近代物理实验课程的研究性教学方式实践探索 - 复旦大学物理教学实验 ...

利用X光研究G-M计数器的原理和计数特性王烁1，乐永康2（1复旦大学力学与工程科学系，2复旦大学物理学系，上海200433）盖革-穆勒计数器（G-M计数器）是一种在早期核物理实验中使用最广泛的粒子探测器。

由于G-M计数器具有造价低廉、灵敏度高、输出脉冲幅度大等优点，至今仍被普遍用于核物理学和工业领域。

但G-M计数器也有着死时间过长，不能进行快速计数的缺点，在高照射率下的计数结果将严重失真。

在实验教学中，G-M计数器常被用作各种电离辐射的探测器[1-2]。

G-M计数器工作特性的研究和用G-M计数管研究核辐射的统计规律等都是近代物理实验教学的经典内容。

当有电离辐射进入G-M管，由于管内雪崩放电后阳离子鞘的漂移速度很慢，G-M计数器有一个100μs量级的死时间。

测量死时间的一种常用方法是双源法，但该方法只适用于低照射率情形（nτ<<1，n为每秒辐射数，τ为死时间）,而且在实验中往往无法保证两个放射源在单独和同时测量时几何位置和周围环境都相同，所以测量的精度有限。

在实验室的电离辐射源中，X光机具有辐射集中、污染小、强度可调等优点，且照射率和X光的工作电流成很好的线性关系。

本文用X光机作为连续可调的辐射源研究了G-M计数器的输出脉冲波形和死时间，并尝试用校正公式拓展G-M计数器的有效工作范围。

在低照射率下，我们用示波器观察了G-M计数器的完整输出脉冲波形，并从理论上对脉冲的特性作出解释：在不同工作电压时，脉冲幅度和工作电压近似线性关系；脉冲宽度由电路时间常数决定，选择合适的采样电阻可以在脉冲幅度和脉冲宽度的选择上得到较优的结果，从而适当拓展G-M计数器的有效工作范围。

