大学物理实验

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大学物理实验
Physical Experiment of College
（双月刊，总第126期）
主管单位：
吉林化工大学
主办单位：
吉林化工大学
编辑出版：
《大学物理实验》编辑部
主编：孟磊
发行：
《大学物理实验》编辑部
ISSN 1007-2934　CN 22-1228/O4

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2026年, 第39卷, 第5期　刊出日期：

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大学物理实验, 2026, 39(5): 0-.

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大学物理实验, 2026, 39(5): 0-.

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气泡破碎过程声学特性综合实验设计

段润泽 , 魏晨阳 , 牛瑞 , 贾伯琦, 刘联胜 , 王坤 , 杨华 , 曹一凡

大学物理实验, 2026, 39(5): 1-7. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．05．001

摘要 ( 4 )

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气泡在日常生产生活与工业设备的运转过程中，发挥着至关重要的作用。气泡的破碎展现出特定的声学特性，研究其声学特性可有效揭示气泡破碎的本质，为气液两相流工况监测及流体设备状态诊断等工程应用提供理论依据。通过实验方法研究了自由空间内悬挂气泡破碎过程中的声学规律，并探讨了不同气泡特性下气泡破碎的声学特性曲线，得到了特征频率、特征声压级等参数。结果表明，气泡破碎的声压信号在时域上呈现出较大正向幅值和较小负向幅值，在频域上呈现出明显的特征频率和特征声压级。液膜厚度和气泡尺寸均对气泡破碎的声学特征具有明显的影响效应，而黏度的影响效果较小。这项研究为气泡破碎声学规律及其工程应用提供了理论依据，有望推动声学领域实验教学的发展。

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劈尖干涉在水面蒸发量测量中的应用

冯隆林, 高本领 , 李志坤

大学物理实验, 2026, 39(5): 8-13. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．05．002

摘要 ( 3 )

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利用劈尖干涉方法测量了室内无风环境下水面蒸发量，并与精密天平测量结果进行了比较分析。相比于精密天平测量方法，劈尖干涉法，虽然测量结果偏小以及测量数据波动性略大，但是由于测量过程中无需移动蒸发容器，测量操作对水面蒸发不产生干扰，因而劈尖干涉法测量结果更为准确可靠。利用劈尖干涉原理测量水面蒸发量，不仅测量精度高，理论上蒸发量的最小测量极限可达 2 μm，可将被测蒸发时长缩短至 10 分钟，甚至更短;而且避免了测量操作对水面蒸发的干扰，实现了无风环境
下短时间水面蒸发量的无操作干扰测量。

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线圈电磁炮多参数优化与压电回收提效研究

黄嘉雯 , 王岑灵 , 钟文毓 , 穆翠玲 , 李佳明

大学物理实验, 2026, 39(5): 14-21. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．05．003

摘要 ( 2 )

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本文以第十一届全国大学生物理实验竞赛命题“探究电磁感应现象中的能量转换”为切入点，构建了磁阻型单级线圈电磁发射器的仿真与实验研究体系。通过系统优化子弹内径、初始位置及线圈通电时间，显著提升了能量转换效率，揭示了多参数协同优化的优势。同时，基于压电陶瓷的正压电效应，设计了一套驱动线圈反冲动能回收装置，验证了其可行性。该研究将竞赛内容转化为综合探究性物理实验项目，有效促进了学生对电磁感应、能量守恒等物理原理的深度理解，提升了实验设计与创新分析能力。

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基于 Matlab GUI 的牛顿环可视化教学设计

秦正波

大学物理实验, 2026, 39(5): 22-27. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．05．004

摘要 ( 2 )

PDF (11071KB) ( 0 )

基于 Matlab 图形用户界面(GUI)技术，构建功能完备的牛顿环可视化仿真平台，新增接触
间距 d、界面反射率、中心点光强及径向光强分布等可调参数模块，助力学生深入且全面地理解牛顿环
干涉的影响机制与物理本质，有效弥补传统实验在参数调控方面的局限性。

