本文设计并搭建了一套基于光纤法布里-珀罗( F-P) 干涉原理的微小位移测量系统。该系统由 ASE 宽谱光源、光纤环形器、自制的 F-P 传感探头、波分复用器( AWG) 、光电转换模块、数据采集卡及自主开发的 LabVIEW 解调程序构成。通过解调干涉光谱相邻波谷的波长差，反演 F-P 腔的腔长变化量，从而实现对微小位移的绝对测量。实验结果表明: 该系统在 50～500 μm 测量范围内线性度良好，测量值与理论值的线性拟合斜率接近 1( 0．995 89) ，决定系数 Ｒ 2 达 0．999 966。通过分析系统在不同初始腔长的稳定性与重复测量一致性可知，选择合适的 F-P 腔初始腔长位置，能有效提高系统的测量精度。

 非平衡直流电桥法是非电量电测技术的重要基础，广泛应用于高校物理实验教学与工程测量实践。针对传统实验中采用线性近似公式测量 NTC 热敏电阻( 如 MF51 型) 时，在宽温区( 尤其高温端) 引入显著原理性误差的问题，提出了基于精确模型的改进方法，并进行了规范化的不确定度评定。研究依据 JJF 1059．1—2012《测量不确定度评定与表示》规范，建立了基于戴维宁定理的电压输出法精确数学反演模型，有效消除了线性近似引入的方法误差，并采用 GUM( 测量不确定度表示指南) 方法合成评定了 A 类与 B 类不确定度。此外，通过对比 1．5 V 低压与 5．0 V 常规供电条件，定量分析并验证了低压供电抑制自热效应引起系统误差的必要性。实验结果表明，在 25～65 ℃温区内，采用非线性反演模型并配合 1．5 V 低压供电，有效消除了传统线性近似法在高温端引入的超过 40%的原理性偏差，并将自热效应误差控制在 1%以内。不确定度评定显示，改进后的电测系统本身相对扩展不确定度仅为 0．12%;在引入 K 型热电偶的测温不确定度后，测量系统的总不确定度主要受限于温度采集环节。本研究量化了从“模型修正”到“硬件瓶颈”的精度层级，为非平衡电桥实验中的非线性误差处理与系统级不确定度评定提供了具有操作性的教学示范。

 基于阿贝成像与空间滤波原理，构建了热红外 4f 光学成像系统，验证了热红外光的低通与高通空间滤波的原理。通过搭建热红外 4f 光学滤波系统，改变低通和高通滤波器的直径来调控热红外图像的空间频谱成分，从而获得具有不同信息分量的重构图像。分析空间滤波处理前后图像的灰度值、锐度和信息熵等指标，以量化不同滤波器尺寸对图像质量的影响。此实验验证了阿贝成像和空间滤波理论在热红外成像中的有效性，通过对空间频谱的调控操作，帮助学生理解空间滤波、空间频率等相关概念，拓宽了信息光学原理在热红外波段的应用。

 针对迈克尔逊干涉仪中等倾和等厚干涉共存时的一般情形，用改进后的数学方法，快速而简明地推导了干涉条纹曲线方程的一般形式，并由判别式确定干涉条纹类型。此外，严谨地证明并讨论了等倾干涉条纹“内疏外密”、等厚干涉条纹“直中带曲”的特征。新的推导方法具有更好的一般性、简明性和完备性，可为经典物理实验的理论深入、实验仪器的设计创新、教学改革和科学研究等，提供参考和依据。

傅里叶变换全息实验是近代物理实验中信息光学方面的经典项目之一，极大帮助了对光学频谱、阿贝成像原理、空间滤波等原理和概念的深入理解和灵活运用。通过光路设计和搭建，采用横截面为环形的参考光斑，直接对空间频谱面上的高频信息进行了干涉记录，在记录的同时实施了高通空间滤波，从而使得再现图像边缘锐化。实验结果表明，环形参考光有效抑制了低频成分，使再现像边缘对比度明显提升。

