1 乐永康-近代物理实验中的虚拟仿真实验.pdf

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1、乐永康复旦大学物理教学实验中心2024.10.26近代物理实验中的虚拟仿真1 为什么开设虚拟仿真实验 近代物理实验中的虚拟仿真实验教学案例 一点感想目 录2 替代原来的实验教学？原来没有实验训练不够：补充 能实不虚 拓展、提升 在哪个方面起作用呢？如何起作用？为什么引入虚拟仿真实验3实践中的需求 电子线路、集成电路设计：电路EDA软件 光学仪器设计：光学设计：ZEMAX、SeeOD等 各种分析仪器：电子光学：Simion等 科学研究：多物理场仿真：Comsol等4 创新实践能力 平均的实验教学水平：很不充分 虚拟仿真实验是否可以弥补这个“不充分”实验过程中查错、仪器维修 设计、制造新仪器 理解

2、新现象、探究新物理 培养学生的软件开发能力：模型构建物理实验教学中的人才培养目标5电子光学电子光学 带电粒子的聚焦、偏转等：借鉴几何光学带电粒子的聚焦、偏转等：借鉴几何光学 显像管显像管 电子显微镜电子显微镜 以带电粒子为源或者分析对象的分析检测以带电粒子为源或者分析对象的分析检测设备设备 仿真工具：仿真工具：SimionSimion，CPOCPO，ComsolComsol6电子束聚焦让学生“看到”每一个电子的轨迹！理解显像管聚焦实验的结果！7四极杆质谱内容：分辨率 电子能量对电离产物的影响电子显微镜的电子光学系统电子显微镜的电子光学系统9SimionSimion仿真仿真10不同参数下的电子束

3、轨迹AESAES电子能谱电子能谱11图片引自：徐富春.微纳尺度表征的俄歇电子能谱新技术 D.厦门大学,2009仪器结构的厂家资料仪器结构的厂家资料12 分辨率跟哪些因素有关？电子收集效率？如何实现能量分辨率在更宽的能谱范围里尽量一致？桶镜能量分析器实物解剖桶镜能量分析器实物解剖13 在旧仪器变为废铁之前留住它！原理仿真原理仿真14功能部件解剖中的原理仿真整机报废部件留用聚焦粒子枪！虚实结合的积木式光栅光谱仪虚实结合的积木式光栅光谱仪 教学实验室中的“黑匣子”光谱仪 科研实验室中的开放光学实验平台 教学与科研之间的桥梁积木式光栅光谱仪的开发目的积木式光栅光谱仪的开发目的分辨率和什么有关？光学元件

4、如何调节？像差如何消除？如何拓展光谱仪的应用？积木式光栅光谱仪积木式光栅光谱仪工具：Zemax,Vode5,Comsol，SeeLight积木式光栅光谱仪积木式光栅光谱仪光学系统的像差光学系统的像差虚拟仿真实验的价值（一）展示物理过程 理解仪器原理、结构设计 加深实验内容的理解 助力学生独立设计实验 为自主维护、开发仪器打基础克拉尼图形铝质薄圆盘铝质薄圆盘:中心固定，边界自由中心固定，边界自由压电陶瓷片驱动压电陶瓷片驱动XD7低频低频功率功率信号发生器信号发生器分离变量求解四阶板振动方程：二维薄板波动方程：实验结果、仿真、解析解之间的对比s=1 n=2振动模式振动模式示意图示意图解析解析仿真仿真实验实验虚拟仿真实验的价值（二）计算物理辅助实验教学 结果可视化 加深理解、优化设计HTML5-近物实验课的选做内容http:/ 掌握数值计算的技术 学习软件开发的基础知识 积累软件开发实战经验一点感想实验能力虚拟仿真实验助力能力培养 拓展现有的实验教学：挖掘新的内容 加深理解、提高能力 解剖旧仪器、设计新仪器“卷”：低年级学生的CUPT课题探索恳请批评指正!