理科物理實驗教程(第2版)：近現代物理實驗與計算模擬實驗分冊（簡體書）

本套教材內容是在《物理學類教學質量國家標準》《高等學校應用物理學本科指導性專業規範》《高等學校物理學本科指導性專業規範》等指導性文件基礎上，對接學生未來工作
需要，對理科物理實驗課程體系、實驗項目設置及內容進行逐一梳理、研究和多輪教學實踐錘煉而確定的。教材內容注重與當前科學研究方法、手段、內容的銜接，凝聚和固化了
北京科技大學物理學科教師近年來取得的許多物理實驗教學研究成果和科學研究實踐成果。本套教材分為 2 冊，本書是近現代物理實驗與計算模擬實驗分冊，內容包括近代物理
實驗、現代物理實驗、課題型實驗和計算模擬實驗。教材編寫嘗試採用我們提出的興趣引導的反溯教學方法，從科學技術發展反溯到其應用的基本物理學概念、原理和物理現象，
或直接面向學生未來工作需要，為物理實驗課程內容增添時代氣息與現代科學技術色彩，讓學生感受到課程內容“有用”、“能用”、“要用”，以激起學生的好奇心和興趣，推動學生從“要我學”到“我想學”。
教材可作為高等院校理科學生以及希望進一步學習物理實驗課程的工科學生物理實驗教學用書或參考書，也可供相關研究生或其他人員參考。

吳平，北京科技大學應用物理系教授，博士生導師，中國物理學會教學委員會委員，《物理與工程》期刊編委，大學物理課程教學指導委員會理工類專業工作委員會及華北地區工作委員會委員，曾任2013-2017大學物理課程教學指導委員會委員。2006年被評為第二屆北京市教學名師，並獲寶鋼優秀教師特等獎。出版大學物理和物理實驗教材9冊，發表教學研究論文50余篇，獲國家、省部級教學研究成果一、二等獎6項。

本書是理科物理實驗的近現代物理實驗與計算模擬實驗分冊。教材內容涉及許多科研、生產所應用的基本物理原理、測試方法、儀器裝置使用和測試數據分析，並隨課程進行循序漸進加強研究性實驗內容強度，特別是現代物理實驗和課題型實驗從實驗方法、測試內容、數據分析方法到裝置為開展有一定深度的研究型實驗搭建了平臺。本書在課題型實驗階段，學生可以綜合應用本教材前面已經學習過的實驗知識、方法、技能以及所用過的實驗儀器和設備，完成綜合性研究課題。每一個課題型實驗都可以讓學生經歷從文獻閱讀、具體研究問題提出、研究方案設計、實驗、分析討論與總結的完整的研究過程，並在這個過程中掌握各種相關儀器設備與測試方法的原理、使用與數據分析方法。現代物理實驗所涉及的實驗裝置及測試方法還是一個通用、開放實驗平臺，學生可自行提出和展開更多課題型實驗項目研究。計算模擬實驗涉及基於量子力學原理的計算軟件的使用與計算。
實驗教材要編出特色很不容易。這套教材內容扎實，不僅是學生學習物理實驗課程時使用的教材，也是一本在他們未來工作中可用的參考書。

