立德树人视域下课程思政融入大学物理实验教学的研究——以弗兰克-赫兹实验为例

大学物理实验是高等院校中理、工、农、林、医类等学科的一门基础类通识课程,是实施课程思政教学的前沿阵地.以弗兰克-赫兹实验为例,通过实验背景讲解、实验原理的介绍、实验过程的监督以及实验报告的改革等课程设计环节,介绍如何挖掘大学物理实验课程中所蕴含的思政元素.从立德树人的角度出发,培养学生的家国情怀、科学探索、求真务实以及科技创新精神,寻找课程思政和基础课程的契合点,将人才培养与德育目标相结合,实现知识传授和价值引领相统一.

弗兰克-赫兹实验中电流变化的研究

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。

弗兰克-赫兹实验条件的优化方法及定量评估

弗兰克-赫兹实验的物理内容丰富,虽然过去已从不同角度对实验条件优化问题进行了广泛讨论.本文系统地分析了实验优化方法及其评估依据,有助于深刻理解实验物理.本文利用实验装置所附的默认参数,得到初步实验结果.根据集电极电流的测量原理,选定集电极电位接近但小于激发电位实验值,进而根据灯丝温度对热电子发射密度的影响规律,调节合适灯丝电压(电流).最后,改变并观察第一栅极电位影响,由峰处和谷处集电极电流均值及其标准偏差为指标,定量评估实验优化水平,寻找最佳实验条件,以期可得到更合理的实验结果.

利用Gnuplot处理弗兰克-赫兹实验数据

数据的分析和处理是大学物理实验的中心环节,学会利用科学软件对实验数据进行提取、分析和处理是《大学物理实验》课程的主要教学培养目标之一。以弗兰克-赫兹实验为例,介绍科学作图软件Gnuplot分析和处理实验数据的优越性。相较于其他数据处理工具,Gnuplot具有免费开源、小巧强大、易学易用等优势,更有利于激发学生的实验兴趣、培养学生的科学素养。

弗兰克-赫兹实验集电极电流微分测量分析

弗兰克-赫兹实验物理内容丰富,其实验现象由事实展现并得到广泛关注,但缺乏从机制层面对实验现象进行分析.采用集电极电流微分测量方法,由微分电流的能量(电位)分布及其随加速电压的变化规律,解释了常规方法所观测到的普遍实验现象.通过观测能量分布峰形变化,分析了实验过程中单峰和双峰交替出现的物理本质,深入探讨常规方法的实验结果与能量分布规律的内在关联.集电极电流微分测量方法有助于深刻理解实验原理,其结果阐明了激发电位递增的物理本质.

夫兰克-赫兹实验中管极电压对实验曲线影响的研究

针对夫兰克-赫兹实验中测量曲线易受各管极电压影响的问题,通过独立改变各管极电压的方法进行了数据测量,并分别就灯丝电压UF、第一栅极电压UG1K、拒斥电压UG2A对实验曲线的影响进行了分析讨论,得到了一些有价值的规律。此外,还对IA—UG2K曲线中出现的"台阶现象"、"双谷现象"进行合理的解释。

弗兰克-赫兹实验最佳实验条件及第一激发电位的研究

探究了弗兰克-赫兹实验的最佳实验条件及第一激发电位,通过分析实验数据得出最佳实验条件为灯丝电压3.3V,第一栅极电压1.7V,拒斥电压5.0V,得到氩原子的第一激发电位为11.543eV,并分析原因.

夫兰克-赫兹实验现象的理论分析

介绍了夫兰克-赫兹实验中炉温、灯丝电压等对I_A-V_(GK)曲线的影响,得出了这些因素变化时的实验曲线变化规律,解析了产生这些现象的原因,并总结了减小测量误差的一些方法。

充氩弗兰克-赫兹实验研究

为了研究氩原子的激发电位,对充氩弗兰克-赫兹管在不同的灯丝电压、栅极电压和加速电压下进行了实验,分析了获得的实验曲线;得到使用该弗兰克-赫兹管实验时的最佳参数为灯丝电压3.2 V、栅极电压1.0 V、拒斥电压10.0 V.在该参数下测得氩原子的激发电位为11.61 V,并进行了详细的讨论;表明该值本质上应为氩原子第一亚稳态的激发电位,或两个亚稳态激发电位的一定概率比.

