本文介绍了一种基于光纤法布里-珀罗(F-P)干涉原理的实验，设计并搭建了一套具有较高精度的弱压力测量系统。该系统由弹簧压力形变系统、F-P 光纤测位移系统以及 PC 端 labview 平台的算法处理系统组成，位移测量系统通过解调干涉光谱的相邻波谷波长差计算腔长变化，再根据砝码质量，计算得到弹簧的弹性系数，从而根据弹性系数测量任意微小质量的物体。实验结果表明，该系统在0～500 mg 范围内线性度良好，对于质量大于 20 mg 的物体，其最大测量误差约为 5%，且质量越大，误差越小。该系统结构简单、成本低、测量精度高，为弱压力测量提供了一种可行的高精度光学方法。

对流传热系数是传热学科研与工程领域中的核心性质之一。设计了一项基于红外热像仪的对流传热系数测量方法。实验以 6061 铝合金为试样，通过表面缠绕高发射率黑色胶带抑制红外测温误差，结合稳态与非稳态温度场测量方法，定量分析了自然对流(无风)、强制对流(1．5 m/s、2．5 m/s)三种工况下对流传热系数。实验结果表明:1)表面处理效应:黑色胶带使发射率从 0．856 提升至 0．987，显著优化红外热像仪测温精度;2)对流强度影响:值随强制对流增强而显著增大，自然状态、1．5 m/s 风速、2．5 m/s风速的对流传热系数，分别为17．67 W/(m 2 ·K)，20．69 W/(m 2 ·K)，107．65 W/(m 2 ·K)，符合牛
顿冷却定律理论。实验内容为传热学实验教学提供了直观、先进的观测手段，学生通过该实验系统掌握传热机理分析与工程问题解决方法，有助于理解对流换热机理，强化理论知识的工程应用，提升学生的科研素养及创新能力。

高效利用太阳能光伏发电对未来“双碳”目标的实现具有重要意义，本实验提出了利用以压力旋流雾化器为主体的喷雾冷却系统降低光伏电池温度，从而提高光伏电池的发电性能的实验方案。搭建一套喷雾冷却光伏电池实验台，通过探究喷嘴在不同孔径和压力下对喷雾锥角、流量、液滴粒径和速度的影响，明确喷嘴的喷雾特性;利用喷雾冷却技术对光伏电池进行降温，提高发电效率，降低光伏发电的净成本。该综合实验打造了一个实践应用平台，有效帮助了学生增强学生对流体力学、传热学及光伏电池热管理理论知识的理解，同时推动学科建设。

传统金属线膨胀测量方法通常是用 FD-LEA 型线膨胀系数实验仪搭配千分表测量，由于仪器对温度的响应速率高于千分表对形变的响应速率，其测量结果误差较大。本实验对该传统仪器进行了改进，将自行搭建的迈克尔逊干涉装置替代千分表，利用光干涉原理进行测量。铜棒的线膨胀系数相对误差分由改进前 10．77%降低到改进后的 4．61%，不确定度也相应地由 0．41×10－6℃－1减小至 0．18×10－6℃－1，实现了测量精度的大幅度提升。另外，本实验还对铜棒表面进行了打磨抛光处理，将测量相对误差进一步降低到了 1．20%。上述实验结果表明利用光干涉测量可大幅度提高金属线膨胀系数的测量精度，同时表面处理可消除金属棒表面氧化的负面影响。该实验不仅为金属线膨胀系数测量展示了一个高精密装置，还为其高精度测量提供了有益参考。

提出了一种基于平行板电容器的电场力效应测量液体密度的新方案。通过理论分析电容器部分浸入液体时，液面在电场力作用下的升高现象，推导出了液体密度与液面平衡高度之间的定量关系。该方法利用虚功原理建立了电场力与系统能量变化之间的联系，实现了通过电学参数对液体密度的间接测量。该方法在特定应用场景下，尤其是对高纯度或强腐蚀性绝缘液体的非接触式密度测量方面，具有独特优势，为液体密度的测量提供了一种新的技术思路。

基于霍尔效应研制了三维空间磁场自动化测量实验装置，其三维霍尔探头可同时测量空间任意位置的磁感应强度三维分量，可通过改变亥姆霍兹线圈中心间距、励磁电流以产生不同的三维空间磁场分布，并能实现一键式自动化三维磁场分布测量。实验上测量了加载不同励磁电流时亥姆霍兹线圈中心处的磁感应强度大小，验证了其与励磁电流的线性关系，并计算了实验测量平均值与理论计算值的相对误差。进一步研究亥姆霍兹线圈间不同区域沿不同轴线上的三维磁感应强度的分布规律，为
深入理解亥姆霍兹线圈的磁场分布提供了实验支撑。

