As one of intelligent material candidates,electrorheological(ER)fluid changes from liquid to solid-like under an applied electric field.The ER fluid particles from a chain structure induced by a dipole under a uniform electric field and polymerize into an opaque co-lumnar fringe at macro level.Under certain conditions,the opaque forms a periodic arrange-ment,similar to the structure of a grating.We design the corresponding experiment to study the grating diffraction phenomenon based on the ER fluid structure under uniform electric field.The results show that the concentration of ER fluid is the main factor affecting the clari-fy of fringe structure,grating constant,slit width,the diffraction principal spacing,and de-termining whether the diffraction pattern is obvious or not.
利用级联长周期光纤光栅进行透明液体浓度测量.将光栅充分浸没在液体槽中,通过向液体槽内注入不同浓度的溶液研究液体浓度对级联光纤光栅谐振波的影响.结果表明谐振波偏移量与溶液浓度之间存在线性关系.因此,通过谐振波偏移量,能够计算液体未知浓度.从而实现了液体浓度的测量.该实验操作简单,测量方便,适合在近代物理实验教学中推广应用.
表面张力系数的测量方法有很多,其中拉脱法是简单有效的一种,本实验基于拉脱法通过改变河水泥沙含量、温度进行表面张力系数测量,以探究泥沙含量、温度的变化是否会对液体表面张力系数的测量值造成影响,并对比分析在澄清和悬浊状态下河水表面张力系数的变化情况.通过对实验结果分析可知,液体表面张力测量值与泥沙含量、温度变化有关,河水在悬浊状态下的表面张力系数整体上大于澄清状态下的表面张力系数.
光电效应实验是大学物理非常重要的经典实验之一.然而,由于实验条件和技术水平的限制,无法将实验现象可视化.基于Comsol软件的粒子追踪模块对光电效应过程进行了模拟仿真研究.该模拟仿真可以实现如下功能:1)可通过调节入射波长(频率)、阳极电压、阴极功函数、极板间距和阴极发射电流等参数展开研究;2)可模拟、展现电子在不同电压下的运动轨迹;3)可通过阳极光电流与阳极电压和阴极发射电流的关系曲线,获得遏止电压,验证光电效应的基本规律.通过该模拟仿真实验,使学生对光电效应的过程和规律有了更深刻的理解和认识.
为更加有效地反映时间的流逝,设计了电子沙漏电路,利用控制灯珠的亮灭来模拟沙漏中沙子的掉落.在非整点时,电子沙漏电路会模拟30秒正常的沙漏掉落,以提醒人们时间的可贵,要珍惜碎片化的时间;在整点时刻,电子沙漏电路将进行短暂的时间回溯,下部沙粒重回上部沙漏后再次掉落,同时播放歌曲并且灯珠颜色变化,此过程同为30秒,以此提醒人们时间一去不回,人们应当注重时间管理,好好利用时间.
随着互联网技术的飞速发展,传统大学物理实验教学已很难适用于新时代的复杂教学场景.针对传统大学物理实验教学的不足,分析并对比了线上与线下教学模式的优缺点,通过将线上教学资源、居家物理实验和虚拟仿真平台的联合使用,构建了大学物理实验线上智慧课堂,探索新型大学物理实验教学改革策略,以期改进传统实验教学模式,推进高校实验教学改革,提高学生的物理思维能力及独立实验能力.
大学物理实验是一门巩固相关基础理论知识的重要实践课程,将前沿的科学研究与物理实验相结合有助于培养学生的研究兴趣和科学创新能力.针对气体检测领域重要的科学定理进行分析研究,通过建立LabVIEW仿真实验系统,引导学生自主探究相关参数的物理意义,锻炼学生发现问题和解决问题的能力.
基于迈克尔逊干涉仪实验原理,在测量光路里增加一特殊的转动装置,将盛有透明液体的比色皿的微小转动转化为螺旋测微头的进动,精准地控制和记录比色皿的起始和终止位置.通过测量螺旋测微头移动的距离以及双曲线形衍射条纹的吞吐数量,计算获得待测溶液的折射率,进而建立折射率与溶液浓度的线性关系曲线,实现了对液体浓度的精准测量,不仅拓展了迈克尔逊干涉仪的应用范围,也对迈克尔逊干涉仪实验教学内容进行了创新.
高纯锗(high-purity germanium,HPGe)探测器是γ放射性分析的重要设备之一.HPGe探测器实验对于核学科人才培养至关重要.基于兰州大学核科学与技术学院HPGe探测器本科生实验教学需求,开发了基于LabVIEW的可视化数据分析系统.系统以可视化的编程方式完成HPGe探测器的效率刻度和能量刻度,能够实现对实验数据的分析与处理及实验结果的可视化输出,具有活度测量和未知源判断两种功能.系统界面清晰简洁、操作方便,丰富了实验教学模式,有助于激发学生的学习兴趣,提升实验课堂教学效果.同时,该系统在中子活化分析、核素分析、环境辐射监测等方面也具有一定的应用价值.
开展了悬滴法测量黏滞液体表面张力的实验技术探究.通过微量进样控制技术,结合动态过程的连续图像采集方法,获得了不同液体量时的液滴形态变化.利用液滴表面张力与重力平衡时的临界状态图像,计算得到硅油的表面张力系数.与标准值相比较,测量数据的相对误差为4％左右.
