普通物理试验课程教案.docx

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普通物理试验课程教案

近代物理实验课程教案

授课题目（教学章节或主题）：

1．3钠原子光谱

授课类型　

 实验课

授课时间

周一下午612节

教学目标或要求：

一、教学目标：

1．使学生通过研究钠原子，了解原子的内部结构，认识原子内部电子运动。

2．通过对钠原子光谱的观察，拍摄和分析，加深对碱金属原子的外层电子与原子核相互作用以及自旋与轨道相互作用的了解。

3．让学生分析光谱线系、测量波长，并绘制能级图。

二、教学要求

1．观察和拍摄钠原子光谱。

2．在光谱图中识别钠原子光谱的四大线系；

3．利用阿贝比长计测量铁谱和钠谱中某些谱线的相对位置，用线性内插法求钠谱波长

教学内容（包括基本内容、重点、难点）：

一．检查学生预习报告。

二．学生在实验室现场预习，了解实验仪器的使用，确定实验主要步骤，预测实验中可能会遇到的问题并尝试解答。

三．检查学生预习情况，根据实验内容进行提问，提问内容例如：

1.本实验的目的内容？

要求测量哪些物理量?

2.钠原子光谱有几个线系，各有什么特点？

3.如何调节等高共轴？

4.哈德曼光阑的作用？

5.什么是线性内插法？

6.各线系谱线应该如何辨识？

四．学生独立完成实验内容，测量数据，并做适当的数据处理：

1．并排拍摄钠谱、铁谱，

2．在光谱投影仪上辨认钠原子光谱各个线系，

3．在比长计上测量线系谱线的波长。

五．检查学生的实验数据，检查实验后仪器的规整情况和实验登记表的填写情况。

检查完毕，实验结束。

重点和难点

1．钠原子光谱四个光谱线系的特点及如何在光谱图上识别各线系。

2．哈特曼光阑的作用和使用。

3．用线性内插法测量计算线系谱线波长、波数差和固定项。

教学手段与方法：

学生操作，教师指导。

思考题、讨论题、作业：

1．哈德曼光栏的作用？

2．如何在实验中辨别各线系的谱线及其主量子数？

参考资料（含参考书、文献等）：

林木欣主编.近代物理实验教程.北京：

科学出版社.1999.

吴思诚、王祖铨.近代物理实验（第二版）.北京：

北京大学出版社.1995.

杨福家.原子物理学.北京.高等教育出版社.1990

注：

1、每项页面大小可自行添减；2一次课为一个教案；3、“重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4、授课类型指：