《理科物理實驗教程》的內容是在《物理學類教學質量國家標準》《高等學校應用物理學本科指導性專業規範》《高等學校物理學本科指導性專業規範》等指導性文件基礎上，對接學生未來工作需要，對理科物理實驗課程體系、實驗項目設置及內容進行逐一梳理、研究和多輪教學實踐而確定的，凝聚和固化了北京科技大學物理學科教師近年來取得的許多物理實驗教學研究成果和科學研究實踐成果。從培養學生實際工作能力和創新思維角度出發，精選實驗項目選題及內容，努力使其具有時代性和先進性。每個實驗項目的要求與內容設計編排都經過多輪教學實踐錘煉，在重視基本知識、方法與技能學習的同時，突出創新意識和研究思維的培養與訓練，切實培養學生科學實驗能力。教材分為2冊，內容涵蓋物理實驗課的作用與任務、測量誤差與實驗數據處理基礎知識、力學實驗、熱學實驗、電磁學實驗、光學實驗、近代物理實驗、現代物理實驗、課題型實驗和計算模擬實驗。教材內容涉及許多科研、生產所應用的基本物理原理、測試方法、儀器裝置使用和測試數據分析，並隨課程進行循序漸進加強研究性實驗內容強度，特別是現代物理實驗和課題型實驗，從實驗方法、測試內容、數據分析方法到裝置，為開展有一定深度的研究型實驗搭建了平臺。在課題型實驗階段，學生可以綜合應用學習的實驗知識、方法、技能以及所用過的實驗儀器和設備，完成綜合性研究課題。每一個課題型實驗都可以讓學生經歷從文獻閱讀，具體研究問題提出，研究方案設計、實驗、分析討論與總結的完整的研究過程，並通過整個過程掌握各種相關儀器設備與測試方法的原理、使用與數據分析方法。現代物理實驗所涉及的實驗裝置及測試方法還是一個通用、開放實驗平臺，學生可自行提出和開展更多課題型實驗項目研究。計算模擬實驗涉及基於量子力學原理的計算軟件的使用與計算。我們希望本套教材不僅是學生學習物理實驗課程時使用的教材，也能夠在他們未來工作中是可用的參考書。

本書是本套教材的近現代物理實驗與計算模擬實驗分冊。內容包括近代物理實驗、現代物理實驗、課題型實驗和計算模擬實驗。近代物理實驗側重於物理現象規律與原理，現代物理實驗側重於樣品制備、物理測試技術與測試數據分析方法，課題型實驗則是綜合運用基本物理知識和測試技術完成小課題研究，計算模擬實驗涉及VASP、Gaussian、ADF、ORCA等計算模擬軟件的原理和使用。書中各實驗的編寫嘗試採用我們所提出的興趣引導的反溯教學方法，從科學技術發展反溯到其應用的基本物理學概念、原理和物理現象，或直接面向學生未來工作需要，為物理實驗課程內容增添時代氣息與現代科學技術色彩，讓學生感受到課程內容“有用”“能用”“要用”，激起學生的好奇心和興趣，推動學生從“要我學”到“我想學”。

本書編寫過程中，參考了我國物理教學工作者編著的大量教材、著作和最新研究成果，有些已在參考文獻中列出，有些未能一一列出，在此向他們一並表示衷心的感謝。

參加本書編寫的有： 吳平(前言、實驗1.1，1.2，1.6~1.10，1.12~1.19，1.21，1.29，1.30，2.1~2.6，2.20，2.26~2.28，第3章)，陳森(實驗1.4，1.5，1.11，1.23，1.25，1.26，1.28，2.24)，胡淑賢(第4章)，閆丹(實驗2.12,2.14~2.16)，劉輝(實驗1.20，2.7，2.17)，趙雪丹(實驗1.3，1.22，1.24)，謝子昂(實驗1.27，2.23)，李莉(實驗2.11，2.22)，付國棟(實驗2.13，2.21)，張師平(實驗2.19，2.30)，裴藝麗(實驗2.10)，鄧世清(實驗2.18)，段嗣斌(實驗2.8)，楊繼昆(實驗2.29)，李亞男(實驗2.9)，左忠琪(實驗2.25)。教材的體系框架、統稿和定稿由吳平完成。

