基于NI myDAQ数据采集器的光电效应实验系统

本文采用通用设备构建物理实验教学系统,可提升设备使用自由度,突出实验测量背后的物理原理,帮助学生以科研思维做教学实验,提高人才培养质量.本文设计了一种基于LabVIEW软件平台使用fA级高精度静电计跨阻放大器检测光电流、以NI myDAQ采集数据的光电效应实验系统.利用本系统,可完整、定量、实时记录并直观显示光电流I_(KA)随阳极电压U_(KA)的变化规律,同页面显示多条不同参数的I_(KA)-U_(KA)特性曲线,测定不同谱线(频率v)的截止电压U_(0).由数据分析模块直接得到U_(0)-v拟合曲线与其关系式以及普朗克常量h.用该系统测量得h=(6.63±0.28)×10^(-34) J·s,与公认值h 0=6.62606896×10^(-34) J·s对比,相对误差为0.40%.结果表明,本系统测量结果和普朗克常量公认值吻合.

准稳态下常功率平面热源法测不良热导体热导率及COMSOL模拟

准稳态法是测量不良热导体热导率的一种常用方法,样品材质、保温层、加热功率等都会对测量结果造成影响。本文采用分离变量法,以有机玻璃为例,求解了厚度均匀的无限大不良热导体两侧同时施加均匀的指向中心面的热流密度时的热传导方程,得到样品各处的温度随时间变化的严格解。在初始加热时间不到十分钟的状态下采用截断近似,并在准稳态下用常功率平面热源加热法测量了不良热导体的热导率k及比热c。在此基础上,采用四块有机玻璃板和两个加热薄膜外包泡沫和聚丙烯(PP)阻热材料的模型,作了COMSOL多物理场耦合仿真,得到的理论、实验及仿真结果三者符合得很好。

一种数据采集器的温度特性实验系统

基于NI myDAQ和NI USB6009数据采集器,用LabVIEW设计和制作了能同时测量4种温度传感器温度特性的实验教学系统。该系统可实时记录并直观显示温度传感器输出参数随温度的变化过程,还可根据需求设定数据记录时长及数据量。用该系统测量了Cu50铜电阻、NTC热敏电阻、PN结电压和AD590电流型集成电路温度传感器输出电流等参数随温度的变化关系,实验结果与采用分立式传统仪器测量的结果吻合。

圆形或扇形薄板竖向小振动两个基本问题探讨

理论上对圆形或扇形薄板小挠度理论下的竖向小振动问题作了进一步的探讨,再次讨论了圆心处的自然边界条件的提法,纠正了相关文献上的一些不恰当说法,得到用分离变量法求解扇形薄板的小振动问题的过程中,求解结果与先求角向部分变量或先求径向部分变量的次序无关.经典的边界条件的提法与变分法没有矛盾.结论表明,到目前为止,传统的薄板理论在解决板的竖向小振动问题上都是正确的.

基于NI myDAQ数据采集器的弗兰克-赫兹实验系统

基于NI myDAQ数据采集器,采用LabVIEW设计了弗兰克-赫兹实验系统.该系统可定量、实时记录并直观显示阳极电流随加速极电压的变化过程,在同一坐标界面中显示不同参量的多条实验曲线,并实现波峰、波谷对应电压电流及激发电位等数据处理功能.用该系统测量了充氩弗兰克-赫兹管阳极电流随加速电压关系曲线及氩原子第一激发电位,实验结果与商用仪器测量的结果吻合.

基于声卡的RLC电路稳态特性(相频部分)采集系统

介绍了基于声卡的RLC电路稳态特性(相频部分)采集系统。系统以Delphi作为开发平台,声卡为数据采集卡,调用Windows标准API函数编程而成。主要包括数据实时采集、波形实时显示、数据分析处理、结果显示、采集数据保存和数据回放。实验结果表明系统是成功的。

