大学物理可视化仿真实验系统设计与实现
ISSN 1006 -7167
CN 31 - 1707/T RESEARCH AND EXPLORATION IN LABORATORY第38卷第2期2019年2月
Vol. 38 No. 2 Feb. 2019大学物理可视化仿真实验系统设计与实现
杨阔％郅媢％雷晓蔚b
(阿坝师范学院a.应用物理 ；b.科技处，623002)
摘要：采用数值计算方法，基于Matlab软件研究并设计了大学物理可视化仿真实
验系统，实现了大学物理部分实验项目的可视化交互仿真。结果表明，该系统操作
简单、实验效果清晰明了、覆盖范围广、具有人机交互功能。各个模块之间相互独
立，便于扩展，对于精细要求的实验能更快捷的观察到实验现象，有利于教师的课
堂辅助教学和学生的课前预习。该系统对提高教学质量、提升学生对物理学的兴
趣具有很大的帮助。
关键词：数值计算；大学物理实验；可视化仿真；Matlab
中图分类号：TP 391.0; G642.0 文献标志码：A
文章编号 #1006 -7167(2019)02 -0081 -04
Design and Study On The Visualization Simulation
System for University General Physics
YANG Kuo a，GUO Juan a，LEI Xiaowe!
(a.Institute of Applied Physics；b.Science And Technology Department，
A*ba Teacher*s University，Wenchuan 623002，Sichuan，China)
Abstract:Using numerical m etliod and based on Matlab software，university physics visualization simulation experiment system are researched and r ealized.Results show that the system platform i s simple，clear，wide coverage and has the function of human-computer interaction.Various parts of the system are independent of each other，which i s advantageous for the extension.Experiment phenomena of the refined experiment can be faster observed from the system，which i s advantageous t o the teachers classroom auxiliary teaching and students"preparation before class and i s great helpful to improving the quality of teaching，improving students^interest in physics.
Key words：numerical calculation；experiment of university physics；Visual Simulation;Matlab
〇引言
大学物理是一门理论性和实践性都很强的课程，同时也是大学理工科专业必须掌握的基础课程，它系 统的阐述了物理学的基本规律和基本概念，在培养学 生的科学态度与基本的科学思 方面起了重大作用。将理论与实验相结合是大学物理课程的必然要
收稿日期#2014-04-18
基金项目：四川省教育厅重点科研项目（18ZA0004;14ZA0305);阿坝师范学院科研项目（ASB15-23 )
