大学物理实验

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大学物理实验
Physical Experiment of College
（双月刊，总第126期）
主管单位：
吉林化工大学
主办单位：
吉林化工大学
编辑出版：
《大学物理实验》编辑部
主编：孟磊
发行：
《大学物理实验》编辑部
ISSN 1007-2934　CN 22-1228/O4

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2026年, 第39卷, 第1期　刊出日期：

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大学物理实验, 2026, 39(1): 0-.

摘要 ( 46 )

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大学物理实验, 2026, 39(1): 0-.

摘要 ( 23 )

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基于对波长线性拟合的平凸透镜曲率半径测量方法#br#

花晓彬, 阮小霞

大学物理实验, 2026, 39(1): 1-4. https://doi.org/10.14139/j.cnki.cn22-1228.2026.01.001

摘要 ( 36 )

PDF (1978KB) ( 0 )

基于牛顿环干涉实验中的环纹位置与光源波长有关，提出实验中用不同波长的光波入射，先用逐差法求得圆环直径的平方差，再用最小二乘法以测得的圆环直径平方差为纵坐标，入射光波长为横坐标进行直线拟合，通过拟合直线的斜率计算平凸透镜的曲率半径值。实验验证了新方法的有效性和结果的可靠性，新方法兼具逐差法和最小二乘法各自的优点，弥补了旧直线拟合方法不足自变量无误差的不足，值得在类似的其他干涉实验中推广应用。

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缺陷钝化实现高性能 PbS 量子点光电探测器的实验设计与教学实践#br#

张丽, 韩泽尧, 孙斌

大学物理实验, 2026, 39(1): 5-12. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．01．002

摘要 ( 4 )

PDF (2033KB) ( 0 )

面向新材料与信息技术的发展需求，高性能光电探测器件的研发已成为推动技术创新的重要基础。PbS 量子点因其尺寸可调的带隙、高吸收系数和优异的光电转换性能，在光电探测领域受到广泛关注。然而，其表面缺陷态易导致载流子非辐射复合，制约了器件的光响应度、探测率与稳定性。卤化物钝化作为调控量子点表面态的有效手段，可显著提升材料的光电性能。为促进科研与教学深度融合，本文基于 CsI 与 CsBr 两种无机卤化物的钝化策略，设计了面向本科实验教学的综合性研究课题，系统探究钝化处理对 PbS 量子点薄膜结构、光电特性及光电探测器性能的影响。通过理论授课与实验操作相结合，引导学生理解量子点表面工程的核心作用，掌握材料制备与器件测试的基本技能，在实践中有机融合前沿知识与动手能力，有效提升了学生的科学思维与创新能力

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天然方解石双折射的全参量测量实验研究

冯伟, 杨天方, 翟嘉伟

大学物理实验, 2026, 39(1): 13-18. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．01．003

摘要 ( 2 )

PDF (2881KB) ( 0 )

光轴方向和主折射率是理解晶体双折射规律的基本参量，传统测量方法存在样品制备要求严、测量仪器成本高及计算过程复杂等问题，不利于推广至常规实验课程。提出了一种基于惠更斯原理与双折射偏振特性测量天然晶体双折射参量的实验方案。通过搭建组合式的实验装置，首先利用折射定律测定寻常光主折射率 n o ，然后根据双折射光的偏振特性或偏移方向确定光轴方向，最终由光束偏移量得到非常光主折射率 n e ，从而实现天然晶体双折射全参量的一体化测量。实验结果表明，该方案测
量精度高、装置稳定性好，有助于学生深入理解晶体双折射规律，具有良好的教学推广价值。

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分光计中最小偏向角的两种推导思路及其快速定位方法#br#

陶明杰, 赵斌斌, 袁文硕, 胡东豪

大学物理实验, 2026, 39(1): 19-23. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．01．004

摘要 ( 1 )

PDF (2647KB) ( 0 )

