目中进行。

3、理解近代物理实验仪器的工作原理、使用常识（2学时）掌握实验中的注意事项，包括人身安全及防护、通用仪器的正常使用。

理解使用特殊仪器时要严格按照操作规程使用的必要性。

本课程为实践性教学课。

在每个实验前，根据具体情况，用0.5至1学时讲解有关注意事项和实验要求。

实验具体内容必做实验 要求作八个实验实验一、夫兰克—赫兹实验 （4学时）1、 学习关于原子碰撞激发和测量的方法2、 测量汞原子的第一激发电位0V3、 通过对0V 的测量，证实原子能级的存在实验二、氢氘原子光谱 （6学时）1、 掌握WGD —8型组合式功能光栅光谱仪的原理和使用方法，并学会用光谱仪进行分析。

近代物理实验总结通过这个学期的大学物理实验，我体会颇深。

首先，我通过做实验了解了许多实验的基本原理和实验方法，学会了基本物理量的测量和不确定度的分析方法、基本实验仪器的使用等；其次，我已经学会了独立作实验的能力，大大提高了我的动手能力和思维能力以及基本操作与基本技能的训练，并且我也深深感受到做实验要具备科学的态度、认真态度和创造性的思维。

下面就我所做的实验我作了一些总结。

一.核磁共振实验核磁共振实验中为什么要求磁场大均匀度高的磁场?扫场线圈能否只放一个?对两个线圈的放置有什么要求？测量共振频率时交变磁场的幅度越小越好?1, 核磁共振实验中为什么要求磁场大均匀度高的磁场?要求磁场大是为了获得较大的核磁能级分裂。

这样，根据波尔茨曼，低能和高能的占据数（population)的“差值增大，信号增强。

均匀度高是为了提高resolution.2. 扫场线圈能否只放一个?对两个线圈的放置有什么要求?扫场线圈可以只放一个。

若放两个，这两个线圈的放置要相互垂直，且均垂直于外加磁场。

3. 测量共振频率时交变磁场的幅度越小越好?不对。

但是太大也不好（会有信号溢出）应该有合适的FID信号二.密立根有实验对油滴进行测量时，油滴有时会变模糊，为什么？如何避免测量过程丢失油滴？若油滴平很调节不好，对实验结果有何影响？为什么每测量一次tg都要对油滴进行一次平衡调节？为什么必须使油滴做匀速运动或静止？试验中如何保证油滴在测量范围内做匀速运动？1、油滴模糊原因有：目镜清洁不够导致局部模糊或者是油滴的平衡没有调节好导致速度过快为防止测量过程中丢失油滴，油滴的速度不要太大，尽可能比较小一些，这样虽然比较费时间，但不会出现油滴模糊或者丢失现象2、根据实验原理可知，如果油滴平衡没有调节好，则数据必然是错误的，结果也是错误的。

因为油滴的带电量计算公式要的是平衡时的数据因为油滴很微小，所以不同的油滴其大小和质量都有一些差异，导致其粘滞力和重力都会变化，因此需要重新调节平衡才可以确保实验是在平衡条件下进行的。

近代物理实验报告2实验名称：光磁共振指导教师：***专业：物理班级：求是物理班1401姓名：***学号：**********实验日期：2016.11.23实验目的：1．加深对超精细结构原子核自旋，原子核磁矩，光跃迁，磁共振的理解。

2．掌握以光抽运为基础的光检测磁共振方法。

3．测定铷(Rb )原子超精细结构塞曼子能级的朗德因子F g 和地磁场强度E B 。

实验原理：1 铷原子基态及最低激发态能级的塞曼分裂天然铷含量大的同位素有两种：Rb 85占72.15%,Rb 87占27.85%。

铷是一价碱金属原子（原子序数为37），基态是125S ，即电子的轨道量子数0=L ，自旋量子数21=S 。

轨道角动量与自旋角动量耦合成总的角动量J 。

由于是LS 耦合，S L J +=，···,S L J -=。

铷的基态21=J 。

铷原子的最低光激发态是2125P 及2325P 双重态，它们是LS耦合产生的双重结构，轨道量子数L=1，自旋量子数 S=1/2。

2125P 态J=1/2；2325P 态J=3/2。

在5P 与5S 能级之间产生的跃迁是铷原子主线系的第一条线，为双线，在铷灯的光谱中强度特别强，2125P 到2125S 跃迁产生的谱线为1D 线，波长为nm 8.794，2325P 到2125S 的跃迁产生的谱线为2D 线，波长是nm 0.780。