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基于霍尔效应的微小位移测量系统的设计与研究#br#

苏翌宸 , 张旭东 , 高亦博 , 吴丽琴 , 刘雨晴 , 李萍, 张海鹍, 陈新莲

大学物理实验, 2026, 39(5): 28-33. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．05．005

摘要 ( 2 )

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利用霍尔效应进行微小位移测量具有结构简单、成本较低、环境适应性较强等优点。本文设计了一套基于气体膨胀驱动与霍尔效应检测的微小位移测量系统。系统通过加热密闭气体产生准等压膨胀，推动针筒活塞产生位移;将霍尔元件置于载流圆线圈产生的非均匀磁场中，其输出电压随位移变化，从而实现对位移的间接测量。霍尔传感器将磁场信号转换为电信号，经 AD7606 模数转换模块和STM32 单片机处理后，通 HC-05 蓝牙模块将数据传输至上位机。针对实际气体与理想气体的偏差，引入范德瓦尔斯方程对理论模型进行修正。实验结果表明，该系统可实现对毫米级微小位移的稳定测量，系统输出位移的最小读数间隔为 0．2 mm，在本实验条件下测得有效范围为 0～4．7 mm，相对不确定度为5．8%。该系统具有非接触、高灵敏度和响应快等特点，为微小位移测量提供了一种可行方案。

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基于热释电效应的电介质极化强度测量实验教学设计#br#

唐永森, 周双, 李兴鳌

大学物理实验, 2026, 39(5): 34-36. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．05．006

摘要 ( 2 )

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电介质的极化强度(P)是电磁学教学的核心概念，但微观抽象、信号微弱，传统实验难以直接测量。本实验基于热释电效应，采用铁电陶瓷材料，在缓慢升温中捕获去极化电流(I p )，经时间积分定量得到极化强度随温度的变化。该实验融合热学与电磁学，有助于学生理解极化物理概念，并培养微弱信号与数据处理能力。

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基于人工智能技术的落球法测液体黏滞系数实验#br#

佟颖星, 张琪, 陈梓元, 王文凯, 段昌伟, 张祥雪

大学物理实验, 2026, 39(5): 37-42. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．05．007

摘要 ( 2 )

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人工智能技术在推理与多模态，智能体技术以及图像识别，目标检测等方面取得突破进展，这将深刻的改变物理实验的内容和方式，有必要将 AI 技术引入物理实验势在必行。AI 技术中的YOLO 系列模型在图像识别和目标检测等应用广泛效果良好，而落球法测液体黏滞系数实验的主要实验内容就是图像目标人工手动观测与记录，难点在于客观判断是否垂直下落，存在视差和计时误差的。将 YOLOv5 引入传统落球法测量液体黏滞系数的实验中，实现了对小球下落过程的自动识别、轨迹跟踪
与速度计算。通过高清工业相机实时采集图像，结合预训练的 YOLOv5 模型，系统能够精准提取小球位置信息，并利用斯托克斯定律计算黏滞系数。实验结果表明，该系统显著提升了测量的精度与效率，不仅能够判断下落是否偏斜，也为物理实验与人工智能技术的跨学科融合提供了可行路径，具备良好的教学推广与科研应用价值。

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维尔茨泵多参数特性的实验研究

王英竹, 李玉玺, 唐思扬, 张亮

大学物理实验, 2026, 39(5): 43-49. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．05．008

摘要 ( 3 )

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基于教学实验条件，构建基于气体等温压缩与多级压力传递的维尔茨泵简化物理模型，并设计控制变量实验，系统研究驱动转速、管道内径、螺旋圈数及螺旋半径等参数对输出扬程变化趋势的影响规律。结果表明，系统存在明显的最优驱动转速;结构参数与运行参数之间具有显著耦合效应;扬程随参数变化呈现典型非线性特征。实验结果与理论模型在变化趋势上保持一致。研究表明，该实验体系可作为分析多级流体系统压力放大与参数敏感性的有效物理模型，可作为医用物理及医工交叉课程中分析复杂流体压力放大与参数敏感性的教学型实践载体。

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测量磁光介质费尔德常数的一种新方法

张蔓荻, 许杭, 杨大为, 黄玉迪, 罗锻斌

大学物理实验, 2026, 39(5): 50-54. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．05．009

