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2025年, 第38卷, 第6期 刊出日期：2025-12-25
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上一期
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封面
大学物理实验, 2025, 38(6): 0-0.
摘要
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目录
大学物理实验, 2025, 38(6): 0-0.
摘要
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RC、RL电路转折频率法对电阻测量的探究
符智清, 汪 海, 张薇薇
大学物理实验, 2025, 38(6): 20-24.
https://doi.org/10.14139/j.cnki.cn22-1228.2025.06.004
摘要
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电阻，作为一种常见的物理量，在电气工程、自动化、电工技术等领域承担着重要的角色。对电阻的准确测量方法一直是电学相关方向的探索重点。 本文从大学物理实验当中经典的示波器实验出发，结合RC、RL 串联电路的相关知识，用转折频率法进行电阻测量，探索测量电阻的新方法。 文中分别探究了相位差、电容值、电感值、寄生电容对实验结果的影响。 结果显示，RC电路中对在100~40000 Ω范围内的电阻的测量误差整体小于3％，RL电路中对于不同的电感值都有一段实验效果较好的电阻测量范围，但总体来看误差较大，可能是由于寄生电容、趋肤效应等影响。 本研究为电阻测量提供了新方法和新思路。
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基于多模干涉效应的 SNS光纤葡萄糖传感器研究
何衍权, 闵佳怡, 王子怡, 方子涵, 王祖豪, 赵出境, 欧艺文
大学物理实验, 2025, 38(6): 25-31.
https://doi.org/10.14139/j.cnki.cn22-1228.2025.06.005
摘要
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研究了一种基于多模干涉效应的单模?无芯?单模（SNS）光纤葡萄糖传感器，通过监测其透射谱谐振峰的漂移实现葡萄糖浓度或折射率的测量。 该传感器由一段约 58 ｍｍ 长的无芯光纤夹在两段单模光纤之间熔接而成。 当保持室温 25 ℃ 不变时，获得该传感器在低浓度范围 0～ 1％内具有高达0.2457 ｎｍ/ ％的灵敏度，而在高浓度范围 5％～25％的灵敏度为0.2092ｎｍ/％。 由葡萄糖溶液浓度与折射率之间的线性关系，可得该传感器的折射率灵敏度约为151.67ｎｍ/ ＲＩＵ。 通过重复性测试，该传感器测量 6％和 15％葡萄糖溶液时的总不确定度分别为0.088％和0.176％，对应在 0～1％和 5％～25％范围内的分辨率分别为0.033％和0.148％。 实验结果表明，该传感器具有制作简单、成本低、灵敏度高、分辨率高等优点，能为生物医学、环境监测、食品加工等领域研究应用提供有益支持。
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分数阶涡旋光在不同流速水环境中的传输特性研究
种 华, 马景新, 李本旭, 谭明波, 朱江转, 许 飞, 祁义红
大学物理实验, 2025, 38(6): 39-44.
https://doi.org/10.14139/j.cnki.cn22-1228.2025.06.008
摘要
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携带轨道角动量模式的涡旋光束为光通信和光学信息处理等提供了新的复用维度。 为拓展涡旋光束的进一步应用，不同环境和复杂条件下涡旋光束的传输特性引起了广泛的研究兴趣。 本文通过实验室搭建光路，研究了不同流速水中携带整数和分数轨道角动量的涡旋光束传输特性。 实验中利用空间光调制器模拟叉形光栅的方法产生了不同轨道角动量的涡旋光，通过电机控制产生不同流速的水体环境，研究了涡旋光通过该水环境后的涡旋光场分布，并测量了其轨道角动量。 结果表明，在不
同水流环境下，涡旋光光场分布仅有因折射率改变导致的轻微扰动，而其所携带的轨道角动量信息保持不变。 本文研究工作可为涡旋光在不同水环境中的传输、测量和应用提供一定的参考。
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基于 ＧＺＯ 薄膜热稳定性研究的物理教学实验设计与实践———从材料制备到系统优化的跨学科能力培养
李 鹏, 李海洋, 白素仁
大学物理实验, 2025, 38(6): 45-50.