原子物理学中已给出核自旋I=0时，原子的价电子LS 耦合后总角动量J P与原子总磁矩J μ的关系：Je J J P m e g2-=μ (4-1))1(2)1()1()1(1++++-++=J J S S L L J J g J (4-2)其中式中Jg 为铷原子精细结构朗德因子。

当I ≠0时，Rb 87的I=3/2，Rb 85的I=5/2。

设核自旋角动量为I P ，核磁矩为I μ，IP 与J P 耦合成F P，有J I F P P P +=。

《近代物理实验2》课程实验教学大纲课程编码：090632004课程名称：Experiments in Modern Physics 2适用专业：光电信息科学与工程专业课程总学时：32 上课：0 实验：32 上机：32大纲制定（修订）时间：2017年6月一、大纲编写依据1、光电信息科学与工程专业2017版教学计划；2、光电信息科学与工程专业人才培养目标；3、本专业的专业特色对实验教学的要求；4、近年来对本专业的实验教学经验。

二、实验课程地位及相关课程的联系1、《近代物理实验2》是光电信息科学与工程专业的专业基础课。

2、是一门综合性较强的实验课程。

它在该专业的整个实验教学中起着承上启下的作用。

所涉及的物理知识面较广，具有较强的综合性与技术性。

在培养学生的独立工作能力、学习如何用实验的方法与技能、配合理论课程、掌握近代物理主要领域中的新概念、培养创新能力等方面起到了重要的作用。

3、本课程以《基础物理学1》、《基础物理学2》、《光电子学》、《物理实验A1》、《物理实验A2》等为先修课；4、本课程对毕业论文等工作具有一定的指导意义。

三、实验目的、性质和任务引导光电信息科学与工程专业学生了解近代物理、光电子学等方面的概念、原理及其应用，学习一些常用的实验方法、实验技术、实验仪器及实验数据分析等知识，通过实验使学生在全息计量、传感器技术、光电检测等方面得到基本操作技能与综合应用的训练，使他们具备良好的实验素养、严谨的科学作风、求实的科学精神，并具备一定的独立工作能力和科学研究能力。

丰富和活跃学生的思维，培养学生敏锐的观察、分析、归纳和解决工程实际问题的能力，培养学生的团队合作意识和较强的人际交往能力，提升自主获取知识的能力、实践和创新能力。

四、实验基本要求1、实验项目和实验内容的选定及其选定原则说明根据教学计划、培养目标的要求，《近代物理实验2》课程中实验项目、实验内容的选取包括综合性、设计性实验，实验方法和实验配置力求反映现代科技水平，注重以学生为主体，所选定的实验项目和实验内容需完成如下的教学任务及基本要求：（1）理解近代物理、光电子学等方面的相关原理及实验仪器的工作原理，了解本专业领域的技术标准和相关行业的政策、法律和法规，学习如何运用实验方法研究物理现象与规律，培养学生在实验过程中发现问题，并能综合运用所学知识解决问题的能力以及创新能力。

第二章微波测量技术实验微波（microwave）是一种波长较短的电磁波，频率范围约为300 MHz~300GHz，对应波长范围约为1m~1mm。

微波波段还可细分为分米波（波长为1m至10cm），厘米波（波长10cm至1cm）和毫米波（波长为1cm至1mm）。

波长在1毫米以下至红外线之间的电磁波称为亚毫米波或超微波，这是一个正在开发的THz波段。

微波技术是近代发展起来的一门尖端科学技术，不仅在雷达、通讯、导航、电子对抗、空间技术、工农业生产的各个方面有着广泛的应用，而且在高能粒子加速器、受控热核反应、射电天文、气象观测、分子生物学、等离子体、遥感技术等当代尖端科学研究中也是一种重要手段。

微波测量技术（microwave measurement technique）作为微波技术的实验部分，在科学研究和工程实际中具有重要作用。

例如：微波加速器可研究原子和分子结构，微波衍射仪可用来研究晶体结构，微波波谱仪可测定物质的许多基本物理量，微波谐振腔可用来测量物质的常数和介电损耗，等等。

因此，微波测量技术已成为重要的近代物理实验技术。

微波测量技术实验的基本目的包含“学微波”和“用微波”两个方面：（1）学习微波基础知识和掌握微波基本测量技术；（2）学习用微波作为观测手段或处理方法来研究物理现象的基本原理和实验方法。

通过一系列实验，了解微波信号（microwave signal）的产生特点、工作状态及传输特性，了解常用微波器件（microwave devices）的基本性能和使用方法；掌握微波传输与测量系统的基本组成和调试技术，掌握频率、功率及驻波比等基本参量的测量技术，掌握微波传输系统的阻抗测量和匹配技术；学会微波网络特性参数测量的基本方法和技术，学会微波天线基本特性参数的测量方法和技术，学会介质材料电磁特性参数的微波测量方法和技术。

