热辐射是物理实验研究的一个重要方面。 基于金属?介质?金属“三明治”式微纳米结构，制作了一种超材料光谱选择性窄带热辐射源。 测量结果表明，该辐射源能够将热辐射能量集中在 9.03 μｍ波长附近，峰值发射率高达 98.0 ％，发射带宽仅为 1.58 μｍ。 实验还展示了这种热辐射源峰值辐射波长的灵活调控特性。

自主搭建了激光干涉诊断系统，通过分析干涉条纹图像计算得到两路激光的相位差，再由相位差求得电子密度。 通过该诊断系统研究了在柱形等离子体放电中，不同位置电子密度随电压变化的规律，以及在不同电压下轴向电子密度的分布。 实验结果表明：在不同位置处，电子密度随电压的增加而增加，在增加过程中都存在电子密度平台区，在该区域内电子密度随电压缓慢增加。 轴向电子密度在放电管中部存在密度峰值，当电压超过一定阈值后密度峰值由一个变成两个，在靠近阳极区域电子有一定程度的聚集。

在红外通信特性实验中测量材料的光学常数，可以通过测量反射率和透射率来获得，但现有的近似求解方法存在误差，并因此导致实验只能测量衰减很小或者很大的材料。 针对此问题，通过求解关于待测量的方程组得到其解析解，由解析解可直接计算材料的消光系数、衰减系数和折射率，改进的计算方法具有更大的普适性。

为了加深操作者对实验的理解，并通过实验学会对偏振光和非线性光学等知识的应用，从实验的原理入手，揭示了晶体电光调制实验中经常出现的“故障”原因，并提出解决方案。 第一，实验中输出信号出现的绝大部分问题，都可以归结为光路没有达到最佳状态。 此时可以通过观察干涉圆环图样进行初步判断，再用“两平行一正交”的法则对光路进行调节。 第二，输出电压增量 ΔＶ 与入射光强I₀成正比例变化，和调制信号幅度成反比例变化。 据此可以有效地将输出电压的增量控制在合理范围内，保证实验的成效。 第三，当起偏器和检偏器平行时，增加偏压后输出电压不增反降。

针对理论与实验教学中对光的双折射研究不够深入的问题，在已有光的偏振实验基础上，研究线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光通过冰洲石的过程，实现双折射实验与光的偏振实验的有效融合。新实验不仅有助于难点知识的学习，更有助于知识拓展及观察能力、思考能力、动手能力的培养与提高。

功能高分子材料通常都制成薄膜，薄膜状的功能高分子材料的导电性测量需要采用直流三电极、惠斯通电桥法和直流四探针法，但这些方法都对样品的尺寸和厚度有一定要求。 不同厚度下直流电流的流向和分布不可控会严重影响测试精度，而且使用四探针法测量薄膜材料比较繁琐，需要先制备方形膜并将其平整地固定在水平玻璃板上。 对此，通过上述方法了解，提出一种原创的测量装置，通过接触分离式 TENG 搭建了一套测量功能 Ecoflex  薄膜材料的导电性测量装置。 并使用静电检测仪进行数据提取，平均相对误差为 9.272％，填补了 Ecoflex  材料导电性测量的空缺。 该 Ecoflex  薄膜材料的导电性测量装置的创新型在于接触分离式 TENG 测量功能 Ecoflex 薄膜导电性的优点在于基于位移电流的交流测试对样品的几何尺寸无严格要求，而且无需特定形状，操作方便，可原位检测。 除此之外，提供了一种足底能量收集方案，可以用于机械能对电能的转化。

基于金属价电子占据 k 空间体积与布里渊区体积之间的关系，求出费米球半径，导出电子平均自由程的计算公式。 以 Ag 和 Cu 为例计算出电子平均自由程，与其他方法计算结果一致。 当金属材料的几何尺度与电子平均自由程相当时，与之相关的物理性能会发生显著变化，从这个角度出发，用电子平均自由程尺度估算 Ag 和 Cu 的纳米尺寸临界值分别为 52 ｎｍ 和 39 ｎｍ。 这种计算思路同样适用于其他金属纳米材料。

