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课程名称
近代物理实验方法
学 时
60 学时
学 分
3 学分
适用专业
理工科各专业硕士、博士研究生
开课院(系)、教研室
物理系物理实验中心
教材、教学参考书
《近代物理实验方法》自编讲义 ;梁华翰、朱良铱等《大学物理实验》(修订版)

本课程的性质、地位和任务

一•  本课程的性质、地位和任务

    当前科学的发展正在出现一种以新学科的掘起和原有学科之间的相互交叉渗透为特点的势头,这种趋势要求我们培养的人才应具有扎实的基础和宽广的知识,能适应开拓性的研究工作。为了顺应科学技术发展的需要,拓宽学生的知识面,促进宽厚型复合型人才的培养,促进理工结合,促进新兴学科和边缘学科的发展,特开设“近代物理实验方法”课程。通过本课程能把近代物理领域中的一些重要的实验、它们的思想方法、研究手段和一些新的应用技术和重要的实验技术介绍给理工科各专业的硕士、博士研究生。


、本课程所讲授的基本理论和知识

  1 .微加工原理和技术

在所有对人类发展影响最大最广的新技术和新发明中,要数电子技术的出现和发展,其中最重要的是半导体晶体管的发明和集成化的发展。这些成果又推动了微电子技术、光电子技术、微光机电技术、纳光技术及量子光电子技术的兴起和发展。所有这些新兴学科的工艺基础都离不开微细加工技术。本专题将实验过程的基本原理与实验技术密切结合,使学生了解和掌握一些该领域的基本原理和基本实验技能。

专题实验:⑴光刻;⑵电子束蒸发镀膜;⑶射频溅射镀膜;⑷反应离子刻蚀;⑸扫描电子显微镜 ; ⑹扫描隧道显微镜。

2 .微波技术

  在近代物理领域,由于微波技术的飞速发展,其应用已远远超出了“雷达”的应用范围。当前的微波技术,除在与人们日常生活直接有关的工业和医学领域中常与人们接触外,更在空间技术(卫星通讯、太阳能电站、射电望远镜)中发挥了它独特的作用。本专题从微波ABC入手,通过几个实验,介绍微波的基本原理和参数测量等概况。

专题实验:⑴微波基本参数的测量;⑵反射式速调管特性研究;⑶微波布拉格衍射。

3 .核探测分析技术

核探测分析技术的应用范围极为广范,除应用于核物理、原子分子物理研究外,还广泛应用于固体物理、材料科学、化学、生物学、地质、考古、天体物理等科学研究领域。 核探测分析技术中最基本的问题是各种射线的强度和能量的测量方法,本专题将介绍有关的基本知识,并介绍一种应用广泛的核分析技术—穆斯堡尔分析技术。

  专题实验:⑴G-M计数器和物质对射线的吸收;⑵闪烁探测器和γ能谱;⑶穆斯堡尔分析技术。

4. 真空和低温实验技术

当今真空技术已能获得离地面数万公里宇宙空间的超高真空,它的应用遍及航天、半导体制造、电真空器件、材料制备和处理、以及人们日常生活中的真空绝热、真空保鲜。因此掌握真空技术的基本知识和使用,在近代科技中是必不可少的。低温技术随着科技发展在火箭发射、核磁共振 CT 、工农业及物性研究等方面已得到广泛的应用,特别是86年开始的超导热为人们所熟悉,显示出特别诱人的前景。本专题将介绍真空和低温实验的基本技术和实验方法,以及先进的实验设备。

  专题实验:⑴真空获得和测量;⑵真空镀膜;⑶漏热法恒温器及其应用—测量 P-N 结电阻温度关系;⑷微型致冷机—超导体临界温度测定。

5. 光纤技术

  本世纪六十年代激光的发明和七十年代低损耗光纤的制造成功使光纤通信和光纤传感等技术得到了突飞猛进的发展。特别是九十年代以来,世界上信息化浪潮已呈不可阻挡的趋势,信息高速公路行动计划的提出为光纤通信系统展现了无限广阔的应用前景。此外,光纤在工业测量、传感等领域也有广泛的应用价值。