摘要 ( 4 )

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受马吕斯定律的启发，在法拉第旋光实验中设计光路同时采集经过和未经过磁光晶体的两光束光功率数据并用这两组数据作图得到一个椭圆图形。椭圆的形状反映了两光路的相位变化，而这个相位变化与样品的磁致旋光角有定量关系。通过上述相位比较方法测量不同磁场下的磁致旋光角可以得到样品的费尔德系数。相比于目前教学中常用的二次消光法测量旋光角，上述新方法不需要记录检偏器的具体读数，不会受到偏振片角度的精度影响;同时相位比较法可以加深学生对光的偏振特性的理解，也可以为介质费尔德常数测量提供一种补充实验方法。

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X 射线能谱技术在研究生实验教学中的应用与实践#br#

张媛, 郑贝宁, 邹慧心, 王辉, 冯守华

大学物理实验, 2026, 39(5): 55-63. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．05．010

摘要 ( 4 )

PDF (6499KB) ( 0 )

X 射线能谱(EDS)技术是材料微观成分分析的核心手段，在化学、材料等相关专业研究生科研能力培养中具有不可替代的作用。针对当前研究生实验教学中，SEM-EDS 教学存在学时受限、理论与前沿脱节、知识体系零散、实践环节单一等问题，本文围绕 SEM-EDS 技术展开系统教学设计，明确教学安排与考核标准，优化教学全流程。教学以明确的教学目标为导向，在 SEM-EDS 基本理论教学中融入前沿科研案例，增强理论实用性;通过对比 SEM-EDS 与 TEM-EDS、ICP 技术的区别与联系，帮助学生构建三维知识网络，打破知识碎片化困境。实验内容创新设计未知样品成分分析、不同加速电压下元
素分布差异探究两个核心模块，引导学生自主探究实验变量的影响。同时，将“知识传授、能力提升、价
值引领”融入教学全过程，培育学生学术诚信与科技自立自强素养。本文通过系统的教学设计与实践，
有效解决传统教学痛点，助力研究生夯实 SEM-EDS 应用基础、提升自主科研能力，为高端科研人才培养
提供实践参考与支撑。

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基于 ESP8266 的物联网电工电子实验教具———小球发射器的设计与实现#br#

董自强, 朱玉平 , 胥佳梅

大学物理实验, 2026, 39(5): 64-71. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．05．011

摘要 ( 3 )

PDF (5763KB) ( 0 )

为解决传统电工电子实验课程实验载体单一，多学科融合度不足的问题，设计一款基于ESP8266 的物联网小球发射器。该教具以单片机为核心控制单元，融合无线远程通信、电机驱动、舵机控制等电工电子知识点，覆盖电路设计、硬件制作与组装、软件设计和数据处理等电子产品研发的全流程。实验结果表明，该教具可通过调节电机转速、云台俯仰角来稳定实现小球的精准发射，既能满足电工电子实验的教学需求，又能助力学生掌握物联网嵌入式开发技能，提升多学科交叉的工程实践与创新能力，为高校电工电子实验教学提供优质的载体，具有较高的教学应用价值与推广前景。

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基于偏振差分法和磁光调制法的抗干扰旋光测量仪#br#

王俊然 , 史欣然 , 朱心阳

大学物理实验, 2026, 39(5): 72-77. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．05．012

摘要 ( 2 )

PDF (1552KB) ( 0 )

将偏振差分与磁光调制相结合，搭建了一种抗干扰差分旋光仪。通过双路信号差分抑制光源波动，结合磁光调制提取交流分量以消除环境光干扰，并利用 Python 实时处理数据，实现旋光角与溶液浓度的一键解算。实验表明，该装置在外界强光干扰下对 0．020～0．400 g/mL 葡萄糖溶液的测量误差显著低于传统方法，适用于大学物理实验教学与原理演示。

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一种新型角动量守恒实验装置的设计与研究#br#

阳安琪, 段知航, 何紫宣, 陈光伟, 阳媚, 刘储, 何军

大学物理实验, 2026, 39(5): 78-81. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．05．013

摘要 ( 2 )