作者简介：杨阔（1980 -)，男，四川安岳人，硕士，副教授，研究方向：计算物理学。Tel. :028-********;E-mail:65968631@ https://www.360docs.net/doc/dc18001022.html, 求，也是当前培养应用型人才的必然要求。传统的理 论教学目前面临“一少二多”的局面：学少、理论分 析多和公式推导多。又因为物理概念抽象，容易学生 乏味和难以接受，导致该课程的教学目的难以，学效果也很难 。传统的物理实 学面临仪器设备老化、实操作及观察困难等问题[1]，学 生在学习物理时的 成本 成本高，效果却不好。据新时期的特点，改革课堂教学以及实学 方法，提 学效果，是 学 中必须加以重视和 解决的问题[2]。Matlab软件为大学物理教学的数值化 可视化提供了强有力的手段[3]，本 数值计算方法和Matlab软件引入物理教学中，可提高学生的 学习兴趣和学习效果，可以使学生
深刻地理解和
第38卷
认识物理概念和物理实验现象的内涵，体现数学工具
编程手大学物理教学大学物理中的
应用[4_5]。，提高了学生的学习效率，使学生
有时间去做更多的性工作[&E]。本文利用Matlab
图形用户界面（Graphical User Inteface，GUI)设计了物
理 实验平台，将抽象的理论知识具体化、形象化，
学生程内容的理解及掌握，激发学生学习兴趣和提高课堂教学效果和知识[8E4]。并 一实验要求较高的或者实可能的实验项目，能够迅捷的观察到实验现象，拓展了物理实验项目的覆盖面。
1实验系统总体结构
本文设计的大学物理仿真实验系统分为电磁学、热学、力学、光学、近物理基础5大 。每个柺
中选 具有代表性的实验作为G U I可视化数值仿实验的项目，，大学物理实验中理解和操比较复杂的项目[15]。将比较的实验项目先
数 实验演示，让学生有一的认识，然后进行实验室实验，有助于学生从感性认识提升为理性认识。学中的的不可见状况以 的 象演示、热学中迦尔的重调实验以大数据得出、光学中需求细调节的环实验也以动画的清晰呈现、近物理中的谱等5大 中比较难以理解的和 难度较高的实验皆可象 现出来，实验系统外观界面如图1所示。
2实验系统设计
在可视化大学物理仿真实验平台的设计中，总体
阿胡嚀疮#睽大聿物理教研室射作
(a)主界面
分为5大板块，每个板块之下内含有相关实验，总共3 步骤，g卩GU!计、回调函数的设计与调试、实验项目的可视化编程。G U I界面设计是利用Matlab 提供的进行设计，回调函数设计是实现 要求实现的功能，中 的函数进行编程，期要求的计效果。实验项目的
可视化编程大学物理实验的原理进行数值计算、
示，环节工大，该系统涵盖了大学物理中40 实验项示项目，见 1，每个项进行调 ，并 性的计，使得实验项目的演示生动，更能激发学生的兴趣。
表1仿真实验系统包括的项目
学学热学学近物理基础
1.小球在空气中的平拋运9.点电荷的电场与电势
17.理想气体的绝热过
程和多方过程
25.的夫琅禾费衍
射和爱里
33.黑体辐射的规律
2.小球在水中的沉降规律10.同轴电缆的能量
密度
18.平均速率和方均根
速率
26.薄膜等倾干涉的条
纹和：
34.光电效应测定普朗克常数
3.洛仑兹变换11.平面电磁波的传播19.气体压强的演示27.牛顿环35.康普顿散射
4>全弹性碰撞的速度12.电介质的极化20.玻尔兹量分布律
28.费衍射
和瑞利判断
36. —维无限深势阱中的粒子的波
函数
5.静止粒子的衰变13.电磁波的发射21.枷尔顿板29.片系统的
化
37.氢原子光谱的规律
6.薄板在空气中的转动规律14.环的
互感系数
22.卡诺循环图
30.单轴晶体的子波波
阵
38.的布德罗意波长和双缝干涉
图样的[
7.日系统相对速度15.运荷位移电流
和磁场
23.麦克斯韦分布律31.光栅的强度与条纹39.角动量空间量子化模型
8.和飞船的运动轨迹16.均匀带电段的电场24.狄赛尔循环图
32.渥拉斯顿棱镜中的
双折射
40.
势垒和隧道效应
第2期
杨阔，等：大学物理可视化仿真实验系统设计与实现
83
2.1板块界面设计
平台主界面分为开始引导界面、子板块主界面、
单个实验
、实验
4个部分。 导
1(a )所示，点
1(a )中“进系统” "
进 1(b )，点
1(b )导
“
学实验” ，进 学 实验界面，如图2所示。点
2中“返回”
，
闭当 并返回
主
1(b )。当进 2
后，点实验
项 ，则进 应的实验项
，就可以开
展项目的
实验了。
图3
实验演示：光栅衍射的强度和条纹
电磁学仿真实验项目
点电荷的电场与电势分布同轴电缆的能量密度平面电磁波的传播电介质的极化
电磁波的发射运动电荷位移电流和磁场
同轴电缆的能量密度图2
电磁学实验子界面
23实验子界面
