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声速测量实验范文1
关键词：高中学生；素质心理测量；计算机仿真
中图分类号：G444 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）03-0241-02
一、引言
高中学生素质与心理测量系统的实现是应用人工智能、协调仿真技术、计算机并行计算和测量评价智能输出技术，大大提高了高中学生素质与心理测量的信度、效度和测量达标范围。
现代认知心理学是转换、分析、加工、存储、恢复和使用感觉输入信息的过程。高中生素质和心理测量各要素之间的复杂联系，是与认知心理学理论密切相关的。利用计算机仿真技术对高中学生素质与心理测量，通过对高中生的素质和心理的近似、探索性的深刻数据分析，进行学生素质与心理测量要素的标准化、数据化、符号化处理，从而实现了测量的实效目标。
二、系统开发环境设计
高中学生素质与心理测量系统采用互联网技术，在广域网环境下可以支持多学校、多层次的高中学生进行测量。系统可以根据访问量动态配置访问服务器和数据库服务器，以保证系统在全天候、全方面情况下进行学生测测量工作。系统开发技术路线选型上，开发人员选择了目前最为流行的WEB应用程序设计平台Microsoft Visual 2010作为开发平台，以为核心编程语言，以为关键数据库访问技术，并采用三层的浏览器/服务器（B/S）模式进行搭建。Microsoft Visual 2010是美国微软公司开发的系统开发环境，具有支持多种编程语言、代码编写简单、接口标准、内置组件多等优点，使用开发效率高、开发速度快，具有更高的可移植性，能够完美支持SQL Server、Oracle、DB2等各种主流的大型数据库管理系统。
三、系统测评模型设计
1.高中学生综合素质测评模型设计。高中学生综合素质测评以学习动机、实用气质、个人性格、IQ智商、人格成熟度、AQ逆商、人格特质、心理状况和逻辑推理等具体素质的全部要素为主线进行测评。高中学生综合素质发展体系基本框架包括综合测评、素质专项测评等。
2.高中学生道德修养与思想品质测评模型设计。道德修养与思想品质测评主要测评高中学生所具备的基本品质。对高中学生从思想道德修养、爱国意识、社会责任感、价值观、意志品质和美学与欣赏等方面进行测试评估分析高中学生的道德修养和思想品质水平。
3.高中学生学习发展能力测评模型设计。高中学生学习发展能力测评主要涵盖沟通能力、表达能力、EQ情商、应对困境能力、自我能力、学习能力、实践能力和合作能力等方面。高中学生能力测评系统根据学生不同的阶段设定不同测评模版，测评包括综合测评、专项测评等。
四、系统功能设计
高中学生素质与心理测量通过系统流程整合、信息整合和应用集成等技术过程，使系统成为完善的测量平台，各个功能及测量管理与控制可以在互联网和组织局域网内应用测量。
1.系统功能模块设计。系统的功能主要包含三部分：①高中生素质与心理测量模块，包含了网络在线测量、个性化定制测量。②测量统计分析模块，是对于学生信息资料进行智能分析，并提出建议，包含了学生个人测量报告和群体测量报告，同时，系统还支持学生对于测量报告的自定义分析和设计，满足学生个性化的需求，并支持报告的下载和打印。③系统管理与维护模块，包括系统数据库维护、系统更新与维护、系统设置、权限设置、测量管理、基本信息管理等功能。结合该测量系统的三方面功能结构设计，为方便学生参与测量，并可以及时方便的查看和下载自己的测量报告，在测量系统中还设置了测量登录、使用帮助、用户中心等辅助功能。
2.数据存储设计。高中学生素质心理测量系统数据库设计包括：数据库逻辑设计和数据库物理设计。由于高中学生测量数据库概念结构需要充分体现实际测量中的各个实体，数据库的逻辑设计是将测量系统数据库概念模型组织成与DBMS数据模型相符合的格式，从实体联系模型向关系型数据结构转换的过程。实体联系模型中的一个实体对应逻辑模型中的一个关系模式，实体的属性就是关系的字段。数据库物理设计是在特定的数据库管理系统上予以实现，包括数据库表空间大小、字段类型、字段长度、索引机制等内容。数据库结构如图1所示。
五、系统实现过程设计
高中学生素质与心理测量应用过程为：指标体系的建立、试题管理、组卷、施测、阅卷、计算机仿真、统计分析、输出测量报告等过程。[5]
1.高中生素质与心理测量指标体系建立。高中生素质与心理要素测量采用专家问卷和意见整合，把系统素质和心理测量指标体系要素集合，在进行确定指标权重，从权重生成模型库调用模型生成本次测量个指标的权重。
2.试题管理与组卷。试题和答案的录入、修改及维护。系统采用计算机智能组卷，智能组卷共包含组卷要求、试卷指标、试题指标、试卷评价以及选题方法等6个要素。
3.进行实施测量。高中学生进入测试页面，计时器就开始计时，在页面跳转时，计时暂停，待新页面载入后继续计时，在规定时间以前被测者可以自行交卷，到了规定的时间，自动上交试卷。
4.计算机自动阅卷。计算机自动批阅判断题、选择题等客观题，主观题则提交给专家批阅。系统利用智能仿真技术，在测量原始得分的基础上，通过模拟素质系统各要素间的共协反应，得出导出分数。
5.统计分析。通过对参加测量的高中学生的测试成绩进行分析，得出测量的信度、效度、区分度、难度等成绩，然后计算机自动输出测量分析报告。
六、结论
高中学生素质与心理测量系统通过整合专家的心理测评理论与实践经验，经过反复的系统模型验证，得到了较好的测量效果，能够在较短的时间内形成较为理想的测量常模。由于计算机测量人工智能水平的快速发展，利用计算机系统对高中学生的其他领域的测评与技术实现正在快速形成和推广中，对于该系统的学习与推广实践提供的较好的参考和学习价值。该系统的实现的逻辑性、灵活性和信度、效度还需要在以后的测量过程中逐步完善和提高，使其发挥更觉重要的作用和推广价值。
参考文献：
[1]王金凤.基于SOA的大学生综合素质分析评价系统设计与实现[D].电子科技大学，2012.