基于培养具有创新意识和实践能力综合创新型人才的培养目标，大学物理实验项目需集合提高实践能力与思维能力的基础必做实验、提升创造力与科学素养的综合性选做实验和加强创新意识与综合素质的创新型拓展实验。 本文章探讨了以光的等厚干涉实验为例结合朗伯比尔定律探索功能性材料吸光度与折射率的关系，将科研项目的成果转化为本科实验教学内容，提升大学物理实验的综合性与前沿性，激发学生对科学的向往之情，提升学生参加科研项目的积极性，提高学生多方面能力与素质。

材料的可见光光谱特性，可以应用于土壤水分的估测，植物的叶绿素含量预测、蛋白质含量的预测、数字喷墨印刷图像的呈色控制、目标隐身与反隐身等多个领域。 利用 ATP9100 地物光谱辐射计设计了目标材料反射率谱测量实验，实验内容包括：反射率谱的测试、定标、不确定度评估。 实验设计了两组实验：（１）不同颜色材料的光谱反射率测试；（２）相同颜色不同反射率谱材料测试。 实验（１）主要培养学生光谱反射率测试基本操作、不确定度分析以及不同颜色的光谱反射率分析能力；实验（２）主要是验证不同材料的“同色异谱”现象，从中引出可见光隐身与反隐身的发展，将最新的科研成果融入教学中。

针对现有霍尔式角度传感器所存在测量精度低等问题。 基于对霍尔效应原理的探究，以霍尔电压与磁场方向的关系为基础，设计了一种基于霍尔效应的角度传感器。 自制了小型亥姆霍兹线圈以提供稳定磁场，将霍尔探头固定于支撑架上，通过测量霍尔探头旋转不同角度后的霍尔电压实现角度的高精度测量，在旋转角度不大于 75°的情况下，最大测量误差为 0.1°。 将该传感器应用于探究复摆运动，得到复摆角位移与时间关系图像，实现复摆运动状态的准确测量，所测定的摆动周期与理论值的误差仅为 2.0％，证明了该装置能够实现快速响应的高精度角度测量。

为使热机 ｐ?Ｖ 图线的测量和由图线计算热机效率的整体过程可成为大学物理实验中易于操作的一部分，笔者首先搭建了PASCO?Tracker 实验系统，然后在两种高温热源温度下，通过该系统分别实践了热机工作中 ｐ?ｔ、Ｖ?ｔ 关系图线的测量，并在此基础上得到了 ｐ?Ｖ 图线，在拟合出 ｐ?Ｖ 关系函数后，通过原理公式的计算得到了热机效率与高温热源温度及气缸内装入的钢丝质量间的关系。 测量结果表明，压强、体积的周期均随钢丝质量的增加而减小，效率随钢丝质量的增加而增加，二者具有非线性关系。 热机效率随高温热源温度的增加而增加。 本实验系统可用于演示热机工作过程的实时监控和热机效率的测量与计算。

采用表面增强的拉曼光谱，以银溶胶作为增强基底，对酱油中的苯甲酸钠进行了检测。 首先，测试了柠檬酸钠制备的银溶胶剂量对拉曼光谱信号的影响；其次，通过比对标准苯甲酸钠与样品溶液添加银溶胶前后的拉曼特征光谱，确定了苯甲酸钠在 853 ｃｍ^-1、1017ｃｍ^-1和 1611 ｃｍ^-1的拉曼特征峰；最后，采集 12 种不同质量浓度的苯甲酸钠样品的拉曼光谱，利用一元线性回归方程建立了定量检测模型。 本研究发现，拉曼光谱可以用来定量检测市场上销售的酱油中是否含有苯甲酸钠以及其浓度大小。

将科研成果融入实验教学，面向本科生开设了“纳米上转换发光材料的合成与表征”研究性创新实验。 实验采用均匀沉淀法合成 Y₂O₃ ：Yb³⁺，Ho³⁺纳米上转换发光材料，利用 Ｘ 射线衍射、透射电子显微镜和上转换发射光谱对材料的结构、形貌和发光性能进行表征，并分析材料粒子尺寸对发光颜色的影响。 实验中包含纳米材料制备、上转换发光性能研究等科研热点内容，涉及物理、化学、材料等多学科知识的交叉融合。 通过实验的学习和操作，有助于激发学生对发光材料和纳米材料的研究兴趣，加深学生对材料合成方法和发光过程的认知，既拓展了学生的眼界和思维，又强化了学生的综合实验技能。

