实验教学

主要内容

弗兰克—赫兹实验直接证明了汞原子具有玻尔所设想的那种“完全确定的、互相分立的能量状态”，是对玻尔的原子量子化模型的第一个决定性的证据。学生通过实验掌握弗兰克赫兹实验基本原理和操作，了解实验背后的故事，培养科学家严谨客观的思维方式。

学习目标

1.了解弗兰克-赫兹实验的基本原理；

2.了解弗兰克-赫兹实验在物理学发展史（尤其是人们对原子结构的认识）上的地位与作用，了解这些实验早期的实验技术；

3.理解旧实验技术被淘汰的原因；

4.掌握这些实验的最新实验方法。

学生课前准备

1.必读书目：

《近代物理实验教程》（第二版），吴先球等著，科学出版社，2009 年，弗兰克-赫兹实验章节

2.选读书目：

《近代物理实验》（第二版），吴思诚，王祖铨著，北京大学出版社，1995 年，弗兰克-赫兹实验章节

3.思考问题：

什么是弗兰克-赫兹实验？

4.其他课前准备：

查阅相关资料，了解弗兰克-赫兹实验的物理学史

教学方式

查文献写预习报告、PPT汇报讨论、实验操作、数据处理与分析、总结与汇报

课后作业

（1）完善实验报告

（2）回答思考题

（3）进行反思并总结收获

实验1.2：钠原子光谱

学时：6

支撑课程目标：LO1, LO2, LO3, LO4, LO5

主要内容

学生通过实验掌握钠原子光谱实验的基本原理和光栅光谱仪的操作使用，通过对钠原子光谱的观察和分析，加深对碱金属原子的外层电子和原子实相互作用以及自旋轨道运动相互作用的理解。了解原子光谱实验在现代科学研究中的应用。了解实验背后的故事，培养科学家严谨客观的思维方式。

学习目标

1.了解钠原子光谱实验的基本原理；

2.了解原子光谱实验在物理学发展史上的地位，以及在当今科研中发挥的作用；

3.掌握光栅光谱仪的使用，对钠原子光谱谱线能够准确识别和数据分析。

学生课前准备

1.必读书目：

《近代物理实验教程》（第二版），吴先球等著，科学出版社，2009 年，钠原子光谱章节

2.选读书目：

《近代物理实验》（第二版），吴思诚，王祖铨著，北京大学出版社，1995 年，钠原子光谱章节

3.思考问题：

钠原子光谱的能级图是什么样的？

4.其他课前准备：

查阅相关资料，了解钠原子光谱实验的物理学史

教学方式

查文献写预习报告、PPT汇报讨论、实验操作、数据处理与分析、总结与汇报

课后作业

（1）完善实验报告

（2）回答思考题

（3）进行反思并总结收获

实验1.4：塞曼效应实验

学时：6

支撑课程目标：LO1, LO2, LO3, LO4, LO5

主要内容

掌握观察塞曼效应的方法，加深对原子磁矩及空间量子化等原子物理学概念的理解，观察汞原子546.1nm谱线的分裂现象及偏振状态，并计算电子荷质比。了解实验背后的故事，培养科学家严谨客观的思维方式。