理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课等。

近代物理实验课程教案

授课题目（教学章节或主题）：

1.5塞曼效应

授课类型　

 实验课

授课时间

周一下午612节

教学目标或要求：

一、教学目标：

1.让学生了解什么是塞曼效应及塞曼效应的种类；

2.使学生学会用“错序观察法”观察谱线；

3.使学生学会用阿贝比长计测量干涉圆环直径并计算出分裂的波数差。

二、教学要求

1.通过改变磁场在塞曼谱仪中调出各种不同错序情况的塞曼分裂干涉图样，并观察其何特点；

2.在光谱投影仪中观察拍摄谱版中各种错序情况的塞曼分裂干涉图，并能指出其错序情况；

3.用阿贝比长计测量干涉圆环的直径，最后计算出谱线的分裂波数差。

教学内容（包括基本内容、重点、难点）：

一．检查学生实验预习报告

二．让学生在实验室现场预习，了解各实验仪器的使用，初步确定实验主要步骤，分析预测实验中可能会遇到的问题并尝试解答。

三．检查学生预习情况，并根据实验内容提问，提问内容例如：

1.本次实验的目的、内容？

2.什么是塞曼效应？

3.实验中要求直接测量的物理量？

4.什么是“错序观察法”？

5.如何辨认错序情况？

6.汞5461的谱线经过滤光片后的谱线颜色？

该谱线在磁场上分裂成几条？

裂距如何？

7.若增大磁场，各序的干涉谱线条数如何变化？

8.法布利-波罗标准的用处？

该类干涉属于什么类型的干涉？

9.波数差的测量？

四．学生独立完成实验内容，测量数据，并做适当的数据处理。

1．在塞曼效应谱仪上用错序法观测塞曼效应，

2．在光谱投影仪上辨别各错序情况，

3．在阿贝比长计上测量各序干涉圆环直径。

五．检查学生的实验数据，实验仪器归整情况和实验登记情况。

检查完毕本次实验课结束。

重难点

1.如何使用“错序观察法”观察谱线，

2.法布利-珀罗标准具的原理，

3.如何用阿贝比长计测量直径及计算裂距。

教学手段与方法：

学生操作，教师指导。

思考题、讨论题、作业：

1．如何判断标准具两平面是否平行？

2．试分析汞4358nm谱线的塞曼分裂情况？

参考资料（含参考书、文献等）：

林木欣主编.近代物理实验教程.北京：

科学出版社.1999.

吴思诚、王祖铨.近代物理实验（第二版）.北京：

北京大学出版社.1995.

母国光、战元龄.光学.北京.人民教育出版社.1979

注：

1、每项页面大小可自行添减；2一次课为一个教案；3、“重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4、授课类型指：

理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课等。

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授课题目（教学章节或主题）：

1－3

（2）光谱定量分析

授课类型　

实验课

授课时间

周一下午612节

教学目标或要求：

一、教学目标

1、通过本实验掌握用三标准试样法分析微量元素的含量。

2、学会使用测微光度计测量谱线黑度值。

二、教学要求

1、拍摄六种试样的谱线，能辨认分析线队。

2、能够用测微光度计测量分析线对的黑度值。

3、根据测量数据绘制△S－logC工作曲线，并从曲线上求出待分析样品的含量。

教学内容（包括基本内容、重点、难点）：

一．检查学生预习报告

二．让学生在实验室现场预习，了解仪器的使用及其作用，初步确定实验步骤，分析实验中将会遇到的问题并尝试解答

三．检查学生预习情况，对实验内容提问，例如：

1、本实验目的？

2、什么是三标准试样分析法？

3、什么叫分析线对（即匀称线对），实验中的分析线对波长为多少？

4、光栅光谱仪的使用调节？

5、分析线对的辨认？

6、等等。

四．学生独立完成实验，测量数据，并做一定数据处理：

1．在光栅光谱仪上拍摄光谱，

2．在上辨认分析线对，

3．在测微光度计测量线对谱线的黑度。

五．检查学生数据，实验仪器的归整情况，水电关闭及实验室登记表的填写情况，检查完毕，本次实验结束。

重难点

1、了解什么是内标法，怎样选择内标元素和内标线。

2、如何使用三标准试样分析法分析元微量元素的含量。

教学手段与方法：

学生操作，教师指导。

思考题、讨论题、作业：

1.何谓内标法？

这样选择内标元素和内标线。

2.什么叫三标法？

参考资料（含参考书、文献等）：

林木欣主编.近代物理实验教程.北京：

科学出版社.1999.

吴思诚、王祖铨.近代物理实验（第二版）.北京：

北京大学出版社.1995.

李廷均.发射光谱分析.原子能出版社.1983

注：

1、每项页面大小可自行添减；2一次课为一个教案；3、“重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4、授课类型指：

理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课等。

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授课题目（教学章节或主题）：

2.3符合测量

授课类型　

 实验课

授课时间

周一下午612节

教学目标或要求：

1.了解符合事件、真符合、偶然符合、本底符合和符合分辨时间的概念。

2.熟悉符合测量装置的结构，掌握测量符合分辨时间的三种方法。

3.掌握γ-γ符合法测量60Co放射源活度的方法。

教学内容（包括基本内容、重点、难点）：

1.课前准备.