利用位置敏感器件将经典的拉伸法测杨氏模量中金属丝的微小伸长量转换成电压信号变化，再由放大电路放大后，经过数据采集卡接入计算机进行实时数据采集，实现了杨氏模量的数字化测量。 实验运用了现代科技测量的新器件、新技术，将硬件和软件在传统物理实验上进行了融合，实验数据处理设计了代表性的最小二乘法线性拟合和逐差法进行处理，测量结果可靠，可作为一个典型的综合性物理实验进行教学推广和使用。

采用高精度量子力学计算方法研究 C₂N₂分子体系基态精确的电子结构，构建其异构化势能面，分析其反应机制。 获得的研究结果有助于今后 C₂N₂ 及其相关分子的星际探测和实验室制备。

利用超弱光纤布拉格光栅对振动的敏感特性，提出了一种基于分布式光纤声学传感的声速测量方法。 通过测量声速传递过程中不同超弱光纤布拉格光栅传感器接收到声音信号的时差来计算声速。 该方法可以测量不同温度下的声速，其测量值与理论值误差小于 0.5 ％。 为声速测量提供了新的方法。

应用发明问题解决理论（TRIZ）中的九屏图、技术矛盾、最终理想解等方法分析并设计一种用磁力吸附原理记录抛物轨迹的装置，适用于在教学或家庭自主学习使用，是一种不要电力驱动，可以通过不同角度球体碰撞，使目标球在铅垂面上运动，目标球的磁力吸附铁粉微粒附着在磨砂坐标面板上构成连续抛物线轨迹的一种抛物轨迹记录仪，具有组合性、便携性和多用性特点。

基于势流理论建立了单个振荡浮子式波浪能发电装置的垂荡运动模型，并采用 MATLAB中的 Runge?Kutta 算法求解了运动方程组的数值解。 通过数值积分的方法，系统研究了不同波浪频率和阻尼器阻尼系数下的装置平均发电功率。 研究结果显示，在规则线性微幅波的作用下，浮子与振子做小幅度的周期往复运动，存在相对运动可驱动阻尼器做功，实现能量转化和输出的功能。 同时，研究发现波浪频率和阻尼器阻尼系数对装置的发电功率有很大的影响。 当波浪振幅为1 米、频率为1.4 ｓ^-1至2.2 ｓ^-1的范围内，单个振荡浮子式波浪能发电装置的平均输出功率在 20 Ｗ 到 300 Ｗ 之间变化。 模拟计算研究结果对波浪能发电装置的性能优化和调控具有重要的指导意义。

“以学生为中心”（student center，SC）的教学改革理念涉及以学生发展为中心、以学生学习为中心、以学习效果为中心三个方面。 以《物理光学》课程光波的叠加与分析为例，设计个性化虚拟仿真实验项目，激发本校光电信息科学与工程专业学生的好奇心，鼓励学生合作、积极学习，引导学生通过思考、探索从舒适区进入发展区。 随着项目的深入和完成，在实践中学会，在项目活动中获得经验，用经验改变大脑，进而实现自身能力的提高和自我发展。 项目完成后，通过对光电信息科学与工程专业 21级 60 名学生问卷调查得到的反馈结果也表明创新型个性化仿真项目激发了学生的学习热情，得到学生

较高的评价，为接下来教学的持续改进提供依据和支撑。

随着虚拟仿真实验教学进入 2.0 阶段，对虚拟仿真实验平台的开发提出了更高要求，光电效应实验具有专业性强、知识学习与科研探索相衔接的特点，对创新型人才培养具有重要意义，本文应用 Unity3D 软件完成光电效应虚拟仿真实验的开发，在 Visual Studio 开发工具集中完成 Ｃ＃脚本语言的撰写和驱动，借助可视化学习分析实现实验数据分布规律表征，呈现清晰直观的物理量关联关系，实现泛平台泛终端光电效应虚拟仿真实验平台开发，深入物理空间与虚拟空间融合，推动创新型人才培养由信息化向数字化转变。