为了更好地了解大学物理中的气液两相流动规律，解决气液两相流气泡动态行为( 如生成、膨胀、聚合和破裂) 观测问题，设计了一套自由空间悬挂气泡破碎实验平台，研究破碎阶段的行为特征、影响因素及液膜卷曲规律，探讨气泡破裂的机理。实验结果表明，本实验系统设计合理且满足研究需要，对提高学生的实验技能和学习能力、创新思维和科学素养有较好的促进作用，有利于教师的教学研究工作，对教学资源和方法的整合，促进了相关方向的教学和研究具有一定的理论和实际意义。

 针对 PN 结器件特性实验项目的拓展与延伸，采用数字锁相放大器设计了一个综合性物理
实验教学项目———PN 结器件静态噪声电压测量与噪声功率分析实验。首先，采用锁相放大器 OE1022D
测量了零偏压下的 PN 结型稳压二极管静态噪声电压 Ｒ 值，并计算了平均噪声功率 P av 。然后，采用扫
频法，逐点手动测量了 0．1 Hz 到 102 kHz 范围内多个频率点下的稳压二极管噪声电压，并计算求得各频
率点对应的平均噪声功率 P av ，得到其噪声功率谱函数 S( f) 。最后，详细分析了 S( f) 的频率特性，并分
析解读了闪烁噪声、热噪声和散粒噪声在频域的典型特征。该实验项目在近代物理实验、物理实验创新
竞赛、科研训练等环节中进行了教学实践与应用探索，有效地提升了学生在半导体材料、器件、噪声与物
理性能及其相互关系方面的理解和认知。

超声波在液体中传播时液体的密度、折射率会发生周期性重构，这种重构使得液体的体积模量、弹性系数、纵向黏滞系数与超声波的传播速度、超声衰减系数之间存在定量的数学关系。基于声光效应分析出液体的几种力学参数的数学表达式，然后利用超声光栅测量出液体中的声速和超声衰减系数，进而测量出液体的体积模量、弹性系数、纵向黏滞系数。该方案与传统测量方法相比，具有非接触、高精度、实时测量等优点。

 利用双臂可旋转平台，设计搭建了一套二维平面内可变角入射声子晶体带隙特征测量系统，在该系统上进行了声子晶体频响特性测试，测试结果和理论计算符合较好，带隙上边界略向低频方向移动。入射角小于 30°时，声子晶体的带隙宽度随入射角增大呈现缓慢变化趋势，整体保持稳定。入射角度较大时，带隙宽度随入射角增大呈现显著的快速减小趋势，且伴随明显的波动。填充率在 0．44 ~0．68 间变化时，随着填充率增加，带隙宽度也略微变宽。实验和理论结果对比验证了装置的可靠性。

传统人工测量劈尖干涉参数产生的实验误差受人为因素影响大，操作复杂，效率低下。本文提出采用智能测量高效提取劈尖干涉参数，基于机器视觉与自适应图像处理技术，采用 OTSU 阈值分割识别干涉条纹的明暗区域，用 SUSAN 算子检测边缘，定位条纹间距和实现精确测量。多次实验结果表明，利用智能测量系统，各物理参数的相对误差都低于 0．50%，响应时间仅为 2．7 s/次。智能测量在提取劈尖参数方面具有高精度性和稳定性，不但能提高学生实验效率、加深学生对光的干涉原理理解，而且在激发学生学习兴趣、丰富实验课堂内容方面都有着重要意义。

在众多关于光伏组件的研究文献中，部分文献提供了不同光照条件下输出电流-输出电压
关系曲线以及输出功率-输出电压关系曲线; 另有文章探讨了光伏组件的输出电压、输出电流及输出功
率与负载电阻之间的关系。目前已有研究探讨了不同遮挡条件下太阳能电池的输出特性，并明确了光
伏组件在不同遮挡条件下输出电压、输出电流与输出功率之间的关系。但鲜有文章揭示光伏组件在不
同遮挡条件下，其输出电压、输出电流及输出功率与负载电阻之间的关系。本文对此进行了简要的探
讨。研究结果显示: 在相同光照强度下，当进行横向遮挡时，光伏组件的输出电流、输出电压以及输出功
率会随着遮挡率的增加而逐渐降低。当进行纵向遮挡时，这些参数随遮挡率的增大而迅速下降，甚至降
至零。此外，我们还对比了相同遮挡率下，横向与纵向两种不同遮挡方式对光伏组件负载特性的影响，
发现这两种遮挡方式导致的负载特性差异显著。期望本研究能为光伏组件在实际生产生活中的应用提
供指导。