本章共包括5个实验项目，分别为微波测量系统调试与频率测量、微波晶体检波律测定与驻波比测量、二端口微波网络散射参量测量、微波天线方向图与极化特性测量、复介电常数的微波测量，各实验项目的实验内容都设计了基础性实验内容和设计性实验内容，后者的设计主要结合了石油或能源应用特色。

近代物理实验2报告光学部分2014-3-8CORDELIAXi’an实验目录0.封面1.空间频率滤波与角度调制实验 (1)2.透射光谱测量透明薄膜的厚度实验 (7)3.光学传感三维形貌测量实验 (11)4.傅里叶光学实验（仿真） (16)5.光的偏振 (21)6.光源辐射能谱实验 (27)7.分光计测定三棱镜的顶角和折射率（仿真） (36)8.光学设计实验（仿真） (41)9.法布里-珀罗标准具实验（仿真） (45)空间频率滤波与角度调制实验引言空间频率滤波是在光学系统的空间频谱面上放置适当的滤波器，去掉（或有选择地通过）某些空间频率或改变它们的振幅和位相，使物体的图像按照人们的希望得到改善。

它是信息光学中最基本、最典型的基础实验，是相干光学信息处理中的一种最简单的情况。

早在1873年，德国人阿贝（E.Abbe，1840~1905）在蔡司光学公司任职期间研究如何提高显微镜的分辨本领时，首次提出了二次衍射成像的理论。

阿贝和波特分别于1893年和1906年以一系列实验证实了这一理论。

1935年泽尼可（Zernike）提出了相衬显微镜的原理。

这些早期的理论和实验其本质上都是一种空间滤波技术，是傅里叶光学的萌芽，为近代光学信息处理提供了深刻的启示。

但由于它属于相干光学的范畴，在激光出现以前很难将它在实际中推广使用。

1960年激光问世后，它才重新振兴起来，其相应的基础理论——“傅里叶光学”形成了一个新的光学分支。

目前光信息处理技术已广泛应用到实际生产和生活各个领域中。

实验目的（1）了解傅里叶光学基本理论的物理意义，加深对光学空间频率、空间频谱和空间频率滤波等概念的理解；（2）验证阿贝成像原理，理解成像过程的物理实质——“分频”与“合成”过程，了解透镜孔径对显微镜分辨率的影响；实验原理1.傅里叶光学变换设有一个空间二维函数g(x，y)，其二维傅里叶变换为：G(x，y)=∬g(x，y)exp[i-i2π(ξx+ηy)]dxdy其中ξ，η分别是x，y方向的空间频率，而G(ξ，η)则为g(x，y)的傅里叶逆变换：g(x，y)=∬G(ξ，η)exp[i i2π(ξx+ηy)]dxdy这个含义是：任意一个空间函数g(x，y)可以表示无穷多个基元函数exp[ i2π(ξx+ηy)]的线性叠加，而G(ξ，η)是相应于空间频率为ξ，η的基元函数的权重，因而g(x，y)被称作的空间频谱。

《近代物理实验》A2讨论课内容和教学安排讨论课时间：第三周和第六周上课时间讨论课要求和安排如下：第一节课：先集中，老师提出基本要求，学生按照组（二人一组，其中一个为组长）思考讨论已经做过的两个实验基本内容、实验方法和存在问题，并完成提纲。

第二节课：集中讨论，各组都要求提出问题及自己的考虑，组长主发言，组员补充并记录第三-四节课：就存在的问题进一步实验，完成讨论的问题，以组为单位提交一份讨论报告，并作为一次实验成绩。