分光计实验在大学物理实验中具有重要地位，其中最小偏向角计算公式的推导思路原理复杂，因此大部分物理实验教材中鲜有提及。基于此，提出利用函数求导与三角函数两种较为简单的方法对最小偏向角的公式进行推导和原理说明。此外，对于在常规物理实验中，寻找最小偏向角的实验流程具有盲目性大、实验时间长等缺点，提出一种快速定位三棱镜最小偏向角的方法———重合法，该方法通过协调绿色十字光源和物镜，可在有效提高实验准确率和成功率的同时，降低实验难度和人为不确定性，简化操作程序，缩短实验时间。

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基于单缝衍射的智能综合微小位移测量平台

夏惠添, 王俪锜, 熊师艺, 黎明辉, 全楚烨

大学物理实验, 2026, 39(1): 24-32. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．01．005

摘要 ( 1 )

PDF (2682KB) ( 0 )

基于夫琅禾费单缝衍射原理，利用其能够将微米乃至纳米级的缝宽变化转化为毫米级条纹位移的光学放大效应，构建了一套多功能精密测量装置。该装置具备非接触、高灵敏度的优势，同时操作简便、成本低廉，适用于实验教学与科学探究。通过建立缝宽变化量与衍射条纹位移量的定量关系，实现了微小位移、杨氏模量及磁致伸缩系数等参数的高精度测量。结合自主开发的 Python 智能读数程序，有效消除人工观测误差，实现“激励-采集-分析-输出”闭环控制。同时，借助 Unity 3D 与 Matlab
2024a 构建三维动画仿真系统，直观展示实验过程并辅助实验设计。实验结果表明，该平台测量微小位移的不确定度低于 0．0005 mm，测量铜片杨氏模量与理论值相对偏差小于 0．3%，磁致伸缩系数测量值与理论值高度吻合。该研究构建的“非接触-全自动-纳米精度”测量模式，为材料力学参数测量提供可靠手段，推动低成本自动化纳米测量技术发展。

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基于共轴激光成像与图像特征回归的大深径比微孔无损测量方法#br#

梁光恒, 曹梦艺, 李波瑶

大学物理实验, 2026, 39(1): 33-41. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．01．006

摘要 ( 1 )

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面向直径在 0．1～1．0 mm、深径比在 10 以内的微型盲孔，提出一种共轴激光、单帧成像、图像特征回归的无损测量方案:激光经分光镜与物镜共轴入射至孔底，反射光沿同轴返回被 CMOS 相机一次曝光采集;在无需 Z 轴扫描的前提下，采用反色与腐蚀相结合的预处理提取孔口像素直径与孔底ＲOI灰度统计等稳健特征，构建孔径与孔深的物理-数据融合映射，实现单帧同时解算孔径与孔深并输出深径比。系统结构紧凑、成本低、测量速度快，适合微孔阵列在线检测。同时，设计完整配套 GUI，能够完成采集-标注-特征-回归-结果展示的一体化流程，可一键输出测量报表与日志。实验结果表明，在典型样件上可实现几十微米量级的孔深精度，具有良好的工程推广价值。

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基于不倒翁-转子-黏滞阻尼-磁的四合一杆

徐初东 , 王楠渝, 黄烁韩, 王家旺, 方思茗, 谭诗其

大学物理实验, 2026, 39(1): 42-47. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．01．007

摘要 ( 2 )

PDF (2846KB) ( 0 )

杆是一种常见的，基础的物理模型，而不倒的杆就是经典模型之一，此类模型着重研究杆的平衡原理和稳定性。以杆加装不倒翁底座为基础模型，外加陀螺转子、钟摆式阻尼或黏滞式阻尼，缠绕线圈并外加磁场去建立模型，通过复合式实验，测定最大倾斜角及恢复时间，利用 Matlab 进行可视化数据处理，反映杆在不同方法下的稳定程度。对于杆的不确定度进行分析计算，并得出最大倾斜角的恢复时间的可信赖程度。结果表明最佳实验方案:不倒翁底座 + 陀螺转子 + 黏滞式阻尼 + 磁场稳定法对于杆的稳定程度效果最好，能够极大提高杆的抗风能力。