[2]Blanco，D.Borski，J.& Dyer，L.Key competencies for transformed human resource，organization：Results of a field study[J].Human Resource Management.1996，35（3）：383-403
[3]Green，P. C. Building robust competencies：Linking human resource systems to organizational strategies[M].San Francisco：Jossey-Bass，1999.
声速测量实验范文2
关键词：声速测井、煤田、原理、应用
中图分类号：O434文献标识码： A
1、引言
从上世纪50年代开始，声速测井技术就已经出现，在经历了半个多世纪的发展，已经成为地球物理测井领域的重要技术，在当今应用十分广泛，如用于油气储藏、煤田地热、工程勘察、地质灾害研究等方面，都发挥着积极的作用。声速测井也称为声波时差或声波速度测井，通过声波在地层中的传播距离所需的时间来反映地质结构，从而达到判断岩层、煤层、对比地层、确定岩层孔隙度等目的，论文针对煤田测井方面的内容做简要的概述，就其测井的原理和应用做一些探讨。
2、声速测井的特点及原理分析
2.1声速测井在煤田勘探中的特点
在煤田勘探中采用声速测井的优点是解决煤层的深、厚度等技术问题，主要采用声波全波列测井、声波速度测井和井下超声成像测井。声速测井可以提高煤层定厚定性解释的可靠性和准确性。但是在运用声速测井时，井的直径会影响泥岩和煤层的区别，煤层中的石英会降低煤的孔隙度。声速测井应用于煤田勘探中，操作简便、准确度高，并且成本较低，能够取得很好的经济效益，因而应用非常广泛，但深入的技术改进工作仍然有待进一步开展。
2.2声速测井在煤田勘探中的原理分析
声速测井的信号由发射器发出的纵波，沿着井壁传播，测量纵波到达近、远接收器的时间差。依据射线声学理论，在井内传播的有一次和多次反射波、直达波、滑行横波和滑行纵波，而在这些声波中，只有滑行波可以携带井外地层的速度信息，因而要测量地层的横波或纵波速度，应该记录到滑行波。声速测井中的各种波会形成叠加、干涉，产生综合效应的波列。在这些波列中很难区分直达波、滑行波、一次和多次反射波，因而可以根据滑行波的特点，选在适当的接受间距和接收点，使滑行波可以及早的到达接收器， 这样就可以进行波形的识别和提取。而形成滑行波的最为基本的条件是地层中的纵波的速度要大于井内的流体中的纵波的速度，并且要选择适当的源距保证滑行纵波作为首波达到接收器。
声速测井主要是通过地面控制器、井下换能器和记录处理系统三个部分组成，井下仪器的主要部分是换能器，换能器可以完成声电信号的转换，分为声发射探头和接收探头，可以进行电-声和声-电的转换。声速测井的仪器有单发单收、双发双收和单发双收三种，在煤田地质的勘探中，普遍采用单发双收的模式，可以减少钻孔的影响，其原理如图1所示。
图1：声速测速的原理
3、声速测井在煤田勘探中的应用
3.1声速测井在煤田勘探中的影响因素
声速测井在煤田勘探中的影响因素包括探头、源距和间距、周期跳跃等，声速测井采用脉冲式发射，频率为15次/秒，声波频率为24KHZ，发射器和接收器都采用φ42×φ37×φ35径向激化锆钛酸铝。 为了保证滑行波折射后首先达到接收探头，要提高讯噪比，尽量缩短源距，间距小可以提高分辨能力，但太小会使两接收器的时间差值很小，影响测量结果，因而间距取值适当。周期跳跃和岩层有关，在破碎带、裂隙地层、井径扩大明显、泥浆中溶有气体和声速非常高的岩层都会存在，是一种无规律的现象，不应作为主要的依据，但要改进仪器，尽量减少干扰。
3.2煤层划分
煤的波速在煤系地层中最小，一般为1900-2500m/s之间，在时差曲线上，往往以高异常反映出来，对于厚度大于测量间距的夹层和煤层，曲线有明显的反映。
3.3划分地层和对比地层
声波在地层中的传播是岩石弹性和密度的函数，不同的岩性具有不同的传播速度，因而根据时差曲线划分不同岩性的地层。在自云岩、石灰岩、火成岩等一些致密的地层中，声速大、时差小，时差曲线显示为低值；在泥岩中，声速小，时差曲线显示为高值，砂岩的声速小于石灰岩而大于泥岩，因而介于两者之间。由于煤层的声速低，在时差曲线上反映为高值，但泥岩会造成一定的干扰，导致分不清炭质页岩和煤层的界面，因而需要和密度曲线结合来进行解释。