椭圆偏振仪—薄膜厚度测量1.椭偏测厚仪设计的基本思想是什么？光路中各主要光学部件的作用是什么？2.试列举椭偏法测量中可能的误差来源，并分析它们对测量结果的影响。

3.分析对于不同的入射角，对测量结果是否有影响？4.椭偏参数ψ、∆如何定义的，量纲是什么？对应的物理意义是什么？5.试列举椭偏法测量的优点和实验中的难点黑体辐射实验1.黑体辐射实验装置光路中M2、M3是曲面反射镜，为什么？它们的作用一样吗？光路中光栅G的作用？2.实验测量的光谱范围是多少？测量探测器是什么？为什么中本实验中不用光电倍增管（PMT）来测量？3.黑体辐射温度越高时，辐射谱辐射强度最大对应波长是如何变化的？如果测量的辐射强度最大对应波长为1300nm,对应的辐射温度为多少？4.σ值与黑体辐射温度有关吗？X射线衍射实验1.X射线定义？与可见光比较差异性？2.如何理解X射线特征谱，为什么有一个平台和截止波长？3. 本实验使用的阳极是什么材料？对应的特征波长为多少？不同材料阳极，特征波长相同吗？与材料原子序数z 存在什么关系呢？4. 实验中放置样品应该注意什么？中设置起始角度时为什么要求先按“COUPLE ”键？5. 本实验测量晶体的晶面间距方法叫“2θ衍射”，为什么这样叫？6. αλ、βλ分别对应什么跃迁？衍射谱中为什么第二级衍射峰间距比第一级的大？7. 本实验晶面间距测量的误差主要是衍射尖峰角度测量误差，假设角度误差为01.0，对应的晶面间距的不确定度为多少？8．利用固体物理知识，根据晶体的晶面间距d 计算对应的晶面指数(又称密勒指数)法拉第效应实验1. 1845年，英国科学家法拉第在探究电磁现象和光学现象之间的关系时发现法拉第效应，如何理解这个现象？设想一下应用它的领域。

近代物理实验（2）
课程代码：83030120
课程名称：近代物理实验(2)
英文名称：Modern Physics Experiment (2)
学分：1.5 开课学期：第10学期
授课对象：应用物理学本科学生
课程主任：孙大鹏，助教，理学硕士。

课程简介：
近代物理实验是一门具有多种学科、多种技术交叉的特点的现代综合性实验课，主要包括的知识范围为：微电子、材料物理、现代光学等，这些知识在当今科学中占有重要的地位，具有很强的应用性。

通过实验，使学生掌握近代物理主要的实验技术、方法与以及现代高新技术，了解物理在现代科技中应用的广泛性，验证理论知识并与实践相结合，拓宽其知识范围。

课程考核：
课程最终成绩=实验课堂表现*30％+实验报告成绩*70％。

实验课堂表现成绩由实验操作情况和分析探索情况决定。

实验报告成绩取决于数据处理和误差分析。

指定教材：
吕英波，杨田林、丛伟艳、李延辉．《近代物理实验讲义(2)》．威海：山东大学威海分校校内印刷，2004.
参考书目：
蔡履中, 王成彦, 周玉芳. 《光学》. 济南：山东大学出版社2002. 夏海瑞等.《近代物理实验讲义》.济南：山东大学校内印刷，2004. 国克喜.《实验光学》.济南：山东大学出版社.2003.。

弗兰克－赫兹实验一、实验内容测量氩原子的第一激发电位，分析误差及其原因。

二、实验步骤参阅实验课件 三、注意事项：1、实验过程不允许离开仪器；2、板极电压不允许超过85V 。

四、思考题1、在夫兰克－赫兹实验中，为什么I A －U G2K 曲线的波峰和波谷有一定的宽度？2、为什么I A －U G2K 曲线有的波谷电流不等于零，并且随着U G2K 的增大而升高？3、试分析，当夫兰克—赫兹管的灯丝电压变化时，I A －U G2K 曲线应有何变化？为什么？4、夫兰克—赫兹实验中，为什么说我们测到的是汞原子从10S 跃迁到31P 的第一激发电位，而不是10S 跃迁到30P 或32P 的第一激发电位。

5、测量氩原子的第一激发电位时，如果G 2-A 两极间没有反向拒斥电场，I A －U G2K 曲线会是什么样的一条曲线？这条曲线能求出激发电位吗？6、I A －U G2K 曲线中，第一个波谷对应U G2K 不是汞原子的第一激发电位，为什么？7、实验测出的氩原子I A －U G2K 曲线中，为什么峰-峰间距随U G2K 的增大而略有变大？全息照相一、实验内容拍摄菲涅尔变换全息图二、实验步骤1、设计光路系统，光路系统应满足下列条件：1）、用透镜将物光束扩展到一定程度以保证被摄物体能均匀照亮，参考光也应扩展使感光板得到均匀光照。

2）、参考光应强于物光，在感光板的地方两光束的强度比约为4:1－10:1。

3）、物光与参考光束的夹角为30°－50°之间，两光束的光程大致相等（光程差小于1cm）。

（光学元件调整好后，关上照明灯，有条件的用照度计测量参考光与物光的强度（略），并调整符合要求。

）2、根据光强调好曝光器的曝光时间，（参考值：1－2秒），关上快门，在暗室下装上底片，底片的乳胶面向入射光（用手摸干片一角，有粘手感的一面为乳胶面），走到曝光器后静置2分钟后按曝光按钮曝光。

