《专业实验》课程教学大纲 一、课程基本信息 英文名称 Professional Experimen 课程代码 PHYS2061 课程性质专业必修课程 授课对象 物理学 学分 1.5学分 学时 54学时 主讲教师 虞一青、苏晓东、郑分刚、辛煜、汤如 修订日期 2021年9月 俊、药雨燕、陈雅卉 1、方亮，翁雨燕主编，近现代物理实验（第1版）M,北京：高等教有出版 指定教材社，2020. 2、自编讲义 二、课程目标 (一)总体目标： 本课程针对各种材料体系设计出多个实验，让学生从中获得材料各种物性的直观印象， 学习其测量方法，探究其设计思路。整个课程涉及到半导体材料、磁性材料、铁电材料等， 句括磁性、电性、热申、光申、声光等物性，以及放申等离子体体系的研究。对这些实验的 学习和训练，使得学生能把理论知识和实际情况联系起来，从而加深对材料物理学中有关原 理的理解与掌握，同时培养学生独立开展科学研究工作的综合素质，提高学生的科学实验能力 和科学实验素养。 (二)课程目标： 课程目标1：根据实验内容，学习掌握相关实验的思想、原理和研究方法，对获取的数 据进行分析处理与误差分析，撰写实验报告。 课程目标2：通过对多种材料体系的物性测量，让学生从中获得对材料各种物性的直观 印象，学习掌握其测量方法。 课程目标3：把理论知识和实际情况联系起来，加深对材料物理学中有关原理的理解与 掌握。培养学生独立开展科学研究工作的综合素质，提高学生的科学实验能力和科学素养。 (三)课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系 表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表
1 《专业实验》课程教学大纲 一、课程基本信息 英文名称 Professional Experiment 课程代码 PHYS2061 课程性质 专业必修课程 授课对象 物理学 学 分 1.5 学分 学 时 54 学时 主讲教师 虞一青、苏晓东、郑分刚、辛煜、汤如 俊、翁雨燕、陈雅卉 修订日期 2021 年 9 月 指定教材 1、方亮，翁雨燕主编，近现代物理实验（第 1 版）[M]， 北京：高等教育出版 社，2020. 2、自编讲义 二、课程目标 （一）总体目标： 本课程针对各种材料体系设计出多个实验，让学生从中获得材料各种物性的直观印象， 学习其测量方法，探究其设计思路。整个课程涉及到半导体材料、磁性材料、铁电材料等， 包括磁性、电性、热电、光电、声光等物性，以及放电等离子体体系的研究。对这些实验的 学习和训练，使得学生能把理论知识和实际情况联系起来，从而加深对材料物理学中有关原 理的理解与掌握，同时培养学生独立开展科学研究工作的综合素质，提高学生的科学实验能力 和科学实验素养。 （二）课程目标： 课程目标 1：根据实验内容，学习掌握相关实验的思想、原理和研究方法，对获取的数 据进行分析处理与误差分析，撰写实验报告。 课程目标 2：通过对多种材料体系的物性测量，让学生从中获得对材料各种物性的直观 印象，学习掌握其测量方法。 课程目标 3：把理论知识和实际情况联系起来，加深对材料物理学中有关原理的理解与 掌握。培养学生独立开展科学研究工作的综合素质，提高学生的科学实验能力和科学素养。 （三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系 表 1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表
