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大学物理仿真实验
发布日期:2013-10-17  浏览次数:903

实验设置目标:
    大学物理实验中有很多宏观和微观的物理实验与现象,在真实实验中无法让学生有直观认识和感知。例如部分天体物理、微观粒子实验等。大学物理仿真实验通过数字建模设计虚拟仪器,虚拟实验环境。学生可在这个环境中自行设计实验方案、拟定实验参数、操作仪器,模拟真实的实验过程。通过对实验环境的模拟,加强学生对实验的物理思想和方法、仪器的结构及原理的理解,并加强对仪器功能和使用方法的训练,培养设计思考能力和比较判断能力,可以达到实际实验难以实现的效果,实现了培养动手能力,学习实验技能,深化物理知识的目的。
实验课程内容与成效:
    目前我校的大学物理虚拟仿真实验室已初具规模,拥有专门的虚拟实验室,包括力、热、电、光、近代物理等学科的80多个实验项目。通过建成网络虚拟仿真物理实验室,学生可以通过网络远程访问虚拟仿真实验的“实验大厅”,完成虚拟实验。从而将原来耗时、耗材以及不宜直接观察的实验项目,高效、便捷的完成,将实验室延伸到课外。方便学生对基本原理的理解以及一些实验操作技能的掌握。此外,一些仪器的使用、和视教能够通过虚拟环境生动直观的演示,也能节约实验指导的工作量。

 

 
    力学仿真实验:动态测量杨氏模量、利用单摆测重力加速度、气垫上的直线运动、受迫振动、刚体的转动惯量、碰撞和动量守恒、扭秤法测万有引力常数、钢丝杨氏模量测定、物理天平与密度测量、超声波测声速、凯特摆测重力加速度
    光学仿真实验:傅里叶光学、透镜参数的测量、迈克尔逊干涉仪、偏振光的研究、光学设计实验、牛顿环法测曲率半径、超声光栅实验、干涉法测微小量、偏振光Ⅱ、椭圆偏振法测薄膜厚度、组合透镜参数测量与自组显微镜、法布里-泊罗标准实验、分光计实验
    热学仿真实验:空气比热容测定、同体热膨胀系数的测量、热敏电阻的温度特性、居里温度点测量、良导体导热系数测量、热力学基本测量仪器
    电学实验:霍尔效应、R-C电路实验、示波器实验、介电常数的测量、设计万用电表实验、双臂电桥测低电阻、检流计特性研究、交流谐振电路特性研究、半导体温度计的设计、交流滤波与整流电路、电子自旋共振实验、交流电桥的应用-节点常熟的测量
    近代物理仿真实验:核磁共振、氢氘光谱拍摄、光电效应法测普朗克常数、低真空的获得与测量、夫兰 克-赫兹实验、塞曼效应、G-M技术管特性研究、密立根油滴实验、扫描隧道显微镜、氢氘光谱测量及阿贝比长仪、γ能谱实验、高温超导材料特性测试、光强调制法测光速、空气密度的测量、喇曼光谱实验、钠原子光谱拍摄、喇曼散射谱退偏度的研究、液晶光阀特性研究、电子荷质比的测量、塞曼效应与电子荷质比。
    电磁学仿真实验以及误差分析与数据处理仿真实验,包含动态法测量磁滞回线、测螺线管磁场。
    以设计万用电表实验为例,实验室常用的模拟式万用表有多种型号,图1和图2是MF-30型万用表的面板图和线路图,作不同用途时,只需通过多档转换开关,就可以组成不同测量用途的仪表。

虚拟仿真实验系统万用表以及测量电路原理图

            

    为学生提供了实验简介、实验原理、实验内容、实验仪器、在线演示功能,学生在了解实验的基本信息后,选择开始实验。实验操作界面,虚拟实验会及时提示并指导其实验,下图为连接万用表的测试电路,以及测量数据的过程截图:

 

 

    

     大学物理实验中有机融入了虚拟仿真实验教学方法与实验项目,有效的减轻了传统教学中教师对一般性教学指导的工作,增强了学生对物理原理理解深度,也大大增加了学生动手操作实践的机会,拓宽了学生获取知识的空间有利激发了学生自主学习的积极性。《大学物理实验》课程入选首批国家级精品资源共享课程。物理实验课程获2009年国家教学成果一等奖。学生在全国大学生物理实验竞赛获得三等奖11人,江苏省高校大学生物理及实验科技作品创新竞赛特等奖3人,一等奖18人,二等奖17人,三等奖9人。

 

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