泊松亮斑是由于光衍射而产生的经典光学现象,在"大学物理"课程中经常被用来说明光的波动性,并作为典型的演示实验在课堂中展现.对圆屏衍射图样进行了数值计算,系统分析了光源波长l、圆屏半径R、圆屏和接收屏间距z,以及圆屏粗糙度对泊松亮斑的影响.结果显示,圆屏对接收屏中心遮蔽的半波带数k是影响泊松亮斑的重要参数.在保证亮斑光强和对比度的前提下,k越小,越有利于演示.
示波器广泛应用于大学物理实验教学中,相较于传统的模拟示波器,数字示波器将输入模拟信号转换为数字信号进行显示.设计了一个新的使用数字示波器进行人声音识别的综合性实验.实验中把压电陶瓷片贴于测试者的喉部靠近声带处,声带的振动转换为电信号后,使用数字示波器解析测试者的声音特征.在此基础上建立了含多个测试者的语音样本数据库,通过对于测试者声音频率的比对实现了对特定测试者的语音识别.该实验拓宽了示波器的实验教学内容,取得了良好的教学效果.
21世纪面临着能源危机的重大议题,国家和企业迫切需要升级能源结构,转变能源方式.重力储能方式是机械储能方式的重要类型,是将重力势能转变为电能,并将电能储存起来的清洁储能方式.在实验室中自制了一种小型重力储能装置,并优化传统装置的各部分结构,进行设备改良.与大型重力储能设备相比,具有降低实验成本、节约时间、方便多次测量的优点.此外由于此装置的可拆卸和便携的特点,还可以用于教学演示和科普展示.
弗兰克-赫兹实验对于学生学习和理解量子现象有重要作用,通过理论推导和实验,研究电子在F-H管中的运动情况;分析减速电压、加速电压对电流强度的影响;第一栅极电压对电子能量的影响,通过实验研究栅极电压、时间步距对电流强度的作用情况.结果显示减速电压、栅极电压和时间步距对电子的振荡有影响;第一栅极电压也会使电流产生周期性变化.针对实验现象,提出一些可能的解释,这对物理实验教学有一定启发.
针对现有的虹与霓演示装置的诸多缺点,结合光学原理,利用光的折射、反射、色散等物理现象,设计了虹与霓再现的新型演示装置.通过在水缸中放置一面或两面反射镜,控制光线在水中经过一次反射或两次反射,之后折射出水面,产生色散现象而形成清晰的虹与霓现象.该装置实现了虹与霓的再现和影响因素的定量研究,具有结构简单、操作简便、现象明显等优点.通过该装置的演示使学生更深入地理解大气中的光学现象和虹与霓的形成原理与规律.
实现准确控温是金属电阻温度系数测定的关键.本文基于PTC加热片、单片机、温度传感器、金属空腔等组成温制装置,实现对漆包铜线的加热、控温和测温,改进后的实验装置温控准确,实验数据线性性好,线性相关系数R2达到0.999以上,且更接近于理论值.
教学比较研究是教学研究的重要方法,是符合新时期高等教育教学创新发展要求的重要教学实践.实验教学比较研究包含了教学理念、体系、内容和方法等多个方面的教学研究活动.通过选取刚体转动惯量这一重要的物理量,从实验原理、实验内容、实验操作和数据处理等多方面,详细比较了三线摆法和扭摆法这两种常见测量方法的异同点.这样的教学比较对于提高教育教学质量,提升学生创新能力,有着重要的实践意义,值得推广到物理实验课程的其他实验中去.
在现代"大学物理实验"课程中,如何正确处理实验数据是非常重要的一个步骤,利用软件处理相对复杂的实验数据往往可以使得结果更加精确.Python作为一种应用广泛的计算机编程语言,在物理实验中的应用却相对少见.以迈克尔逊干涉仪实验为例,详细论述了如何利用Python语言实现数据处理,并且和传统方法处理数据得到的结果进行对比,结果表明利用Python语言处理得到的结果的相对误差为2.72％,小于逐差法计算得到的3.67％.此外,通过Python仿真实现了干涉圆环的可视化图像,有助于加深对实验本质的理解.因此,借助Python语言处理大学物理实验数据值得进一步地研究与推广.
在传统的大学物理实验教学中,基于双光束干涉原理的干涉仪一般是基于空间光结构所搭建的.因而此类干涉仪的不仅制作成本较高,而且光路中光功率的损失较大,使得此类干涉仪在本科教学过程中较难维护.然而基于本文所报道的熊猫型保偏微光纤干涉仪具有体积小、稳定性好、较高的折射率灵敏度为1631 nm/RIU、较高的温度灵敏度为-0.99nm/℃和较高的测量精度等优点,更加适合在本科教学中进行开展.同时,学生通过对微光纤器件进行制作与测试实验,不仅可以提升学生的动手能力,激发学生对相关课题的学习兴趣,还能够为今后开展有关的新型光纤器件及其新传感应用的实验教学研究打下坚实的基础.
考虑到本校光电信息科学与工程专业学生的特点,基于心理学家维果茨基的"最近发展区"理论,在传统的模拟法测绘静电场实验教学中分层次地引入计算机模拟实验拓展尝试.融入课程思政的分层教学设计涉及教学对象、教学目标、教学内容、教学方法和教学评价五个方面.该分层教学设计充分发挥了学生的主观能动性,提高了其物理科学素养和实践能力,激发了其敢于思考和勇于探索的科学精神,增强其专业自信.