课程目标 对应课程内容 对应毕业要求 实验1、用Q表测量软磁铁氧体的磁性 实验2、介电常数和介质损耗的测量 实验3、半导体热电特性综合实验 实验4、霍尔效应 实验5、四探针法测量电阻率 实验6、铁磁材料磁滞回线和基本磁化曲线 实验7、铁磁材料居里温度测试 毕业要求2：掌握数学、物理相关 实验8、铁电体电滞回线测量 的基础知识、基本物理实验方法 和实验技能，具有运用物理学理 实验9、固体介质折射率的测定 论和方法解决问题、解释或理解 物理规律。 课程目标1实验10、晶体电光效应实验 实验11、品体声光效应实验 毕业要求7：具有课题调研、设计 数据处理和学术交流能力。 实验12、太阳能电池基本特性的测司 毕业要求8 具有自主学习和终 实验13、光敏传感器光电特性实验 身学习意识和社会适应能力。 实验14、太阳能电池量子效率(QE)测试 实验15、WH.Ⅱ金属电子逸出功测定 实验16、X射线衍射原理与实验 实验17、大气压介质阻挡放电 实验18、低气压射领空心阴极放电系统 实验19、光刻实验 实验1、用Q表测量软磁铁氧体的磁性 毕业要求2：掌握数学、物理相关 实验2、介电常数和介质损耗的测量 的基础知识、基本物理实验方法 实验3、半导体热电特性综合实验 和实验技能，具有运用物理学理 论和方法解决问题、解释或理解 实验4、霍尔效应 物理规律。 课程目标2 实验5、四探针法测量电阻率 毕业要求7：具有课题调研、设计 实验6、铁磁材料磁滞回线和基本磁化曲线 数据处理和学术交流能力。 实验7、铁磁材料居里温度测试 毕业要求8：具有自主学习和终 身学习意识和社会适应能力。 实验8、铁电体电滞回线测量
2 课程目标 对应课程内容 对应毕业要求 课程目标 1 实验 1、用 Q 表测量软磁铁氧体的磁性 实验 2、介电常数和介质损耗的测量 实验 3、半导体热电特性综合实验 实验 4、霍 尔 效 应 实验 5、四探针法测量电阻率 实验 6、铁磁材料磁滞回线和基本磁化曲线 实验 7、铁磁材料居里温度测试 实验 8、铁电体电滞回线测量 实验 9、固体介质折射率的测定 实验 10、晶体电光效应实验 实验 11、晶体声光效应实验 实验 12、太阳能电池基本特性的测量 实验 13、光敏传感器光电特性实验 实验 14、太阳能电池量子效率（QE）测试 实验 15、 WH-Ⅱ金属电子逸出功测定 实验 16、 X 射线衍射原理与实验 实验 17、大气压介质阻挡放电 实验 18、低气压射频空心阴极放电系统 实验 19、光刻实验 毕业要求 2：掌握数学、物理相关 的基础知识、基本物理实验方法 和实验技能, 具有运用物理学理 论和方法解决问题、解释或理解 物理规律。 毕业要求 7：具有课题调研、设计、 数据处理和学术交流能力。 毕业要求 8： 具有自主学习和终 身学习意识和社会适应能力。 课程目标 2 实验 1、用 Q 表测量软磁铁氧体的磁性 实验 2、介电常数和介质损耗的测量 实验 3、半导体热电特性综合实验 实验 4、霍 尔 效 应 实验 5、四探针法测量电阻率 实验 6、铁磁材料磁滞回线和基本磁化曲线 实验 7、铁磁材料居里温度测试 实验 8、铁电体电滞回线测量 毕业要求 2：掌握数学、物理相关 的基础知识、基本物理实验方法 和实验技能, 具有运用物理学理 论和方法解决问题、解释或理解 物理规律。 毕业要求 7：具有课题调研、设计、 数据处理和学术交流能力。 毕业要求 8： 具有自主学习和终 身学习意识和社会适应能力
实验9、固体介质折射率的测定 实验10、晶体电光效应实验 实验11、晶体声光效应实验 实验12、太阳能电池基本特性的测量 实验13、光敏传感器光电特性实验 实验14、太阳能电池量子效率(Q)测试 实验15、WHⅡ金属电子逸出功测定 实验5、四探针法测量电阻率 实验14、太阳能电池量子效率(QE)测试 华业要求3 了解物理学前沿和 发展动态，新技术中的物理思想 实验16、X射线衍射原理与实验 熟悉物理学新发现、新理论、新 课程目标3 实验17、大气压介质阻挡放电 技术对社会的影响。 实验18、低气压射频空心阴极放电系统 毕业要求8：具有自主学习和终 身学习意识和社会适应能力。 实验19、光刻实验 三、教学内容 实验项目1：用Q表测量软磁铁氧体的磁性 1.教学目标 (1)会使用Q表，掌握用Q表测量高频线圈的分布电容和电感值 (2)掌握用Q表测量软磁铁氧体在较高频率下的山和Q的方法。 2.教学内容 学习Q表测量原理，理解品质因数Q的意义，学会用Q表测量电容和电感的方法，掌 握计算磁导率的公式。 实验项目2：介电常数和介质损耗的测量 1.教学目标 (1)了解电介质材料的介电常数及其测量方法： (2)了解电介质材料的介质损耗及其测量方法 (3)掌握误差修正的方法。 2.教学内容