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不同含水率条件下加锚岩体抗拉力学特性试验研究#br# #br#

张虹程, 韩森 , 韦启帽, 张恒, 陈林涛

大学物理实验, 2026, 39(1): 48-51. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．01．008

摘要 ( 1 )

PDF (2275KB) ( 0 )

研究不同含水率条件下天然岩样及加锚岩样的抗拉伸力学特性具有重要的现实意义。通过对不同含水率条件下的无锚试件和加锚试件开展巴西劈裂试验，分析了含水率和锚杆对试件抗拉强度的影响，研究了锚杆阻滞巷道围岩扩容张拉破坏的作用机理。结果表明:(1)在水化作用下，岩石试件强度下降严重。(2)锚杆能增强岩石试件抗拉强度，且相较于干燥试件，锚杆对含水岩体的抗拉强度增强效果更加明显。(3)加锚岩体受拉破坏后，在锚杆作用下仍有一定的承载能力。研究可为不同含
水率条件下岩层巷道锚杆支护提供借鉴。

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基于半导体 TEC1-12706 温差发电实验的改进#br#

赵颖慧, 于伟威

大学物理实验, 2026, 39(1): 52-58. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．01．009

摘要 ( 2 )

PDF (2739KB) ( 0 )

在半导体温差发电领域，如何高效利用热能并提高发电效率是当前研究热点。本研究旨
在提高半导体温差发电的输出功率与效率，通过优化热端温度控制，构建一体化数据采集平台和采用双
片串联模式的设计来自制温差发电装置，探究了热端温度梯度、半导体连接方式对输出电流、电压及最
大输出功率的影响，提高了发电性能。实验结果表明，在热端温度 331 K 时，双片串联结构的最大输出
功率达 1．158 W，较单片(0．449 55 W)提升约 157%，可稳定驱动低功耗设备;同时，测量数据与理论模型
的拟合优度为 0．999 255，最大误差仅 0．038 341。该研究对于满足教学需求、研究半导体温差发电、小型
能源系统设计和余热的利用等方面提供新思路。

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一种尖端放电设计创新性实验的设计及放电特性分析#br#

祝顾杰, 黄彧阳, 许东峰, 方敏, 王珊

大学物理实验, 2026, 39(1): 59-62. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．01．010

摘要 ( 0 )

PDF (2927KB) ( 0 )

基于双谐振固态特斯拉线圈设计了一种放电间距可调的小尺寸尖端放电实验装置，采用间接测量法测量了针尖与极板之间的距离变化时极板上的感应电压，对尖端放电特性的规律进行系统的研究，并且发现当针尖与极板之间的距离达到临界值时放电现象有明显的突变，在小于临界距离时出现高压电弧放电，大于临界距离时则为针尖端的小角度火花放电。该装置操作便捷，实验现象直观，适用于大学物理教学演示与光电特性研究。

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基于塞曼效应的量子调光器实验探究

张棕浩 , 张绍伦 , 邵彦松, 宋海英

大学物理实验, 2026, 39(1): 63-67. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．01．011

摘要 ( 0 )

PDF (3036KB) ( 0 )

基于塞曼效应，引入磁场强度变化、衍射光栅和光谱分析探究了磁场强度变化对钠灯阴影强度的影响机制。通过预实验与正式实验，验证了火焰中钠原子在磁场作用下的能级分裂现象，并利用光谱和数据分析定量揭示了磁场强度与阴影亮度的关系．实验结果表明，磁场强度增加会导致钠原子吸收光谱线分裂，降低对钠灯黄光的共振吸收能力，从而使阴影变浅，通过进一步研究阴影亮度数据拟合并运用塞曼效应能级分裂公式等公式和方法，证实了阴影亮度与磁场强度呈正相关趋势。

