利用超宽带天线和射频功率计搭建了辐射功率测量系统,对生活中常见的手机、路由器、通信基站等无线通信设备的辐射功率进行了测量和分析,探究了它们的电磁辐射模式特征和衰减规律。研究结果表明,无线设备产生的辐射会随距离增大而迅速衰减,手机在距离 20 ｃｍ、无线路由器在距离达到 2 ｍ 后已经接近环境的背景水平;无线通信设备在设计时充分考虑了对人的影响,避开了人体的主要吸收波段。 最后根据研究结果提出了规避电磁辐射的建议。

RLC 电路实验教学中,引导学生思考忆阻器的由来。 针对目前忆阻器教学中存在的突出问题———器件性能以仿真、模拟为主,测试则依赖昂贵的半导体分析仪,笔者基于科研成果和实验教学特点,制备了银纳米线/ 银纳米颗粒-聚乙烯吡咯烷酮/ 银纳米线(ＡｇＮＷ/ ＡｇＮＰ-ＰＶＰ/ ＡｇＮＷ)三明治结构忆阻器,搭建了简易测试电路,展示了忆阻器的导电特性。 将学科前沿研究与实验教学改革相结合,设计研究性实验,培养学生的创新思维和实践能力,科研反哺教学,实现“教学相长”。

利用巨磁电阻传感器进行了磁电转换特性的测量,得到了输出电压与磁感应强度(Ｕ_ＯＵＴ -Ｂ)呈线性关系的区间.用此传感器分别测定了条形磁铁“Ｎ”极的中垂线上和马蹄形磁铁的蹄口中线方向上的磁感应强度.随后绘制并分析了 Ｂ 与 ｘ(位置)的曲线图,发现利用磁偶极子模型(Ｂ~ｘ－３)不能对其进行很好地拟合。 采用修正后的磁偶极子模型,即把磁铁看成若干个磁偶极子推导的方程,可以更好地拟合数据,并能合理的解释.

杨氏模量测量一直是大学物理实验中的一个很重要的实验项目,本文利用单缝衍射装置将简支梁的挠曲度转化为狭缝缝宽的变化量,从而得出梁体的杨氏模量。 为提高装置的测量精度和数字化程度,采用 CCD 相机对衍射光斑进行拍摄,并利用数值软件对拍摄图片进行处理得到衍射光斑的宽度和狭缝宽度,从而得到待测物的杨氏模量。 该测量方案实验原理清晰合理,实验测量精度较高,同时将力学与光学进行交叉融合,能有效拓展学生思维能力,培养学生创新能力,使学生更深入理解光的衍射原理及杨氏模量的测量方法;同时本实验使用数值软件对图像进行处理而得到实验结果,使实验操作更加高效智能。

激光三维扫描重构技术具有数据采集速度快、测量精度高、非接触测量等优点,被广泛应用于三维测量领域。 为使激光三维扫描技术更好地应用于实验教学中,帮助学生更全面地了解和掌握该技术,简化了其复杂的光机结构,提炼了系统的核心部分,设计开发了一款基于线激光扫描的双目三维重构系统。 该系统以 Matlab 软件为开发平台,结合线激光器、工业相机、二维电控平台以及计算机搭建整个系统硬件平台,实现了物体的三维数据自动采集和图像重构,提高了三维扫描过程的可视化和可操控化。 实验结果表明,该系统操作方便,测量精度高,能够更好地满足科研测试和教学实验的要求。

星间激光干涉测量技术能够实现纳米级甚至皮米级的长基线微小位移测量,在卫星导航、激光通信、地球重力场测量及空间引力波探测等领域具有重要应用价值。 长基线激光干涉链路的主要技术挑战包括弱光接收、光束指向捕获和多普勒频移等问题。 本文基于外差激光干涉测量原理,设计了双向激光干涉链路实验,用于模拟长基线卫星平台之间的微小位移及激光指向角度测量。 该装置通过测量星间接收激光与本地参考激光的干涉相位变化,实现对星间距离以及指向角度变化的实时精密测量。 该实验系统适用于本科物理实验教学,涵盖光学、电学、运动学及计量学等多个学科领域,有助于培养学生的光学系统设计、实验装置调装、误差分析和数据处理能力,并加深对激光干涉测量原理及深空探测应用的理解。