3 三、教学内容 实验项目 1：用 Q 表测量软磁铁氧体的磁性 1.教学目标 （1）会使用 Q 表，掌握用 Q 表测量高频线圈的分布电容和电感值； （2）掌握用 Q 表测量软磁铁氧体在较高频率下的 μr和 Q 的方法。 2.教学内容 学习 Q 表测量原理，理解品质因数 Q 的意义，学会用 Q 表测量电容和电感的方法，掌 握计算磁导率的公式。 实验项目 2：介电常数和介质损耗的测量 1.教学目标 （1）了解电介质材料的介电常数及其测量方法； （2）了解电介质材料的介质损耗及其测量方法； （3）掌握误差修正的方法。 2.教学内容 实验 9、固体介质折射率的测定 实验 10、晶体电光效应实验 实验 11、晶体声光效应实验 实验 12、太阳能电池基本特性的测量 实验 13、光敏传感器光电特性实验 实验 14、太阳能电池量子效率（QE）测试 实验 15、 WH-Ⅱ金属电子逸出功测定 课程目标 3 实验 5、四探针法测量电阻率 实验 14、太阳能电池量子效率（QE）测试 实验 16、 X 射线衍射原理与实验 实验 17、大气压介质阻挡放电 实验 18、低气压射频空心阴极放电系统 实验 19、光刻实验 毕业要求 3： 了解物理学前沿和 发展动态，新技术中的物理思想， 熟悉物理学新发现、新理论、新 技术对社会的影响。 毕业要求 8： 具有自主学习和终 身学习意识和社会适应能力
学习根据介电常数的公式设计实验，并进行测量。掌握介电损耗的计算和测量方法。 实验项目3：半导体热电特性综合实验 1教学目标 (1)了解半导体热敏电阻、p结的电输运的微观机制及其与温度的关系 (2)熟悉热电测量的原理和方法： (3)掌握直接或间接用最小二乘法做一元线性回归，拟合得到热敏电阻的温度系数（热 敏指数)和pm结的禁带宽度。 2.教学内容 本实验学习测量半导体材料热电综合特性的实验方法及其实验装置，研究不同材料的 热电特性，并学习智能化的综合测量和数据处理方法。 实验项目4：覆尔效应 1教学目标 (1)了解霍尔效应实验原理及有关霍尔元件对材料要求的知识： (2)学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量并绘制样品的VH-s和VHM曲 线： (3)掌握利用霍尔效应确定样品的导电类型、计算出载流子浓度以及迁移率。 2.教学内容 学会利用霍尔效应判断样品的导电类型，根据测量结果求的半导体器件的载流子浓度 以及迁移率等物理量。学习用“对称测量法”消除实验中副效应的影响。 实验项目5：四探针法测量电阻率 1教学目标 (1)了解影响电阻率测试结果的因素： (2)掌握四探针测量电阻率的原理和方法，并对特殊尺寸样品的电阻率测试结果进行 修正。 2.教学内容 学习四探针的工作原理和方法，了解影响测试结果的因素及其修正方法，对比不同位 置处测量的电阻幸值。 实验项目6：铁磁材料磁滞回线和基本磁化曲线 4
