C.基于LabVIEW的塞曼效应虚拟仿真-中国高等学校实验物理教学研究会.ppt

第十届全国高等学校物理实验教学研讨会 7.29 - 8.2, 2018 @青岛大学 ? 南开大学基础物理实验教学中心 “计算机与虚拟物理实验”分会场 ? 南开大学基础物理实验教学中心 “计算机与虚拟物理实验”分会场 ? 南开大学基础物理实验教学中心 基于LabVIEW的塞曼效应虚拟实验研究 潘崇佩 南开大学，天津 ? 南开大学基础物理实验教学中心 汇报内容 ? 南开大学基础物理实验教学中心 * 塞曼效应的渊源及其教学内容 LabVIEW在实验授课中的优势 基于LabVIEW的塞曼效应虚拟仿真 早期的塞曼效应 ? 南开大学基础物理实验教学中心 * 图1. Pieter Zeeman “I introduced into an oxyhydrogen flame, placed between the poles of a Ruhmkorff‘s electromagnet, a filament of asbestos soaked in common salt. The light of the flame was examined with a Rowland’s grating. Whenever the circuit was closed both D lines were seen to widen.”[1] S N 图2. 塞曼原始实验原理图 A. 塞曼效应的渊源及其教学内容 塞曼效应的发展[2] ? 南开大学基础物理实验教学中心 * 厘清塞曼效应中这些复杂现象，伴随着原子物理和量子力学的发展。 A. 塞曼效应的渊源及其教学内容 塞曼效应的实验教学 ? 南开大学基础物理实验教学中心 * 实验技能 光路调整 干涉元件的调节 干涉图样的观察 利用光学干涉方法 研究原子能级结构 近代物理实验“原子物理”部分的经典实验 定位 外磁场能够引起原子谱线的分裂，即原子具有磁矩，且其空间取向量子化 物理原理 原子物理学／光学理论知识 A. 塞曼效应的渊源及其教学内容 难点：如何快速调用已学的理论知识指导实验操作 塞曼效应的实验教学 ? 南开大学基础物理实验教学中心 * 图3. 塞曼效应实验基本装置图 电磁铁及灯源 偏振片 滤光片 标准具 读数显微镜 A. 塞曼效应的渊源及其教学内容 已有的若干改进 ? 南开大学基础物理实验教学中心 * 光源：Hg 546.1nm 577nm 579nm [4] 标准具：气压扫描式、MATLAB模拟 [5] 研究内容： 分裂谱线相对强度测量 [6] 光路等高共轴调节 [7] 成像：成像显微镜、CCD [8]、智能手机 [9] 数据处理：LabVIEW [10] A. 塞曼效应的渊源及其教学内容 我们的关注点 重拾被遗忘的理论知识塞曼分裂波数差公式、等厚干涉／等倾干涉、法布里－珀罗标准具 抓住直观清晰的物理图像成像在屏上的干涉图样 熟悉实验装置 ? 南开大学基础物理实验教学中心 * A. 塞曼效应的渊源及其教学内容 基于LabVIEW的虚拟实验可以辅助完成这些目标 LabVIEW ? 南开大学基础物理实验教学中心 * B. LabVIEW在实验授课中的优势 图形化编程，区别于其他计算机语言 利用程序框图和数据流，体现算法逻辑 提供丰富的控件以及接口 LabVIEW在教学中的应用 ? 南开大学基础物理实验教学中心 * B. LabVIEW在实验授课中的优势 myDAQ 串口通讯 数据库 ARM处理器 ZigBee 单片机 MATLAB Simulink VISA 通信工程 自动化 工业设计 虚拟仪器 仿真界面 ? 南开大学基础物理实验教学中心 * C. 基于LabVIEW的塞曼效应虚拟仿真 展示区 输入区 输出区 图4. 具备用户友好性的LabVIEW界面 输入区选项卡 ? 南开大学基础物理实验教学中心 * C. 基于LabVIEW的塞曼效应虚拟仿真 通过数值变量改变参数： 电磁铁电流 标准具的间隔、折射率、膜镜反射率 偏振片的起偏角度 图5. 涵盖不同参数的选项卡 公式接口 ? 南开大学基础物理实验教学中心 * C. 基于LabVIEW的塞曼效应虚拟仿真 图6. 程序框图中的公式接口 多光束干涉公式 相位差 输出：光强分布 ? 南开大学基础物理实验教学中心 * C. 基于LabVIEW的塞曼效应虚拟仿真 图7. 程序框图中的强度图及输出 参数调节 ? 南开大学基础物理实验教学中心 * C. 基于LabVIEW的塞曼效应虚拟仿真 图8. 不同磁场强度、反射膜间距、起偏角度下的干涉图样 利用LabVIEW的“连续运行”功能，可以实现实时绘图反馈 塞曼效应虚拟实验的定位 预习阶段调动所学的理论知识把握物理图像熟悉实验装置 考察阶段 ? 南开大学基础物理实验教学中心 * C. 基于LabVIEW的