基于大学物理实验中常用的间接稳态法,巧妙利用冰水混合物的 ０ ℃作为低温热源,设计一种高于环境温度 ４５~６５ ℃下测量纯冰和加入不同食盐杂质的导热系数实验装置,得到纯冰的导热系数基本保持不变,加入 NaCl 杂质后,其导热系数比纯冰导热系数低,且杂质浓度越大,导热系数越小。 装置简单易实现、操作简单可重复、测量结果较准确。 该研究也是?理工科类大学物理实验课程教学基本要求(２０２３ 版)?中“热导率的测量”实验的拓展,达到 Ｃ 类要求,对促进物理实验教学具有一定研究意义。

在超声波多普勒效应实验中发现接收器会接收到来自其超声波源的异常信号。 为解释这一现象,从声波传输路径出发,假设了两种信号形成的可能路径,分别开展了物理建模分析和实验验证。最终证明实验中的异常信号源于相邻超声波源经天花板和地面的反射。 进一步从理论和实验上验证了正常实验中相邻实验不会影响本地的测量结果。 在面对特殊物理现象时,引导学生利用“实验现象-提出问题-提出猜想-建模分析-实验验证”的研究范式,最终解释了实验现象,训练了学生的实验思维,提高了学生解决问题的能力.

大学物理实验教学是理工科类本科生进行大学物理基础知识学习,培养其实验方法和创新技能的重要教学手段。 基于 Comsol 仿真软件开展激光辐照熔融石英的传热仿真实验设计,通过改变入射激光的功率和光斑半径,分析了熔融石英温度场的时间和空间分布情况。 通过该仿真实验教学,达到强化学生对大学物理中热传导方程的理解和认识,同时提高学生分析问题、设计实验方案和利用仿真软件解决物理问题的教学目标。

伏安法测量二极管的伏安特性实验兼具伏安法的运用与二极管特性的研究,实验电路简单、操作方便、原理清晰,是大中衔接人才培养的良好载体。 对实验中温度与电表接法的影响进行研究与分析,旨在帮助理解实验原理,提升教学效果。 指出在实验中应控制流经二极管的电流,以减小温升引入的误差。 发现外接法对二极管正向伏安特性测量结果影响较小,修正后的内接法测量结果与外接法相近,实验结果得到明显改善。 实验与理论对比分析表明,PN 结正向偏置时的理想电流-电压关系不完全适用于实际二极管。

电磁驱动利用线圈互感耦合的原理,使用单片机控制继电器作为电路开关,将电容储存的电能瞬间通过放电线圈,在感电线圈内形成涡流,为灭火弹提供推力,将电能间接转化为灭火弹的动能。灭火弹的非爆破式设计通过按压弹头顶部的触压开关实现弹头和弹身的分离及灭火材料的喷洒,不仅可以降低灭火弹的破坏性,还可重复使用的弹壳设计还能节约成本、减少资源的浪费。 相比其他消防方式,该设计具有可调节性较高、灭火范围较广、环境敏感性较低、可回收利用以及高精度和高效性等优势,具有一定的应用和推广价值。

线膨胀系数是材料的重要热物理特性之一,广泛应用于工程结构设计、机械制造等领域。传统测量方法存在精度低、受外界条件影响大等问题。 为了提高测量数据的可靠性,本研究设计了一种新型仪器,可同时利用两种方法测量物体的线膨胀系数。 本实验利用劈尖干涉法和单缝衍射法测量一定温度变化范围内的铝棒的线膨胀量,并利用 matlab 对数据进行处理。 实验结果表明,两种方法可以在互不干扰的情况下同时进行,得到的数据较为精确,并且新型仪器具有高测量精度、重复性好、操作方便等优点,为材料热性能研究提供了一种有效方法。

溶液折射率的测量对于深入理解物质的光学特性和化学性质具有重要意义,广泛应用于科学研究和工业领域。 本研究基于 Capstone 软件和迈克尔逊干涉法,提出了一种新型的折射率测量装置。 通过在光路中引入旋转台,可以精确调节比色皿的角度,从而根据干涉条纹的变化数量计算折射率。 此外,采用高精度光传感器替代传统人眼观察干涉条纹,确保了测量结果的可靠性。 550 数据采集器与 Capstone 软件的结合,进一步增强了数据实时采集与处理能力,显著提升了测量的准确性与效率。纯水及不同浓度的氯化钠、碳酸钠和碳酸氢钠溶液的测量结果表明,该装置性能稳定,且精度较高,相对误差均不超过 0.5％。 本研究不仅为迈克尔逊干涉实验的教学改革提供了新思路,而且推动了现代技术在物理实验教学中的应用,为学生提供了更加直观和高效的学习体验。