学习目标

(1) 了解塞曼效应实验的基本原理；

(2) 了解塞曼效应实验在物理学发展史上的地位与作用，了解这些实验早期的实验技术；

(3) 掌握法布里-珀罗标准具的调节方法、偏振片和滤光片的使用；

(4) 掌握CCD在光谱测量中的应用和使用计算机处理光谱数据的实验方法。

学生课前准备

1.必读书目：

《近代物理实验教程》（第二版），吴先球等著，科学出版社，2009 年，塞曼效应实验章节

2.选读书目：

《近代物理实验》（第二版），吴思诚，王祖铨著，北京大学出版社，1995 年，塞曼效应实验章节

3.思考问题：

(1) 什么是塞曼效应？

4.其他课前准备：

查阅相关资料，了解塞曼效应实验的物理学史

教学方式

查文献写预习报告、PPT汇报讨论、实验操作、数据处理与分析、总结与汇报

课后作业

（1）完善实验报告

（2）回答思考题

（3）进行反思并总结收获

主要内容

1. 坪曲线的测量

2. 分辨时间τ的测量

3. 泊松分布的测量

学习目标

1. 了解GM计数管的原理、放射源的分类及危害等级

2. 掌握实验方法及数据处理方法

3. 掌握实验逻辑，学会将实验方法运用于其他类似实验

4. 了解实验背后的故事，培养科学家严谨客观的思维方式。

学生课前准备

1.必读书目：

《近代物理实验教程》（第二版），吴先球等著，科学出版社，2009 年，盖格-米勒计数管的特性及放射性衰变的规律统计章节

2.选读书目：

《近代物理实验》（第二版），吴思诚，王祖铨著，北京大学出版社，1995 年，盖格-米勒计数管的特性及放射性衰变的规律统计章节

3.思考问题：

（1）G-M计数管的计数与哪些因素有关？

（2）如何确定起始电压？怎么计算相对误差？

（3）实验测分辨时间时，两个源的测量顺序有几种，是否都可取，为什么？

（4）做泊松分布实验时，如何提高测量效率？

4.其他课前准备：

查阅相关资料，了解该实验在生活中的应用。认真阅读近代物理实验课本里该实验的实验步骤，划出不清楚的地方，待实验课中解决。掌握至少一种数据处理方法，并且应当具备实验过程中处理数据的能力。

教学方式

查文献写预习报告、PPT汇报讨论、实验操作、数据处理与分析、总结与汇报

课后作业

（1）完善实验报告

（2）回答思考题

（3）进行反思并总结收获

实验2.2：能谱的测量

学时：6

支撑课程目标：LO1, LO2, LO3, LO4, LO5, LO6

主要内容

(1) 测137Cs的γ能谱并计算能量分辨率

(2) 通过测量137Cs和60Co的全能峰道址，画出能量刻度曲线并求出解析方程

(3) 测量未知源能量

学习目标

1. 了解137Cs的γ能谱和全能峰定义

2. 掌握相对误差的计算方法

3. 学会计算能量分辨率

4. 熟练操作γ能谱能谱仪

5. 学会用最小二乘法拟合实验数据

6. 了解实验背后的故事，培养科学家严谨客观的思维方式。

学生课前准备

1.必读书目：

《近代物理实验教程》（第二版），吴先球等著，科学出版社，2009 年，能谱的测量章节

2.选读书目：

《近代物理实验》（第二版），吴思诚，王祖铨著，北京大学出版社，1995 年，能谱的测量章节

3.思考问题：

（1）反散射峰是怎样形成的？如何从实验上减小这一效应？

（2）能量与道址之间关系？测量先后顺序对实验影响？

（3）最小二乘法如何拟合实验数据？

4.其他课前准备：

查阅相关资料，了解γ能谱在生活、科研的运用

教学方式

查文献写预习报告、PPT汇报讨论、实验操作、数据处理与分析、总结与汇报

课后作业

（1）完善实验报告

（2）回答思考题

（3）进行反思并总结收获

实验2.4：用快速电子验证相对论效应

学时：6

支撑课程目标：LO1, LO2, LO3, LO4, LO5, LO6

主要内容

1. 定标：用137Cs和60Co进行定标，确定高压与放大倍数

2. 抽真空

3. 进行快速电子动量与动能关系的测量

学习目标

1. 掌握相对论中的基本概念与基本原理

2. 掌握验证相对论关系的实验方法

3. 了解实验背后的故事，培养科学家严谨客观的思维方式。

学生课前准备

1.必读书目：

《近代物理实验教程》（第二版），吴先球等著，科学出版社，2009 年，用快速电子验证相对论效应章节

2.选读书目：

《近代物理实验》（第二版），吴思诚，王祖铨著，北京大学出版社，1995 年，用快速电子验证相对论效应章节

3.思考问题：

(1) 实验是否可在非真空状态下进行?