根据全反射原理，搭建了一套测量液体浓度的实验装置。 该实验装置借助数字图像处理技术对通过摄像头采集的全反射临界角进行处理，精确测量临界角，从而得到透明液体的折射率，根据拟合的液体浓度和折射率的单调函数关系，求其浓度。 该实验原理简单，实验结果精确度高，在大学物理学习中培养了学生创新能力。

基于矩阵光学原理实现透镜组近轴光出现隐形区域，探究了不同参数的透镜对光学隐形区域的影响；采取正交实验设计，分别使用 MATLAB 和 COMSOL 对隐形区域进行了数值模拟，对比得出了隐形区域的影响因素，并进行了可视化呈现。 结果表明，透镜的焦距和半径影响隐形区域，当透镜的直径不变时，若透镜的焦距为f，此时隐形区域 t₁ 和隐形区域 t₂ 的体积之和最小，当透镜的焦距小于 f时，透镜的焦距与隐形范围呈负相关；当透镜的焦距大于f时，透镜的焦距与隐形范围呈正相关；当透镜的焦距不变时，透镜的直径与隐形范围呈正相关。 各个透镜参数对隐形区域的体积的影响因素排序为：焦距 f₂ ＞直径 h₁＞直径 h₂ ＞焦距 f₁ 。 研究结果对于深入理解光学隐形区域的形成及其受透镜参数调节的影响具有重要的意义。

提高光伏电池的发电效率一直是学者们研究的重点，MPPT 技术保证光伏发电系统持续工作在最大功率点附近，从而提高发电效率。 面对不均匀光照下 Ｐ?Ｕ 曲线的多峰现象，传统 MPPT 算法难以找到最大功率点 GMPP，容易陷入局部峰值点 LMPP，学者们后续提出新的 MPPT 算法仍存在一定缺陷，无法简单有效且准确地追踪 GMPP。 本文针对上述问题，通过 Simulink 软件搭建仿真模型来研究不均匀光照下光伏阵列的输出特性，希望对学者后续改进 MPPT 算法和布置光伏阵列提供帮助与启发。

选取国内大多数高校都会开设的“霍尔效应实验”课程为例，将高校中“教书”和“育人”的两个人才培养准则相融合作为指导思想。 探讨在日常的大学物理实验教学过程中融入课程思政，与其他课程的思政课产生“共振协同效应”。 通过在大学物理实验教学过程中有效的融入课程思政，不仅可以培养学生严谨的科学态度和动手解决实际问题的能力，还能够培养学生为科学奉献的精神和爱国主义精神，最终实现为社会培养具有创新型专业物理知识应用能力本科人才的目标。

大多《半导体物理学》教材对于基础理论在生产实践与科研前沿中的应用缺乏介绍，教师如果严格按照教材内容授课，则不利于培养学生分析和解决实际问题的能力。 鉴于此，本文以晶体硅太阳电池为例，阐述如何在《半导体物理学》教学过程中穿插介绍基础理论在生产实践与科研前沿中的应用，以期激发学生学习兴趣，提高学习的热情与主动性，从而提高课程教学效果。

为了解决 2023 版《理工科类大学物理实验课程教学基本要求》中分层次教学要求与现有仪器设备不完全匹配问题，我们结合本校实际探索了一条低投入高效能的自主化分层次实验教学途径。本文以霍尔效应实验自主化分层次教学实践为例，探究了如何在现有 B 层次的实验仪器上，细挖深究结合动手改造，开展 C 层次研究性实验和 D 层次设计性实验。 在霍尔效应副效应研究性实验中，我们评估了所有效应的阶数，并定量测量了副效应引起的附加电势差；在角度传感器设计性实验中，我们完成了基于霍尔效应的角度传感器设计，并发展了一套两参量最小二乘法误差处理方法。 自主化分层次实验教学有助于因地制宜地开展实验教学改革，提升实验教学质量。