通过改变X光机的工作电流，记录G-M计数器在不同照射率下的计数结果，根据死时间对计数率的影响规律我们可以拟合出死时间，并得到计数率的校正公式。

基于这个校正公式，我们成功地将G-M的计数器的最大有效计数率从1500/s拓展至4000/s。

实验中的分析与思考本学期我选修了近代物理实验,收获是非常丰富的:不仅学习了很多物理知识,更加重要的是加深了对许多物理定律的理解,对世界本质的认识.而且这个期间锻炼了我的实验能力,思考能力,提出问题和解决问题的能力.所以,此文将从分析与思考的角度出发,提出问题与解决问题的方式重点叙述<冉绍尔-汤森效应>实验.主要因为这是我本学期最后一个实验,可以较好的反应出通过本学期的实验后我的各方面的提高,当然,如果能够通过此文总结出实验中存在的不足,我将来会注意并且改正,这也是我将来走上物理研究的道路所必须的.预习实验前的预习是非常重要而且必须的,它不仅让你了解实验的原理,对实验有一个总体的认识,更重要的是:我不是为了做实验而做实验!每次实验前,我都会问自己,假如我就处在当时的环境中,我会怎样去处理这个问题?因此之后的预习变得奇妙而有趣,那些聪明的方法以及深刻的物理思维,总让我惊叹.关于<冉绍尔-汤森效应>的预习部分在此省略.预习中的思考了解书上的内容相信是可以完成实验了,但是这并不够,我预习时还进行许多扩展思考:1.这个实验的误差有多大?虽然当时对经典物理已经提出了许多质疑,但是如果这个实验的精度不足以给出一个非常准确的结论:与经典图像偏离很大,那么很可能就不会被物理学家发现并且把它归结为误差.或者另一种思考方式:假若这个现象不是很明显,那是怎样的物理直觉让物理学家发现这是偏离而不是误差?2.怎样在液氮环境中进行测量?虽然仪器一定是设计好的,但是假如我当时在做这个实验,会不会担心在低温下灯丝发射电子效率改变而采用其他方法?能不能设计另一种方式让灯丝效率恒定?怎样确定在液氮温度下电子的散射就可以忽略不计(书上的结论)? 3.为什么采用交流观察,直流测量?观察时应该注意哪些问题,需要调节哪些参数,观察和测量之间有什么关系?实验过程经过了充分的预习,就可以有目的,有方向的进行实验了,更为关键的是,带着问题去做实验,不仅有助于对物理问题的理解,更有可能发现新问题甚至于新结论.而且实验时也应该问更多的问题,把每个步骤,每个参数都想明白,可能不按照书上的步骤做会绕很多弯路,但是正是这种”绕弯路”的过程让我觉得提高最大,收获最多.在本学期的实验中,我一直都会问自己:”书上为什么这样写,哪些部分是可以改变的,哪些是关键的?”特别是在做<磁偏转小型质谱仪>实验时,在老师的批准下, 把仪器拆开来看内部结构,最后得出了结论并对那个实验提出了许多改善的建议,老师也给予了我很大的肯定.而且这个探寻的过程是未知有趣的,富有挑战性,也极大地锻炼了我的实验能力.具体的实验过程在这里就不再叙述了,但是在处理数据时,出现了下面的问题,这是液氮条件下测量到的Is,Ip-Ea的曲线,从图中可以明显地看出存在一个跳变,而且这个跳变远大于误差范围.经过对比实验记录发现,此跳变点对应的正是我发现液氮不足,加入液氮后出现的.因此非常之观的分析,应该是由于改变了灯丝的位置等因素,仪器的稳定性不好造成的.对此,我们可以将跳变点前后分别作图(Ip*-Is*),拟合可以得到:曲线的两部分回归系数都达到0.997以上,可以说这个解释在很大程度上是可以接受的.但是:不要被眼睛所欺骗!以上的解释看起来很完整,因为改变点对应的就是移动装置后的点!但是表面上看起来很有逻辑的推论其实很可能是错误的.但是又找不到原其他原因,但是作为一名物理研究者,我觉得应该做进一步的思考,就算是上面的原因造成的,也必须给出一个完整的解释,否则这个跳变点就很可能不是误差而是现象!我将数据分组分批拟合,对比斜率等,终于在我的努力下发现了另外一种将曲线线性拆分的方案:如果将Is*=(400~800)V 的点去掉,剩下的部分拟合可以成为一条非常线性的曲线,而回归系数更是高达0.999,做到了这一步,终于就发现了跳变点的原因:原来曲线在Is*=400V 附近就开始出现偏离,而出现偏离的原因就是液氮已经不足了,而我一直到Is*=800V 才发现这个问题,加入液氮后数据重新回到液氮温度下的曲线上! 由于篇幅限制,在此只能从分析思考的角度将实验的过程列出:a)先测量常温下 一一对应调整Ef,Is,Ip 与Ea 的关系 使液氮条件下有收悉仪器! **p s p sI I I I +=+ (交流观察b)先测量液氮温度下 一一对应调整Ef,Is*,Ip*与Ea 的关系 使常温条件下有**p s p sI I I I +=+测量Is*,Ip* 优点:简单,Ef范围小(粗侧) 寻找到需要的区域,与Ea的关系缺点:浪费液氮如果只精测此区域数据不稳可以一定程度的节约液氮的使用测量Is*,Ip* 优点:节约液氮(粗侧)与Ea的关系缺点:Ef变化Ef超出了调解范围范围大舍弃在常温下在液氮温度下测量在Is*=8e-6A时发现测量Is,Ip 对应点的Is*,Ip*与液氮降到管端以下与Ea的关系Ea的关系加液氮Is*>800μA后点解释过于宽泛，有偏离,可能由于不能说它错，但仪器稳定性不好造成却过于牵强将Is*分段分组没有明确方向，工作拟合繁杂，但是很可能可以发现原因表面上很合理但正是这样的“合理”常舍弃常规计算：常却掩盖了物理的内在将每个点Ip,IsIp*,Is*都代入计算经过对比论证，找到了问题结合图书馆以及网的所在，可以不计入Is=(400-800) μA 上查找的资料，觉得用另一种方法的点，而采用拟合曲线解释很合理拟合来计算Ip*/Is*跳变点依然存在但是曲线明显偏离了经典的图像经典理论？？？量子力学！曲线拟合的很好存在缺陷观察发现曲线明显实验总结做实验是有目的去做的，那么实验结果出来了应该怎么办呢？当然需要细致并且完整的总结。

摘要针对近代物理实验理论性比较强的特点,结合作者指导近代物理物理实验的心得和体会,对近代物理实验的教学内容、教学方法进行一些教学改革的探索和实践。

在对本校物理类专业学生的几年教学实践中,取得了较好的教学效果,为提高本校近代物理实验的教学质量提供了新的思路和方法。

关键词近代物理实验教学改革教学方法Exploration and Practice of Teaching Reform of Mode-rn Physics Experiment//Li JianfengAbstract According to the strongly theoretical characteristics of modern physics experiments course and combining with the experience in teaching modern physics experiments,the writer explores the teaching content and teaching methods of modern physics experiment course in this article.The good teaching effects have been obtained by teaching practice for students in the department of physics in the past several years,which pro-vided new ideas and methods to improve the teaching quality of modern physics experiment course in our university.Key words modern physics experiment;teaching reform; teaching methodsAuthor's address School of Physics,Nantong University, 226007,Nantong,Jiangsu,China近代物理实验课程是物理类专业本科生的重要基础课，对理解近代物理理论极其重要,也是后续专业知识教学顺利开展的重要保障[1-5]。

