研究型近代物理实验导引 周丽霞王殿生 中国石油大学（华东）物理与光电工程系
研究型近代物理实验导引 周丽霞 王殿生 中国石油大学（华东）物理与光电工程系
《近代物理实验》课程研究性实验的教学与考核方式 一、教学内容 根据《近代物理实验》课程整体设计和教学安排，近代物理实验(2-2)的教学内容 为研究性实验，注重近代物理实验的专门教育。从实验研究课题的选题到研究论文的写作， 全过程训练学生从事科学研究的基本素质。 教学基本过程包括实验研究课题的选题开题、实验方案设计、实验测量系统组建、实 验样品选取制备、实验现象观察测量、研究论文撰写和研究课题答辩等主要教学环节。 二、教学方式 近代物理实验(2-2)课内36学时的教学安排为开题汇报2学时、实验室实验32学 时、研究课题答辩2学时，其他教学内容学生课外自主安排时间完成。近代物理实验(2-2) 研究性实验的主要教学环节包括组建研究小组、选定指导教师、选题开题、实验观测、撰 写研究论文、完成课题答辩。 1、研究小组与教师指导 选课的学生开课前每1~3名学生组成一个研究小组，不受专业班级限制，完全自由 组合。研究小组由一名任课教师主要指导和课程组教师联合指导，每一个研究小组确定 位主要指导教师。 2、选题开题 ①一个研究小组选取一个研究性实验课题，鼓励学生结合近代物理实验的课程内容 自主选题，也可以从课程组提供的课题中选取。该课题作为近代物理实验(2-2)的研究 性实验项目。 ②选定研究性实验课题后，各研究小组进行实验课题的可行性研究并撰写选题报 告。每个研究小组提交一个研究性实验课题的选题报告（电子版），基本内容包括实验题 目、课题意义、实验原理、实验方案设计、实验器材、实验内容、预期结果、参考文献。 各小组分散与主要指导教师讨论确定所选实验研究课题的可行性。 ③研究性实验课题的选题报告通过主要指导教师评审后，全部小组以班为单位集中 做开题汇报，每组汇报10分钟，直接用选题报告的Word或WPS或PDF文件汇报。由 课程组教师联合指导，给出实验研究课题的修改建议，各小组完善开题设计。 3、实验观测 通过研究性实验课题的开题评审后，各小组根据研究课题的实验方案设计，在实验室 完成实验测量系统组建、实验样品选取制备、实验现象观察测量等实验工作。 4、研究论文与课题答辩 完成研究性实验课题的实验观测后，各小组须提交课题研究论文和完成结题答辩。 ①一个研究小组撰写并提交一篇课题研究论文，论文按照期刊正式发表论文格式要
《近代物理实验》课程研究性实验的教学与考核方式 一、教学内容 根据《近代物理实验》课程整体设计和教学安排，近代物理实验（2-2）的教学内容 为研究性实验，注重近代物理实验的专门教育。从实验研究课题的选题到研究论文的写作， 全过程训练学生从事科学研究的基本素质。 教学基本过程包括实验研究课题的选题开题、实验方案设计、实验测量系统组建、实 验样品选取制备、实验现象观察测量、研究论文撰写和研究课题答辩等主要教学环节。 二、教学方式 近代物理实验（2-2）课内 36 学时的教学安排为开题汇报 2 学时、实验室实验 32 学 时、研究课题答辩 2 学时，其他教学内容学生课外自主安排时间完成。近代物理实验（2-2） 研究性实验的主要教学环节包括组建研究小组、选定指导教师、选题开题、实验观测、撰 写研究论文、完成课题答辩。 1、研究小组与教师指导 选课的学生开课前每 1~3 名学生组成一个研究小组，不受专业班级限制，完全自由 组合。研究小组由一名任课教师主要指导和课程组教师联合指导，每一个研究小组确定一 位主要指导教师。 2、选题开题 ① 一个研究小组选取一个研究性实验课题，鼓励学生结合近代物理实验的课程内容 自主选题，也可以从课程组提供的课题中选取。该课题作为近代物理实验（2-2）的研究 性实验项目。 ② 选定研究性实验课题后，各研究小组进行实验课题的可行性研究并撰写选题报 告。