光的双折射实验探究

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。

自制“光的反射立体演示仪器”

现有的光的反射实验器材存在实验现象不易观察、适用范围窄、空间立体性不足等问题。创新性地自制了“光的反射立体演示仪器”,主体结构是一个透明亚克力塑料半球放置在透明亚克力塑料圆板上构成一个透明烟室,在塑料圆板上放置可旋转轨道,将激光笔固定在铁环上,将铁环固定在可旋转轨道上,通过旋转轨道可实现入射光线从任意方向入射。该教具可用来探究光的反射规律、反射光路是可逆的,对实验仪器进行进一步探索,还能用于探究光的折射规律。

利用线阵探测器研究光的干涉、衍射现象

光的干涉和衍射现象是波动光学的重要内容.研究这一现象不仅可以加深对光的波动性的理解,同时还有助于进一步学习近代光学实验技术,如光谱分析、晶体结构分析、全息照相、光信息处理等.本文利用CCD线阵探测器(东芝TCD1304)作为一维光强分布探测器,并自行开发了相应电路和软件,对各种单缝、双缝进行了光强相对分布测量,结果明显地展现出干涉、衍射的特征,并实时给出位置与光强的关系曲线.装置具有结构简单,位置分辨率高达0.01 mm,光强灵敏度范围可同时测得8级以上单缝衍射条纹,实验结果与理论值相对误差小于5%,动态数据刷新率达30 ms/帧.

基于线结构光的厚板焊缝特征点提取算法

针对厚板结构件在使用激光视觉系统时图像特征区域提取难和工件表面加工不均匀漫反射等导致特征点提取困难的问题,提出基于线结构光的厚板焊缝特征点提取算法。首先,激光视觉系统获取焊缝图像并使用YOLOv4算法进行预训练,利用训练获取的权重文件自动检测并获取焊缝特征感兴趣区域(ROI);其次,对ROI进行降噪、二值化等处理,通过逐行(列)搜索法得到焊缝中心线;最后,根据不同焊缝类型,基于最小二乘法使用距离法和直线段聚类的方法来提取特征点。实验结果表明:该方法可有效提取不同类型的焊缝特征点,具有鲁棒性强、识别误差小等特点。

核心素养导向下的初中物理HPS教学设计——以“光的折射”为例

在初中物理教学中融入HPS (科学史、科学哲学、科学社会学)教育,能够有效的落实物理核心素养,这与义务教育物理课程标准是高度契合的。文章以“光的折射”教学为例,采用孟克–奥斯本融入教学模式进行核心素养导向下的初中物理HPS教学设计的案例探讨,展示了在物理教学中融入HPS元素的可行性和重要性,以期通过HPS物理教学来提升学生的核心素养。

深度学习视域下“引学启思”的实践探索——以初中物理“光的色彩颜色”教学为例

深度学习是教师围绕具有适度挑战性的学习任务,引导学生对物理知识进行逐步进阶的学习,期望其对物理知识不但知其然而且知其所以然.实践表明,教师基于教材的内容和体系,科学地“引学启思”也能使深度学习成为现实.在对“光的色彩颜色”进行教学时,教师可基于教材内容和体系,设计每个知识板块“引学启思”的方案,实现深度学习.

高中物理“光的本性”主题学习进阶研究

2017版课程标准将“光的本性”的相关内容划分到必修3、选择性必修1、选择性必修3三个模块之中,逐渐帮助学生形成对“光的本性”的科学理解。为帮助学生形成对“光的本性”认识的连贯发展,在实际教学中教师需要基于学习进阶的研究范式进行教学设计。通过课程标准中“光的本性”的内容要求和相关研究文献的梳理,能够构建出符合学生认知发展过程的单一经典观、混合经典观、部分量子观和量子观四个“光的本性”主题的假设性学习进阶,以该进阶层级为教学活动安排的锚点进行逐级的教学设计,可帮助学生正确地理解“光的本性”这一抽象概念。

基于核心素养的“光的反射”教学过程设计

落实初中物理学科核心素养的教学内涵,是每一位初中物理教师的使命,也是每一位初中物理教师的责任.文章以“光的反射”教学实践内容为例,提出关于核心素养教学的策略:引入“魔术”,直面物理冲突;用棉线替代光线,发展科学思维;实验创新,经历科学探究;应用拓展,解决实际问题.学生对初中物理中“光的反射”部分的学习兴趣得到激发,科学思维得到锻炼,科学探究能力得到提高,学科核心素养进一步提升.