专题实验:⑴光纤端面的处理和参数测量;⑵光纤中模场观测;⑶光纤传感在工业测量中的应用 ; ⑷波导电光调制器特性测试。

6. 光谱技术

  利用光与物质相互作用是研究物质结构的物理特性和化学结构性质的一些重要方法。红外光谱技术可鉴别化合物官能团,分子的非对称性测定,化合物的反应机理和缔合作用,高分子的链结构研究,物质的表面和界面成份及结构分析研究。拉曼光谱技术,在物理方面可用于研究晶体的晶格振动和晶格振动模,体内与表面的电磁耦合声子,固体能谱,铁电体相变,半导体的杂质与局域态,以及分子瞬态寿命、相干时间等等。在化学方面可用于鉴别化合物中基团振动模,确定化合物的分子结构、分子对称性等等。顺磁波谱技术可用于一般有机高分子材料结构分析和化学反应过程的机理分析,捕捉带有未耦合电子的反应中间产物,在生物科学方面可用来诊断早期乳腺癌等病理等等。

  专题实验:⑴红外光谱技术;⑵拉曼光谱技术;⑶顺磁波谱技术。

7. 激光技术

  激光及其应用将得到越来越广泛的发展。本专题将介绍气体、半导体等激光器的基本原理、性能参数及其调试方法,激光干涉系统的构成及实验技术,光场信息的构成、特征及信息采集和处理方法。

  专题实验:⑴激光器调正和参数测量;⑵激光干涉法和莫尔偏折法的工程应用;⑶光场信息结构的识别、计算机采集和处理;⑷各类全息图的展示及识别。

8 .光探测和电光磁光传感技术

  在光学技术中约有70%以上的场合要涉及到对光强和光色的探测。以光度学为基础,结合色度学内容,可使光探测的含义更加确切、完善。光通过处于电磁场中的介质发生偏振态的变化,从而建立电、磁等量与光学量的关系,这是一种较新的传感技术。它可用于电工测量,如强磁场、脉冲磁场、大电流、高电压等;可以测量通光介质的物性,如密度、温度、位移、应力分布、混合物成份配比等;也可利用其响应速度快的特点和光强与所加电磁场的相应关系,用于光开关、测距、控制、通讯、印刷、以及光计算机等新领域。

  专题实验:⑴光电倍增管光谱特性的测定;⑵光色的测量;⑶电光传感技术;⑷磁光传感技术。

9 .X射线分析技术

  X射线是探测物质内部奥秘的得力武器,本专题包括了X射线物理检测的主要内容,其中有:①X射线衍射物相分析技术,该技术主要用于材料成份、结构的分析;②X射线荧光光谱分析技术,该技术主要用于材料成份快速分析;③X射线光电子能谱分析技术,该技术主要用于材料表面、界面成份化学价态分析。本专题的实验所用仪器均为大型精密贵重仪器,其中进口仪器占多数。

专题实验:⑴X射线衍射分析;⑵X射线荧光元素分析;⑶X射线电子能谱。


三、本课程对培养学生创新与实践能力的要求

    通过本课程能把近代物理领域中的一些重要的实验、它们的思想方法、研究手段和一些新的应用技术和重要的实验技术介绍给理工科各专业的硕士和博士研究生,使学生在新的实验方法和实验技术方面开阔视野,进一步提高科学素质和实验能力


四、 实验项目的设置与学时分配

序 号

实 验 名 称

实 验

学 时

1

微加工原理和技术

20

2

微波技术

20

3

核探测分析技术

20

4

真空和低温实验技术

20

5

光纤技术

20

6

光谱技术

20

7

激光技术

20

8

光探测和电光磁光传感技术

20

9

X射线分析技术

20


五、 实验考核(试)方式

     本课程设有 9 个专题,学生可以根据兴趣自由选择 3 个专题,按要求完成后,可获得 3 个学分。


 
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