以光学中光栅衍射的强度和条纹为例，简要说明 子界面的设计流程。该实验 的比值Y B 、
长的比值"B 、
条数0等
:
和谱线的影响，并可以观察到实时的3个比
的变化 和谱 状的影响。按照设计思路H O B 中添
应的
，即添 2个轴象控件、6
静态文本框、3
、3 分别用
射的
和
谱 。
计的
射的
和条纹实验的编 3所示，
3 、
进行任意拉
后，会
分别显示
f
常数T a 的比值Y B ， 长的比值"B ，
条数0。可以使 条微调，也可
中应比值即可得出实验
。 实验，
可以使得学生清 射的
和条纹随3
个参数（ 长比值）的化，从
射的
分布的理解[7，11]。
3实验项目分析与调试
H O 界面设计和后台编程完成后，需要对实验平
台每个项 效果进行调试，
能进
行
，以定每个实验项
否能够较
期功能。 分析与调试，所项
能够
期
能与效果， 将选
具有代表性的实验进行
分析。
3.1平面电磁波的传播
平
的
大学物理电磁学中的重要知
识点，该知识点可帮助学生初步
麦克斯
理
的
性质。设平
沿着：方向
，波动方程为）
*2 E _
*2 E
/1 x
2
%o $
o ~Y
(1)
以上两个波动方程的最简单的解为）
E (:，D _E #cos 卜(d -子)=P ] (3)L (:，D _L #cos 卜(d -子)=P ]
(4)
其中E #表示电场强度的振幅，L #为磁场强度的
振幅，'=
为真空中的光速，2为初相位。平面槡
$0 %0
程中，电场强度E 矢量与磁场强度9
矢量相互垂直，相位 。
从以上理论分析可以看出，平面电磁波的传播是 一个较为复杂的
，传统的课堂教学中虽然能够把
电场分量和磁场分量的静态 出来，
法给学生进行动态展示，学生对此 的理
困难，
影
响
性质的进一步的
学习。本文设计的仿实验可 足， 实验
Matlab 编程实
现了平
的
态演示，而且可以分别察电场和磁场分量的 程。
，结合G U I 的
， 察
， 可以
方向
察
到传播情况，如图4所示。
实验，可以很直观地观察到平面电磁波的电场强度和磁场强度的频率和相位相同、电场能量和磁场能等的特点。
(a)电场和磁场的波形
(b)电场分量的波形
图4平面电磁波的传播（某时刻的电磁波波形）距离为d=./4时，中心为明纹，如图6(b)所示。
(a)Y=0的示意图（b) Y20的示意图
图5牛顿环装置示意图
点击“开始”即可观察到条纹的变化动态过程，点 击“条 ”平 平板玻璃距离增加，将会 条纹向中央“条 出”示平凸透镜向下移动，条纹向外扩张。实验结果和理符，物理能 。
(a)中央为：
3.2光学中的牛顿环演示[16]
根据牛顿环装置的基本原理（见图5 (a))，在平平 的空气厚度为a的地方，两
光的光程差为）
# ； 2ne = ―'(5)
明形条纹形成的条件为）
# ; 2ne =全，Q; 1，2，3， (6)
暗纹形成的条件为）
# ; 2ne =全；（2Q = 1)全，Q; 0，1，2，3，…
(7)
第k级暗环半径为：
X二，(Q; 0，1，2,3,…）（8)当平 平板玻璃之间的距离为d时，垂直入射的两束反射光的的光程差为％ =2(e+d) + ./2, 当平行光垂直照射时，可示为：
当d =0时，上式表示平凸透镜与平板玻璃接触时反射光的光强分布，环中央（r=0)，随着 的增加，条 距越来越小，分 来越密。
当距离为d e./2时，中心变为暗纹，如图6(")所示，当平 向上移，干涉条纹向中心移动，当
(b) 中央为
图6牛顿环实验动态演示界面
3.3角动量空间量子化演示[9]
根据量子力学角动量算符的理论，角动量平方算符E2与角动量的I分量E i是对易的，它们具有共同本征态和共同的本征函数系，但具有不同的本征值。E2的本 为&& + 1)3,给出的本为E e
槡（/+ 1)3，（& =0，1，2，3，……），而E i的本征值为#3(# = 0,'1，±2,…，±&)，Z叫做轨道角动量量子数，#叫做磁量子数。可以看出，在给定的&下，#可以取2& + 1个不同的值，即E z具有2& + 1个本征态，叫 做2& + 1重并，又被为轨道化。为形象的展示轨道的 化的特点，采用的方法给出一个/取值的情况下，其I分量E i的本征值E i的分离取值的情况。如图7所示，可以在所设计的界面上调节角量子数&从而给出E i的
(94
)
Security.Kuala Lumpur：I E E E, 2015 ：l-4.