针对传统磁致旋光角度测量磁场存在回程误差和操作复杂等问题，改进了基于法拉第磁光效应的磁场测量方法，利用磁场作用下光通过磁光晶体的功率变化实现磁感应强度的测量。实验采用激光器、偏振片、磁光晶体和光功率计，搭建了磁致光功率变化的磁场测量装置。理论分析了磁场与光通过磁光晶体的光功率的关系，并对螺线管的内部磁场进行了测量以及误差分析。励磁电压分别为1．5，3．0 和4．5 V 时，测量得到螺线管内部的磁感应强度分别为 0．727，1．372 和2．068 mT，与实际值的相对误差分别为 2．1%、2．4%和1．8%，总合成不确定度分别为 0．230、0．216 和0．161 mT。与磁光效应测量磁场
的其他方法相比，该方法具有误差小、光路结构简单和操作简便的优点。

硫化铅量子点凭借其带隙可调及溶液加工优势，已成为短波红外探测领域研究热点。但在专业实验教学中，普遍存在前沿性不足、实践环节碎片化等问题。依托课题组在本领域的科研积累，设计了一项从量子点材料制备到器件构筑及成像应用的全流程综合实验。实验引入一种“两步钝化”策略，引导学生对比探究不同配体交换工艺对硫化铅量子点表面缺陷及短波红外探测器光电性能的影响。结果表明，经两步钝化处理的器件在 1 350 nm 处外量子效率超过 40%，并成功实现对不透明胶囊内物体的透视融合成像。该实验将抽象的半导体理论知识与具体器件制备相结合，通过可视化成像应用激发学生探索兴趣，有效提升了学生的工程实践能力和创新思维。

提出了一种利用李萨如图法测量微弱磁场的方法，推导了用频率表示磁场强度的关系式，
设计并自制了微弱磁场测量装置，包括 TGG 磁场感应系统、跨阻放大采集系统、信号“电压-频率”变换
系统和频率测量系统。跨阻放大采集系统将信号放大了 10 11 倍，实验仪器测量分辨率为 10 Hz，最小测
量磁场强度为 11 μT，测量误差小于 3 μT，且误差随着被测量磁场强度增强而减小。实验仪器可以精确
测量地磁场大小，并可以在其他磁场测量中消除地磁场的影响。最后分析了自制仪器系统存在的误差
情况。

众所周知，量子力学中有隧道效应。粒子可以经过其能量低于势能的区域。在这样的势垒区域中，粒子的动能为负。量子力学教科书上计算一维方势垒的透射系数的结果，还未得到实验上的定量验证。根据作者以前的理论分析，在势垒区域，粒子应该遵循负动能薛定谔方程，粒子的负动能的表达式就是通常的正动能的表达式加一负号。在势垒区域粒子的动量仍然为实数而不是虚数。提出了一个用光子碰撞势垒区域的电子的实验方案，来判别势垒区域的负动能电子的动量到底是虚数还是
实数。

通过已知电子电荷量，计算电荷量的标准不确定度与下落时间和平衡电压的关系，确定最佳测量区间．基于 6637 个密立根油滴实验的实验数据和由随机数产生的模拟数据，系统分析密立根油滴实验中的误差，给出实验教学中注意的问题。

设计了一种新型的实验方案，研究了墨滴在水中扩散的混沌现象，实验通过拍摄墨滴扩散的视频，采用追踪墨滴的方式测定了墨滴在水中的运动状况以及运动轨迹，通过观察和记录墨滴在水中扩散时墨环分岔的时间间隔与距离间隔，结合了混沌常数计算模型分析了墨滴在水中所表现的混沌现象，并借助 Tracker 软件可以对单点进行追踪的能力，对某一特定墨滴进行轨迹追踪，构建墨滴轨迹的数学建模。最终测算混沌常数的具体数值，并与已有混沌常数值进行比较。

液晶作为介于液体和晶体之间的特殊物质形态，其电光效应在显示技术等领域有着广泛应用。液晶电光效应实验是大学物理实验教学的重要内容，能帮助学生深入理解液晶的物理特性与电光转换机制。以 TN 型液晶为研究对象，测量检偏器在不同位置下对应的液晶电光数据，通过绘制电光曲线，得到阈值电压、饱和电压、对比度及陡度随检偏器位置变化而改变。为液晶相关知识的教学研究提供了实用参考，有助于培养学生的科学探究能力。

针对微弱磁场三维测量的迫切需求，设计并开发了一种基于霍尔效应的三维微弱磁场测量装置。该仪器通过集成高精度 BMM150、VL6180 传感器，结合空间定位模块和信号处理电路，实现了空间微弱磁场矢量的精确测量与实时测量。通过理论建模与实验校准的双向迭代，显著优化了传感器的灵敏度与稳定性。测试结果表明，该装置的测量范围为±1 300 μT(x、y 轴)和±2 047 μT(z 轴)。研究结果不仅为微弱磁场测量提供了一种便携式、高性价比的解决方案，也为相关领域的教学与科研工作提供了有力的技术支持和实验平台，未来将进一步拓展其应用场景与功能。

