近代物理实验讲义物理基础实验教学中心二〇一四年三月
近代物理实验讲义 物理基础实验教学中心 二○一四年三月
目录第一章原子物理实验实验1夫兰克一赫兹实验实验2月用CCD电视显微油滴仪测电子电荷.5实验3塞曼效应·..8实验4用原子力显微镜观测固体表面形貌.17第二章原子核物理实验实验1RES 相对论效应28（1）Nal(TI)单晶闪烁谱仪...28（2）核衰变的统计规律.·33（3）射线的吸收与物质吸收系数u的测定39单能电子物质阻止本领()和半吸收厚度的测定42(4)p(dx)(5)验证快速电子的动量与动能的相对论关系，48实验2卢瑟福散射·55第三章光学与光谱技术实验1激光全息照像·63实验2黑体辐射.69实验3组合式多功能光栅光谱仪及其应用.78实验4用双光束紫外一可见分光光度计测量溶液的吸收率.......·83实验5激光喇曼散射..91实验6椭圆偏振测厚-98第四章真空技术与X光衍射实验1真空获得与真空镀膜的应用105·105（1）真空获得与真空镀膜（2）低压放电现象观察及伏安曲线的测量...113实验2蒸汽冷凝法制备纳米微粒115实验3X射线衍射121第五章磁共振技术实验1核磁共振·128
目 录 第一章 原子物理实验 实验 1 夫兰克－赫兹实验.1 实验 2 用 CCD 电视显微油滴仪测电子电荷 .5 实验 3 塞曼效应.8 实验 4 用原子力显微镜观测固体表面形貌 .17 第二章 原子核物理实验 实验1 RES 相对论效应 .28 （1） NaI(TI)单晶γ闪烁谱仪 .28 （2） 核衰变的统计规律.33 （3） γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定 .39 （4） 单能电子物质阻止本领 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ dx dE ρ 1 和半吸收厚度的测定 .42 （5） 验证快速电子的动量与动能的相对论关系.48 实验2 卢瑟福散射 .55 第三章 光学与光谱技术 实验1 激光全息照像 .63 实验2 黑体辐射 .69 实验3 组合式多功能光栅光谱仪及其应用 .78 实验4 用双光束紫外—可见分光光度计测量溶液的吸收率 .83 实验5 激光喇曼散射 .91 实验6 椭圆偏振测厚 .98 第四章 真空技术与 X 光衍射 实验1 真空获得与真空镀膜的应用 .105 （1）真空获得与真空镀膜 .105 （2）低压放电现象观察及伏安曲线的测量 .113 实验2 蒸汽冷凝法制备纳米微粒 .115 实验3 X 射线衍射 .121 第五章 磁共振技术 实验1 核磁共振 .128
实验2光磁共振·133第六章微波技术实验1微波段电子自旋共振·141实验2微波实验技术·147第七章微弱信号检测技术实验1微弱信号测量·159（1）相关器的研究及其主要参数测量...159（2）锁定放大器原理·165第八章波谱学技术实验1液相色谱技术..169实验2气相色谱技术·177实验3质谱技术·182
实验2 光磁共振 .133 第六章 微波技术 实验1 微波段电子自旋共振 .141 实验2 微波实验技术 .147 第七章 微弱信号检测技术 实验1 微弱信号测量.159 （1） 相关器的研究及其主要参数测量 .159 （2） 锁定放大器原理 .165 第八章 波谱学技术 实验 1 液相色谱技术 .169 实验 2 气相色谱技术 .177 实验 3 质谱技术 .182
序言一、近代物理实验课的目的物理学是一门建立在实验基础上的科学，物理概念的建立、物理规律的发现、物理理论的形成，都必须以严格的科学实验为基础，并且为科学实验所验证。因此，物理实验教学是物理学专业教学中必不可少的重要组成部分。近代物理实验是继普通物理实验和无线电电子学实验之后一门重要的基础实验课程，是为物理类专业高年级学生开设的一门综合性较强的实验课。本课程所涉及的物理知识面广，包括：原子物理、原子核物理、光学与光谱技术、X射线及电子衍射技术、真空技术、磁共振技术、微波技术、微弱信号检测等20个实验。其主要目的是：1、学习如何用适当的实验方法和实验技术研究物理现象与规律，了解物理实验在物理学发展过程中的作用，培养学生在实验过程中发现问题、分析问题和解决问题的能力：培养他们的创新能力。2、学习近代物理某些主要领域中的一些基本实验方法和技术，掌握有关仪器的性能和使用。通过实验着重培养学生阅读参考资料、选择测量方法和仪器、观察现象、独立操作、正确测量、处理实验数据以及分析与总结实验结果等方面的能力。3、通过实验加深对近代物理的基本现象和规律的理解。4、巩固和加强有关实验数据处理及误差分析等方面的训练。5、培养学生的综合素质，使他们具备良好的实验素养、严肃认真的科学态度和克服困难、坚忍不拔的工作作风。二、近代物理实验课的要求1、实验是理工科教学的重要组成部分，要充分重视实验，在实验课的学习中发挥主动性和积极性。2、做好实验的预习环节预习是为正式操作做准备，为此需要做到：（1)认真阅读实验讲义或者仪器的说明书、操作规程及其他参考资料，事先对实验内容作全面了解。搞清楚实验的基础知识和背景知识，弄清该实验的目的、仪器、原理、要求、方法、注意事项和预习问题等。2)写出简明扼要的预习报告。3、抓好实验的操作环节在实验过程中要认真细致观察，注意基本知识、基本方法和基本技能的掌握，要充分发挥学习的主观能动性，多动脑、勤思考，善于发现问题，提出问题，并积极寻求解决问题的办法和途径。另外，在实验过程中要严格要求，养成良好的习惯，为了实验的顺利进行，避免人身事故和损坏仪器，要遵守必要的规章制度。4、写好实验报告I