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针对现有角动量守恒实验装置功能单一、精度有限的不足，研制了一款集成“落盘式”与“滑块自驱式”双模式的实验装置。前者演示外部物体系统并入过程，后者演示内部质量分布变化过程，以此实现角动量守恒的定量验证。实验中采用外推法计算转动惯量突变瞬间的角速度。结果显示，两种形态的实验误差均小于 5%，证实了系统在外部质量增加及内部质量分布变化条件下的角动量守恒规律。该装置兼具演示与测量功能，为大学物理实验教学提供了综合性实践平台。

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基于模式匹配算法的抗干扰型微小位移测量仪设计#br#

周乃云 , 彭玉平 , 吴贵琳

大学物理实验, 2026, 39(5): 82-88. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．05．014

摘要 ( 3 )

PDF (4798KB) ( 0 )

本项目提出了一种基于斑点检测技术以及 STM32F103 单片机、k230 摄像头与显示屏构成的等厚干涉改进仪器测量微小位移的方案。传统劈尖干涉测量方法受限于人工读数误差及数据处理效率，难以实现实时动态测量。实验中，采用钠光灯作为光源，劈尖装置形成等厚干涉条纹。改进方案通过引入 STM32F103 单片机作为核心控制器，结合高分辨率摄像头捕捉干涉条纹的实时图像传输至 PC端，由于计算机视觉难以判断移动方向，MATLAB 中使用斑点检测图像的圆形区域，在此基础上利用模
式匹配算法增强对比度，再自动计数移动条纹，测量明暗条纹的距离，通过对比明暗条纹的距离来验证计数准确性并计算移位;同时实现对条纹移动方向的判断。根据软件自动计算所得条纹移动数目与位移量的线性关系，实时计算微小位移值;最后对计算的微小位移与移动条纹数用 MATLAB 进行拟合分析从而减少误差。此外，考虑环境对测量系统的影响，如振动、器件潮湿和环境光等对测量影响的克服;配备显示屏，直观展示实验结果，便于实时监控。改进后的仪器有效克服了传统方法的局限性，显著提高了测量精度与效率，实现了微小位移的实时动态测量。

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基于 Unity 和 Python 的光学衍射仿真软件设计与开发#br#

高静 , 赵毅 , 李新磊 , 和康怡 , 肖景冉 , 石嘉琳

大学物理实验, 2026, 39(5): 89-96. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．05．015

摘要 ( 2 )

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为提升光学衍射教学效果，基于 Unity 与 Python 开发，采用 Unity 实现交互界面与功能集成，并通过 Python 封装核心计算模块，形成统一的跨语言协同架构，集数值仿真与虚拟实验于一体。依据傅里叶光学原理，实现了菲涅耳衍射与夫琅禾费衍射的模拟，支持圆孔、多缝等多种结构的参数调节，加入菲涅耳衍射半波带法测孔径、双缝夫琅禾费衍射测波长及朗琴光栅分辨本领分析等虚拟实验模块。仿真结果与理论高度吻合，验证了软件的准确性。该软件有效弥补了传统实验条件不足，为光学教学提供了直观、灵活且可靠的虚拟仿真解决方案。

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基于 Simdroid 的趋肤效应仿真

贾翠萍 , 余海鹏 , 崔子健 , 刘辉, 郭超冉 , 朱海丰 , 展凯云

大学物理实验, 2026, 39(5): 97-102. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．05．016

摘要 ( 3 )

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趋肤效应是工程技术领域中普遍存在的电磁现象，高效准确地研究趋肤效应是相关工程设计与优化的关键。目前仿真研究多采用国外仿真软件，本文采用国产 Simdroid 仿真软件，开展铜导体趋肤效应仿真研究，分析交变电流频率对导体电流分布及趋肤深度的影响。仿真结果表明，铜导体截面电流密度呈现明显的表层集中特征，且随着交变电流频率的升高，电流分布愈发趋于导体表面，趋肤深度随之减小。将 Simdroid 仿真结果与理论计算值及其他仿真软件结果进行对比验证，证实了该软件用
于趋肤效应研究的准确性与可靠性。此外，基于 Simdroid 软件可开发适配手机端的仿真 APP，具备便捷高效、易于操作的优势。研究表明，Simdroid 仿真软件用于趋肤效应研究行之有效，可为趋肤效应的工程化研究提供一种简便、高效的新途径，同时为国产仿真软件在电磁领域的推广应用提供支撑。

