《英漢近代物理實(shí)驗(yàn)》是在北京理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心近代物理實(shí)驗(yàn)講義的基礎(chǔ)上,結(jié)合近年的教育教學(xué)改革成果編著而成。全書(shū)以開(kāi)放式和研究型教學(xué)模式為前提,采用英漢雙語(yǔ)的內(nèi)容表現(xiàn)形式,力求實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的教學(xué)目標(biāo)。全書(shū)共8個(gè)單元26個(gè)實(shí)驗(yàn),內(nèi)容涉及Excel、Origin軟件在數(shù)據(jù)處理和分析中的應(yīng)用,以及原子及原子核物理、近代光學(xué)、激光、真空、X射線、電子衍射、磁共振及成像、微波、低溫、半導(dǎo)體、凝聚態(tài)物理、等離子體物理等近代物理學(xué)著名實(shí)驗(yàn)和電子顯微鏡應(yīng)用等現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)。
《英漢近代物理實(shí)驗(yàn)》可作為高等理工科院校本科生的近代物理實(shí)驗(yàn)課程的雙語(yǔ)教材或參考書(shū),也可供專業(yè)英語(yǔ)愛(ài)好者參考。
“近代物理實(shí)驗(yàn)”是物理類專業(yè)高年級(jí)學(xué)生的重要基礎(chǔ)課程之一,其內(nèi)容主要由近、當(dāng)代物理學(xué)發(fā)展過(guò)程中的一些著名實(shí)驗(yàn)以及導(dǎo)致工業(yè)革命的一些關(guān)鍵技術(shù)手段而構(gòu)成。近代物理實(shí)驗(yàn)所涉及知識(shí)的綜合性、操控技術(shù)的復(fù)雜性以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程的研究性決定了該課程對(duì)于提升學(xué)生綜合素質(zhì)、加強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有重要的作用。
當(dāng)前國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈,對(duì)中國(guó)學(xué)校教育提出了新的挑戰(zhàn)。為了培養(yǎng)有創(chuàng)新能力并在國(guó)際上有競(jìng)爭(zhēng)力的一流人才,我們對(duì)近代物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了雙語(yǔ)教學(xué)的改革。雙語(yǔ)教學(xué)以外語(yǔ)作為溝通媒介,訓(xùn)練學(xué)生用雙語(yǔ)思維能力獲取物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)。因此雙語(yǔ)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的同時(shí),也大大提高了學(xué)生的科技英語(yǔ)水平。
本書(shū)第一單元介紹了利用Excel、Origin軟件處理和分析數(shù)據(jù)的方法。教學(xué)目的是訓(xùn)練學(xué)生掌握作圖、統(tǒng)計(jì)分析、曲線擬合等數(shù)據(jù)處理的各種技術(shù),使其所寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告能夠達(dá)到科技論文發(fā)表所要求的水平。其他單元所精選的實(shí)驗(yàn)涵蓋了原子及原子核物理、近代光學(xué)、激光、真空、x射線、電子衍射、磁共振及成像、微波、低溫、半導(dǎo)體、凝聚態(tài)物理及等離子體物理學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。其中有些實(shí)驗(yàn)是由教師的科研項(xiàng)目轉(zhuǎn)化而成。通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練能使學(xué)生:①體會(huì)物理的思想和實(shí)驗(yàn)的技術(shù)在科學(xué)發(fā)現(xiàn)過(guò)程中的重要作用;②加深對(duì)相關(guān)理論的理解;③培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)作風(fēng);④提高對(duì)于新的物理現(xiàn)象的敏銳洞察能力;⑤提高實(shí)驗(yàn)的操控技能;⑥初步掌握科學(xué)研究的方法(包括分析現(xiàn)象、數(shù)據(jù)采集與處理、科學(xué)歸納及發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律等),為以后進(jìn)入研究生課程的學(xué)習(xí)或走上工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的能力基礎(chǔ)。
本書(shū)在內(nèi)容撰寫(xiě)上以培養(yǎng)學(xué)生的綜合性創(chuàng)新能力為宗旨,以相關(guān)理論課的講述實(shí)態(tài)為參照,注意了理論與實(shí)驗(yàn)兩方面的詳略程度。此外,為了培養(yǎng)學(xué)生的物理興趣,激發(fā)學(xué)生的探索精神,每一個(gè)實(shí)驗(yàn)之前簡(jiǎn)介一位與內(nèi)容相關(guān)的著名物理學(xué)家的事跡,以及這些大家的一段演講或著述。
Unit 1 Processing and Analysis of Data
1.1 APPLICATION OF EXCEL
1.2 APPLICATION OF ORIGIN
Unit 2 Optical Physics