(2) 为什么要用电子来验证相对论效应？

4.其他课前准备：

查阅相关资料，了解相对论的产生与应用

教学方式

查文献写预习报告、PPT汇报讨论、实验操作、数据处理与分析、总结与汇报

课后作业

（1）完善实验报告

（2）回答思考题

（3）进行反思并总结收获

主要内容

1. 测量吸收系数与半吸收厚度

2. 确定未知吸收片厚度

学习目标

1. 了解γ射线的吸收系数

2. 了解不同材料对γ射线的线性吸收系数与γ射线能量的关系

3. 了解实验背后的故事，培养科学家严谨客观的思维方式。

学生课前准备

1.必读书目：

《近代物理实验教程》（第二版），吴先球等著，科学出版社，2009 年，利用γ射线测量材料的吸收系数和厚度章节。

2.选读书目：

《近代物理实验》（第二版），吴思诚，王祖铨著，北京大学出版社，1995 年，利用γ射线测量材料的吸收系数和厚度章节。

思考问题：

γ射线通过物质时有没有确定的射程？

本实验是否一定要知道γ射线的能量和活度？

4.其他课前准备：

查阅相关资料，了解γ射线的发展与运用

教学方式

查文献写预习报告、PPT汇报讨论、实验操作、数据处理与分析、总结与汇报

课后作业

（1）完善实验报告

（2）回答思考题

（3）进行反思并总结收获

实验3.1：激光器特性及参数的测量

学时：6

支撑课程目标：LO1, LO2, LO3, LO4, LO5，LO6

主要内容

1.测量激光的功率稳定度

2.用光阑法和光点法测量激光的光斑半径并计算发散角

3.测量激光光束的偏振度

学习目标

1.了解：激光器、激光功率计的使用方法

2.掌握：激光特性及其参数的测量原理

3.了解实验背后的故事，培养科学家严谨客观的思维方式。

学生课前准备

1.必读书目：

《近代物理实验教程》（第二版），吴先球等著，科学出版社，2009 年，激光器特性及参数的测量章节。

2.选读书目：

《近代物理实验》（第二版），吴思诚，王祖铨著，北京大学出版社，1995 年，激光器特性及参数的测量章节。

3.思考问题：

(1) 氦氖激光器的工作原理是什么？

(2) 什么是光斑半径？

(3) 如何正确使用光功率计？

4.其他课前准备：

查阅相关资料，了解激光的发展与应用

教学方式

查文献写预习报告、PPT汇报讨论、实验操作、数据处理与分析、总结与汇报

课后作业

（1）完善实验报告

（2）回答思考题

（3）进行反思并总结收获

实验3.3：全息技术

学时：6

支撑课程目标：LO1, LO2, LO3, LO4, LO5，LO6

主要内容

1.搭建菲涅尔全息的拍摄光路并完成全息照片的拍摄

2.搭建相面全息的拍摄光路并完成全息照片的拍摄

3.对以上两种全息照片进行物体像的再现

学习目标

1.了解：全息照相的基本原理和实验方法

2.掌握：搭建拍摄全息图和再现物体像的光路

3.了解实验背后的故事，培养科学家严谨客观的思维方式。

学生课前准备

1.必读书目：

《近代物理实验教程》（第二版），吴先球等著，科学出版社，2009 年，全息技术章节。

2.选读书目：

《近代物理实验》（第二版），吴思诚，王祖铨著，北京大学出版社，1995 年，全息技术章节。

3.思考问题：

（1）全息照片和普通照片的区别是什么？

（2）菲涅尔全息和相面全息的区别是什么？

（3）拍摄全息图时，光路布置要注意些什么？

4.其他课前准备：

查阅相关资料，了解全息技术的发展与应用

教学方式

查文献写预习报告、PPT汇报讨论、实验操作、数据处理与分析、总结与汇报