取下曝光后的干片用黑纸包好放到纸盒中，再用黑布包好，拿到暗房显、定影。

近代物理实验实验指导书（2）实验一扫描探针显微镜【目的要求】1.学习和了解扫描探针显微镜的结构和原理；2.掌握扫描探针显微镜的模式之一---扫描隧道显微镜的操作和调试过程，并以之来观察样品的表面形貌；3.学习用计算机软件来处理原始数据图像。

【仪器用具】扫描探针显微镜、针尖、计算机、光栅样品【原理】1.扫描探针显微镜简介扫描探针显微镜是继光学显微镜和电子显微镜发展起来后的第三代显微镜。

80年代初期，IBM公司苏黎世实验室的G.Binning 和H.Rohrer发明了扫描隧道显微镜，它的分辨率达到0.01纳米。

STM的诞生，使人类第一次在实空间观测到了原子，并能够在超高真空超低温的状态下操纵原子。

在STM的基础上，又发明了原子力显微镜、磁力显微镜、近场光学显微镜等等，这些显微镜都统称扫描探针显微镜。

因为它们都是靠一根原子线度的极细针尖在被研究物质的表面上方扫描，检测采集针尖和样品间的不同物理量，以此得到样品表面的形貌图像和一些有关的电化学特性。

如：扫描隧道显微镜检测的是隧道电流，原子力显微镜镜测试的是原子间相互作用力等等。

光学显微镜和电子显微镜都称之为远场显微镜，因为相对来说样品离成像系统有比较远的距离。

成像的图像好坏基本取决于仪器的质量。

而扫描探针显微镜的工作原理是基于微观或介观范围的各种物理特性，探针和样品之间只有2-3埃的距离，会产生相互的作用，是一种相互影响的耦合体系。

我们称它为近场显微镜。

它的成像质量不单单取决于显微镜本身，很大程度上受样品本身和针尖状态的影响。

所以，我们在使用这一类的仪器时，要想得到好的图像，关键是要学会分析判断各种图像及现象的产生原因，然后通过调整参数，得到相对好的图像。

2. 扫描探针显微镜的基本结构(1) 减振系统是仪器有效得到原子图像的必要保证。

有效的振动隔离是STM达到原子分辨率所严格要求的一个必要条件，STM原子图像的典型起伏是0.1埃，所以外来振动的干扰必须小于0.05埃。

《近代物理实验》课程教学大纲Syllabus for EXPERIMENTS IN MODERN PHYSICS课程编号新11070210100 原13012400 学时/学分54/3开课单位物理系考核方式考查适用专业应用物理学执笔者孙佳石课程所属实验室物理实验教学中心编写日期2008年5月一、本课程的性质和任务近代物理实验是为应用物理专业的高年级本科生开设的一门现代综合性实验课，它是继“计算机技术基础实验”、“基础物理实验”、“电工与电子技术学实验”、“微机原理与应用实验”之后，专业论文之前做的专业基础实验课，具有多种学科、多种技术交叉的特点，起到承上启下的作用。

通过实验，使学生掌握近代物理主要的基本实验方法与技术以及现代高新技术。

1．掌握近代物理学发展史上具有典型性和重要作用的实验。

2．掌握近代物理中某些主要领域的基本实验方法与技术。

3．熟悉掌握相关仪器的使用以及计算机的使用等现代技术。

4．培养学生理论与实际相结合，综合理论应用的能力。

5．培养学生阅读，查阅参考资料，拟订实验方案，选配测量仪器的能力。

6．培养学生观察分析现象，独立操作，解决实验中问题的能力。

7．培养学生的创新意识、创新能力。

二、课程简介近代物理实验是从近代物理主要领域中选取一些在物理学发展史上起过重要作用的著名实验以及在实验方法与技术上有代表性的实验进行教学。

具体要求如下：1．学习如何用实验方法和技术研究物理现象与规律，培养学生实验过程中发现问题，分析问题和解决问题的能力，以及创新能力；2．学习近代物理某些主要领域中的一些基本实验方法和技术，掌握有关的仪器的性能和使用；3．通过实验加深对近代物理的基本现象及其规律的理解；4．巩固和加强有关实验数据处理及误差分析方面的训练；5．培养实事求是，踏实细致，严肃认真的科学态度和克服困难，坚韧不拔的工作作风以及良好的实验素养。

EXPERIMENTS IN MODERN PHYSICS is a number of famous experiment based onmodern physics.The modern physics experiment can make student to find question and solvequestion using experiment method and technic,as well as bring up student ability of innovation.三、实验内容及教学要求（一）绪论：实验误差和数据处理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，如随机变量的分析、分布参数估计与分布规律的检验、曲线拟合等。