3.4确定地层的孔隙度
声速的传递和岩石的密度直接相关，而密度又和孔隙度相关，对于均匀的粒间空隙地层，在实验室研究的基础上，得到了公式：1/V=φ/Vf+(1-φ)/Vma，其中φ为孔隙度，V为声速测井曲线读数，Vf和Vma为地层空隙中流体声速和岩石骨架的声速。
4、结束语
声速测井技术广泛应用与煤田勘探中，对于煤田开采可以提供重要的数据，因而研究其原理、影响因素和应用的情况，对于提升相关的研究水平具有积极的意义，论文基于笔者的工作研究，做简要的分析，相关论点有待深入研究。
参考文献：
[1] 田秋生; 王铁利. 声速测井在煤田地质勘探中的应用[J]. 西安文理学院学报(自然科学版). 2011-04-15.
[2] 彭化伟; 黄锐; 孙宝喜. 声速测井技术方法和应用[J]. 黑龙江水利科技. 2010-12-20.
声速测量实验范文3
在物理教学过程中利用实验再现某些物理情景和过程，增强学生感性认识，将有助于学生理解和掌握相应的物理规律，激发学习兴趣，从而大幅度提高教学效果。工科院校常见物理类实验有：大学物理实验、物理演示实验、计算机仿真实验以及近年兴起的虚拟实验。在我国高校中大学物理实验是一门独立课程，一般在大学物理课程之后开设，由于实验通常比较复杂，数据处理量大，所以不适于大学物理课堂教学直接使用；物理演示实验虽然可以生动、直观地表现物理现象，但只是粗略的展示，实验中的物理规律并没有被充分、有效地展示。教师只是定性分析与说明，而非精确分析和全面展示，因此缺乏一定的严谨性，精密性；计算机仿真实验虽然形象直观，过程逼真，但是缺乏真实感，无法让学生感受到真实仪器的那种踏实，乐于接受情感；虚拟实验（虚拟仪器）虽然采集和处理的都是真实物理数据，但其高度集成化，忽视了认识过程中的形象思维。近年虽有一些文献探讨了将虚拟实验与真实实验的整合尝试[1]。但方法都只是将二者进行简单相互验证，实是实，虚是虚，没有实现两者有机结合。针对上述问题，该文提出利用虚拟仪器优化真实仪器，简化真实实验，提高实验效率，并应用于大学物理课堂教学，提高教学效果。
1 虚拟仪器
虚拟仪器是一种基于计算机的仪器，利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。它的本质是“实”而不是“虚”，完全可以替代传统测量测试仪器。软件即仪器，安装软件的计算机便成为一个具有各种测量功能的数字化测量平台，实现示波器、信号发生器、频谱仪、电压表、电流表等多种普通仪器的全部功能，而且通过数据采集卡，实现自动测量、记录与数据处理[2]。目前在这一领域内，使用较为广泛的是美国NI公司的Lab view软件。Lab view是一个标准的数据采集和仪器控制软件。其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣，编程时基本上不写程序代码，取而代之的是流程图，是一个面向最终用户的工具。
2 将虚拟仪器与真实仪器整合，优化课堂教学
虚拟仪器的功能是用户根据需要由软件自定义的，而不是像真实仪器那样事先由厂家定义好的，用户可以根据需要随意设计。而真实仪器可信度高，实验过程清晰，现象明了，实验结果学生乐于接受。因此将“虚”“实”结合，“虚”可以精简“实”，“实”可以证明“虚”并不虚。二者优势互补，大大提高实验的效率。
2.1 提高大学物理实验效率，促进课堂教学
目前国内几乎所有高校的大学物理课程和大学物理实验课程都是独立设课的，究其原因：一个实验内容可能要用几台设备，搬运不便，影响了教师使用积极性；另外仪器的安装和实验测试需要花费较多时间，实验数据又不能即时处理，无法立即获得结论，在普遍课时少、教学任务重的情况下，物理实验自然难以出现在理论课堂。而虚拟仪器具有自动化的快速数据采集和分析能力，强大而全面的图形化处理能力，可以快速、精确获得实验结果。因此利用虚拟技术，即可解决部分大学物理实验进入课堂的上述困难。