每个研究小组提交一个研究性实验课题的选题报告（电子版），基本内容包括实验题 目、课题意义、实验原理、实验方案设计、实验器材、实验内容、预期结果、参考文献。 各小组分散与主要指导教师讨论确定所选实验研究课题的可行性。 ③ 研究性实验课题的选题报告通过主要指导教师评审后，全部小组以班为单位集中 做开题汇报，每组汇报 10 分钟，直接用选题报告的 Word 或 WPS 或 PDF 文件汇报。由 课程组教师联合指导，给出实验研究课题的修改建议，各小组完善开题设计。 3、实验观测 通过研究性实验课题的开题评审后，各小组根据研究课题的实验方案设计，在实验室 完成实验测量系统组建、实验样品选取制备、实验现象观察测量等实验工作。 4、研究论文与课题答辩 完成研究性实验课题的实验观测后，各小组须提交课题研究论文和完成结题答辩。 ① 一个研究小组撰写并提交一篇课题研究论文，论文按照期刊正式发表论文格式要
求撰写，论文内容主要包括中英文题目、中英文作者姓名和单位、中英文摘要、中英文关 键词、引言、基本原理、实验说明（包括实验仪器、实验材料、环境条件等）、实验结果 和分析、结论以及参考文献。 ②各小组集中做研究课题结题答辩，每组汇报10分钟，用PT文件汇报。 三、考核方式 ①研究性实验项目实行从开题到结题的全程考核方式，实验课题研究的每个主要阶 段一考核，选题开题占30%，实验表现占25%，研究论文占30%，课题答辩占15%，课 程总成绩由各阶段考核成绩综合评定。 ②原则上以小组为单位评定研究性实验项目的总成绩，小组内的每个成员的总成绩 根据位次依次相差5分。 ③各组内的每个成员的位次通过小组自评和任课教师评价相结合的考核方式确定。 ④选题开题和课题答辩的考核成绩通过各小组互评和课程组教师评定相结合的考核 方式确定；实验表现和研究论文的考核成绩由主要指导教师评定。 四、激励措施 ①自主选题的研究小组，选题开题成绩另加5分。 ②研究论文经指导教师同意投出稿件的研究小组，课程总成绩为优秀 中国石油大学（华东）近代物理实验课程组
求撰写，论文内容主要包括中英文题目、中英文作者姓名和单位、中英文摘要、中英文关 键词、引言、基本原理、实验说明（包括实验仪器、实验材料、环境条件等）、实验结果 和分析、结论以及参考文献。 ② 各小组集中做研究课题结题答辩，每组汇报 10 分钟，用 PPT 文件汇报。 三、考核方式 ① 研究性实验项目实行从开题到结题的全程考核方式，实验课题研究的每个主要阶 段一考核，选题开题占 30%，实验表现占 25%，研究论文占 30%，课题答辩占 15%，课 程总成绩由各阶段考核成绩综合评定。 ② 原则上以小组为单位评定研究性实验项目的总成绩，小组内的每个成员的总成绩 根据位次依次相差 5 分。 ③ 各组内的每个成员的位次通过小组自评和任课教师评价相结合的考核方式确定。 ④ 选题开题和课题答辩的考核成绩通过各小组互评和课程组教师评定相结合的考核 方式确定；实验表现和研究论文的考核成绩由主要指导教师评定。 四、激励措施 ① 自主选题的研究小组，选题开题成绩另加 5 分。 ② 研究论文经指导教师同意投出稿件的研究小组，课程总成绩为优秀。 中国石油大学（华东）近代物理实验课程组
目 录 第一章研究与创新 第二章科学思维方法简介 3 第一节科学思维方法的重要性和基本形式 第二节逻辑思维 .3 第三节非逻辑思维. 第四节逆向思维、发散思维、集中思维和辩证思维 7 第三章创新技法 第一节创新技法概述 9 第二节科技创新的主要技法 9 第四章创新思维和创新技法在实践中的应用 .14 第一节创新研究性实验是培养学生创新能力的有效模式 .14 第二节做好创新研究性实验的几点建议. .14 第五章创新研究型近代物理实验参考课题. .16 实验一超声光栅与透明液体中声速的测量研究型课题 .16 实验二光速测量实验研究型课题 17 实验三原子分子发射光谱与吸收光谱实验研究型课题. .19 实验四微波系统及应用研究型课恶 .32 实验五塞曼效应实验研究型课题。 33 实验六核磁共振实验研究型课题 40 实验七电子自旋共振实验研究型课题. 0 实验八光泵磁共振实验研究型课题 .51 实验九金属中电子的运动与逸出功的测量研究型课题 .59 实验十干涉法研究压电陶瓷性质研究型课避 60 实验十一康普顿散射研究型课题. 62 实验十二黑体辐射实验研究型课题 .64 实验十三分子结构和光谱的CPMD模拟研究型课题. .66