课后作业

（1）完善实验报告

（2）回答思考题

（3）进行反思并总结收获

主要内容

1.调节平行光和成像光路

2.以二维网格为物体，进行低通、高通、方向滤波并观察像的变化

3.验证阿贝成像原理

4.用相衬法和暗场法实现相位物体成像

学习目标

1.理解：空间频谱的概念和阿贝成像原理；用光栅滤波实现图像相加减及光学微分的原理和方法

2. 掌握：空间滤波的原理和方法及相关光路的搭建

3.了解实验背后的故事，培养科学家严谨客观的思维方式。

学生课前准备

1.必读书目：

《近代物理实验教程》（第二版），吴先球等著，科学出版社，2009 年，光学信息处理章节。

2.选读书目：

《近代物理实验》（第二版），吴思诚，王祖铨著，北京大学出版社，1995 年，光学信息处理章节。

3.思考问题：

（1）怎样判断一束光是平行光？

（2）空间滤波的物理意义是什么？

（3）相衬法和暗场法实现相位物体成像的差别在哪里？

4.其他课前准备：

查阅相关资料，了解激光、全息等方面的发展与应用

教学方式

查文献写预习报告、PPT汇报讨论、实验操作、数据处理与分析、总结与汇报

课后作业

（1）完善实验报告

（2）回答思考题

（3）进行反思并总结收获

实验3.5：椭圆偏振法测量薄膜厚度、折射率和金属复折射率

学时：6

支撑课程目标：LO1, LO2, LO3, LO4, LO5, LO6

主要内容

1.校准起偏器和检偏器

2.校准1/4波片的位置，使其快轴处于45度。

3.测量薄膜的折射率和厚度

4.测量金属的复折射率

学习目标

1.了解：椭圆偏振法的基本原理。

2.掌握：用椭圆偏振法测量纳米级薄膜的厚度和折射率，以及金属负折射率的方法

3.了解实验背后的故事，培养科学家严谨客观的思维方式。

学生课前准备

1.必读书目：

《近代物理实验教程》（第二版），吴先球等著，科学出版社，2009 年，椭圆偏振法测量薄膜厚度、折射率和金属复折射率章节。

2.选读书目：

《近代物理实验》（第二版），吴思诚，王祖铨著，北京大学出版社，1995 年，椭圆偏振法测量薄膜厚度、折射率和金属复折射率章节。

3.思考问题：

（1）椭偏测厚仪的设计思想是什么？

（2）校准起偏器或检偏器的原理是什么？

（3）本实验中的误差来源有哪些？

4.其他课前准备：

查阅相关资料，了解激光、全息等方面的发展与应用

教学方式

查文献写预习报告、PPT汇报讨论、实验操作、数据处理与分析、总结与汇报

课后作业

（1）完善实验报告

（2）回答思考题

（3）进行反思并总结收获

实验6.1：电阻温度关系与减压降温技术

学时：6

支撑课程目标：LO1, LO2, LO3, LO4, LO5

主要内容

1.通过测量二极管、合金、碳膜电阻、Pt四个样品的R-T曲线，从中理解不同材料电阻率的温度特性；

2.通过学习减压降温技术，理解从液氮沸点到三相点的减压降温方法。

学习目标

1. 了解有关材料电阻率的研究发展历程及应用

2. 了解各个温区的电阻温度计类型和材料用作电阻温度计所要满足的要求

3. 理解与实验相关的基本物理概念

4. 理解伏安法测电阻、微小电流测量的方法

5. 掌握R-T曲线测量的基本方法和数据处理方法及实验现象分析

6. 了解实验背后的故事，培养科学家严谨客观的思维方式。

学生课前准备

1.必读书目：

《近代物理实验教程》（第二版），吴先球等著，科学出版社，2009 年，电阻温度关系与减压降温技术章节。

2.选读书目：

