近代物理实验 学习指南

学习指南

关于教学团队

教学团队中，博士生导师、教授、副教授、讲师的比例分别为47%、54%、13%、33%，高级职称比例达到67%。指导教师全部具有博士学位。80%以上具有国内其他学校或研究单位学习或科研经历，70%以上具有国外学习或工作经历。教学团队中41-51岁年富力强的教师比例为46%，31-41岁6的教师的比例为47%。

关于近代物理实验

物理学是一门以实验为基础的科学，近代物理实验在整个物理实验教学中是重要一环，它处在普通物理实验和专门化实验之间，具有承上启下的作用。

13世纪以前，科学处于黑暗时期，欧洲政教统治一切。罗杰尔·培根（Reger Bacon1214-1292）提出“检验前人说法的唯一方法，只有观察和实验”这是科学需要实验的第一声。随之这个时代出现了哥白尼（1437-1543）、开普勒（1571-1630）、伽利略（1560-1642）、吉尔伯特（1540-1630）和牛顿（1642-1727）等著名的科学家，他们通过“敏于观察、勤于思考”的科学方法，为人类社会的进步作出了杰出贡献。伽利略所做的著名的单摆实验和斜面实验为研究力学规律提供了依据，其用实验研究物理的思想使物理学研究走上了正确道路。正如爱因斯坦的评价：“伽利略的发现，以及他用的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端”。

纵观物理学的发展史，从经典物理到近代物理、进而到现代物理，每前进一步都是以物理实验为基础的，每一个重大理论的提出和完善都离不开物理实验的验证。这样的例子比比皆是，大家都很熟悉。经典物理中，在力学方面，库仑

通过摩擦实验提出了摩擦公式；胡克通过弹性实验总结出弹性定律，开普勒依据弟谷·布拉赫所积累的大量观测实验资料，把哥白尼的圆轨道改为椭圆轨道得出了开普勒三定律，牛顿在实验基础上总结出牛顿三定律，焦耳通过热功当量实验证明了能量转化和守恒的普遍规律；电磁学中的一系列定律，象库仑定律、欧姆定律、安培定律、法拉第电磁感应定律等等无一不是对实验的总结；罗兰通过实验明确了电与磁的联系，导致了洛仑兹的电子论，奠定了电学理论的基础。赫兹通过电磁波实验，使麦克斯韦的电磁场理论得到了证实。光学上牛顿的色散实验，对认识光的本性和建立颜色理论有着深刻的影响，为光谱学的发展开辟了道路。托马斯·杨的双缝干涉实验，为光的波动学说提出了确凿证据。麦克尔逊-莫雷实验动摇了19世纪占统治地位的以太假说，为爱因斯坦创立狭义相对论铺平了道路。在近代物理学的发展中，实验也起了决定性的作用。例如，本世纪初，在归纳了一些初步实验事实的基础上，曾提出了两种原子结构模型，其一为汤姆逊（J.J.Thomson）提出的所谓“西瓜”模型；另一为卢瑟福(E.Rutherford)提出的有核模型。这两种模型究竟哪一个反映原子结构的真实面貌，要靠实验结果来检验。随后，盖革(H.Gerger)和马斯登(E.Marsden)观察氦原子核在金属铂上的散射规律，发现存在偏转角度大于90。，甚至接近180。者。经过分析计算，这只有在原子中的正电荷是集中在很小的区域内时才有可能，从而支持了卢瑟福的有核模型，否认了认为原子中正电荷是均匀分布在整个原子中的西瓜模型。这说明实验是检验理论正确与否的唯一标准。核物理时代就此开始。在现代和将来实验对物理学的作用比以往任何时候都更鲜明和强烈地表现出来，低温超导现象是昂纳斯1911年研究低温下汞电阻变化情况的实验中发现的。之后迈斯纳在实验中发现超导的完全抗磁性，为建立超导理论提供了基础。1986年柏诺兹和缪勒