教师以提问方式检查学生对实验原理、仪器、用品的了解和熟悉程度。

学生有疑问可向老师请教。

教师批改预习报告。

2.研究符合装置各部分的输入、输出信号特性，理解符合事件的概念。

以信号发生器作信号源，用示波器观察并定性描绘装置各部分的输出信号，然后调节符合插件的“成形”和“延时”旋钮，研究脉冲产生符合事件的原理。

3.根据真偶符合比的要求，大致选定符合分辨时间τ。

通常真偶符合比取≥5，根据放射源的大致活度计算出τ值，调节“成形”旋钮，从示波器上观察脉冲宽度约等于τ。

4.用瞬时符合法测量τ。

调节“延时”旋钮，在示波器上可观察到两通道之间脉冲的符合关系。

同时用三路定标器测量符合道计数，记录刚有计数和无计数时的“延时”旋钮读数，计算τ值。

5.用偶然符合法测量τ

Ⅰ通道输入探头信号，Ⅱ通道输入信号发生器信号，并依次改变其输出频率，分别测量计数率n1、n2、noc，画noc与（n1n2）关系图，由斜率求τ。

6.测量60Co放射源的活度A

Ⅰ、Ⅱ通道均输入γ探头信号，测量Ⅰ、Ⅱ通道和符合道计数率n1、n2、n12，和本底计数率n1b、n2b、n12b，代入公式计算60Co放射源的活度A。

7.重点：

理解符合测量法的物理意义，理解符合分辨时间τ的物理意义。

8.难点：

分辨时间τ的测量。

教学手段与方法：

学生操作，教师指导。

思考题、讨论题、作业：

1.若所测放射源的活度约为10μCi，要求真偶符合比≥5，符合装置的分辨时间应如何选择？

2.如果让探测器分别测量两个独立的放射源来求符合电路的符合分辨时间，具体实验方法如何？

3.137Cs放射源能否作为偶然符合源？

（参考137Cs的衰变纲图，注意其激发态寿命）

4.试讨论哪一个物理量的测量对活度A的相对标准差影响最大？

参考资料（含参考书、文献等）：

1.林木欣主编.近代物理实验教程.北京：

科学出版社.1999.

2.吴思诚、王祖铨.近代物理实验（第二版）.北京：

北京大学出版社.1995.

3.复旦大学、清华大学、北京大学合编.原子核物理实验方法（上册）.北京：

原子能出版社.1981.

注：

1、每项页面大小可自行添减；2一次课为一个教案；3、“重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4、授课类型指：

理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课等。

近代物理实验课程教案

授课题目（教学章节或主题）：

2.2γ射线能谱测量

授课类型　

 实验课

授课时间

周一下午612节

教学目标或要求：

1.了解NaI（Tl）闪烁γ能谱仪的原理、结构，掌握其基本的调整方法。

2.对能谱仪探测到的137Cs单能γ射线信号作能谱测量，掌握能谱分析方法。

3.作能谱仪能量定标曲线，测量未知放射源的γ射线能量。

教学内容（包括基本内容、重点、难点）：

2.课前准备.