2.1 MODE ANALYSIS OF HE-NE lASER
2.2 MEASUREMENT OF LIGHT SPEED
2.3 EXPEIRMENT OF FOURIER OPTICS
2.4 RAMAN SPECTROSCOPY
Unit 3 Atomic and Molecular Physics
3.1 SPECTRUM OF HYDROGEN ATOM
3.2 ZEEMAN EFFECT
3.3 FRANCK-HERTZ EXPERIMENT
3.4 DIFFRACTION OF ELECTRON
3.5 MILLIKAN OIL-DROP EXPERIMENT
3.6 COMPTON SCATTERING
3.7 OPTO-MAGNETIC RESONANCE
3.8 ELECTRON SPIN RESONANCE
Unit 4 Radio Physics
4.1 MICROWAVE TECHNOLOGY
4.2 MICROWAVE & FERROMAGNETIC RESONANCE
Unit 5 Plasma Physics
CHARACTERISTICS OF GAS DISCHARGE
Unit 6 Nuclear Physics
6.1 NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE
6.2 NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE IMAGING
Unit 7 Condensed Matter Physics
7.1 VACUUM COATING
7.2 HIGH-TEMPERATURE SUPERCONDUCTIVITY
7.3 X-RAYS & STRUCTURE OF MATTER
7.4 THE STATIC CHARACTER OF GRANULAR MATTER
7.5 ELECTRO-OPTIC EFFECT OF CRYSTAL AND IT S APPLICATIONS
7.6 RESEARCH ON THE CHARACTERISTICS OF LIQUID CRYSTAL
Unit 8 Modern measurement techniques
8.1 MEASUREMENT OF REFRACTIVITY AND FILM THICKNESS BY ELLIPSOMETRY
8.2 SCANNING ELECTRON MICROSCOPE
8.3 SCANNING TUNNELING MICROSCOPE
APPENDIX
REFERENCE
2.掃描電鏡的結(jié)構(gòu)掃描電鏡的基本結(jié)構(gòu)可分為電子光學(xué)系統(tǒng)(鏡筒)、電子信號(hào)收集與處理系統(tǒng)、圖像顯示和記錄系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和電源及控制系統(tǒng)4部分。1)電子光學(xué)系統(tǒng)電子光學(xué)系統(tǒng)包括電子槍、聚光鏡、物鏡及掃描系統(tǒng)。其作用是電子槍產(chǎn)生電子束流,電子束流經(jīng)過(guò)聚光鏡和物鏡會(huì)聚成極細(xì)的電子束,再通過(guò)掃描系統(tǒng)使會(huì)聚后的電子束在樣品表面掃描,從而在掃描過(guò)程中激發(fā)出各種信號(hào)。
2)電子信號(hào)的收集與處理系統(tǒng)
在樣品室中,掃描電子束與樣品發(fā)生相互作用后產(chǎn)生多種信號(hào),其中包括二次電子、背散射電子、x射線、俄歇電子等,針對(duì)不同的信號(hào),我們需要選擇不同的探測(cè)器。例如,對(duì)于二次電子,背散射電子可采用閃爍計(jì)數(shù)器來(lái)進(jìn)行探測(cè),而x射線則需要能譜儀來(lái)進(jìn)行探測(cè)。在探測(cè)器把來(lái)自樣品表面的信息接收后,再經(jīng)過(guò)信號(hào)處理系統(tǒng)和放大系統(tǒng)變成信號(hào)電壓,最后輸送到顯像管的柵極,用來(lái)調(diào)制顯像管的亮度。因?yàn)樵陲@像管中的電子束和鏡筒中的電子束是同步掃描的,而其亮度是由樣品所發(fā)回的信息的強(qiáng)度來(lái)調(diào)制,因而可以得到一個(gè)反映樣品表面狀況的掃描電子圖像。
3)電子信號(hào)的顯示與記錄系統(tǒng)
由于人眼不能觀測(cè)到電子射線,因此掃描電鏡的圖像顯示在陰極射線管(顯像管)上,最終在熒光屏上顯示放大后的圖像。老式的掃描電鏡利用照相機(jī)來(lái)顯示和存儲(chǔ)掃描圖像,但隨著掃描電鏡技術(shù)的不斷發(fā)展,新型的掃描電鏡已經(jīng)用計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像的存儲(chǔ)與顯示取代了傳統(tǒng)照相機(jī)功能。
4)真空系統(tǒng)及電源系統(tǒng)
掃描電鏡的真空系統(tǒng)由機(jī)械泵與油擴(kuò)散泵組成,其作用是使鏡筒內(nèi)達(dá)到10-4torr~10-6torr的真空度。電源系統(tǒng)供給各部件所需的特定的電源。
3.樣品的制備
掃描電鏡的優(yōu)點(diǎn)之一是樣品制備簡(jiǎn)單,對(duì)于導(dǎo)體樣品一般不需要做任何處理,可以直接進(jìn)行觀察。對(duì)于不導(dǎo)電的樣品,當(dāng)入射電子束打到樣品上,會(huì)在樣品表面產(chǎn)生電荷的積累,形成充電和放電效應(yīng),影響對(duì)圖像的觀察和拍照記錄。因此要在觀察前需在樣品表面噴鍍一層導(dǎo)電金屬或碳,鍍膜厚度控制在5nm~10nm為宜。在樣品制備中,離子濺射鍍膜法被廣泛應(yīng)用。
四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
實(shí)驗(yàn)前請(qǐng)仔細(xì)閱讀實(shí)驗(yàn)操作說(shuō)明,以及掃描電鏡注意事項(xiàng)。