《近代物理实验》（第二版），吴思诚，王祖铨著，北京大学出版社，1995 年，电阻温度关系与减压降温技术章节。

3.思考问题：

(1) 材料的电阻率与温度呈什么关系？

(2) 为什么要采用微小电流进行测量？

4.其他课前准备：

查阅相关资料，了解低温的获得方法，低温技术发展历史，常见的标准温度计

教学方式

查文献写预习报告、PPT汇报讨论、实验操作、数据处理与分析、总结与汇报

课后作业

1. 采用excel、matlab、origin等软件处理、分析实验结果；

2. 回答思考题；

3. 进行反思并总结收获

主要内容

1.通过测量YBCO超导体的升、降温R-T曲线，求出超导体的临界温度Tc，零电阻温度Tc0，温度的转变宽度ΔTc，从中理解YBCO超导体的基本特性；

2.观察YBCO超导体的磁悬浮现象；

3.了解一百多年的超导研究发展历程中我国科学家对超导发展的贡献

学习目标

1. 了解高温超导体从氧基到铁基以及最近的氢基的发展历程及应用；

2. 理解实验相关的基本物理概念；

3. 掌握高温超导体R-T曲线测量的方法和数据处理方法及实验现象分析；

4. 掌握在实验过程中消除接触电势以及温差电势等寄生电势的方法；

5. 观察磁悬浮现象（迈斯纳效应）。

6.了解实验背后的故事，培养科学家严谨客观的思维方式。

学生课前准备

1.必读书目：

《近代物理实验教程》（第二版），吴先球等著，科学出版社，2009 年，高温超导基本特性的测量章节。

2.选读书目：

《近代物理实验》（第二版），吴思诚，王祖铨著，北京大学出版社，1995 年，高温超导基本特性的测量章节。

3.思考问题：

(1) 四引线法为什么能有效消除引线电阻和接触电阻对测量结果的影响？

4.其他课前准备：

查阅文献与网络查询，了解从1911年昂内斯发现超导以来的一百多年的发展历程，以及当代在超导领域的重大突破，着重讲述赵忠贤、陈仙辉等老一辈科学家对高温超导发展的杰出贡献。

教学方式

查文献写预习报告、PPT汇报讨论、实验操作、数据处理与分析、总结与汇报

课后作业

1. 采用excel、matlab、origin等软件处理、分析实验结果；

2. 回答思考题；

3. 进行反思并总结收获

主要内容

1.通过测量YBCO超导体的升、降温R-T曲线，求出超导体的临界温度Tc，零电阻温度Tc0，温度的转变宽度ΔTc，从中理解YBCO超导体的基本特性；

2.观察YBCO超导体的磁悬浮现象；

3.了解一百多年的超导研究发展历程中我国科学家对超导发展的贡献

学习目标

1. 了解高温超导体从氧基到铁基以及最近的氢基的发展历程及应用；

2. 理解实验相关的基本物理概念；

3. 掌握高温超导体R-T曲线测量的方法和数据处理方法及实验现象分析；

4. 掌握在实验过程中消除接触电势以及温差电势等寄生电势的方法；

5. 观察磁悬浮现象（迈斯纳效应）。

6.了解实验背后的故事，培养科学家严谨客观的思维方式。

学生课前准备

1.必读书目：

《近代物理实验教程》（第二版），吴先球等著，科学出版社，2009 年，高温超导基本特性的测量章节。

2.选读书目：

《近代物理实验》（第二版），吴思诚，王祖铨著，北京大学出版社，1995 年，高温超导基本特性的测量章节。

3.思考问题：

(1) 四引线法为什么能有效消除引线电阻和接触电阻对测量结果的影响？

4.其他课前准备：

查阅文献与网络查询，了解从1911年昂内斯发现超导以来的一百多年的发展历程，以及当代在超导领域的重大突破，着重讲述赵忠贤、陈仙辉等老一辈科学家对高温超导发展的杰出贡献。