上海市级教学成果奖科研引领创新人才培养，构建物理实验教学新体系成果报告完成人：张新夷、乐永康、苏卫锋、俞熹、冀敏吕景林、童培雄、马世红、高渊、陈元杰成果完成单位：复旦大学科研引领创新人才培养构建物理实验教学新体系复旦大学物理教学实验中心摘要复旦大学的物理实验教学在长期凝练的良好基础上，发展了“一个‘宗旨’、两个‘结合’、三个‘要求’和四新‘发展’”的系统教学理念，并创建“三位一体”的教学模式，强调实验教学须首先夯实基础、模拟科研的实践训练和启发式实验指导。

科研引领，以国家级示范中心和精品实验课程建设为抓手，构建由14门课程组成，具有“两纵一横”结构的物理实验课程新体系。

创新的教学点燃了学生参与各类科研训练项目的热情，催生出一批有重大影响的论文和实验设备。

教学研讨会、开放性网站、实验讨论课、新建实验、教师考核等一系列首创的改革措施受到同行们热切关注，在全国高校引起强烈共鸣，为“人才质量工程”做出重要贡献。

复旦大学物理教学实验中心（以下简称中心）在长期的教学实践中凝练出先进的教学理念，而创建实验教学新体系的实践，又进一步推动了教学理念的推陈出新。

大胆改革，以科研引领构建实验教学新体系，在课程体系、教学模式、人才培养规格、教师队伍建设等方面提出了一整套解决方案，在高等学校“人才质量工程”中，向前迈进了一大步。

一、教学理念创新1. 科学研究与实验教学相结合，加强规范、科学的基本训练与鼓励创新相结合中心始终坚持实验教学内容必须与时俱进地紧贴科研，创新要建立在扎实的基础上。

多年来始终坚持“厚基础”的教育理念，从基本原理、基本方法、基本技能等“三基”方面进行全面训练。

获得实验结果不应该是实验课的终极目标，要在实验的全过程训练学生的学习能力、动手能力、团队协作能力、分析能力、文字和口头表达能力，让学生得到综合素质的全面提升才是最重要的。

2. 动手实验与动脑思考相结合，严格要求与创新技术相结合我们采取的很多措施是为了让学生在做实验时多动脑。

第1篇一、引言物理是一门实验科学，实践教学在物理教学中占有举足轻重的地位。

通过实践教学，学生可以将理论知识与实际操作相结合，提高学生的动手能力、创新能力和科学素养。

本计划旨在制定一套科学、合理的物理综合实践教学方案，以提高学生的物理实验技能和综合素养。

二、实践教学目标1. 提高学生的物理实验操作技能，使学生熟练掌握基本的实验仪器和实验方法。

2. 培养学生的科学思维和创新意识，提高学生的科学探究能力。

3. 增强学生的团队协作精神，培养学生的团队意识和沟通能力。

4. 培养学生的实际应用能力，使学生在实践中学会解决实际问题。

5. 提高学生的综合素质，为学生的未来发展奠定基础。

三、实践教学内容1. 基础实验：包括力学、热学、电磁学、光学等基础物理实验，旨在使学生掌握基本的实验原理、方法和技能。

2. 综合实验：结合多个物理学科的知识，培养学生综合运用知识解决问题的能力。

3. 研究性实验：鼓励学生自主选题，进行科学探究，提高学生的创新能力和实践能力。

4. 实际应用实验：将物理知识应用于实际生活中，提高学生的实际应用能力。

四、实践教学安排1. 实验课时安排：每周安排2-3学时的实验课程，共计32学时。

2. 实验课程进度安排：（1）第一周：力学实验，包括自由落体实验、单摆实验、牛顿第二定律实验等。

（2）第二周：热学实验，包括比热容实验、热传导实验、热机实验等。

（3）第三周：电磁学实验，包括电流的磁效应实验、电磁感应实验、电容实验等。

（4）第四周：光学实验，包括光的折射实验、光的干涉实验、光的衍射实验等。

（5）第五周：综合实验，包括电场与磁场综合实验、光学与力学综合实验等。

（6）第六周：研究性实验，学生自主选题，进行科学探究。

（7）第七周：实际应用实验，将物理知识应用于实际生活中。

五、实践教学评价1. 实验报告评价：对学生的实验报告进行评价，包括实验原理、实验步骤、实验数据、实验结论等。

2. 实验操作评价：对学生的实验操作进行评价，包括实验仪器的使用、实验步骤的规范性、实验数据的准确性等。

近代物理实验心得体会近代物理实验是一门综合性很强的实验学科,具有综合性、前瞻性等特点。

学了有哪些心得体会呢?接下来店铺为你整理了近代物理实验心得体会，一起来看看吧。

近代物理实验心得体会篇一：摘要文章主要介绍了笔者在本次大学物理实验中获得的知识与心得，且对大学物理实验教学提出一些建议，为教师以后的教学提供一些参考，以使学生更好地进行物理实验。