走马胎灰分对光的响应特征及其与生长指标的相关性

为探究光照强度和光质对走马胎(Ardisia giantifolia)灰分积累的影响,利用遮阳网和薄膜设定4个光照梯度(100%、60%、40%、20%全光照)和4种光质(绿、白、蓝、红),分析了基径、株高以及生物量的响应特征,以及灰分与生长指标的关系。结果表明,走马胎灰分含量在绿光下随着光照强度的减弱而呈减少的趋势,在白光下随着光照强度的减弱呈现“低-高-低-高”的波动变化,在蓝光或红光下没有显著变化;在100%光照强度下,白光的灰分含量最低,与其余光照强度存在显著差异;在60%、40%、20%光照强度下,光质对走马胎灰分含量的影响不显著。走马胎灰分含量与株高、基径和生物量间不存在明显的相关性;随着光照强度的减弱,走马胎的株高、基径以及生物量均呈现增加的趋势,且在白光下达到最大。因此,光照对走马胎灰分的积累和生长指标均有影响,种植走马胎时要选择适当遮荫强度或郁闭度较高的林型。

自制教具在光的反射定律教学中的应用

在探究光的反射定律的实验中,针对科学探究中猜想与假设环节,使用模型教具培育学生思维的严谨性;针对教材中光的反射器材光路显示易不完整、操作步骤较繁琐、观察视角受限等情况,使用光的反射实验仪进行优化,并能实现多人同时操作提升教学效率、展示立体光路提升教学质量;针对光的反射定律的普适性,使用紫外线反射教具完善学生的知识体系.从知识构建、开展实验以及完善知识体系的角度,运用教具进行教学以培育学生的核心素养.

基于物理学科核心素养的HPS教学实践及思考——以“光的干涉”为例

基于物理学科核心素养,以“历史源”“知识块”“应用面”为三条主线,有效地将HPS教学模式与物理学科核心素养相结合,并将物理知识镶嵌于历史背景中,提升学生对科学本质的理解,感受物理学的魅力,以提升学生的综合学习能力.

基于深度学习的物理实验创新设计——以“光的干涉”实验教学设计为例

深度学习是区别于浅层学习的一种学习方式,相比于浅层学习,深度学习在概念理解、知识应用、物理知识整合等方面都对学习者提出了更高的要求.物理实验在物理教学资源中更是有着举足轻重的地位,但是高中物理一线教师在进行实验时经常忽略实验教学的深层次含义.本文以“光的干涉”实验教学设计为例,讨论如何将深度学习与实验教学进行结合以提高课堂教学质量.

基于双目结构光的三维立体电路板焊点定位

三维立体电路将传统二维集成电路拓展至三维,在提高了电路板形状设计柔性的同时,也提升了电路板上元器件焊点定位的复杂度.为了降低三维立体电路加工过程中的人力成本,提高加工效率,设计了一种用于焊接机床对三维立体电路板焊点定位的双目结构光系统,并针对双目结构光系统在与焊接机床结合应用过程中存在的坐标转换、焊点识别困难等问题,从硬件与算法层面提出了解决方案.在软硬件的配合下,可以简单快速地完成双目结构光系统与焊接机床之间的坐标转换,并对电路板焊点完成定位与坐标计算,代替了人工对三维立体电路板焊点测量定位的复杂流程.实验表明,提出的方案具有较高的精度,能够满足机床焊接元器件过程中对焊点的定位需求.

基于线结构光的大型构件表面尺寸加工质量检测方法

针对大型构件表面尺寸加工质量的高精度三维检测的需求,设计了一套主动式线结构光旋转扫描检测系统.采用相机主动式旋转扫描,适用于不方便移动且跨距大、特征多的大型构件检测.提出了一种新的系统旋转中心快速标定的方法,仅需标靶上一点即可完成标定,适合大型构件检测的现场快速标定.加入编码机构,可根据被测物的特征变化动态调整扫描速度,提高了系统检测效率和通用性.所有元器件均可单独调用,保证了系统的可扩展性.改善了扫描时的串口逻辑,进一步提高了三维点云的密度.实验结果表明,本系统对标准物体的最大偏差为0.0310 mm,标准差最大为0.0150 mm,对大型构件实物的检测误差在0.05 mm以内,满足大型构件表面特征加工质量的高精度三维检测需求.