针对传统光照度实验教学存在的操作繁琐、实验变量有限等问题，设计了一种一体化光照度特性研究实验仪。该仪器由光源模块、探测模块、信号处理与显示模块以及电源模块构成，支持光源距离、功率与波长等关键变量的独立调控，能够进行对照实验，验证单一变量对光照度的影响规律，实验结果与理论分析相符。教学实践表明，该仪器操作简便，能显著提升实验教学效率，有效促进本科生科学探究能力与创新思维的培养。

为解决传统装置精度低、稳定性差、操作复杂的问题，本研究设计了一款基于安培力驱动与驻波法的新型弦振动实验装置。该装置以电磁驱动替代机械振源，集成高精度拉力传感器与自动化数据采集系统，实现了张力连续调节、宽范围频率控制及作用力精准定位。实验验证了弦振动频率与张力平方根、弦长倒数、线密度平方根倒数的定量关系:低频段基频与波速偏差普遍小于 1%;结合声压级突增判据与频谱分析技术，高频段共振识别误差可控制在 2%以内。该装置搭载便捷交互界面，适用于大学物理实验教学，可为工程振动分析提供可拓展平台。

物理实验教学中引入仿真系统可突破传统实验所受的时间、空间和设备等条件限制，提高实验效率，促进学生深化原理理解并推动教学提质。本研究针对夫琅禾费衍射直观化教学需求，基于MATLAB GUI 开发了集现象模拟、参数调控与原理阐释的仿真教学程序。程序以衍射理论为核心，构建单缝、圆孔及矩孔衍射物理模型，通过交互式界面实现入射波长、孔径尺寸、透镜焦距等参数实时调节，同步呈现衍射光强分布曲线与多维图样，且支持单色光与白光衍射现象展示。程序兼具静图输出与动
图演示功能，能直观呈现衍射现象及参数影响规律，为学生理解抽象物理概念、培养科学探究素养提供有力支撑。

基于 MATLAB 建立了布拉格光栅光谱特性虚拟仿真平台，采用传输矩阵法与耦合模理论相结合的计算模型系统研究了啁啾量、光栅长度、调制深度、切趾类型等参数对反射谱的影响。仿真结果表明:啁啾量从 0 nm/cm 增至 1．0 nm/cm 时，反射谱 3 dB 带宽从 0．80 nm 展宽至 2．60 nm，展宽比例达3．25 倍;光栅长度从 1 mm 增至 15 mm 时，峰值反射率从 25%提升至 100%，带宽从 1．60 nm 缩窄至0．50 nm;调制深度从 2．0×10－4增至 2．0×10－3时，峰值反射率从 40%提升至100%，带宽从 0．15 nm 扩展至1．25 nm;切趾类型分析显示，双曲正切切趾可将旁瓣水平从均匀光栅的 －14 dB 优化至 －32 dB。仿真程序实现了光谱计算、深度反射分布及能量积累可视化，定量揭示光栅前 30%区域贡献超 60%反射能量，
且起始处反射率梯度最大。该平台计算精度高，物理机制清晰，为布拉格光栅设计优化与实验教学提供了有力的技术支撑。

傅里叶域锁模激光器作为一种新型激光技术，具有独特的时频特性，本文详细介绍了傅里叶域锁模激光器的原理及教学实践案例。教师通过课堂讲授和实验指导，将傅里叶域锁模激光器作为综合性实验平台，该平台不仅引导学生深度理解锁模机制、激光谐振腔设计等核心原理，还通过参数调控、光谱分析等实操环节，培养学生的实验设计能力与数据分析素养。研究表明，该教学模式在激发学生创新思维、提升工程实践能力方面具有显著优势:学生通过自主搭建光路、优化锁模参数等探究性实
验，能够直观掌握时频域调控的关键技术，进而形成从理论建模到实验验证的完整科研思维链条。将傅里叶域锁模激光器引入教学不仅能够提升教学质量，还能促进科研与教学的深度融合，为光学工程人才培养提供新的思路。

以大学物理实验中的“密立根油滴实验”为研究对象，系统探讨实验教学过程中蕴含的思政元素及其融入路径。通过构建实验前、中、后三阶段相结合的思政教育模式，实现知识传授、能力培养与价值引领的有机统一。研究表明，通过深入挖掘实验内容中的科学精神、人文关怀与价值范式，能够有效提升物理实验课程的育人效果。同时，针对实践过程中可能出现的挑战提出相应对策，为同类实验课程的思政建设提供参考。