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受迫振动实验的虚拟仿真研究#br#

尹航, 李春辉, 李楚涵, 张凯翔, 何学敏

大学物理实验, 2026, 39(5): 103-110. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．05．017

摘要 ( 3 )

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用 LabVIEW 成功搭建《波尔共振仪研究受迫振动》的虚拟仿真实验平台，实现了自由振动、阻尼振动与受迫振动全过程的数字化模拟。平台通过多维图形直观呈现了振动的幅度、角速度及频谱特征，并稳定再现了典型的幅频与相频特性曲线。数据处理模块利用 LabVIEW 内置的最小二乘法拟合算法，自动完成摆轮振幅 θ 和振动周期 T 的曲线拟合与参数求解。多次仿真结果表明，所得阻尼系数等关键参量的测量值以及生成的幅频与相频特性曲线与理论模型高度一致，表明仿真实验具有较高的
精确度和稳定性。该平台可替代传统通过观察抽象摆轮摆动从屏幕读取数据的方式，通过使用轻便的计算机程序实现从实验原理到实验过程再到实验数据的可视化，帮助学生更直观地理解受迫振动现象。

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新工科背景下以创新能力提升为导向的实践教学体系建设与实践———以新能源材料与器件专业为例#br#

张宇, 刘鲍, 周鹏宇, 翟阅臣, 王海涛

大学物理实验, 2026, 39(5): 111-117. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．05．018

摘要 ( 3 )

PDF (2591KB) ( 0 )

为破解新工科实践教学“理论-产业脱节”难题，提升学生实践创新能力，针对实践创新培养目标模糊、环节脱节、考核机制不完善等共性问题，构建了遵循“创新意识→创新思维能力→应用创新能力→协同创新能力→独立创新能力”递进逻辑的“五创”实践教学体系。以新能源材料与器件专业为依托，通过 118 名学生的学情诊断确立培养目标，构建分阶段多层次实践创新能力培养模式，建立多元化实践课程考核机制，并采用自编《实践创新能力评价量表》进行前后测对比。实践表明:该体系有效提升了学生的实践创新素养，学生的创新能力评价、升学与就业质量、创新产出等核心指标均显著提升，形成的技术改进方案在企业生产环节中得到初步应用。该体系通过“诊断—目标—实施—考核—反馈—迭代”的闭环机制实现了持续优化，为同类工科专业实践教学改革提供了可借鉴路径。

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问题链引导下多轮“讨论 + 实践”模式在大学物理实验课堂的应用———以“霍尔效应实验”为例#br#

刘艳

大学物理实验, 2026, 39(5): 118-121. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．05．019

摘要 ( 3 )

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基于建构主义学习理论，创新采用“问题链引导 + 多轮讨论 + 实践验证”的教学模式，以“霍尔效应实验”为教学案例，构建“问题驱动-研讨探究-实践验证-反思优化”的高效实验课堂。引导学生主动思考、协作探究、反复实践，破解传统教学弊端，实现实验技能、科学思维与创新素养的协同提升，为大学物理实验课程教学改革提供新的实践路径与参考。

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跨学科融合视角下大学物理实验课程思政融入路径与育人效果研究#br#

刘艳, 解玉鹏

大学物理实验, 2026, 39(5): 122-126. https://doi.org/10．14139/j．cnki．cn22-1228．2026．05．020

摘要 ( 2 )

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本文基于跨学科融合视角，结合物理学与工科、人文社科、生态文明等学科的交叉点，明确课程思政融入的核心内涵与基本原则，探索“学科交叉赋能、实验载体落地、全程渗透育人”的融入路径，并结合具体实验实例，论证融入模式的可行性与有效性，最后分析育人效果的评价体系与实践成效，为大学物理实验课程思政高质量开展、实现“知识传授、能力培养、价值引领”三位一体育人目标提供理论参考与实践模式。

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