Mathstudio在弦振动实验研究中的应用

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为了助力大学物理实验课程改革,以弦振动实验为例,从验证弦振动规律和基于弦振动实验做进一步测量两个角度,介绍了mathstudio在实验研究中的具体应用,并对结果做了对比分析.结果表明①无论在验证弦振动规律方面,还是基于弦振动实验测量相关物理量方面,利用mathstudio计算的结果均展示出其专业性和准确性的特点;②得益于良好便携性的特点,使得mathstudio在大学物理实验教学过程中更易推广与使用,是我校大学物理实验教学的一个亮点.
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在普通物理实验中,一般先测出空间电势的分布或等势线,再根据电场线与等势线垂直和沿着电场线的方向电势逐渐降低的原理,画出电极之间的电场强度分布.但这是一种定性的研究方法,无法得到电场强度的具体数值.将数值差分算法引入到静电场模拟实验中,基于MATLAB计算得到空间电场强度的具体数值,进一步还可以得到空间电荷的具体数值,这样可以得到更更富的静电场信息.该方法可以拓展静电场模拟实验的深度和广度,有效地训练同学们利用计算机编程方法处理数据的能力.
过渡金属氮化物具有许多优良的物理化学性质,但高质量的过渡金属氮化物合成非常困难.在合成过渡金属氮化物时,由于氮源的活性不高,需要高温才能完成.而高温又会促使合成的氮化物分解.如果能够提高氮源的活性,势必会降低合成温度.本文尝试了利用三聚氰胺和叠氮化钠作为高活性氮源,并且对比了两种材料的活性.通过实验发现,两种材料都是能够用于高温高压设备的高活性氮源.在合成氮化钨时,三聚氰胺的活性要比叠氮化钠的活性要高.
常见的牛顿环是由用一个曲率半径很大的凸透镜的凸面(平凸透镜)和一平面玻璃接触构成.文章研究更一般的情况,讨论由二次函数旋转形成的旋转抛物面与单个平凸透镜(或平凹透镜)组合而形成的广义牛顿环装置,经过理论分析给出这类牛顿环干涉条纹的光强公式.最后用Mathematica数值模拟广义牛顿环的干涉图样.改变二次函数的系数可得到不同的图样,同时讨论了二次函数的系数对牛顿环干涉图样的影响.拓展了对牛顿环干涉的理解,启发了广义牛顿环干涉的研究.
在亥姆霍兹线圈磁场均匀性研究的基础上,通过理论、仿真以及实验(包括智能手机和特斯拉计两种方法)相结合的方法对3个平行共轴载流圆形线圈产生的磁场分布进行求解与测量,并对比分析了双线圈和三线圈的磁场均匀性.结果表明,在一定电流以及线圈间距下,共轴三线圈产生的磁场均匀距离以及强度大小均大于亥姆霍兹线圈.此外,智能手机测量磁场方法的引入,为实验室教学演示提供了一种更加简洁的思路.
为解决传统显微系统因固定分辨率-视场积而无法同时实现高分辨率大视场成像的问题,无透镜成像技术应运而生,但现有无透镜成像装置自动化、智能化程度低,无法实现自适应成像.基于此设计了一套无透镜智能显微成像装置,该装置包括无透镜成像模块、自适应位移台及电脑端上位机.其不仅能够在大视场下实现较高分辨率成像,且配合自适应位移台能够实现成像视野的自适应调整,结构简单、无像差干扰、自动化程度高,能够满足教学演示及演示实验需要.
少量透明液体放入器皿中,使器皿旋转,透明液体形成凹薄液膜.当待测光入射至凹薄液膜,该薄膜上下表面的反射光相干时,即可发生干涉现象.通过显微镜观察得到干涉图样,依据干涉原理设计出光波长测量装置;以法兰盘做连接件构成机械转台,实现稳定机械旋转,从而达到准确测量目的.具有方案新颖、简化传统实验、提高实验效率的特点,在实验教学方面有一定实用价值.
RLC串联谐振是电磁学实验的一个重要且具有一定难度的实验.实验过程中发现电路品质因数的实验值总是小于理论计算值.采用数据拟合的方法对不同电路中的总损耗电阻进行了估算,从而对品质因数的理论值进行了修正,有效地减小了实验相对误差.此外,对总损耗电阻在2251.9 Hz~5035.5 Hz范围内随频率的变化规律进行了讨论.
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