关键词物理;数据处理;实验一、对大学物理实验的认识大学物理实验是高等院校理工专业重要的基础课，其目的是培养学生掌握实验的基本理论、方法和技巧;培养学生严谨的思维能力和创新精神，特别是与现代科学技术发展相适应的综合能力;培养严肃认真的工作作风和科学态度;巩固和加深对课堂基础知识的理解。

对于我们将来从事实际工作十分必要的。

二、大学物理中的心得体会1.养成课前预习的好习惯实验时,为了在规定的时间内快速高效率地完成实验,达到良好的实验效果,需要认真地预习,才能在课上更好的学习，收获的更多、掌握的更多。

首先是根据实验题目复习所学习的相关理论知识,并根据实验教材的相关内容,弄清楚所要进行的实验的总体过程,弄懂实验的目的,基本原理,了解实验所采用的方法的关键与成功之处;思考实验可能用到的相关实验仪器,对照教材所列的实验仪器,了解仪器的工作原理,性能,正确操作步骤,特别是要注意那些可能对仪器造成损坏的事项。

然后写预习报告，包括目的,原理,仪器,操作步骤,数据表格,思考题等。

预习思考题,是加深实验内容或对关键问题的理解,在实验前认真地思考并回答这些问题,有助于提高实验质量。

2.上课时认真听老师做预习指导和讲解，切记下老师所讲重点内容记下老师实验指导的内容有助于自己实验时避免犯错及实验报告的书写。

3.大学物理实验培养了我做事的耐心与细心课堂操作时需要严格的遵守实验的各项原则,要将仪器放置在合理的位置,以方便使用和确保安全。

读数，需要足够的耐心和细心，尤其是对一些精度比较高的仪器，读数一定要按照正确的读数方法并且一定要细心。

复旦大学物理教学实验中心建设国家级示范中心历程复旦大学物理教学实验中心复旦大学, 每年有近3000名学子走进这里，来尽享实验的乐趣与思维的舞动。

她就是一个致力于培育全校学生动手能力与科研素养的物理教学实验中心。

2007年批准为国家级实验教学示范中心建设单位，这是她发展史上值得铭记的里程碑。

在这以后的三年多时间里，奋进与奇迹并举, 一年一个飞跃，先后收获大学物理实验、文科物理(理论和实验)、近代物理实验等3门国家精品课程荣誉称号；获得上海市教学成果奖1项，学生发表论文40余篇，成功研制教学演示仪器和实验仪器近20种，并在全国高校仪器评比中频频获奖；上海市教育系统文明班组、宝钢优秀教师奖和上海市实验室工作先进工作者等集体和个人荣誉，更让她绽放出夺目的光芒。

近60年的发展历史塑造了它厚重的品质，不断创新的理念又给予它蓬勃向上的生命力。

“以学生为本”是它始终如一的教育理念。

既有厚重基础，又注重创新，两者均衡结合。

“要对得起学生”是老师们常说的口头禅，他们时时这么想，处处这么做。

这一既朴素又深邃的理念，是课程体系改革的出发点，也是改进教学实践的落脚点。

中心建设的实验教学体系可概括为“一个核心，三个层面”，即以培养学生实践创新能力为核心，由“基础型实验教学—综合型实验教学—研究型实验教学”三个层面，既分层次又相互衔接的实验教学新体系。

实验中心有16名专职实验教师和8位实验技术人员，为使实验教学与科研紧密相连，在实验教学中加入科研元素，中心聘请10余位“长江学者”、“杰青”等教授、副教授为兼职教师；中心先后建立了反映物理学发展前沿的、高水平教学实验室：核磁共振成像实验室、微波实验室等；中心出版了纳入“十一五”国家规划的系列教材，等等，所有这些联合构成了强大的软硬件支撑，确保实验教学保持高水平。

中心自主建立的实验中心维基网站将课堂从实验室拓展至无限空间，并创造了3年另2个月的时间，页面点击量破400万次的神话，在这里，教学资源应有尽有，互动交流随时随刻，是名副其实的物理实验教学第二课堂；给学生充分自主权，鼓励其大胆尝试的教育理念更为学生创造了无限发展的可能；教师们不惧挑战，也时刻挑战学生；坚持开展的实验教学校庆专场报告会、选派学生在全国物理实验教学研讨会上作报告，为学生提供了充分展示的舞台。