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基于莫尔条纹的便携式微小位移测量仪的研制#br#

李俊明, 李春然, 程琳

大学物理实验, 2026, 39(1): 68-72. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．01．012

摘要 ( 0 )

PDF (4290KB) ( 0 )

精密加工与高精度科学实验领域，微小位移的精准测量是保障作业质量与实验数据可靠性的核心环节，为此，研发一款操作便携性强且成本经济的微小位移测量仪器，具有重要的实际应用价值。首先介绍了莫尔条纹形成的原理及莫尔条纹的特点，以此为理论基础搭建了一种便携的微小位移测量的装置，该装置中利用摄像头拍摄条纹的移动，用计算机 Python 编程来数莫尔条纹移动的距离，从而实现快速准确地测量微小位移。整个测量装置成本低，但是测量精度依然可以达到微米级别。

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用于车轮旋转能量收集的压电发电装置设计与研究#br#

贾继娇 , 周冬雨 , 张林

大学物理实验, 2026, 39(1): 73-78. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．01．013

摘要 ( 0 )

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针对自行车等旋转机械场景下的能量收集需求，设计并研究了一种基于非接触式磁力耦
合的压电发电装置。阐述了该压电发电装置的结构设计、磁耦合工作原理及理论模型;随后，通过系统
的实验研究，分析了装置在变转速条件下的输出特性、阻抗匹配特性及储能性能;最后，通过为温湿度传
感器供电以及通过收集自行车车轮的旋转机械能为发光二极管灯组持续供电的应用实验，验证了该装
置为实际低功耗电子设备提供持续、稳定能源的可行性与有效性，为解决中低速旋转环境下的能量自主
供给问题提供了可靠的技术方案，在旋转机械状态监测、智能轮胎系统等自供能应用领域前景广阔。

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基于铅垂线原理的三线摆实验仪研究

张瑞芳 , 崔钰洲 , 赵婷婷, 韦仙, 杨文锦

大学物理实验, 2026, 39(1): 79-83. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．01．014

摘要 ( 0 )

PDF (2349KB) ( 0 )

三线摆测定刚体转动惯量实验教学中，发现学生实验时下悬盘的扭摆角或大或小，且下悬盘存在横摆和晃动的现象。通过对实验原理及实验仪器分析，提出改进实验室现有三线摆实验仪的方案:一是通过标定刻度使启动盘的旋转角度可视化，为下悬盘扭摆角大小作参考;二是利用铅垂线原理使启动盘水平。改进后的实验装置不仅方便调节，同时减小了测量误差。

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面向智能仓储的多传感器环境监测系统设计及实验验证#br#

吴宇韩 , 查理 , 顾轩宇 , 楚亮

大学物理实验, 2026, 39(1): 84-90. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．01．015

摘要 ( 0 )

PDF (3194KB) ( 0 )

针对传统仓储管理系统对环境监控不足的问题，设计并实现了一种基于物联网与多传感
器数据融合的智能仓储环境监控系统。系统采用“ZigBee + NB-IoT”的混合无线通信架构，通过部署多
节点传感器网络全面采集仓库内的温度、湿度、光照、CO 2 浓度及粉尘浓度等环境参数。在云端，系统引
入一种改进的自适应加权融合算法对多源数据进行优化处理，有效提升了环境数据的准确性与可靠性;
并利用模糊控制算法实现了仓储环境的自主智能调节。测试结果表明，该系统硬件运行稳定，通信链路
可靠，所设计的远程监控平台功能完备，能够实现对仓储环境的精准监测与智能化管理，具有较高的实
用价值。

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第一性原理计算软件赋能量子力学不确定关系教学实验设计与应用#br#

王笠雅 , 李金英 , 路心怡 , 刘明俊 , 刘双良

大学物理实验, 2026, 39(1): 91-98. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．01．016

摘要 ( 0 )