I 序 言 一、近代物理实验课的目的 物理学是一门建立在实验基础上的科学，物理概念的建立、物理规律的发现、物理理论的形成，都必 须以严格的科学实验为基础，并且为科学实验所验证。因此，物理实验教学是物理学专业教学中必不可少 的重要组成部分。 近代物理实验是继普通物理实验和无线电电子学实验之后一门重要的基础实验课程，是为物理类专业 高年级学生开设的一门综合性较强的实验课。本课程所涉及的物理知识面广，包括：原子物理、原子核物 理、光学与光谱技术、X 射线及电子衍射技术、真空技术、磁共振技术、微波技术、微弱信号检测等 20 个实验。 其主要目的是： 1、 学习如何用适当的实验方法和实验技术研究物理现象与规律，了解物理实验在物理学发展过程中 的作用，培养学生在实验过程中发现问题、分析问题和解决问题的能力；培养他们的创新能力。 2、 学习近代物理某些主要领域中的一些基本实验方法和技术，掌握有关仪器的性能和使用。通过实 验着重培养学生阅读参考资料、选择测量方法和仪器、观察现象、独立操作、正确测量、处理实验数据以 及分析与总结实验结果等方面的能力。 3、 通过实验加深对近代物理的基本现象和规律的理解。 4、 巩固和加强有关实验数据处理及误差分析等方面的训练。 5、 培养学生的综合素质，使他们具备良好的实验素养、严肃认真的科学态度和克服困难、坚忍不拔 的工作作风。 二、近代物理实验课的要求 1、 实验是理工科教学的重要组成部分，要充分重视实验，在实验课的学习中发挥主动性和积极性。 2、 做好实验的预习环节 预习是为正式操作做准备，为此需要做到： (1)认真阅读实验讲义或者仪器的说明书、操作规程及其他参考资料，事先对实验内容作全面了解。 搞清楚实验的基础知识和背景知识，弄清该实验的目的、仪器、原理、要求、方法、注意事项和预习问 题等。 (2)写出简明扼要的预习报告。 3、 抓好实验的操作环节 在实验过程中要认真细致观察，注意基本知识、基本方法和基本技能的掌握，要充分发挥学习的主 观能动性，多动脑、勤思考，善于发现问题，提出问题，并积极寻求解决问题的办法和途径。 另外，在实验过程中要严格要求，养成良好的习惯，为了实验的顺利进行，避免人身事故和损坏仪 器，要遵守必要的规章制度。 4、 写好实验报告
实验报告是实验的全面总结。应通过实验报告恰如其分地评定自已的实验工作，因此写报告应该实事求是，严肃认真，不能敷衍了事。（1)应该用实验报告纸书写。文体要端正，字句要简练，用语要确切，图表要按规定格式绘制，使得一目了然。(2)实验报告包括题目名称、目的、原理或计算公式、仪器设备、简图、实验步骤、观测和数据记录、数据处理、结论、问题回答及分析讨论等。(3)不要单纯追求数据，学会分析讨论实验现象，这是培养分析能力的重要方面。三、实验内容1.原子物理实验夫兰克一赫兹实验：用CCD电视显微油滴仪测电子电荷：塞曼效应：用原子力显微镜观测固体表面形貌2.原子核物理实验RES相对论效应：卢瑟福散射3.光学与光谱技术激光全息照像；黑体辐射；组合式多功能光栅光谱仪及其应用；用双光束紫外一可见分光光度计测量溶液的吸收率；激光喇曼散射；椭圆偏振测厚4.真空技术与X光衍射真空获得与真空镀膜的应用：蒸汽冷凝法制备纳米微粒：X射线衍射5.磁共振技术核磁共振；光磁共振6.徽波技术微波段电子自旋共振：微波实验技术7.微弱信号检测技术微弱信号测量II
II 实验报告是实验的全面总结。应通过实验报告恰如其分地评定自己的实验工作，因此写报告应该实 事求是，严肃认真，不能敷衍了事。 (1)应该用实验报告纸书写。文体要端正，字句要简练，用语要确切，图表要按规定格式绘制，使得 一目了然。 (2)实验报告包括题目名称、目的、原理或计算公式、仪器设备、简图、实验步骤、观测和数据记录、 数据处理、结论、问题回答及分析讨论等。 (3)不要单纯追求数据，学会分析讨论实验现象，这是培养分析能力的重要方面。 三、实验内容 1. 原子物理实验 夫兰克－赫兹实验；用 CCD 电视显微油滴仪测电子电荷；塞曼效应；用原子力显微镜观测固体表 面形貌 2. 原子核物理实验 RES 相对论效应；卢瑟福散射 3. 光学与光谱技术 激光全息照像；黑体辐射；组合式多功能光栅光谱仪及其应用；用双光束紫外—可见分光光度计测 量溶液的吸收率； 激光喇曼散射；椭圆偏振测厚 4. 真空技术与 X 光衍射 真空获得与真空镀膜的应用；蒸汽冷凝法制备纳米微粒；X 射线衍射 5. 磁共振技术 核磁共振；光磁共振 6. 微波技术 微波段电子自旋共振；微波实验技术 7. 微弱信号检测技术 微弱信号测量