根据光的量子理论,发生光电效应的必要条件是入射光的频率大于阈值频率。 当此条件满足时,逸出电子的通量取决于入射光子的通量。 当入射光的频率大于阈值频率,且入射光子的通量一定时,逸出电子的通量就是一定的。 然而,并非所有这些电子都能到达阳极形成电流。 本文首先分析了在逸出电子通量一定的条件下影响电流的物理因素,结果表明,影响电流的主要因素是外加正向电压 Ｕ和电子的逸出角 θ ０ (逸出电子的初速度与光电管轴向之间的夹角)。 然后利用作图模拟的方法,具体考查了 Ｕ 和 θ ０ 对电流的影响,结论表明:对一定 θ ０ 的电子,只有当 Ｕ 大于某个临界值时才能到达阳极对电流作出贡献;而对一定的 Ｕ,只有 θ ０ 小于某个临界值的电子才能到达阳极对电流作出贡献。

在科技快速发展的浪潮中,声音定位在的日常生活中充当着越来越重要的角色。 传统的声音定位技术往往受限于复杂的信号分析和对专业人员的高度依赖,而新兴的光学辅助声音定位技术则展现出了前所未有的潜力。 本研究致力于研究一种结合李萨如图形原理的创新声音定位装置,旨在通过光学可视化技术实现对声源的创新定位方式。 装置设计充分考虑了实用性、通用性和可操作性,采用简易结构,结合光学、声学及振动学原理,实现了声音信号的可视化呈现,从而显著提高了定位的准确性和效率。

弗兰克-赫兹实验对于验证电子能量的量子化有着重要的意义,是近代物理实验中的经典。然而,实验结果一般受实验条件和数据处理方法的限制。 本文利用 Ｍａｔｌａｂ 软件对测量的八组数据进行分段的线性插值、三次 Ｈｅｒｍｉｔｅ 插值及三次样条插值并绘制曲线图,计算单原子气体氩的第一激发电位,比较发现三次样条插值拟合的曲线更加平滑且结果的一致性更好。 同时,通过以量子力学为基础的第一性原理计算得到了气体氩的第一激发电位,并将其与实验结果进行了对比分析,发现相比 Ｐｅｒｄｅｗ-Ｂｕｒｋｅ-Ｅｒｎｚｅｒｈｏｆ(ＰＢＥ)泛函,使用 Ｈｅｙｄ-Ｓｃｕｓｅｒｉａ-Ｅｒｎｚｅｒｈｏｆ(ＨＳＥ０６)泛函计算的第一激发电位与实验值有更好的吻合,而自旋轨道耦合的引入会导致能级的劈裂,但不会明显改变激发电位。

“电子学基础”是一门工程实践类课程,其中,有源滤波电路在信号处理领域具有广泛的应用,本文将 Multisim仿真软件应用于电子学基础课程的教学,对有源滤波电路进行了模拟仿真,并与理论计算做了对比分析。 实践表明,应用 Multisim 进行电路模拟仿真,可以直观地观察电路的瞬态过程和频率特性,分析电路结构、器件参数变化对频率特性的影响,直观便捷、高效省时,有效克服了电学实验的硬件局限性,有助于激发学生的学习兴趣,加深学生对课堂教学内容的理解,提升学生分析与设计电子电路的能力,提高教学的效果。

杨氏双缝干涉是光学和大学物理等课程的重要内容,其基本原理在工程技术中有着广泛的应用。 本文运用 Matlab 编写程序,对杨氏双缝干涉实验进行仿真,仿真结果直观地展现出波长、缝间距和缝屏距离等参数对双缝干涉的影响。 此外,本文着重模拟白光作为光源的杨氏双缝干涉实验,展示了干涉后色散的彩色光谱,并借助光强变化曲线分析光谱中光强和对比度变化的原因。 本文还进一步对比了以单色光和白光分别作为光源时,利用杨氏双缝干涉测定透明介质薄膜折射率的仿真实验结果,借此验证了单色光源在该实验中的局限性。 本文的仿真实验不但能加深学生对光的干涉规律的理解,而且对丰富杨氏双缝干涉的教学内容、培养学生的科学探究素养、提升其利用信息技术分析和解决问题