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针对四大力学量子力学部分“不确定关系”教学抽象、实验验证困难的痛点，将第一性原理计算软件(VASP)与虚拟仿真技术融合，通过 VASP 软件对氢原子基态波函数、电子位置-动量分布进行量化计算，结合 Python 可视化工具生成动态仿真结果，设计“理论推导-计算模拟-实验验证-拓展应用”四阶段教学流程。该教学模式为量子力学教学提供了“计算可视化”的新路径，为计算物理工具在中学物理课堂的应用提供了可复制的实践范例。

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基于 Python 的静电场测绘实验交互式仿真探究#br#

江煜, 杨清雷, 王泽华, 刘珂

大学物理实验, 2026, 39(1): 99-104. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．01．017

摘要 ( 0 )

PDF (3968KB) ( 0 )

为促进学生对静电场测绘实验的深入理解，弥补现有仿真模拟方案成本高、交互性有限、不易扩展等不足，本文基于 Python 开源生态，设计并实现一套静电场实时交互式仿真模拟程序。创新地引入“虚拟探针”的实时测量模式，用户只需通过鼠标悬停即可获取空间的电势和电场分布信息。通过可调参数控件，用户可探究静电场随参数变化的规律。此外，程序给出了解析解和数值解两种计算模式，具有良好的可扩展性。本文提供了一种高精度、强交互、低成本、易扩展的模拟仿真方法，为大学物
理实验教学赋能。

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基于 YOLOv8 的平凸透镜曲率半径自动测量#br#

闫还生 , 贾卫杰 , 王鹤 , 张丹

大学物理实验, 2026, 39(1): 105-109. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．01．018

摘要 ( 0 )

PDF (2713KB) ( 0 )

针对传统牛顿环干涉实验中人工读数误差大、测量效率低及非理想环纹适应性差的问题，提出一种融合 YOLOv8 与图像处理技术的自动测量方法。实验采用粗定位与精拟合相结合的策略实现圆心定位，先利用 YOLOv8 模型快速锁定圆心区域，再通过加权最小二乘法亚像素级精确定位;以圆心为基准，沿多方向径向采样灰度值，结合阈值判定实现各级暗环边缘识别;最终依据等厚干涉原理计算平凸透镜曲率半径。实验以标准曲率半径 1 021 mm 的平凸透镜为对象，识别结果为 1 019．7 mm，相对误差均小于 0．13%，单次测量总耗时约 4．2 min。

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新工科背景下大学物理课程“项目式学习(PBL)+ 物理原理应用”创新教学模式探索#br#

刘艳, 解玉鹏

大学物理实验, 2026, 39(1): 110-113. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．01．019

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PDF (784KB) ( 0 )

在新工科建设对复合型、创新型人才培养提出更高要求的背景下，传统大学物理课程“重理论、轻应用”的教学模式已难以满足需求。提出“项目式学习(PBL)+ 物理原理应用”的创新教学模式，以具体课程内容为载体，通过明确项目目标、设计实施流程、搭建多元评价体系，有效提升学生的物理核心素养与工程实践能力，为新工科背景下大学物理课程改革提供实践参考。

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Mathematica 赋能大学物理课程教学———以静电场为例#br#

崔博言 , 张家伟 , 李振声 , 陈亚慧

大学物理实验, 2026, 39(1): 114-118. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．01．020

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电磁学作为物理学的重要分支，其意义深远且广泛，电场强度作为电磁学中的基本概念之一，由于其不可见，且具有抽象性、数学复杂性以及反直觉的物理特性使得带电体在空间中激发电场的电场强度难以被学生理解。本文将利用 Mathematica 软件，通过对电偶极子电场线的绘制，均匀带电细棒在延长线和中垂线上电场强度与距离函数关系图的绘制，以及均匀带电细圆环在轴线上激发电场强度可视化动态图的绘制，来帮助学生理解带电体在空间中激发电场的强度分布，从而提高学习效率，掌
握先进的数字化学习和科研工具，培养学生的创新能力。

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