教学方式

查文献写预习报告、PPT汇报讨论、实验操作、数据处理与分析、总结与汇报

课后作业

1. 采用excel、matlab、origin等软件处理、分析实验结果；

2. 回答思考题；

3. 进行反思并总结收获

主要内容

1.通过给被测pn结样品两端施加偏压V，测量对应的电容C，获得被测二极管样品的C-V曲线；

3. 根据被测pn结样品的电容获得对应的结宽；

2. 根据二极管的C-V曲线的斜率计算材料的杂质浓度分布。

学习目标

1. 了解有关Si、Ge、GaN等半导体的研究发展历程及应用；

2. 了解半导体中能带的形成以及导带、禁带、价带的概念；

3. 理解二极管pn结的结构特点和基于耗尽层近似的理论模型和计算；

4. 理解测量样品电容的实验方法；

5. 掌握C-V曲线测量的基本方法和数据处理方法及实验现象分析；

6. 了解我国在半导体行业的发展和现状。

学生课前准备

1.必读书目：

《近代物理实验教程》（第二版），吴先球等著，科学出版社，2009 年，电容-电压法测量半导体载流子浓度章节。

2.选读书目：

《近代物理实验》（第二版），吴思诚，王祖铨著，北京大学出版社，1995 年，电容-电压法测量半导体载流子浓度章节。

3.思考问题：

电容-电压法的测量原理？

4.其他课前准备：

查阅文献与网络查询，了解半导体的发展历程以及我国在半导体研究中的贡献，了解我国在半导体研究中的现状和面临的问题。

教学方式

查文献写预习报告、PPT汇报讨论、实验操作、数据处理与分析、总结与汇报

课后作业

1. 采用excel、matlab、origin等软件处理、分析实验结果；

2. 回答思考题；

3. 进行反思并总结收获

实验6.4：霍尔效应

学时：6

支撑课程目标：LO1, LO2, LO3, LO4, LO5

主要内容

1. 通过给霍尔样品通电流、同时施加磁场，测量霍尔电势和电导电势；

2. 判断样品导电类型；

3. 计算霍尔样品的载流子浓度、电导率、迁移率、禁带宽度、杂质电离能

学习目标

1.了解有关霍尔效应的研究发展历程及应用;

2. 理解霍尔效应的原理及与实验相关的基本物理概念;

3. 理解杂质饱和电离区、杂质电离区、本征导电区的物理意义和作用;

4. 掌握室温下计算半导体载流子浓度、电导率、迁移率;

5. 掌握计算禁带宽度Eg、杂质电离能Ei的方法.