的能力有着重要意义。

随着算力提升与技术改进,基于物理规律的、可交互的虚拟仿真大学物理实验成为可能。本工作以磁控条件实验为例,通过求解热电子在径向电场与轴向磁场作用下的运动方程,并结合计算机编程技术,实现了电子轨迹的实时计算;通过实验数据的采集,利用玻尔兹曼拟合函数实现了磁控条件的数值仿真;在仿真实验中集成差分计算功能,将热电子初速度满足麦克斯韦速率分布的验证实验加入教学内容。 基于以上技术开发的虚拟仿真实验,不仅能完成现有的实验目标,而且可以直观显示电子径迹,拓宽了磁控条件实验的深度和广度。

微波生成过程较难以直观展示,传统实验通常只能通过示波器观察微波电场和磁场强度的变化。 这种方法在传统理论教学中往往难以帮助学生深入理解相关物理概念。 为提高学生对实验原理的理解,设计并开发了微波实验的虚拟仿真实验室。 通过该虚拟实验,学生可以完成预习、操作以及实验报告等教学任务,同时教师也能够在后台进行教学管理。 微波实验虚拟仿真实验室借助先进的计算模拟技术,突破了真实实验在微观现象观察方面的局限。 该平台不仅能够生动展示反射式速调管产生微波的原理,还能呈现波导中不同模式的电磁场分布,帮助学生更加直观地理解微波的传输原理与特性。 五年教学实践的结果表明,微波实验虚拟实验室的应用显著提升了教学效果。

用 LabVIEW  成功搭建?灵敏电流计特性研究?仿真实验平台。 在不同外电阻 Re下直观呈现了电流计光标回零的移动距离 d,波形图表实时显示了欠阻尼、临界阻尼和过阻尼三种运动曲线,得出外临界电阻值约 300 Ω。 数据处理模块可视化程度高,直接绘制出实验数据的散点图,并通过线性拟合自动展现最佳 Re ~１/ｄ 直线,进而完成电流计电流常数 ｋ 和内阻Rg 的测定。 多次仿真结果表明,两个重要物理参量的测量值与理论值之间的相对误差均低于 1.0％,仿真实验具有较高的精确度和稳定性。该平台可使对实验过程细节的观察更加具象化,有利于加深对实验原理的理解。

通过分析波尔共振仪的动力学方程和 RLC 串联电路的基尔霍夫电压公式,同时借鉴物理实验中模拟法的思想,建立了力学量和电学量相关的对应关系,从而应用电路分析方法研究振动问题。实验基于开源的电路仿真平台,针对不同振动类型搭建仿真电路,通过调节电路元件参数模拟不同的振动情况,并测量电路信号以获取振动信息。 根据仿真结果和理论分析,讨论了阻尼振动、位移共振和速度共振、非正弦形式的周期性驱动力等情况。 结果表明,用电路仿真方法可以模拟机械振动问题,同时为波尔共振实验提供了有益补充。

采用 Monte Carlo 模拟方法分别考察了亲水嵌段长度不同的两种三嵌段共聚物 ＡＢＡ、ＣＢＣ及二者的共混物在 Ａ、Ｃ 嵌段的选择性溶剂中的自组装行为。 模拟结果表明,通过调控 Ｂ 嵌段与溶剂间的疏水相互作用,两种三嵌段共聚物均能够自组装形成以疏水嵌段 Ｂ 为膜,亲水嵌段 Ａ(或 Ｃ)覆盖在疏水膜表面的具有中空结构的聚合物囊泡。 将这两种三嵌段共聚物混合,模拟结果表明通过调控混合比例体系中能够形成长亲水嵌段(Ｃ)在外,短亲水嵌段(Ａ)在内的具有非对称膜结构的非对称囊泡。 这种非对称囊泡在生物医药领域具有独特的应用价值,的模拟结果为制备非对称囊泡提供了新的思路和必要的理论依据。

结合新时期应用创新型人才培养的需求以及物理实验教学现状,以机械振动特性应用研究实验为例,对高阶性实验项目的开发、课程设计、教学实施及评价等环节展开研究,并以此拓展开发若干个高阶性实验项目。 教学实践效果表明,自主开发的高阶性实验项目能够有效提升大学物理实验课程质量,增强课程育人能力。

光的偏振和轨道角动量特性在光学科学技术中具有重要的意义,特别是在高精度光学测量和高容量光通信等领域。 本实验展示了一种高精度光学测量电压的方法,该方法通过塞格纳克干涉仪使偏振相互垂直的两束光携带轨道角动量(OAM),并与双折射晶体组合,利用干涉效应得到了一个携带 OAM 光束的“扇形”光学旋转器。 该实验将抽象的物理理论知识应用到具体实践中,有助于提高学生的科研兴趣,激发学生的创新思维。