通过实验发现某些氧化物陶瓷有可能呈现高临界温度超导性，于是在1987年兴起了全球性的超导热。

我们物理学院的创始人、著名的物理学家、教育家、中科院院士余瑞璜先生，早在中学时代就偏爱物理学，从上世纪３０年代开始，他在吴有训指导下从事教学、科研工作，开始了Ｘ射线物理学的研究。他先是自制了一台名叫康普顿二象小静电仪的仪器，其灵敏度很高。1929年中国第一台盖革（Geiger）计数器，当时国际上也只有德国制成不久。新仪器制成后，他立即把它用于近代物理实验教学和科研工作中。他用这套仪器测量宇宙线的强度，以检查计数器的可靠性。当时他还不了解宇宙线的簇射分布规律，误以为宇宙线强度是一个定值，但是计数器给出的计数表明，它是随时间变化的。这使他怀疑自己的仪器不好，于是反复修改，半年后仍无任何进展。经过反复思考，他开始怀疑是否宇宙线本身的散射强度不是一个恒定值。因此改用1/4毫克的镭作源，把一块块铅片盖在上面，测量不同强度的镭的γ射线。结果发现，盖革计数器的测量是可靠的。这件事使他认识到自然界的复杂性，只有通过踏踏实实的实验才能更好地认识和理解自然。此后，他又进行了氩的Ｘ射线吸收和散射的科学研究。这项研究的结果以《关于氩的Ｘ光的吸收和散射简报》为题在1932年发表，这是他发表的第一篇科学论文。这一成果后被康普顿(Compton)在《Ｘ光的理论与实验》一书中引用，以说明Ｘ光的散射系数不同于经典散射系数。1934年，经吴有训介绍，他到了英国曼彻斯特大学，在诺贝尔奖获得者、Ｘ光结构分析的创始人布喇格(Bragg)的指导下，进行Ｘ光晶体结构分析的研究工作。他在独立进行Zn(BrO3)2•6H2O配位式化合物的晶体结构分析中，为了定出氧原子的坐标，创造性地进行了Br原子的傅里叶综合分析，并由此确定了这个化合物的晶体结构。在此过

程中，他使用了摆动Ｘ光谱仪，并对该仪器原来的对称树叶转轮进行了改造，设计制作了不对称转轮。这两项研究工作都受到了导师的赏识。并由此创立了X 光晶体结构分析新综合法，先后在《自然》杂志上发表6篇在国际上极具影响的开拓性论文，1939年制造出我国第一台连续抽真空X射线管，50年代初研制成功医疗用X光管，填补了中国在这方面的空白，为中国生产X光管打下了基础。60年代初指导研制成功中国第一台细聚焦X光机，并对固体与分子的经验电子论进行了深入研究，提出了新的固体电子结构模型，成为国内外固体理论新的研究领域。

英国皇家学会会员、国际晶体学杂志总编威尔逊（Wilson）对余先生的工作给予过很高评价，另一位英国皇家学会会员、曼彻斯特大学教授李普森（Lipson）在1978年给余瑞璜的信中说：“你是否知道，战争时期你在《自然》上发表的快报开辟了强度统计学的整个科学领域。”由于余瑞璜的杰出贡献，1962年国际晶体学会出版的《X射线衍射五十年》这一总结晶体学发展史的史册中有三处提到了先生的名字。他是唯一被载入该史册的中国人。该书的总编辑厄瓦耳（Ewald）在书中赞扬余瑞璜是世界上第一流的晶体学家。他为祖国争了光，成为国际上知名的物理学家。

当今社会令人注目的纳米材料与纳米技术，是1984年德国萨尔大学的Gleiter教授等人首次在实验室采用惰性气体凝聚法制备出了具有洁净表面的纳米粒子，然后在真空室中原位加压成纳米固体，并提出了纳米材料界面结构模型。1985年，日本的Kroto等采用激光加热石墨蒸发并在甲苯中形成碳的团簇。质谱分析发现C60和C70的新的谱线，而C60具有高稳定性的新奇结构，即由60个碳原子组成封闭的足球型，它是由32面体构成，，其中20个六边形和12