1 樂永康-近代物理實驗中的虛擬仿真實驗.pdf

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1、樂永康復旦大學物理教學實驗中心2024.10.26近代物理實驗中的虛擬仿真1 為什么開設虛擬仿真實驗 近代物理實驗中的虛擬仿真實驗教學案例 一點感想目 錄2 替代原來的實驗教學？原來沒有實驗訓練不夠：補充 能實不虛 拓展、提升 在哪個方面起作用呢？如何起作用？為什么引入虛擬仿真實驗3實踐中的需求 電子線路、集成電路設計：電路EDA軟件 光學儀器設計：光學設計：ZEMAX、SeeOD等 各種分析儀器：電子光學：Simion等 科學研究：多物理場仿真：Comsol等4 創新實踐能力 平均的實驗教學水平：很不充分 虛擬仿真實驗是否可以彌補這個“不充分”實驗過程中查錯、儀器維修 設計、制造新儀器 理解

2、新現象、探究新物理 培養學生的軟件開發能力：模型構建物理實驗教學中的人才培養目標5電子光學電子光學 帶電粒子的聚焦、偏轉等：借鑒幾何光學帶電粒子的聚焦、偏轉等：借鑒幾何光學 顯像管顯像管 電子顯微鏡電子顯微鏡 以帶電粒子為源或者分析對象的分析檢測以帶電粒子為源或者分析對象的分析檢測設備設備 仿真工具：仿真工具：SimionSimion，CPOCPO，ComsolComsol6電子束聚焦讓學生“看到”每一個電子的軌跡！理解顯像管聚焦實驗的結果！7四極桿質譜內容：分辨率 電子能量對電離產物的影響電子顯微鏡的電子光學系統電子顯微鏡的電子光學系統9SimionSimion仿真仿真10不同參數下的電子束

3、軌跡AESAES電子能譜電子能譜11圖片引自：徐富春.微納尺度表征的俄歇電子能譜新技術 D.廈門大學,2009儀器結構的廠家資料儀器結構的廠家資料12 分辨率跟哪些因素有關？電子收集效率？如何實現能量分辨率在更寬的能譜范圍里盡量一致？桶鏡能量分析器實物解剖桶鏡能量分析器實物解剖13 在舊儀器變為廢鐵之前留住它！原理仿真原理仿真14功能部件解剖中的原理仿真整機報廢部件留用聚焦粒子槍！虛實結合的積木式光柵光譜儀虛實結合的積木式光柵光譜儀 教學實驗室中的“黑匣子”光譜儀 科研實驗室中的開放光學實驗平臺 教學與科研之間的橋梁積木式光柵光譜儀的開發目的積木式光柵光譜儀的開發目的分辨率和什么有關？光學元件

4、如何調節？像差如何消除？如何拓展光譜儀的應用？積木式光柵光譜儀積木式光柵光譜儀工具：Zemax,Vode5,Comsol，SeeLight積木式光柵光譜儀積木式光柵光譜儀光學系統的像差光學系統的像差虛擬仿真實驗的價值（一）展示物理過程 理解儀器原理、結構設計 加深實驗內容的理解 助力學生獨立設計實驗 為自主維護、開發儀器打基礎克拉尼圖形鋁質薄圓盤鋁質薄圓盤:中心固定，邊界自由中心固定，邊界自由壓電陶瓷片驅動壓電陶瓷片驅動XD7低頻低頻功率功率信號發生器信號發生器分離變量求解四階板振動方程：二維薄板波動方程：實驗結果、仿真、解析解之間的對比s=1 n=2振動模式振動模式示意圖示意圖解析解析仿真仿真實驗實驗虛擬仿真實驗的價值（二）計算物理輔助實驗教學 結果可視化 加深理解、優化設計HTML5-近物實驗課的選做內容http:/ 掌握數值計算的技術 學習軟件開發的基礎知識 積累軟件開發實戰經驗一點感想實驗能力虛擬仿真實驗助力能力培養 拓展現有的實驗教學：挖掘新的內容 加深理解、提高能力 解剖舊儀器、設計新儀器“卷”：低年級學生的CUPT課題探索懇請批評指正!