如声速测量实验，实验需要声速测量仪、信号发生器和示波器三台设备才能完成。而结合虚拟技术后，在多媒体教室，只需要一个声速测量仪（很容易携带），即可快速完成实验并获得实验结论。方法是设计基于Lab view声卡的双通道信号发生器和示波器[3]，可以完全替代真实的信号发生器和示波器。虚拟双通道信号发生器通过功放与声速测量仪的一个压电陶瓷换能器（超声波发生器）相连，另一个压电陶瓷换能器（接受器）通过麦克风插孔与虚拟示波器相连。实验数据处理可以通过Lab view编写一个求平均值VI实现，输入测量数据即时获得结论，包括误差分析。为操作方便，将双通道信号发生器和示波器集成在一个虚拟仪器前面板上。
2.2 将演示实验精细化，充分展示物理规律
利用虚拟仪器对演示实验的信息进行采集，经数字化处理，使得以往仅能在教室中作定性描述的演示实验，就可能在较短的时间里完成精确测量，这就提高了演示实验的精确度，丰富了演示内容，也使演示的效果更加生动，更吸引人。
如声波拍现象演示，常用的是采用两个频率略有不同的音叉。演示时，当分别击打这两个音叉时，就可听到“嗡”、“嗡”的拍音。该演示的不足之处是学生不能直观看到音叉及拍的实时振动图像，也想象不出拍的频谱，学生只能靠听觉判断。而将音叉与基于声卡的虚拟示波器整合演示拍现象，音频信号利用麦克风采集并送达虚拟示波器上，则在演示时学生不仅能听到嗡…嗡拍音，还能在虚拟示波器前面板上观测每个音叉发出音频信号实时振动图像及合振动拍的振动图像，进一步还可以测出拍频。显然组合后的演示感官上更全面（听觉、视觉），内容更丰富（观察振动图像、还可以直接测得拍频），也使演示的效果更生动，更吸引人，学生也更容易接受、理解和掌握拍的概念，大大提高了课堂教学效果。
声速测量实验范文4
【关键词】超声 脉冲回波 影像物理学
在医学影像里广泛应用的超声成像技术，主要便是利用了超声脉冲回波原理。由于这种医学影像技术的人体成像原理是通过超声波的能量来实现的，所以对人体无任何辐射性危害，而且因为该成像技术成本较低、安全性高，已被普及广泛应用到临床、介入治疗等方法中，成为医院里医学影像设备中重要设备之一。随着超声成像技术的普及应用，超声影像技术的物理原理基础在医学影像物理学也变成了重要的组成部分。通过学习超声影像的物理方面基础，能够帮助认识和理解超声的含义及超声影像的意义。因此本次研究通过利用超声脉冲回波原理设计影像物理学实验，促进超声影像物理学的学习，详细如下。
1 实验研究目标
超声成像的目的在于，声波于人体各组织的穿透能力达到可以深度成像。超声成像所测算的物理量为声波的回波幅度和相位，回波的时间常用于定位声波的深度。由于声波在人体组织的穿透速度约等于常数，因此回波的特征可以反映不同人体组织密度的不同。经过对反射回波的接收，并使其在显像屏上以不同的亮度等级呈现，最终形成超声图像。而若超声波的频率越高，则其波长越短，能量越高，分辨率越高，所成图像质量越佳。但是由于声波穿透深度与声波频率成反比，深度越小频率越高，所以想得到质量高的高频超声成像是以牺牲穿透深度为代价的[1]。通过设计实施超声脉冲回波原理设计影像物理学实验，可以更好的掌握声波的产生及传播原理，提高对超声波图像的物理意义的理解，掌握超声波的各项参数对超声最终所成图像的影响。
2 实验设计原理
超声波的基本参数有三个，包括频率、波长和声速。声波的振动频率f=振动数/时间（s），f由振动源决定，声波（在人体内部）的传播速度c取决于传播媒体。超声波和人体组织发生相互作用后之后，改变了起载体功能的超声波的物理特性，例如使能量发生衰减改变，使声波的传播方向发生反射、衍射等改变。而临床诊断所需要的信息就依托存在于这些不断变化的物理参数中，这些物理参数的不断变化不仅是诊断信息的依附，更是一些补偿机制的依据[2]。而波的吸收定律、反射定律等是掌握超声波成像原理的关键。超声波和人体组织发生相互作用而引起的能量变化为一个能量衰减的过程，像声束在人体组织表面发生折射、散射等均会减弱入射声波的能量。不管声波通过的内部是何种分子过程，超声波能量的衰减均符合如下式的负指数形式规律：
3 实验仪器设计及内容
本次实验中所需要使用的实验仪器包括：超声体模、美国OLYMPUS公司的超声发射接收仪器、超声测试模具及迈瑞公司的DP6600的超声诊断仪器。通过这些设备，依据实验要求事项，设计了两个内容的实验，详细如下：
3.1 图像与体模的验证实验