基于通用设备和Multisim的虚实结合电学实验教学模式

实物实验与虚拟仿真实验,特别是基于物理模型的定量仿真实验同步有序进行,是当前提升实验教学效果的有效手段之一。这种教学模式既优化了教学资源,丰富教学方法和手段,又体现了物理学是实验科学的本质。结合基础物理实验教学需要,设计了包含RLC串联电路实验、交流电桥测电容电感实验、混沌电路实验和Multisim电路仿真等教学内容的虚实结合电学实验模块。将实验研究和定量仿真两种研究方法在实验课程中相结合,让学生从低年级就开始采用科研和工程设计的思维方法完成教学实验,能够有效培养其对知识的综合应用能力和创新能力。

环形薄板二维驻波的研究

在理论上和实验上对环形薄板二维驻波波节图形(克拉尼图形)进行了研究.通过在极坐标下对垂直板面方向小振动方程进行分离变量,求解出环形薄板小振动方程在外边界悬空时分别在两种内边界条件,即内边界悬空和内边界简支下的解析解的简正模式,并计算了在第一种边条件下几种共振模式的径向波速近似值,以及两种边条件下的圆形驻波波节线的半径和薄板的弹性模量.发现通过调节环形薄板上点振动源的频率,可精确控制薄板上出现的克拉尼图形.实验上观察到了仅有圆形波节线,仅有辐射状波节线,以及两种波节线同时存在3种简正模式的情形,且波节线的数量可严格控制.理论结果跟实验符合得很好.

圆形薄板二维驻波的研究

在理论上和实验上对圆形薄板二维驻波波节图形(克拉尼图形)进行了研究,通过在极坐标下对圆形薄板的竖向小振动方程进行分离变量,求解出圆形薄板小振动方程在自由边条件下的解析解的简正模式,并进行了数值模拟.发现通过调节圆形薄板上点振动源的位置和频率,可精确控制薄板上出现的克拉尼图形.实验上观察到了仅有圆形波节线,仅有辐射状波节线,以及两种波节线同时存在3种情形,且波节线的数量可严格控制.并在此基础上计算了圆形薄板上二维振动的波矢和波速,以及弹性模量等物理量,且理论结果跟实验符合得很好.

内边界固定情况下环形薄板二维驻波的研究

通过极坐标下对竖向(垂直板面方向)的小振动方程分离变量,解出环形薄板的小振动方程在内边界固定外边界自由条件下解析解的简正模式,并在理论上和实验上对其二维驻波波节图形(克拉尼图形)进行了研究.实验上观察到仅有辐射状波节线(不包含内边界)或辐射状波节线与圆形波节线同时存在两种简正模式,进一步计算了此时薄板上的圆形驻波波节线的半径和方程的本征值所满足的规律以及薄板的弹性模量,并与实际测量值进行比较,发现理论结果跟实验符合得很好.

基于NI myDAQ数据采集器的表面张力系数测量系统

基于NI myDAQ数据采集器、应变式力传感器和位移传感器,用LabVIEW设计和制作了拉脱法测液体表面张力系数的实验系统,该系统可完整定量地记录液面拉破前后液面高度和液体表面张力的变化过程,液面高度测量精度达到0.01mm,表面张力测量精度达到10-5 N.用该系统测量了水、乙醇及其混合液体的表面张力系数,发现随着乙醇体积分数的增加,表面张力系数呈非线性递减,且液膜可拉伸长度也非线性减小.

扇形薄板二维驻波的研究

用分离变量法对极坐标下垂直板面方向的金属薄板的小振动方程求解,解出扇形薄板在全部边界均自由的条件下的解析解的简正模式及通解,并计算了不同频率下对应的简正振动模式下薄板上的圆弧形驻波波节线的半径和方程的本征值所满足的规律及薄板的弹性模量,给出了驻波图,与实验上观察到的仅有辐射状波节线或辐射状波节线与圆弧形波节线同时存在这两种简正模式(即克拉尼图形)相比较,发现理论结果与实验符合得很好.

方形薄板二维驻波的研究

通过对多种振源情形下的方形薄板二维驻波图形(克拉尼图形)的观测与研究,得到不同频率下驻波图形的波节数n+1,m+1及波矢k,从而导出波速(相速)u.实验结果与理论解析解(严格解)相比较符合得很好.