智能弗兰克-赫兹实验测量仪的研制

采用AT90S 85 35单片机研制了一种智能弗兰克 -赫兹实验测量仪 ,能测量 1 0 -9～ 1 0 -12 A微电流 ,提供 0～ 5 0V线性程控稳压电源 ,模糊控温 ,图形液晶显示中英文和曲线 ,曲线数据打印 ,具有测量快、精度高、体积小、成本低、使用方便等优点 .本文介绍了该测量仪的硬件组成、典型电路工作原理、软件设计 ,分析了实验结果 .

智能夫兰克-赫兹实验测量仪改进系统

介绍一种新型夫兰克-赫兹实验测量控制系统,该测量系统是用来证明原子能级存在的一种新型仪器,它采用了基于CS5524型24位A/D转换器的数据采集仪,配套有相应的计算机数据处理平台,有效地提高了微电流测量的精度,实现了数据实时处理图形化、智能化,减少了实验中的换挡操作。测量结果精确度高,使用方便,结论直观。

弗兰克-赫兹实验不稳定状态的应对措施

在弗兰克-赫兹实验中,温度等环境因素的变化会导致灯丝电压、控制电压、拒斥电压设置不当造成实验数据不理想;同时随着实验仪器高强度的使用,弗兰克-赫兹管逐步老化也会引起工作状态不稳定.针对这2种情况,采集了不同工作参量下的弗兰克-赫兹曲线作为工作参量调整的依据,同时增设数字示波器,可直观观测弗兰克-赫兹曲线,灵活调整工作参量.

夫兰克—赫兹实验的研究

夫兰克—赫兹实验测出了汞原子的第一激发电位 ,证明了原子能级的存在 ,改变实验条件 ,图象会变化 。

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.

夫兰克-赫兹实验的演示教学

针对实验教学难点 ,充分利用实验室设备 ,设计了夫兰克 -赫兹实验演示系统 .通过课堂实验演示 ,学生可以了解参量变化对实验的影响 ,获得不同实验参量曲线 ,从中选择理想的实验参量供实验时设定 .

Origin软件在夫兰克-赫兹实验中的应用

介绍了用Origin软件处理夫兰克-赫兹实验的实验数据。结果表明,和传统的数据处理方法相比,此方法不但较快地绘制出实验数据曲线,而且精确地找出峰值和谷值对应的电压值,因此极大地减少了实验的误差。

基于Origin的多种夫兰克-赫兹实验数据处理方式

夫兰克-赫兹实验数据处理的核心是从原始数据中抽提准确的极大值和极小值,即峰和谷中心位置,这是获得第一激发电位的基础。本文首先介绍了Origin软件对此问题的一般处理方法,包括手动拾峰、自动寻峰、数值差分。接着提出利用Origin软件插值、拟合功能精确处理该问题的多种方法,包括样条插值、多峰拟合和单峰拟合。结果显示对整体数据直接多项式拟合是不可取的,样条插值、单峰多项式拟合或Gauss拟合是较好的选择。Origin处理该实验时原理清晰、无需编程、操作简单、处理快速、结果精确,有利于提高学生数据处理和分析问题的能力、培养学生科学严谨的态度、激发学生对数值算法的兴趣,进而提高教学质量。

弗兰克-赫兹实验中电流信号强度随温度变化的现象

弗兰克-赫兹实验中,IP-VG2K信号的强度会随温度和灯丝电压而变化.本文发现在温度低于160℃时,IP-VG2K信号强度随温度的升高而减小;当温度超过170℃后,信号随温度的升高而增大.本文提出了电场中Hg蒸气被热电离的模型,利用热力学平衡定律和Le Chteler原理,对此现象提出了合理的解释并通过了实验的验证.

夫兰克-赫兹实验最佳工作参量的确定

讨论了充氩夫兰克-赫兹管中阴极电压Vf、第一栅极电压VG1和拒斥电压VP等因素对夫兰克-赫兹实验IP-VG2曲线的影响,确定了Ar原子夫兰克-赫兹实验的最佳工作参量.

优化夫兰克-赫兹实验条件

利用改造后的第一代夫兰克-赫兹实验仪,通过计算机输入不同实验参量,得到相应实验条件的曲线及数据;在同一坐标界面中显示不同参量的多条实验曲线,分析了温度T、灯丝电压UF、第一栅极电压UG1K、阻滞电压UR及第二栅极电压UG2K对夫兰克-赫兹实验曲线形状及测量精度的影响,进而确定了各参量的最佳值.