首先通过超声诊断仪器的探头来探测超声体模，观测超声图像所显示的体模信息，而后将超声图像与超声体模进行对比，以此来掌握超声图像所反映的物理意义。而后对超声诊断仪器的各项参数进行完成调整，包括声波速度、诊断仪探头的发射频率、声波功率及超声回波的接收灵敏度等[4]，同时观察超声显示图像的改变情况。实验目的包括了解超声波各项参数对超声图像的影响过程，所以调整超声各项参数对图像变化情况的影响，应被记录、加入到最终的实验报告中。
3.2 综合测算声速类实验
通过使用示波器、超生脉冲回波规律、超声波发射接收仪器及超声波测试部分，来对超声波在介质水中的穿透速度、超声波在有机玻璃内传播的衰减系数进行记录、计算。实验进行时，需要注意示波器和超声波发射接收仪器的仔细连接，而后将恰当的传感器接入超声发射接收仪器的T/R端口，且把传感器置于适当测试模具的有利位置。在对超声波在介质水中的穿透速度进行计算时，同时观察、记录示波器所反映的波形图，利用示波器的B扫描功能及X轴扫描拓展功能，来对中间两个不同界面的反射脉冲回波分别对应的峰值点间的时间差进行详细记录，以此来完成对超声波在介质水中的穿透速度的计算。在关于声速计算的最终实验报告中需要包括：声速测试的物理原理，测得的脉冲回波波形，对两个脉冲回波分别的峰值点和峰值点间的时间差的标识，详细计算过程，实验中产生的误差及误差产生的原因。在对超声波在有机玻璃内传播的衰减系数进行计算时，观察示波器所反映波形，记录测试模具里两个界面脉冲回波的峰值幅度。
4 结语
在影像物理学的研究中，包括许多用于成像的物质波。本次实验选取的超声波为其中一种安全可靠有效的物质波，通过本次实验，可以对超声在不同介质里的传播规律及声波的衍射、折射、散射等在超声成像中的作用进行深入了解，理解超声影像显示的物理原理，而且在一定程度上对影像物理学里的理论进行了验证。
参考文献：
[1]任杰.基于超声脉冲回波的影像物理学实验设计[J].科技信息，2010（5）：436.
[2]熊政纲，左龙.超声影像实验设计[C].//第六届全国高等学校物理实验教学研讨会论文集.2010：310-312.
声速测量实验范文5
【关键词】 实验教学 综合性 设计性 创新实验
根据人才培养目标、实验教学改革、实验室建设任务及国家教育部评估的要求，实验教学项目中综合、计设性项目应不断增加。而传统的物理实验教学中往往是验证型实验多，综合性、设计性实验少；教师预先准备好的多，学生独立思考、自由发挥的少；教学方式以注入式多，启发式、探究式、讨论式、参与式少[1]。很显然，这些都是不利于培养学生的综合实践能力和创新精神的，无法满足当今社会对人才的需求。因此，为了紧紧围绕应用型人才培养目标，积极推进实验教学模式改革，牢牢把握学校实验教改精神，我们将利用现有设备及自制设备、辅助配件研究开发一批综合性、设计性、可推广的创新实验项目，让学生在完成常规的大学物理实验外，可以进行进一步的设计、综合性创新实验项目训练。
1 创新性实验的设计
1.1设计原则
在现有实验设备和实验项目基础上，开发新的实验项目。不求最新，只求原来没有现在有即是创新，最终实现拓展设备功能，提高设备利用率，丰富实验教学内容目的。
1.2 设计内容
1.2.1弯曲法测量杨氏模量
【项目背景】本项目是在现有“拉伸法测量杨氏模量”实验基础上结合自制配件而开发的设计性项目。
【目的】（1）掌握弯曲法测量杨氏模量原理；（2）测量黄铜的杨氏模量；（3）比较分析拉伸法与弯曲法各自的特点。
【要求】（1）利用自制的配件和度数显微镜组装弯曲法测量装置。（2）测量黄铜横梁的杨氏模量。（3）简述实验原理。（4）拟出实验步骤、注意事项。（5）列出数据表格，分析测量误差。
【提示】杨氏模量测量装置如图1所示，在横梁弯曲的情况下，杨氏模量Y可以用下式表示： 式中：d为两刀口之间的距离，M为所加砝码的质量，a为梁的厚度，b为梁的宽度， Z为梁中心由于外力作用而下降的距离，g为重力加速度[2]。
1.2.2棱镜折射率测量方法的比较
【项目背景】本项目是在现有“分光计的调节与使用”实验基础上开发的设计性项目。
【目的】大学物理实验中测量玻璃折射率最常用的方法有最小偏向角法和掠入射法。本实验通过对两种方法进行研究比较，并加以改进，最终使操作更简便，测量精度更高。