基于NI-myDAQ数据采集器的混沌电路实验系统

混沌电路是大学物理实验课程中非线性系统教学内容的典型案例,为了提高学生对非线性实验内容的学习效率和自主学习能力,本文设计了一种基于NI-myDAQ数据采集器和LabVIEW软件平台的混沌电路实验系统.该系统可提高混沌参数微小变化的精密性,实时显示并记录不同参数下的混沌现象,能保存相图、时域图和数据.用该系统测量了蔡氏混沌电路,给出了一定参数下的混沌电路实测结果图,并和Multisim仿真结果比较.结果表明,实验系统测量结果与Multisim仿真结果相吻合.

稀土彩色日光灯在光学实验中的应用

讨论了寿命长、成本低廉的稀土彩色日光灯在基础物理实验中应用的意义,利用光栅结合分光计和光栅光谱仪观察到黄色日光灯在可见光范围有8条线状光谱,谱线丰富,可替代汞灯和钠灯.用迈克耳孙干涉仪确认黄色日光灯的相干长度达0.4mm,可替代溴钨灯完成白光干涉实验.

张角为直角两半径边简支时扇形薄板二维驻波的研究

本文在小挠度理论下对张角为直角、两半径边简单支承、圆弧边悬空时水平放置的扇形薄金属板的竖向小振动问题进行了研究.通过求解薄板的小振动方程,得出了薄板在不同本征频率(自由频率)下的解析解的简正模式,求出了通解,并计算了相应本征频率下薄板上的圆弧状驻波波节线的半径及方程本征值所遵从的规律,给出了驻波图及薄金属板的弹性模量,得到的简正模式波节线的分布有3种:分别是仅有辐射状波节线、仅有圆弧状波节线(不含两半径边)及辐射状与圆弧状波节线同时存在,并与实验观察到的驻波图形(即克拉尼图形)的相应实测值进行了比较,理论与实验符合得很好.

以硫酸盐为基质的磷光体热释光研究概况

概述了国内外对CaSO4和MgSO4进行稀土等掺杂的研究现状,总结了近年来对硫酸盐中的自由基的研究和热释光测量仪器的发展状况,并对硫酸盐系列磷光体剂量学研究方向做了简短的评述。

以衍射实验为例谈虚实结合实验教学模式

互联网、云计算、大数据等新网络信息技术不断更迭,催生了许多新的教学形态。作为一种新的教学形态,虚拟仿真实验依托虚拟现实、人机交互等信息化技术,在增强学生实践和科研能力、提高人才培养水平方面有着独特的优势。为发挥虚拟仿真实验的优势,我们构建一种结合成熟软件的适用于非物理类本科专业低年级的虚实结合实验教学模式,并以光学衍射实验为例,详细介绍这种模式的教学应用。实践表明,这种基于科学模型的可精确调节参数的定量仿真可有效提升传统实验教学的效率,拓展教学内容的广度和深度,提升实验教学的质量。

基于CompactDAQ的多通道温度测量实验及COMSOL模拟

本文设计了一个适用于本科教学的虚实结合物理实验。将四个不同阻值的金属膜电阻串联,包裹海绵保温材料。将电阻通电加热,利用NI CompactDAQ机箱和NI C系列热电偶模块设计多通道温度数据采集系统,测量四个电阻侧表面的温度随时间的变化关系。构建电阻加热的物理模型,利用COMSOL多物理场耦合软件的固体传热模块进行定量仿真,模拟结果与实验结果符合得很好。模拟和实验过程中均发现,当从初始温度(室温)开始加热时,经过约两分钟后,温度会趋向于平稳而不再上升,这与单实心圆柱体电阻模型的理论结果趋势相符合。但本文采用金属膜加热模型,更为接近真实电阻。

结合定量仿真的虚实结合物理实验教学模式

理论物理、实验物理和计算物理是当前物理学的三大学科分支,在物理实验教学过程中若能将三者有机融合,将能有效提升实验教学的质量。中山大学物理实验教学中心在教学改革中,引入多种科研常用的仿真软件,基于定量仿真,在力学、热学、电磁学、光学等内容分支中构建了若干"实验-仿真-实验"的实验模块,采用虚实结合的教学模式,初步实现了三种方法的融合。让学生从低年级开始就采用科研的工具和方法进行物理实验,有效促进其研究能力和创新能力的培养。