教师以提问方式检查学生对实验原理、仪器、用品的了解和熟悉程度。

学生有疑问可向老师请教。

教师批改预习报告。

2.用示波器观察探头、放大器、单道分析器的输出信号。

通电，加高压。

观察并定性描绘各部分的输出信号，研究高压、放大倍数与信号大小的关系，最后调节放大器的输出信号约7-8V。

3.用单道分析器作“微分”测量。

固定道宽（0.2V），改变阈值（每次改变0.2V），研究脉冲幅度与其强度的关系，画出能谱，计算谱仪能量分辨率。

4.研究谱仪的线性，作谱仪能量定标曲线，测量未知放射源的γ射线能量。

用计算机多道分析仪分别测量137Cs源和60Co源的全能峰位，测得能量定标曲线（E-ch），以此曲线求未知放射源的γ射线能量。

5.重点：

研究脉冲幅度与其计数强度的关系，绘出能谱。

6.难点：

作谱仪能量定标曲线，测量未知放射源的γ射线能量。

教学手段与方法：

学生操作，教师指导。

思考题、讨论题、作业：

5.用闪烁γ能谱仪测量单能γ射线的能谱，为什么呈连续的分布？

6.反散射峰是怎样形成的？

如何从实验上减少这一效应？

7.如何从示波器上观察到的137Cs脉冲波形图，判断谱仪能量分辨率的好坏？

谱仪的工作条件（放大倍数、高压等）对能量分辨率有何影响？

8.测量能谱时，单道分析器上选“微分”档，若选“积分”档，将会测出怎样的谱线？

参考资料（含参考书、文献等）：

4.林木欣主编.近代物理实验教程.北京：

科学出版社.1999.

5.吴思诚、王祖铨.近代物理实验（第二版）.北京：

北京大学出版社.1995.

6.复旦大学、清华大学、北京大学合编.原子核物理实验方法（上册）.北京：

原子能出版社.1981.

注：

1、每项页面大小可自行添减；2一次课为一个教案；3、“重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4、授课类型指：

理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课等。

近代物理实验课程教案

授课题目（教学章节或主题）：

2.6用快速电子验证相对论效应

授课类型　

实验课

授课时间

周一下午612节

教学目标或要求：

1.以快速电子作为实验对象，验证其动能与动量的关系，理解相对论验证实验的物理思想。

2.了解熟悉平面半圆形聚焦β谱仪的工作原理。

3.掌握能量定标、β射线能量和动量的测量方法，理解相对论曲线的意义。

教学内容（包括基本内容、重点、难点）：

3.课前准备.

教师以提问方式检查学生对实验原理、仪器、用品的了解和熟悉程度。

学生有疑问可向老师请教。

教师批改预习报告。

2.闪烁能谱仪的能量定标

分别测量137Cs和60Co的γ能谱，求其光电峰位的道数，再根据其对应的已知能量用最小二乘法拟合得能量定标曲线（E-ch）。

峰位的计数值相对标准误差要求小于2%。

3.β-射线粒子动能Ek及动量P的测量。

选用90Sr-90Y作β-粒子源，对不同的电子偏转半径分别测量β能谱，并寻得各个能谱的峰位道数（峰位的计数值相对标准误差要求小于2%），由以上的能量定标曲线求得对应的能量E。

再根据P=eBR算出动量，在Pc—Ek坐标上作出实验曲线。

验证其是否符合相对论的理论曲线，如果实验数据点刚好在理论曲线上，则相对论效应成立。

4.重点：

理解经典理论曲线和相对论曲线的物理意义。

8.难点：

闪烁能谱仪的能量定标和β-射线粒子动能Ek及动量P的测量。

教学手段与方法：

学生操作，教师指导。

思考题、讨论题、作业：

9.试比较Pc—Ek图上的经典理论曲线和相对论曲线以及实验曲线，并进行讨论，得出什么结论？

10.测量β-射线粒子能量的谱仪为什么用137Cs和60Co的γ能谱来标定？

参考资料（含参考书、文献等）：

7.林木欣主编.近代物理实验教程.北京：

科学出版社.1999.

8.吴思诚、王祖铨.近代物理实验（第二版）.北京：

北京大学出版社.1995.

9.复旦大学、清华大学、北京大学合编.原子核物理实验方法（上册）.北京：

原子能出版社.1981.