【要求】（1）分析比较最小偏向角法和掠入射法各自的优缺点，并对掠入射法进行改进设计。（2）用最小偏向角法测出最小偏向角δmin，各测5次，然后求出三棱镜折射率及测量误差。（3）用改进后的掠入射法测出明暗视场交线与AC面法线的夹角，各测5次，然后求出三棱镜折射率及测量误差。（4）写明实验方法，所需仪器设备。（5）拟出实验具体程序，列出数据记录表格。（6）分别从操作方法和测量精度两方面进行分析比较。（7）阐述测量方法改进的意义及效益。
【提示】掠入射法测量原理[3]
如图2所示，用单色面扩展光源（钠光灯源前加一块毛玻璃）照射到棱镜AB面上。当扩展光源出射的光线从各个方向射向AB面时，以90°入射的光线1的出射角最小为；入射角小于90°的，出射角必大于；大于90°的入射光线不能进入棱镜。这样，在AC面用望远镜观察时，将出现半明半暗的视场，明暗视场的分界线就是入射角为i1=90°的光线的出射方向。若测出明暗视场交线与AC面法线的夹角、棱镜顶角α，即可求出棱镜折射率：
但是，若入射角i1不大时，会出现如图3那样两条明暗视场的分界线。为避免这一现象出现，确保入射光几乎都接近90°度，如图4改进，增加一块辅助三棱镜即可，同时还省却毛玻璃。
1.2.3超声光栅实验
【项目背景】本项目是在现有“分光计的调节与使用”“光栅衍射”“声速测定”实验基础上结合自制配件而开发的综合性项目。
【目的】（1）了解声光效应。（2）利用声光效应测量声波在液体中的传播速度。
【原理】光波在液体介质中传播时被超声波衍射的现象，称为超声致光衍射（亦称声光效应），这种现象是光波与介质中声波相互作用的结果。如图5所示，波长为的平行光束沿OY方向射向一透明介质（如纯水），介质底部声源产生一束宽度为l，波长为d的超声平面波沿OZ方向传播，这种波在介质内引起折射率的周期性变化，相邻疏密平面之间的距离就是d。由于超声速度远小于光速，因此，对于光速而言，折射率的慢变化可认为固定不变[2]。
单色平行光沿着垂直于超声波传播方向通过液体时，因折射率的周期变化使光波的波阵面产生了相应的位相差，经透镜聚焦出现衍射条纹。这种现象与平行光通过透射光栅的情形相似。因为超声波的波长很短，槽中的液体就相当于一个衍射光栅。超声波的波长d相当于光栅常数。由超声波在液体中产生的光栅装置称作超声光栅。当满足拉曼-奈斯声光衍射条件2l/d2
如图6所示，在调好的分光计上，由单色光源和平行光管中的会聚透镜L1与可调狭缝S组成平行光系统，让光束垂直通过装有压电陶瓷（PZT）的液槽（超声池），在液槽的另一侧，用自准直望远镜中的物镜L2和测微目镜组成测微系统。若振荡器使PZT晶片发生超声振动，在液槽中形成稳定的驻波，从测微目镜即可观察到衍射光谱。
【仪器与器材】分光计、低压钠灯、超声信号源、自制超声池。
【实验内容】（1）调节分光计，平行光管与望远镜同轴并与分光计主轴垂直。（2）将自制超声池水平放置载物台上，并让光束垂直入射超声池侧面。（3）开启信号源，调节信号源输出频率至压电陶瓷片谐振频率相同，通过望远镜观察视场内的衍射光谱亮度及对称性。（4）逐级测量各谱线的衍射角，并计算液体中的声速V。
1.2.4磁致伸缩系数的测定
【项目背景】本项目是用改进后的迈克尔逊干涉仪及自制的配件开发的设计性实验项目。
【目的】（1）研究磁致伸缩系数与磁场强度的关系；（2）进一步掌握用改进后的迈克尔逊干涉仪测量微小量的方法。
【要求】（1）利用自制的配件和改进后的迈克尔逊干涉仪组装磁致伸缩测量装置。（2）绘制TbDyFe棒的磁致伸缩系数λ与磁场强度H的关系曲线。（3）简述实验原理。（4）拟出实验步骤、注意事项。（5）列出数据表格，分析测量误差。
【提示】磁性材料被磁化时，其各个方向的长度将会发生微小的变化（伸长或缩短），这种现象称为磁致伸缩。不同的磁性物质磁致伸缩的长度形变是不同的，通常用磁致伸缩系数 （即它的相对伸长）表征形变的大小[4]。磁致伸缩系数与磁体的磁化过程有关，当磁体磁化至饱和时，λ亦趋近一饱和值。本实验是在室温下测量磁致伸缩系数与外磁场的关系。
为了表征它们的数量关系，常用公式来描述，其中H为外加磁场的磁场强度，I为励磁电流，k0为与螺线管的结构、尺寸等因素有关的比例常数。