目 录 第一章 研究与创新. 1 第二章 科学思维方法简介. 3 第一节 科学思维方法的重要性和基本形式. 3 第二节 逻辑思维. 3 第三节 非逻辑思维. 5 第四节 逆向思维、发散思维、集中思维和辩证思维. 7 第三章 创新技法. 9 第一节 创新技法概述. 9 第二节 科技创新的主要技法. 9 第四章 创新思维和创新技法在实践中的应用. 14 第一节 创新研究性实验是培养学生创新能力的有效模式. 14 第二节 做好创新研究性实验的几点建议. 14 第五章 创新研究型近代物理实验参考课题. 16 实验一 超声光栅与透明液体中声速的测量研究型课题. 16 实验二 光速测量实验研究型课题. 17 实验三 原子分子发射光谱与吸收光谱实验研究型课题. 19 实验四 微波系统及应用研究型课题. 32 实验五 塞曼效应实验研究型课题. 33 实验六 核磁共振实验研究型课题. 40 实验七 电子自旋共振实验研究型课题. 50 实验八 光泵磁共振实验研究型课题. 51 实验九 金属中电子的运动与逸出功的测量研究型课题. 59 实验十 干涉法研究压电陶瓷性质研究型课题. 60 实验十一 康普顿散射研究型课题. 62 实验十二 黑体辐射实验研究型课题. 64 实验十三 分子结构和光谱的 CPMD 模拟研究型课题. 66
第一章研究与创新 人类的创新活动，推动了社会进步，反过来，社会进步又加速了人类的创新活动和技术革命。16 世纪以后，这一过程尤为明显，并且不断加速。 17世纪到18世纪以瓦特为代表发明的燕汽机，促进了纺织业、采矿业、治金和机器制造业的发 展，在人类历史上产生了第一次工业革命。 科学史上的三大发现：细胞学说、达尔文的进化论和能量守恒定律，为医学、生物学和物理学的 发展注入了活力。 19世纪，法拉第在电磁学方面的发现和贡献，促成了电动机、发电机和变压器等一系列重大发明 创造的诞生，使生产力获得极大提高，形成了第二次工业革命。 19世纪末，电磁波理论的建立、电磁波的发现和应用，促进了电话、电报和广播的发展，使人们 的工作、生活发生了巨大的变化， 20世纪初，相对论、量子力学和核物理的诞生，使人们的研究从宏观领域扩展到微观领域，进入 了核能应用时代。 20世纪40年代，有机化学和高分子化学基础理论的建立，开拓了人类利用人工合成材料的新时 20世纪中期，随者固体物理理论的建立和半导体技术的发展，第一台电子计算机的成功研制和计 算机技术的发展，人类进入了工业生产自动化的新时代。 20世纪50年代发现的遗传物质DNA(脱氧核糖核酸)，为遗传学和生物工程开辟了广阔的前景。 1957年，苏联成功发射了第一颗人造地球卫星，从此航天事业蓬勃发展，人类进入了探素宇宙的 新时代。 20世纪60年代第一台激光器的诞生，使古老的光学重新焕发了青春。激光器的发展和应用促进 了科学技术的进步，特别是加速了光电子时代和信息时代的进程。 纵观世界科技创新发展的进程，可以看出现代科技创新过程越来越快，在18世纪末以前，大部分 技术创新的开发周期都在70年以上：而19世纪技术创新项目的开发周期在20年至70年之间：20世 纪以来，都在20年以下。技术创新过程的加速性，使商品琳琅满目，同时也使商品的市场寿命越来越 短，更新换代的速度愈来愈快。 