注：

1、每项页面大小可自行添减；2一次课为一个教案；3、“重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4、授课类型指：

理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课等。

近代物理实验课程教案

授课题目（教学章节或主题）：

2.1盖革-弥勒计数管的特性及放射性衰变的统计规律

授课类型　

 实验课

授课时间

周一下午612节

教学目标或要求：

了解盖革-弥勒（G-M）计数管的工作原理、特性，熟悉自动定标器的使用方法，掌握G-M计数管坪曲线、分辨时间的测量方法，研究放射性衰变的统计规律（泊松分布、高斯分布）。

教学内容（包括基本内容、重点、难点）：

4.课前准备.

教师以提问方式检查学生对实验原理、仪器、用品的了解和熟悉程度。

学生有疑问可向老师请教。

教师批改预习报告。

2.测量J306型G-M计数管的“坪曲线”确定工作电压

用90Sr-90Y放射源，电压每升高10V测量一次计数，根据相对误差小于2%的要求选定测量时间，确定V0、V1、V2和工作电压。

3.用双源法测量G-M计数管的分辨时间

满足m12τ<<1，计数相对误差小于1%，源1和源2在单独测量与同时测量时的相对位置不变三个条件。

4.研究高斯分布、泊松分布的形成条件，研究采集次数与理论值相符的关系。

用放射源测高斯分布，用本底放射性测泊松分布，自主选择采集次数，用计算机采集数据。

5.重点：

测量G-M计数管的“坪曲线”并确定工作电压。

6.难点：

研究放射性衰变的统计规律（泊松分布、高斯分布）。

教学手段与方法：

学生操作，教师指导。

思考题、讨论题、作业：

11.计数在什么时候出现连续放电？

出现连续放电时如何处理？

如何延长计数管的使用寿命？

12.G-M计数管的计数与哪些因素有关？

能否用它来测量能量和区分射线的种类？

13.分辨时间的存在对计数有什么影响？

能否克服？

如何用示波器测量分辨时间？

14.放射性测量中的统计误差由什么决定？

有哪些途径可以减少误差？

参考资料（含参考书、文献等）：

10.林木欣主编.近代物理实验教程.北京：

科学出版社.1999.

11.吴思诚、王祖铨.近代物理实验（第二版）.北京：

北京大学出版社.1995.

12.复旦大学、清华大学、北京大学合编.原子核物理实验方法（上册）.北京：

原子能出版社.1981.

注：

1、每项页面大小可自行添减；2一次课为一个教案；3、“重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4、授课类型指：