测量原理如图9所示，其中A为样品，D为螺线管，B为夹具，C为支架，M1、M2为反光镜。样品A与夹具B粘接，左端夹具与支架固定，右端夹具与反光镜M1可移动。当样品A被磁化伸长或缩短l时，干涉条纹就从中心“冒出”（或向中心“缩进”）N个环，则有磁致伸缩系数
2 创新性实验的实践与应用
我校是2000年新建本科院校，没有物理专业，《大学物理》及《大学物理实验》课程是针对全校15个理工科专业开设的基础课程，目前实验室已开设项目涵盖了教学大纲A、B、C、N共39个实验。新开发的实验项目首先作为开放性实验项目供大二以上理工科各专业的学生实践，因为高年级本科生对常规物理实验已经有了切身的体会，熟悉当前实验设备的性能并操作熟练，可确保实验结果的准确性。经过实践检验证明项目可行性后，根据实际需要将部分项目转化为日常教学项目，以丰富日常教学内容。
3 结束语
除了以上项目外，我们还开发了“电压表、电流表的制作”“用干涉法测量微小量”“干涉法测量固体线膨胀系数”等一批综合性、设计性、可推广的创新实验项目，并组织实施和总结，最终为丰富实验教学内容（尤其是开放性实验内容）、全面提高学生综合素质和实验教学质量、拓宽实验设备的功能、提高设备的利用率、探索适应应用型和创新型人才培养的实验教学体系做出贡献。
【参考文献】
[1]刘国买.整合内容与强化主体――实验教学改革的思考[J].实验技术与管理，2002（2）：101-104.
[2]曹正东，李佛生.大学物理实验[M].同济大学出版社，2011：105-107，157-160.
[3]单永明，牛连平.棱镜折射率测量方法的比较及改进[J]. 科技资讯，2010（4）：250-251.
声速测量实验范文6
关键词：混凝土；强度检测
超声检测法检测混凝土的强度
在1949年的时候,来自加拿大的切斯曼( Cheesman )、莱斯利( Leslide )和英国的加特费尔德( Gatfield)和琼斯（Jones）首先在结构混凝土中应用了超声脉冲检测技术，开创了超声检测新领域。从此，超声检测成为混凝土检测技术的一个重要方面。现在世界上的许多国家和国际上与混凝土相关的学术团体都制定了混凝土超声检测的规范、规程和标准。上世纪五十年代我国也开始了有关超声检测技术的研究，并且于六十年代在工程检测中普遍采用了这种技术。目前,随着超声波检测技术的理论研究不断深入和应用范围不断扩大，混泥土超声检测技术也取得了飞速发展。
1.1 利用超声检测法检测混凝土强度的基本原理
超声脉冲波由发射换能器以一定重复频率间断地发射，这种波简称为超声波。超声波检测法就是根据超声脉冲在混凝土中的传播规律和混凝土的强度之间存在一定的数值关系的原理，利用这种关系，可以通过超声波测定的数据推算出混凝土的强度。
超声检测的原理是：发射换能器通过超声仪产生的高压电脉冲的激励得到高频声脉冲，声脉冲进入混凝土介质中，通过混凝土传出的声信号由接受换能器接受，可以测出超声脉冲波在混凝土中的传播时间和传播距离，经过计算可以得出超声波在混凝土中的传播速度。传播速度就可以很直观的反映混凝土的密实度。混凝土的强度和它的密实度存在相互关系。声波在密实的混凝土中传播速度快，传播时间短，反映出的结果是混凝土的强度高；相反，声波在疏松的混凝土中的传播速度慢，传播时间长，反映出的结果是混凝土的强度低。因此可以根据声波在混凝土中的传播时间推定混凝土的强度。
1.2 超声波在混凝土中的传播特点
由于混凝土内部结构独特，因此超声波在它内部传播具有自己独特的传播特点：
在混凝土中传播的超声波具有较差的指向性。
在混凝土中传播的超声波衰减性大。
在混凝土中，存在入射声波（属于一次声波）和折射波、反射波及波型转换后的横波（属于二次声波）。因此接受到是一次声波和二次声波的叠加声波。
在混凝土中传播的超声波波型由于界面反射和折射而曲折，所以混凝土中存在较大的缺陷时，超声波不能以直线传播。
1.3 影响超声波测定混凝土强度的一些因素
1.3.1 不同的材料和配合比的影响
不同种类的水泥对超声波的传播影响不同。在混凝土的早龄期，不同水泥强度的发展规律不同，有的早期强度高，有的后期强度高。
矿物细掺料的影响。现在对混凝土有高强度和高性能的要求，而通过掺加矿物细料可以提高混凝土的强度和性能。比如掺加硅灰，研究表明，由于硅灰颗粒细小，具有很高的分散性，可以提高浆体硬化后的密实度，提高超声波的声速。