https://doi.org/10.14139/j.cnki.cn22-1228.2025.06.009
摘要
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以镓掺杂氧化锌（ＧＺＯ）薄膜为研究对象，通过脉冲激光沉积（ＰＬＤ）技术结合梯度热处理工艺，系统探究了 ３００～７００ ℃空气退火对薄膜结构、电学及光学性能的调控机制，构建了“工艺?结构?性能”关联的探究式教学模型。 实验表明，６００ ℃热处理可优化晶粒尺寸（２６．２ ｎｍ）与结晶质量（（００２）峰半高宽 ０．３４°），实现载流子浓度（７．１３×１０ １９ ｃｍ－３）与迁移率（６５．３ ｃｍ ２ ／ Ｖ·ｓ）的协同提升，电阻率低至１．３４×１０－３Ω·ｃｍ，可见光透光率＞９０％。 而 ７００ ℃热处理因晶格失配引发表面裂纹与锌空位（Ｖ Ｚｎ ）缺陷增加，导致电学性能衰退，揭示了 ＧＺＯ 薄膜的热稳定性阈值。 通过多尺度表征（ＳＥＭ、ＸＲＤ、ＰＬ）与物理方程（霍尔效应、Ｂｕｒｓｔｅｉｎ?Ｍｏｓｓ 效应）的联动分析，学生可建立“微观缺陷?输运参数?宏观性能”的系统认知框架，掌握材料制备工艺优化与性能失效机制的关联分析方法。 融合材料工程与半导体物理知识，通过“问题导向?数据驱动?模型构建”的教学路径，培养学生跨学科实验设计能力、批判性思维与工程决策素养，为新型透明导电材料的研发与教学实践提供创新范式。
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探究能量信号输入下的电磁感应能量转换效率
肖 翔, 李宇辰, 曹曦文, 张梓祺, 祁家浩, 李 斌
大学物理实验, 2025, 38(6): 51-57.
https://doi.org/10.14139/j.cnki.cn22-1228.2025.06.010
摘要
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为了探寻输入能量信号时电磁感应装置的能量转换效率的变化规律，基于法拉第电磁感应定律，利用了感生电动势发电装置的构造，设计并实现了一套测量负载对电磁感应能量转换效率影响的装置。 在正式实验前，还制定了预实验旨在提升能量转换装置的效率。 在正式实验中，得到了在能量信号输入下装置的能量转换效率随负载阻值增大而先升后降的关键结论，对这一现象提出了合理解释。最后对实验结果的不确定度以及误差分析进行了详细的讨论，不仅为深入理解能量转换效率的规律提
供了新的思路与方法，还在动能回收、新型发电设备等绿色能源相关领域有一定的应用潜力。
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基于光电鼠标位置位移探测器的杨氏模量测量实验方案设计
李冰堰, 李晴晴, 葛俊琪, 王 鹤, 张 丹
大学物理实验, 2025, 38(6): 58-64.
https://doi.org/10.14139/j.cnki.cn22-1228.2025.06.011
摘要
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在大学物理实验教学测定杨氏模量的实验中，传统光杠杆法在测量时读数主观性强，在利用望远镜对标尺读数时存在视差，且测量平面镜与标尺之间的距离、测量反射镜后端和反射镜转轴之间的距离时存在估读误差，这些因素在计算光杠杆放大倍数和杨氏模量时对结果造成的影响较为突出。本文提出以高 ＤＰＩ 光电鼠标代替光杠杆装置，采用“鼠标触丝”的方式实时采集微小位移信号，并结合Ｐｙｔｈｏｎ 程序实现动态数据读取和处理。 实验中通过等效位移标定方法建立像素与物理位移之间的换算关系，实测表明在步长≥５０ μｍ 条件下测量准确率可达 ９０％以上，系统测量精度可达到 ６ μｍ。 进一步对比光杠杆法与鼠标法的数据结果与不确定度来源，验证了该替代方法在测量精度、稳定性与操作便利性上的优势。 该方案具备成本低、精度高、可编程性强等特点，适用于大学物理实验中基础类与综合类实验教学，亦为传感器数据采集类创新项目提供了可扩展平台。
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基于遗传算法的无转台 MIMU 误差标定方法
董千慧, 孙 骞, 李 昆, 李唯一
大学物理实验, 2025, 38(6): 70-76.
https://doi.org/10.14139/j.cnki.cn22-1228.2025.06.013
摘要
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为解决传统微型惯性测量单元（Ｍｉｃｒｏ Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ，ＭＩＭＵ）高精度标定时程序复杂且转台设备昂贵，不便于在本科实验教学中开展的问题，本文结合惯性传感器测试的教学要求，设计了一个基于遗传算法的无转台 ＭＩＭＵ 误差标定教学实验方案。 该方案利用小波降噪法对 ＭＩＭＵ 测量值中的随机噪声进行降噪预处理，设计了 ＭＩＭＵ 多位置旋转方案来激励相关误差，构建了 ＭＩＭＵ 误差函数，并以此作为遗传算法中的目标函数，通过对目标函数的搜索寻优实现对 ＭＩＭＵ 误差参数的有效辨识。 本方案为低成本惯性导航系统测试教学提供了参考，同时可培养学生开展独立科学研究的能力，通过可提高学生理论联系实际的能力，使其掌握建模、仿真和数据分析的基本方法，提高其解决实际工程问题的能力。
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插值方法在物理实验数据处理中的适用性研究
朱淑婷, 刘律廷, 牛相宏
大学物理实验, 2025, 38(6): 77-82.