学生课前准备

1.必读书目：

《近代物理实验教程》（第二版），吴先球等著，科学出版社，2009 年，霍尔效应章节。

2.选读书目：

《近代物理实验》（第二版），吴思诚，王祖铨著，北京大学出版社，1995 年，霍尔效应章节。

3.思考问题：

霍尔效应在日常生活和生产中有何应用？

4.其他课前准备：

查阅文献与网络查询，了解与霍尔效应有关的诺贝尔物理奖以及中国华人在霍尔实验研究领域的杰出贡献

教学方式

查文献写预习报告、PPT汇报讨论、实验操作、数据处理与分析、总结与汇报

课后作业

1. 采用excel、matlab、origin等软件处理、分析实验结果；

2. 回答思考题；

3. 进行反思并总结收获

实验8.1：微波的传输特性和基本测量

学时：6

支撑课程目标：LO1, LO2, LO3, LO4, LO5

主要内容

微波的传输特性和基本测量

学习目标

1.了解：微波的波长和频率范围，微波的基本特性

2.掌握：微波测量的基本方法

3.了解实验背后的故事，培养科学家严谨客观的思维方式。

学生课前准备

1.必读书目：

《近代物理实验教程》（第二版），吴先球等著，科学出版社，2009 年，微波的传输特性和基本测量章节。

2.选读书目：

《近代物理实验》（第二版），吴思诚，王祖铨著，北京大学出版社，1995 年，微波的传输特性和基本测量章节。

3.思考问题：

思考微波的应用和参数，以及在无线通讯中的应用

4.其他课前准备：

查阅相关资料，了解微波的传输特性和基本测量

教学方式

查文献写预习报告、PPT汇报讨论、实验操作、数据处理与分析、总结与汇报

课后作业

（1）完善实验报告

（2）回答思考题

（3）进行反思并总结收获

实验9.1：核磁共振的稳态吸收

学时：6

支撑课程目标：LO1, LO2, LO3, LO4, LO5

主要内容

核磁共振的稳态吸收的原理和基本测量

学习目标

了解：核磁共振发现和获得诺贝尔奖的历史。

掌握：核磁共振相关物理量和公式

学生课前准备

1.必读书目：

《近代物理实验教程》（第二版），吴先球等著，科学出版社，2009 年，核磁共振的稳态吸收章节。

2.选读书目：

《近代物理实验》（第二版），吴思诚，王祖铨著，北京大学出版社，1995 年，核磁共振的稳态吸收章节。

3.思考问题：

思考NMR稳定吸收有哪些物理过程？

4.其他课前准备：

查阅相关资料，了解核磁共振共振的发现历史以及获得的诺贝尔奖项

教学方式

查文献写预习报告、PPT汇报讨论、实验操作、数据处理与分析、总结与汇报

课后作业

（1）完善实验报告

（2）回答思考题

（3）进行反思并总结收获

实验9.3：电子自旋共振

学时：6

支撑课程目标：LO1, LO2, LO3, LO4, LO5

主要内容

电子自旋共振的原理和基本测量

学习目标

1.理解：电子自旋共振的物理意义。

2.掌握：电子自旋共振实验的基本方法

3.了解实验背后的故事，培养科学家严谨客观的思维方式。

学生课前阅读材料与其他准备

1.必读书目：

《近代物理实验教程》（第二版），吴先球等著，科学出版社，2009 年，电子自旋共振章节。

2.选读书目：《近代物理实验》（第二版），吴思诚，王祖铨著，北京大学出版社，1995 年，电子自旋共振章节。

3.思考问题：

电子自旋共振有哪些物理过程？

4.其他课前准备：

查阅相关资料，了解电子自旋共振的发现历史

教学方式

查文献写预习报告、PPT汇报讨论、实验操作、数据处理与分析、总结与汇报

课后作业

（1）完善实验报告

（2）回答思考题

（3）进行反思并总结收获

实验9.4：

学时：6

支撑课程目标：LO1, LO2, LO3, LO4, LO5

主要内容

光泵磁共振的原理和基本测量

学习目标

1.理解：光泵磁共振包含双共振的物理意义

2.掌握：光泵磁共振实验的基本方法

3.了解实验背后的故事，培养科学家严谨客观的思维方式。

学生课前准备

1.必读书目：

《近代物理实验教程》（第二版），吴先球等著，科学出版社，2009 年，光泵磁共振章节。

2.选读书目：

《近代物理实验》（第二版），吴思诚，王祖铨著，北京大学出版社，1995 年，光泵磁共振章节。

3.思考问题：

(3) 思考光泵磁共振有哪些物理过程？

4.其他课前准备：

查阅相关资料，了解光泵磁共振的发现历史

教学方式

查文献写预习报告、PPT汇报讨论、实验操作、数据处理与分析、总结与汇报

课后作业

（1）完善实验报告

（2）回答思考题

（3）进行反思并总结收获

实验10.0：带电粒子在电场中的运动实验

学时：6

支撑课程目标：LO1, LO2, LO3, LO5