 研究设计了一种由实验光路、轴向磁场发生装置、检测计算部分组成的，可同步测量旋光与磁致旋光效应的实验装置。利用该装置验证了葡萄糖溶液旋光角与浓度的线性关系，以及葡萄糖溶液、氯化钠溶液的磁致旋光角与浓度和磁感应强度的线性关系，并证实其维尔德系数随浓度呈线性变化。在 20 ℃温度下，测得葡萄糖溶液在 632．8 nm 和 465 nm 波长中的旋光率分别为 48．40±0．41 和 90．23±0．78，相对误差约为 3%; 葡萄糖溶液及饱和氯化钠溶液的维尔德系数与参考值相对误差为 3．1%和4．88%，精度可达到 10 mT( 100 Gs) 。本实验装置结构简单、现象可视化强、适用场景广泛，而且测量精度高、抗外界干扰能力强，对于大学物理实验中溶液浓度测量、手性物质检测等具有较好的实用性与使用前景。

 为深化电磁学理论与现代无线电能传输技术的融合，解决传统变压器实验教学参数固化、探究性不足的问题，设计并开发了一款高度模块化、多参数可调的紧耦合变压器特性研究实验仪。该装置集成了铁芯气隙精密调节、线圈结构灵活替换、双边谐振电容匹配以及铁芯材料可换四大核心模块，实现了对工作频率、负载阻抗、耦合强度及线圈几何拓扑等关键变量的独立调控与实时测量。基于该平台，系统探究了铁芯间距、工作频率、负载阻抗及线圈边长对变压器能量传输效率的影响规律。实验结
果表明: 传输效率随铁芯间距增大呈指数衰减; 在双边谐振频率点附近存在明确的效率峰值; 负载阻抗存在最优匹配点; 线圈几何尺寸对效率具有非单调性影响。该仪器将前沿技术引入基础实验，结构紧凑、操作直观、扩展性强，有效促进了学生对电磁耦合机制、谐振原理及系统优化设计的深入理解，兼具教学演示与科研探究功能，为高校创新性物理实验教学提供了先进的实践平台。

针对传统蜃景演示装置操作复杂或成像缓慢等不足，本研究设计并制作了一种基于甘油温度梯度场的新型蜃景演示装置。该装置采用上端 U 型加热管加热、下端半导体制冷片制冷的方式，在甘油介质中快速构建起稳定的温度梯度场。光线在该温度梯度场中发生全反射，从而呈现出清晰的上现蜃景现象。本装置具有现象明显、操作简便、成像迅速等特点，能够直观演示蜃景的形成过程，有助于加深对折射、全反射原理及蜃景成因的理解。

 随着智慧物流的快速发展，智能物流机器人已成为提升行业效率的关键装备，但其仍存在环境适应性差、抓取可靠性低及功耗优化不足等问题。旨在设计一款基于多模感知与自适应抓取的智能物流机器人系统。系统硬件电路集成了多模态传感器( 包括灰度传感器、激光测距、压力传感与机器视觉模块) ，极大节省了车体空间; 行进控制采用 PID 算法实现高精度循迹与狭窄通道内的自主避障导航; 抓取控制结合激光测距与压力传感器，设计了一种基于重量自适应算法的三状态抓取状态机，实现
了安全、高效且无损的夹取作业。实验测试表明，该系统在模拟物流环境中表现出良好的稳定性、识别准确率与抓取成功率，有效提升了智能物流机器人的稳定性、可靠性及场景适应性，对推动物流自动化升级具有积极意义。