基于结构光的铆钉凹凸量双目视觉检测方法

为了弥补飞机铆钉凹凸量的传统检测方式在精度、效率及稳定性方面的不足,提出了一种基于结构光的铆钉凹凸量双目视觉检测方法。首先通过工业投影仪将结构光投射到铆接表面,由双目相机采集投影图像。然后根据铆钉边缘特征提取出铆接区域,并采用改进的格雷码解相位方法计算铆接区域表面的相位信息。根据相位信息匹配特征点,利用视差原理计算出点云。最后通过点云数据处理,计算出铆钉的凹凸量。制作标准件并完成了凹凸量测量试验,测量误差在±20μm以内,重复测量标准差小于3μm,单个铆钉测量用时约2.2 s,能够满足现场测量精度和效率要求。

基于智慧教室的科学建模核心素养教学探索——以“光的偏振”为例

将智慧教室技术、建模教学内容、教学方式进行了深度融合,旨在探索培养科学建模核心素养的有效途径。分析研究了智慧教室技术、建模教学内容和教学方式的深度融合思路和教学设计实施策略。以“光的偏振”为教学内容展示了深度融合下的科学建模教学实施策略流程,通过教学实践呈现了技术、内容、教学方式深度融合的建模教学过程。

用大学物理知识诠释前沿科技——从光的偏振到量子通信

在大学物理教学中以科技前沿应用为牵引,用大学物理的语言解释前沿科技进展的原理,拉近基础课和前沿应用的距离,可以促进学生学习物理的兴趣,加深学生对于基础物理原理的理解。本文以量子密钥分配为例,仅用大学物理中偏振的内容就解释了经典的BB84方案的基本原理,并对该方案的实际实现进行了阐述,旨在表明任何理论方案和实际实现都存在相当的距离。本文还介绍了量子通信领域的最新研究进展和目前主要的研究方向,以激发学生主动探索和进一步研究的兴趣和热情。本文是为基础物理原理和高新尖技术之间搭建桥梁的一次有益尝试,相关思路值得在新工科背景下的大学物理教学中推广。

基于MATLAB和Esp32的中学物理实验创新设计--以“光的偏振”为例

光的偏振是一个相对抽象的概念,实际教学中学生很难直接观察到光的偏振现象,由此也造成了学生难以理解光的偏振概念、特点以及光的横波特性。传统教学中,由于实验器材的限制,教师常常采用讲解配合图片演示的方式教学,这对于抽象思维能力较弱的学生来说是一个挑战。因此,利用现代信息技术,通过MATLAB仿真光的波动性传播动态效果,呈现光路的波动性传播过程,结合Esp32和光强传感器进一步辅助学生探究透过两张偏振片的光强大小与偏振片透振方向夹角的关系,帮助学生理解偏振光的产生机制及其特点。

数字艺术对城市公共空间设计影响——光的艺术

通过对现代科学技术的高效利用,提升城市光设计的智能化、高效与数字化,是数字化城市光艺术设计的主要内容。作为打造科学、数字化城市公共空间的重要组成部分,高质量的城市灯光设计,不仅可以满足公共照明需求,还能美化城市夜景。要想提升数字化城市光艺术质量,工作人员可以从科学控制对比照明;重视艺术与科技的深度融合;科学转变灯光设计中心;提升光艺术设计文化底蕴等方面入手,科学解决现阶段专业技术人员相对匮乏,统一指挥难度较大等光艺术设计弊端,为数字化城市发展背景下,光设计艺术性、欣赏性的稳步提升,提供有效服务。以此促进城市的智能化、现代化、数字化发展。

融合应用型人才培养的课程思政教学创新——以大学物理课程光的偏振为例

文章以大学物理课程光的偏振一节为例,开展课程思政教学创新实践。通过瞄准学校人才培养目标,将光的偏振知识与应用紧密关联。从课堂现场演示小魔术出发,由观察现象深入到探究本质,将直观现象与背后的物理原理一一对应。通过小组团队协作实现魔术制作、组间观摩与互助等教学创新设计,使学生树立理实结合、善于观察、勤于思考的科学态度。在光的偏振应用内容拓展过程中,融入精益求精的大国工匠精神、民族自信、科技报国的家国情怀教育。在整个课堂教学过程中,通过学科知识的层层探究及思想情感的互动,引导学生通过课程学习,实现价值塑造、知识传授和能力培养三位一体育人目标。