主要内容

龙格库塔积分方法、微分方程求解基本方法、初始参数的改变、结果图示化

学习目标

1.了解计算机数值模拟的发展历程及应用

2.理解实验相关的基本物理概念

3.掌握计算机数值模拟的基本方法

4.了解实验背后的故事，培养科学家严谨客观的思维方式。

学生课前准备

1.必读书目：

《近代物理实验教程》（第二版），吴先球等著，科学出版社，2009 年，带电粒子在电场中的运动实验章节。

2.选读书目：

《近代物理实验》（第二版），吴思诚，王祖铨著，北京大学出版社，1995 年，数值模拟章节。

3.思考问题：

（1）如何验证计算机数值模拟的结果是否正确？

（2）如何理解龙格库塔积分方法？

4.其他课前准备：

查阅相关资料，了解微分方程求解基本方法

教学方式

查文献写预习报告、PPT汇报讨论、实验操作、数据处理与分析、总结与汇报

课后作业

（1）完善实验报告

（2）回答思考题

（3）进行反思并总结收获

主要内容

1.混沌吸引子的观察

2.初值的敏感性实验

3.倍周期运动研究

学习目标

1.了解计算机数值模拟的发展历程及应用。

2.理解实验相关的基本物理概念。

3.掌握计算机数值模拟的基本方法。

4.了解实验背后的故事，培养科学家严谨客观的思维方式。

学生课前准备

1.必读书目：

《近代物理实验教程》（第二版），吴先球等著，科学出版社，2009 年，洛伦兹混沌系统的模拟章节。

2.选读书目：

《近代物理实验》（第二版），吴思诚，王祖铨著，北京大学出版社，1995 年，数值模拟章节。

3.思考问题：

（1）从混沌系统的基本特征出发，联系天气预报系统，说明蝴蝶效应的意义。

（2）试说明数值模拟方法的特点。它与理论研究、实验研究有什么关系？

4.其他课前准备：

查阅相关资料，了解微分方程求解基本方法

教学方式

查文献写预习报告、PPT汇报讨论、实验操作、数据处理与分析、总结与汇报

课后作业

（1）完善实验报告

（2）回答思考题

（3）进行反思并总结收获

实验10.5：数字信号平均模拟实验

学时：6

支撑课程目标：LO1, LO2, LO3, LO5

主要内容

产生信号、噪声、混合波，累加次数对S/N 的影响，不同信噪比时的模拟

学习目标

1.了解计算机数值模拟的发展历程及应用

2.理解数字信号平均原理

3.掌握计算机数值模拟的基本方法

4.了解实验背后的故事，培养科学家严谨客观的思维方式。

学生课前准备

1.必读书目：

《近代物理实验教程》（第二版），吴先球等著，科学出版社，2009 年，数字信号平均模拟实验章节。

2.选读书目：

《近代物理实验》（第二版），吴思诚，王祖铨著，北京大学出版社，1995 年，数值模拟章节。

3.思考问题：

(1) 信号取样平均技术的基本思想？

(2) 数字信号平均的规律？

4.其他课前准备：

查阅相关资料，了解微分方程求解基本方法

教学方式

查文献写预习报告、PPT汇报讨论、实验操作、数据处理与分析、总结与汇报

课后作业

（1）完善实验报告

（2）回答思考题

（3）进行反思并总结收获

预习

（1）文献调研（包含教育情怀）

（2）原理理解

（3）表达能力（仪态、语言、逻辑、多媒体运用）

18%

LO1

实验过程

（1）仪器的使用与规范

（2）实验操作（独立操作与分析解决问题的能力）

（3）数据记录（表格、物理量及单位、数字有效位）

（4）科学态度与责任

（5）合作与交流

24%

LO2, LO4, LO5

汇报

（1）数据处理与分析（包括各种软件的使用）

（2）结果与讨论

（3）总结与反思

18%

LO1, LO4,

LO5, LO6

期末考试

（1）仪器使用与规范

（2）完成实验考试内容

（3）数据记录

40%

LO1, LO5, LO6

预习

（1）文献调研（包含教育情怀）

（2）原理理解

（3）表达能力（仪态、语言、逻辑、多媒体运用）

12%

LO1

实验过程

（1）仪器的使用与规范

（2）实验操作（独立操作与分析解决问题的能力）

（3）数据记录（表格、物理量及单位、数字有效位）

（4）科学态度与责任

（5）合作与交流

16%

LO2, LO4, LO5

汇报

（1）数据处理与分析（包括各种软件的使用）

（2）结果与讨论

（3）总结与反思

12%

LO1, LO4,

LO5, LO6

研究创新型实验

(1) 选题

(2) 实验方案设计

(3) 实验过程

(4) 论文质量

(5) 答辩

20%

LO1, LO3, LO5, LO6

理论考试

闭卷考试

40%

LO1, LO3, LO6