随者20世纪科学的迅猛发展，世界各国对创造发明规律研究的风行，各国间竞争的加剧，人们对 创新越来越重视。美国经济学家熊彼特就曾提出创新是生产要素的重新组合。以后，各个国家、各个 领域、各个部门、各个层面由于发展和竞争的需要，也都纷纷提出各自的创新，如知识创新、技术包创 新、体制创新、机制创新、组织创新、观念创新、政策创新、文艺创新。各种创新相互依赖、相互促 进，既有各自的要求和内容，也有共同的特征。 创新是人脑复杂的思维过程，是产生现实尚不存在的事物或观念形态的创造性活动。一般情况下， 创新都是主动的、有目的的行为，是对旧事物的本质性变革或改进，它对经济发展、社会进步起着直 接和间接的推动作用，创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力。 科学研究与创新密切相关，没有科学研究就没有创新，科学研究是创新的基础。研究性学习是培
1 第一章 研究与创新 人类的创新活动，推动了社会进步，反过来，社会进步又加速了人类的创新活动和技术革命。16 世纪以后，这一过程尤为明显，并且不断加速。 17 世纪到 18 世纪以瓦特为代表发明的蒸汽机，促进了纺织业、采矿业、冶金和机器制造业的发 展，在人类历史上产生了第一次工业革命。 科学史上的三大发现：细胞学说、达尔文的进化论和能量守恒定律，为医学、生物学和物理学的 发展注入了活力。 19 世纪，法拉第在电磁学方面的发现和贡献，促成了电动机、发电机和变压器等一系列重大发明 创造的诞生，使生产力获得极大提高，形成了第二次工业革命。 19 世纪末，电磁波理论的建立、电磁波的发现和应用，促进了电话、电报和广播的发展，使人们 的工作、生活发生了巨大的变化。 20 世纪初，相对论、量子力学和核物理的诞生，使人们的研究从宏观领域扩展到微观领域，进入 了核能应用时代。 20 世纪 40 年代，有机化学和高分子化学基础理论的建立，开拓了人类利用人工合成材料的新时 代。 20 世纪中期，随着固体物理理论的建立和半导体技术的发展，第一台电子计算机的成功研制和计 算机技术的发展，人类进入了工业生产自动化的新时代。 20 世纪 50 年代发现的遗传物质 DNA（脱氧核糖核酸），为遗传学和生物工程开辟了广阔的前景。 1957 年，苏联成功发射了第一颗人造地球卫星，从此航天事业蓬勃发展，人类进入了探索宇宙的 新时代。 20 世纪 60 年代第一台激光器的诞生，使古老的光学重新焕发了青春。激光器的发展和应用促进 了科学技术的进步，特别是加速了光电子时代和信息时代的进程。 纵观世界科技创新发展的进程，可以看出现代科技创新过程越来越快，在 18 世纪末以前，大部分 技术创新的开发周期都在 70 年以上；而 19 世纪技术创新项目的开发周期在 20 年至 70 年之间；20 世 纪以来，都在 20 年以下。技术创新过程的加速性，使商品琳琅满目，同时也使商品的市场寿命越来越 短，更新换代的速度愈来愈快。 随着 20 世纪科学的迅猛发展，世界各国对创造发明规律研究的风行，各国间竞争的加剧，人们对 创新越来越重视。美国经济学家熊彼特就曾提出创新是生产要素的重新组合。以后，各个国家、各个 领域、各个部门、各个层面由于发展和竞争的需要，也都纷纷提出各自的创新，如知识创新、技术创 新、体制创新、机制创新、组织创新、观念创新、政策创新、文艺创新。各种创新相互依赖、相互促 进，既有各自的要求和内容，也有共同的特征。 创新是人脑复杂的思维过程，是产生现实尚不存在的事物或观念形态的创造性活动。一般情况下， 创新都是主动的、有目的的行为，是对旧事物的本质性变革或改进，它对经济发展、社会进步起着直 接和间接的推动作用，创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力。 科学研究与创新密切相关，没有科学研究就没有创新，科学研究是创新的基础。研究性学习是培