由於編者水平有限，教材中難免存在錯誤和不妥之處，懇請讀者批評指正。

編者
2023年9月於北京科技大學

第1章近代物理實驗
實驗1.1電子電荷e值的測定
實驗1.2光電效應
實驗1.3逸出功的測定
實驗1.4電子衍射
實驗1.5表面等離子共振
實驗1.6汞原子激發電位的測定
實驗1.7塞曼效應
實驗1.8核磁共振
實驗1.9光泵磁共振
實驗1.10光電倍增管的基本特性
實驗1.11黑體輻射
實驗1.12氫氘原子光譜
實驗1.13鈉原子光譜
實驗1.14微波基礎實驗
實驗1.15微波光學實驗
實驗1.16電子自旋共振
實驗1.17鐵磁共振
實驗1.18核蛻變統計規律和物質對β射線的吸收
實驗1.19γ能譜測量
實驗1.20X射線特徵譜與吸收
實驗1.21真空的獲得、測量與金屬薄膜制備
實驗1.22高溫超導材料的導電性能與臨界轉變溫度的測量
實驗1.23熱電效應
實驗1.24超聲光柵的使用
實驗1.25電光調Q脈衝Nd3 ： YAG倍頻激光器
實驗1.26光纖信息與光纖傳感器
實驗1.27太陽能光伏發電原理與應用綜合實驗
實驗1.28基於空間光調制器的激光光鑷實驗
實驗1.29量子計算實驗
實驗1.30量子光學實驗

第2章現代物理實驗
實驗2.1用橫振動法測量固體材料彈性模量的變溫特性
實驗2.2用干涉方法測量薄膜應力
實驗2.3金屬薄膜電阻率的測量
實驗2.4變溫霍耳效應
實驗2.5用反射式諧振腔測量微波介質材料電容率
實驗2.6用阻抗分析儀測量介質薄膜材料電容率
實驗2.7鐵電效應及鐵電綜合分析儀的使用
實驗2.8電化學工作站的使用
實驗2.9熱電材料塞貝克系數的測量
實驗2.10激光導熱儀的使用
實驗2.11差示掃描量熱儀的使用
實驗2.12同步熱分析儀的使用
實驗2.13傅裡葉紅外光譜儀測試與分析
實驗2.14氮化鎵薄膜的紅外光譜特性
實驗2.15拉曼光譜儀的使用
實驗2.16稀土氧化物發光材料Er2O3的熒光光譜
實驗2.17粉末材料的X射線測試與分析
實驗2.18透射電子顯微鏡的使用
實驗2.19掃描電子顯微鏡的使用
實驗2.20原子力顯微鏡的使用
實驗2.21多孔材料比表面積和孔結構信息測量
實驗2.22粒子圖像測速技術及其在顆粒流場分析中的應用
實驗2.23光學相干層析成像技術及其在無損檢測中的應用
實驗2.24低場核磁共振成像與弛豫時間測量
實驗2.25紋影儀的使用
實驗2.26硼元素徑跡顯微分析技術
實驗2.27電子束蒸發鍍膜儀的使用
實驗2.28磁控濺射鍍膜儀的使用
實驗2.29鎖相放大器的使用
實驗2.30傳感器信號的數據采集與虛擬儀器設計

第3章課題型實驗
實驗3.1制備參數對銀薄膜電阻率和應力的影響
實驗3.2梯度薄膜的制備及薄膜應力的研究
實驗3.3制備參數對氧化鋅鋁透明電極材料電學性質的影響
實驗3.4工藝參數對NiFe薄膜磁電阻特性的影響
實驗3.5氧化鋁陶瓷薄膜材料的制備及電絕緣特性的研究
實驗3.6高K介電薄膜材料的制備及介電特性研究
實驗3.7高溫熱電材料的制備與熱電性能的研究
實驗3.8金屬有機骨架材料MOF-74制備與水蒸氣吸附性能的研究
實驗3.9水平振動激勵下單層顆粒的運動特性研究

第4章計算模擬實驗
實驗4.1VASP原理和使用
實驗4.2Gaussian原理和使用
實驗4.3ADF原理和使用
實驗4.4ORCA原理和使用

附錄
附錄A常用物理學常量表
附錄B物理量的單位(SI基本單位)
附錄C物理量的單位(SI導出單位)