粗骨料的含量和品种影响。碎石表面粗糙，利于骨料和水泥石的粘结，所以有着比卵石高的强度。
砂率的影响。实验表明，合理的砂率，可以提高混凝土的粘结性，从而提高他的密实度。
配合比的影响。混凝土中各种材料不同的配合比对超声波在其内部的传播速度有很大的影响。合理的配合比，可以提高超声波在混凝土中的传播速度。
上述提到的影响超声速测定混凝土的因素属于内部因素，除此之外，还存在一些外部因素，比如期龄的影响、养护方法的影响及温度和含水率的影响等。
二．回弹法检测混凝土的强度
混凝土的抗压强度和它的表面硬度存在数值关系，利用这个原理建立起的检测混凝土强度的方法称为回弹法。由于回弹法的检测仪器存在精度高，灵活轻便、抽取子样的代表性强和检测方法统一等优点，被广泛应用于混凝土强度检测和其他工程检测上。
2.1 回弹法的检测原理
回弹法测量时，利用具有一定初动能的重锤弹击混凝土表面，当重锤被弹回到最高点后，它具有的初始动能被重新分配：一部分被混凝土吸收，剩下的被重锤重新吸收，而被重锤重吸收能量的多少取决于混凝土的强度。如果混凝土的强度高，则它的表面硬度大，当被重锤弹击的时候，混凝土表面的塑性变形小，混凝土吸收的能量少，由于能力守恒定理，被重锤重新吸收的能力就多；反之，如果混凝土的强度低，则它的表面硬度小，当被重锤弹击的时候，混凝土表面的塑性变形大，混凝土吸收的能量多，同时被重锤重新吸收的能力就少。混凝土回弹仪就是根据上述原理制造的混凝土强度检测仪器。重锤的回弹值就是混凝土回弹仪测得的读数，回弹值的大小由重锤重新吸收能量的多少决定的，并由回弹仪上控制回弹的弹簧指示，指示的数值通过指针显示在刻度盘上，根据读到的数值就可以测得混凝土的表面硬度，也就知道了混凝土的强度。
2.2 影响回弹法检测混凝土的强度因素
其实很多因素都可以影响到回弹法检测混凝土强度，其中影响最显著的是混凝土的碳化，尤其是对旧建筑物进行检测时，混凝土碳化的影响是必须考虑的，如果不加修正的从回弹仪上读取的数值推算混凝土强度，所得值可能是实际值的2-3倍。除此以外，影响回弹法检测混凝土强度的因素还包括：水泥的品种及用量、测量构建的表面温度和混凝土的含水量等。
三．超声回弹综合法检测混凝土强度
3.1 超声回弹综合法的检测原理
超声法检测和回弹法检测综合起来就是超声回弹综合法。它先利用超声仪测出超声波在混凝土中的传播时间，通过计算得出超声波在混凝土中的声速，然后利用回弹仪测出回弹值。因为混凝土的内部密实度由超声速的声速值反映，混凝土的表面硬度由回弹值反映，而混凝土的强度和他的密实度及表面硬度有相关性，可以建立混凝土强度-回弹值-超声速声速值的函数关系。通过分析超声仪和回弹仪的数值就可以得到混凝土的强度值。利用超声回弹综合法既提高了检测精度又扩大了适用范围。
3.2 超声回弹综合法的优点
超声回弹综合法操作简单使用方便。
超声回弹综合法能减少含水率和龄期的影响。
超声回弹综合法弥补了超声法和回弹法的不足，并结合了两者的优点。
超声回弹综合法提高了检查精度，能够较全面的反映混凝土的强度。
四．利用钻芯法检测混凝土的强度
4.1 钻芯法的检测原理
钻芯法是一种局部破损检测方法，十分有效。钻芯法利用钻芯取样机从混凝土构件中钻取一定规格的圆柱形芯样。然后把取得的芯样经过必要的加工处理，放在压力测试机上测得其强度。这样测得的结果能反映混凝土的真实强度，结果准确可靠。
4.2 钻芯法的优缺点
优点：由于钻芯法是从混凝土构件中直接取得样本，通过压力测试机直接测量，这样减少了换算过程中带来的累积误差，使得检测结果更加真实可靠。
缺点：利用钻芯法在取得圆柱形钻芯样本的同时，损坏了混凝土构件的结构，降低了混凝土构件的强度。尤其对那些年代久远，本身强度就较低的混凝土构件，利用钻芯法是极其危险的。
五．结束语
本文通过介绍几种混凝土强度检测方法,得出了各自的特点。在检测混凝土的强度时应该根据混凝土的结构和实际条件，选择合适的检测方法，尽可能的避免不必要的误差，提高检测精度，更好的达到检测效果。
参考文献：
张海平.超声波法检测混凝土强度的影响因素分析.山西建筑.2008,34(10),85-86.
林均岐,戴克难.钢筋混凝土结构的强度检测与加固.世界地震工程.1997,13(1),50-54.
闻敏.回弹法在混凝土检测中的应用.中国高新技术企业.2009,(24),7-9.