车牌识别系统作为现代道路安全交通系统的重要组成部分，要求其具有强实时性，高准确性的识别效率。基于对车牌识别技术的分析和研究，设计了一种基于 FPGA 的智能车牌识别检测系统。该系统采用图像采集、色域变换、边缘检测、腐蚀膨胀、卷积匹配等算法，实现在较为复杂的光线环境下对车牌信息的快速采集与精准定位。实验结果表明，该系统在处理 1 280×720@ 60 Hz 视频流时，单帧平均处理耗时仅为 48 ms，系统整体动态功耗约为 3．56 W，字符识别准确率在常规光照下达到97%。该设计在保证高识别率的同时，显著降低了硬件资源消耗，为资源受限的边缘交通监控场景提供了一种高性价比的解决方案。

 透镜的傅里叶变换性质在光学实验中具有广泛应用，但对于初学者，理解此性质往往比较困难，特别是透镜孔径大小对物体频谱分布的影响( 如渐晕现象) ，目前也缺乏直观的仿真实验。为此，基于菲涅耳衍射，计算经透镜作用后的光场分布，通过数值模拟展示透镜的傅里叶变换性质，并研究透镜孔径大小对傅里叶变换性质的影响。具体内容包括: 平面波照明下，透镜像方焦平面上频谱分布的特点，物体相对透镜的位置变化对频谱分布的影响，以及透镜的孔径大小对物体频谱分布的影响。通过数值模拟研究，可以让学生对透镜的傅里叶变换性质有一个更为形象而具体的物理图像，尤其是透镜孔径对傅里叶变换性质的影响，通过可视化处理，降低理解难度。

 针对智能气象监测系统中多源传感器信号采集与前端处理的需求，设计并实现了一种基于现场可编程门阵列( FPGA) 与数模混合电路的多通道数据采集与处理系统。系统实现不同模拟传感器信号的采集，提出了一种支持"普通采样"与"快速扫描"的双模式智能轮询算法，完成对温湿度、气体浓度等多路模拟传感信号的自动切换、数字化转换及实时数据处理。本设计具有硬件结构简洁、逻辑架构清晰、功能模块可扩展性强等技术特点，适用于低复杂度气象监测、环境监测等多参数传感器数据采集应用场景，也可作为高校电子工程类实验教学与基础工程能力训练的典型案例。

随着创新驱动发展战略的深入实施，培养具有创新能力的高素质人才成为高等教育的核心任务。大学物理实验作为理工科学生重要的实践性基础课程，在培养学生创新思维、实践能力和科学素养方面具有不可替代的作用。针对当前大学物理实验教学中存在问题和需求，提出“循序渐进、分层培养”的创新教学模式。通过重构实验教学内容体系、创新教学方法与手段、完善多元化评价机制，实现从知识传授向能力培养的转变。为高校大学物理实验教学改革提供参考。

 太阳能光伏电池实验是近代物理实验课程的重要组成部分，融合了半导体物理与材料科学的核心知识，既契合国家“双碳”战略目标，也蕴含丰富的课程思政价值。然而，对于多数高校而言，大规模开展此类实验教学仍面临设备昂贵、条件受限等挑战。传统教学模式在引导学生理解光电器件结构与性能关系方面，依然存在理论与实践脱节的问题。基于此，将仿真模拟软件 SCAPS-1D 融入大学物理实验与新能源材料课程，不仅具有较高的可行性，也为教学创新提供了新思路。借助虚拟实验平
台，学生能够在仿真环境中构建太阳能电池模型，调控关键参数并分析其性能变化，从而在直观理解物理原理的基础上，实现对科研前沿的初步探索。为评估该教学模式的有效性，本文对比分析了未引入数值模拟教学与在课前及课堂中引入仿真讲解后的学生成绩分布，结果表明低分段( ＜60 分) 比例由33．3%降至 16．7%、高分段( ≥80 分) 比例由 16．7%升至 43．3%，说明仿真模拟辅助教学能够显著提升学生对光伏效应与伏安特性等核心概念的理解，从而有效提高教学质量与学习效果。