4 学习根据介电常数的公式设计实验，并进行测量。掌握介电损耗的计算和测量方法。 实验项目 3：半导体热电特性综合实验 1.教学目标 （1）了解半导体热敏电阻、pn 结的电输运的微观机制及其与温度的关系； （2）熟悉热电测量的原理和方法； （3）掌握直接或间接用最小二乘法做一元线性回归，拟合得到热敏电阻的温度系数（热 敏指数）和 pn 结的禁带宽度。 2.教学内容 本实验学习测量半导体材料热电综合特性的实验方法及其实验装置，研究不同材料的 热电特性，并学习智能化的综合测量和数据处理方法。 实验项目 4：霍 尔 效 应 1.教学目标 （1）了解霍尔效应实验原理及有关霍尔元件对材料要求的知识； （2） 学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量并绘制样品的 VH-Is 和 VH-IM 曲 线； （3）掌握利用霍尔效应确定样品的导电类型、计算出载流子浓度以及迁移率。 2.教学内容 学会利用霍尔效应判断样品的导电类型，根据测量结果求的半导体器件的载流子浓度 以及迁移率等物理量。学习用“对称测量法”消除实验中副效应的影响。 实验项目 5：四探针法测量电阻率 1.教学目标 （1）了解影响电阻率测试结果的因素； （2）掌握四探针测量电阻率的原理和方法，并对特殊尺寸样品的电阻率测试结果进行 修正。 2.教学内容 学习四探针的工作原理和方法，了解影响测试结果的因素及其修正方法，对比不同位 置处测量的电阻率值。 实验项目 6：铁磁材料磁滞回线和基本磁化曲线
1.教学目标 (1)了解用示波器显示和观察动态磁滞回线的原理和方法： (2)熟悉测绘铁磁材料动态磁滞回线和基本磁化曲线的原理和方法，加深对铁磁材料 磁化规律的理解： (3)学会根据磁滞回线确定矫顽力Hc、剩余磁感应强度Br、饱和磁感应强度Bm、 磁滞损耗B川等磁化参数： (4)掌握测量磁性材料磁导率“的方法，并测绘铁磁材料的一H曲线，了解铁磁 材料的主要特性。 2.教学内容 铁磁性材料的分类，磁滞回线的特点和测量，磁滞损耗和计算和磁导率的确定。 实验项目7：铁磁材料居里温度测试 1.教学目标 (1)了解铁磁物质由铁磁性转变为顺磁性的微观机理： (2)熟悉交流电桥法测定铁磁材料样品的居里温度： (3)掌握实验时的加热速率和交流电桥输入信号频率对居里温度测试结果的影响。 2教学内容 学会利用交流电桥法测定铁磁材料样品的居里温度，并学习分析实验参数（加热速率 和交流电桥输入信号频率)对居里温度测试结果的影响。 实验项目8：铁电体电滞回线测量 1教学日标 (1)了解晶体的自发极化与电滞回线测量的基本原理： (2)熟悉电滞回线测量系统的使用方法： (3)掌握铁电体电滞回线的测量方法，对测量数据进行分析。 2.教学内容 学习铁电体的基本知识与自发极化以及铁电体电滞回线测量的方法和基本原理，使用 电滞回线测量仪对铁电体样品进行测量。 实验项目9：固体介质折射率的测定 1.教学目标 5
5 1.教学目标 （1）了解用示波器显示和观察动态磁滞回线的原理和方法； （2）熟悉测绘铁磁材料动态磁滞回线和基本磁化曲线的原理和方法，加深对铁磁材料 磁化规律的理解； （3）学会根据磁滞回线确定矫顽力 Hc、剩余磁感应强度 Br、饱和磁感应强度 Bm、 磁滞损耗[BH]等磁化参数； （4）掌握测量磁性材料磁导率 μ 的方法，并测绘铁磁材料的 μ—H 曲线，了解铁磁 材料的主要特性。 2.教学内容 铁磁性材料的分类，磁滞回线的特点和测量，磁滞损耗和计算和磁导率的确定。 实验项目 7：铁磁材料居里温度测试 1.教学目标 （1）了解铁磁物质由铁磁性转变为顺磁性的微观机理； （2）熟悉交流电桥法测定铁磁材料样品的居里温度； （3）掌握实验时的加热速率和交流电桥输入信号频率对居里温度测试结果的影响。 2.教学内容 学会利用交流电桥法测定铁磁材料样品的居里温度，并学习分析实验参数（加热速率 和交流电桥输入信号频率）对居里温度测试结果的影响。 实验项目 8：铁电体电滞回线测量 1.教学目标 （1）了解晶体的自发极化与电滞回线测量的基本原理； （2）熟悉电滞回线测量系统的使用方法； （3）掌握铁电体电滞回线的测量方法，对测量数据进行分析。 2.教学内容 学习铁电体的基本知识与自发极化以及铁电体电滞回线测量的方法和基本原理，使用 电滞回线测量仪对铁电体样品进行测量。 实验项目 9：固体介质折射率的测定 1.教学目标