理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课等。

授课题目：

微波的传输特性和基本测量

教学器材与工具：

速调管、固态源、微波测量线、功率计、频率计、隔离器、衰减器等

授课时间：

第二周至第十五周每周六节

教学目的、要求：

要求学会使用基本微波器件，了解微波振荡源的基本工作原理和微波的传输特性，掌握频率以及波导波长、驻波比等基本量的测量。

教学内容与教法：

反射速调管的功率和频率特性测量。

波导波长、小驻波比、中驻波比、大驻波比的测量。

先预习，然后调试仪器，熟识仪器的操作，特别是驻波测量线的调整。

最后进行实验、测量。

重点是功率，频率，波导波长，驻波比的测量。

思考题：

1．驻波测量线的调节应注意哪些问题？

2．驻波测量线测量波导波长的方法。

波导波长λg与自由空间波长λ的大小关系如何？

参考资料：

1．陈振国编，微波技术基础与应用，北京，北京邮电大学出版社，1996。

2．吴思诚、王祖铨主编，近代物理实验，北京，北京大学出版社，1995。

3．林木欣主编，近代物理实验，广州广东出版社，1994。

4．南京大学近代物理实验室编，近代物理实验，南京，南京大学出版社，1993。

近代物理实验课程教案

授课题目：

光泵磁共振

授课类型

实验课

授课时间

第二周至第十五周每周六节

教学目标或要求：

通过本实验，学生应加深对原子超精细结构的理解，掌握以光抽运为基础的光检测共振的方法，进而测定铷原子超精细结构塞曼子能级的郎德因子。

教学内容：

1．观察光抽运信号、共振信号及其区别。

2．测定87Rb和85Rb的gF因子。

1．采用施加水平恒定磁场换向的方法。

抵消地磁水平分量和扫场直流分量的影响。

2．用最小二乘法求实验数据的拟合直线，再由直线的斜率得gF值。

3．地磁场的测定。

选做。

教学手段与方法：

先预习，然后讲授光泵磁共振原理。

学生调整实验仪器。

观察光抽运信号，共磁信号。

然后测定87Rb、85Rb的gF值。

重点是光抽运信号。

87Rb、85Rb共振信号的区别。

难点是如何消除地磁场及扫场直流分量的影响。

思考题：

1．实验过程中如何区别87Rb、85Rb的磁共振信号？

2．试计算出87Rb和85Rb的gF因子理论值。

3．试用式子表示测量地磁场的方法。

参考资料：

1．龚顺生，物理实验，NO.4，133，1981。

2．吴思诚，王祖铨主编，近代物理实验（第二版），北京，北京大学出版社，1995。

3．赵汝光等，物理实验，NO.4，147，1986。

授课题目：

信号取样平均实验

授课类型

实验课

授课时间

第二周至第十五周每周六节

教学目标或要求：

要求理解信号取样平均器的工作原理,掌握参数选择对信噪比改善的影响,并通过实例学会取样平均器的具体应用

教学内容：

4．信号取样平均器的工作特性和参数测定

.观察信号波形，噪声和信号的叠加，调节信号周期、幅值，选好合适的输入信噪比

5．调节Tg、Tc、Ts、Tb，观察平均器输出信噪比情况，选择不同的Ts、Tg、Tc组合，记录不同信噪比输出的输出曲线。

6．记录输入信噪比为1，调节平均器各个参数得到一条最佳信噪比的输出信号曲线

教学手段与方法：

先预习，然后讲授平均器基本工作原理，学生调整仪器，进行实验。

重点是如何调Tg、Tc、Ts、Tb参数，获得最佳信噪比输出

思考题：

4．信号取样平均技术的基本思想是怎样的？

n次取样平均结果对信噪比有何改善？

5．在使用平均器时，应如何选择Tg、Tb、Tc和Ts以提高信噪比。

参考资料：

4．吕斯华、朱印康主编，近代物理实验技术

（2），第八章，北京，高等教育出版社，1991

5．陈佳生，微弱信号检测，第二、四章，北京，中央广播电视大学出版社，1987。

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授课题目：

核磁共振的稳态吸收

授课类型

实验课

授课时间

第二周至第十五周每周六节

教学目标或要求：

本实验讨论NMR的稳态吸收，要求掌握NMR的基本原理和稳态吸收的实验方法，测定一些样品的核磁矩，并学会用NMR方法测定磁场。

教学内容：

7．观察氢核1H与NMR现象。

1．改变射频场B1与强度观察吸收信号幅值的变化。

2．改变扫场电压的大小，观察吸收信号有什么不同；

3．移动样品在磁极间的位置，观察磁场Bo的均匀度对吸收信号波形的影响；

4．比较掺入顺磁物质浓度拨同的水样品，观察它们的吸收信号有何差别；

8．测定电磁铁的励磁电流与磁场的关系。

9．用聚四氟乙烯样品测定氟核19F的磁矩（选做）

教学手段与方法：

先预习，然后讲授NMR稳态吸收的基本原理，学生熟识仪器的操作范围。

调整仪器，操作实验，重点是扫索共振信号及测定励磁电流与磁场的关系。

思考题：

6．观测NMR吸收信号时要提供哪几种磁场？

各起什么作用？

各有什么要求？

7．NMR稳态吸收有哪两个物理过程？

实验中怎样才能避免饱和现象出现？

参考资料：

6．王金山，核磁共振波谱仪与实验技术，第一~二章，北京，机械工业出版社，1982。

7．吴思诚，王祖铨主编，近代物理实验（第二版），北京，北京大学出版社，1995。

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