https://doi.org/10.14139/j.cnki.cn22-1228.2025.06.014
摘要
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对实验数据进行准确、严谨的处理是物理实验中至关重要的环节。 然而，在物理实验中，测得的实验数据往往离散且有限，为还原物理过程的内在连续性带来了挑战。 因此，研究不同插值方法在多元物理场景中重构连续曲线的适用性，便成为一个关键问题。 研究采用线性插值、保形分段三次插值、三次 Ｈｅｒｍｉｔｅ 插值与三次样条插值四种插值方法对受迫振动实验、弗兰克?赫兹实验与单摆实验三个不同类型的物理实验进行数据处理并重构连续曲线，得到以下三种不同的结果：对于受迫振动实验保形分段三次插值方法最优，弗兰克?赫兹实验更适用三次样条插值，单摆实验则揭示了在数据稀疏与高噪声的物理场景下插值方法的局限，这些发现共同支撑了本研究的核心结论：不存在普适性最优的插值方法，插值方法的选择强烈依赖于物理实验的内在本质与其所获数据的固有特性。
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基于 ＭＡＴＬＡＢ 的杨氏双缝干涉实验测量平台
吴月瑶, 周芸
大学物理实验, 2025, 38(6): 88-96.
https://doi.org/10.14139/j.cnki.cn22-1228.2025.06.016
摘要
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传统的杨氏双缝干涉实验中常使用人眼对条纹进行观察以测量条纹间距，这种方法由于视觉疲劳等因素易造成较大的误差。 因此基于 ＭＡＴＬＡＢ 构建了杨氏双缝干涉实验的测量平台，用于精准测量条纹间距并自动计算出实验所用激光的波长值.通过将原始图像转化为灰度图后，对图像进行预处理、各向异性扩散滤波、自适应阈值处理和伪彩色图映射操作，测量处理后条纹的间距，并结合实验参数计算出激光波长。 结果显示，实验中激光标准波长的平均绝对误差为－０．３０ ｎｍ，平均相对误差仅为０．０４７ ２％，远小于人眼观察结果的 １９．９１ ｎｍ 和 ３．１３５ ４％。 以上表明构建的测量平台能在纳米级误差下准确测得实验所用激光的波长值，具有一定的实用价值。
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基于空气层模型的等厚干涉可视化仿真与分析
刘国玺, 毛金花, 孔令豪, 王惠临
大学物理实验, 2025, 38(6): 97-103.
https://doi.org/10.14139/j.cnki.cn22-1228.2025.06.017
摘要
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针对迈克尔逊干涉实验概念易混淆、原理难理解、教学场景易受限等问题，利用 ＺＥＭＡＸ 强大的结构搭建和丰富的图像显示功能，基于不同空气层类型的等厚干涉，实现了多种等效光学系统的可视化构建、干涉条纹的可视化动态演示以及条纹移规律的可视化推导与分析，促进了学生的学习兴趣与课堂参与度，加深了学生对等厚干涉中“等厚”抽象概念与实验原理的理解。 不同梯度厚度、不同旋转对称和非对称空气层的构建，突破传统实验仪器的限制，拓宽和延伸了迈克尔逊干涉、牛顿环等光学实验，展示了 ＺＥＭＡＸ 软件在光学实验可视化教学的优势，训练了学生的可视化思维能力，使学生对光学知识体系产生宏观认识，有效推动了教学质量的提升。
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基于DFT理论的星际双原子分子势能面研究
齐丽晶, 余梦雨, 王 哲, 杨 雪
大学物理实验, 2025, 38(6): 104-108.
https://doi.org/10.14139/j.cnki.cn22-1228.2025.06.018
摘要
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以量子化学计算密度泛函理论（ＤＦＴ）为基础，研究了星际分子 ＣＮ、ＣＮ ＋ 和 ＣＯ 的势能面。采用 ＵＢ３ＬＹＰ 泛函，结合 ｄｅｆ２?ＴＺＶＰ 基组，优化得到 ＣＮ、ＣＮ ＋ 和 ＣＯ 的平衡构型，并构建了它们的势能面，三者势能曲线呈双原子分子特征，ＣＮ ＋ 势阱更深，解离能更高。 同时还计算了这些分子的振动频率和转动惯量，分析了核间距和质量差异对能级的影响。 研究结果为解析星际分子光谱观测、预测反应机理提供理论支撑，对理解星际介质物理化学过程及生命前物质合成具有重要意义。
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多平台、多维度深度融合教学模式创新与实践
徐 瑛, 陈长波, 孙松阳, 王思涵, 李海军
大学物理实验, 2025, 38(6): 115-118.
https://doi.org/10.14139/j.cnki.cn22-1228.2025.06.020
摘要
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线上、线下教学相结合的模式在大学物理实验课程中具有显著优势，但也存在一些挑战和不足。 因此，在实际应用中需要充分考虑这些因素，不断优化教学模式和方法，以实现最佳的教学效果。本研究聚焦于大学物理实验课程，深入剖析其内容体系与教学特性，结合教学实践，探索了线上线下混合式教学的可行性，通过融合多个教学平台，成功构建了契合本校教学实际的线上?线下融合教学模式。教学实践中逐步完善虚拟实验教学平台，积极推进线上优质课程资源建设，凸显学生主体地位，并优化成绩评定体系，全面提升教学质量与效果。
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参考文献格式