[7] Chen S H,Lin H M,Hsieh C C,et al.TurboVG：A H W/S W co-
designed multi-core Open V G accelerator for vector graphics
applications with embedded power profiler[C]// Asia and South
Pacific Design Automation Conference.Yokohama：IEEE Press,
2011 ：97-98.
[8]余久久，傅廷亮，张佑生.基于O p e G L的雪景视景仿真设计与
实现[J]?实验室研究与探索，2014, 33(9)：105-110.
[9] Abdallah Y，Abdelhamid A，Elarif T，e t https://www.360docs.net/doc/dc18001022.html,parison between
OpenGL ES and metal API in medical volume visualisation[C]//
IEEE Seventh International Conference on Intelligent Computing and
Information Systems，Cairo：I E E E，2016 ：156-160.
[10] Oh A，Sung H，Lee H，et al.Implementation of Op e n V G 1.0 using
OpenGL ES[C]// Conference on Human-Computer Interaction w i t l i
Mobile Devices and Services，Mobile Hci 2007，Singapore，A C M，
2007：326-328.
[11 ]Robart M.Open V G paint subsystem over openGL ES shaders[C]// (上接第84页）
图7角动量空间量子化演示
化 的矢量表示，为理解角动量的量子化特征提 帮助。
为 示量子化的概念，通过滑动条滑动选择 数运行得 化
7，理一致，生 ，界期效果。
4结语
本文所设计可视化大学物理仿真实验系统涵盖了 大学物理课程的大部分重要实验，具良好的迁移性和较好的 ，方便进行 化扩展 能扩展，可以作为大学物理理 和实验课的辅助教学系统。理 教师可以在课堂上以 的方 程中的 和原理进行实 ，将 、抽象的理论知识生 展现给学生，实验 可以让学生对实验现
International Conference on Consumer https://www.360docs.net/doc/dc18001022.html,s Vegas，N V：
I E E E，2009：1-2.
[12]谢晓燕，崔继兴，邓军勇，等?基于V x W o k s图形应用编程接口
库的设计与实现[J].西安邮电大学学报，2016, 21(2)：
98-100.
[13] Crockett L H，Elliot R A，Enderwitz M A，e t al.The Zynq Book：
Embedded Processing with the Arm Cortex-A9 on the Xilinx Zynq-
7000 A l Programmable Soc[M].Strathclyde Academic
Media，2014.
[14] 马城城，田泽，黎小玉?基于G P U F P G A芯片原型的VxWorks
下驱动软件开发[J].计算机技术与发展，2013, 23(7)：84-86.
[15] Kadav A，Swift M M.Understanding modern device drivers[J].
A c m Sigarch Computer Architecture N e w s，2012，40( 1) ：87-98.
[16]孙文华，黄凌云?嵌入式Linux驱动开发技术综述[J]?广东通
信技术，2015, 35(11)：68-73.
[17]谭显强?基于F P G A的3D图形处理器I P核的设计与实现[D].
南京：南京航空航天大学，2010.
象和实验理论进行精准的预习和了解，激发学生的学 习兴趣。特别 实验条件要求 高，可 ；性低的实验清 的观察，让学生对大学物理知识
客观清 理解和 。
参考文献（R e f e r e n c e s):
[1]窦超?《Matlab在大学物理中的应用》课程实施方案[J]?唐
山师范学院学报，2017, 39(2)：115-118.
[2]荆荣丽?M A T L A B在大学物理实验仿真中的应用[D]?西安：长
安大学，2015.
[3]周群益，侯兆阳，刘让苏?Matlab可视化大学物理学[M]?北京：
清华大学出版社，2011.
[4]谭俊，郭俊华，苏江波，等?Matlab在大学物理实验中的应用
[J]?运城学院学报，2016, 34(3)： 44-48.
[5]李斌，谭鹏，陈国杰，等.M A T L A B G U I在大学物理实验教学
中的应用[J]?实验科学与技术，2013,（3)： 35-36, 163.
[6]姜辉，刘艳凤，马提宝?M A T L A B软件在大学物理教学中的应
用[J]?吉林师范大学学报（自然科学版），2009 (2)： 83-85.
[7]刘志成，张君霞，黄蕊?Matlab可视化在大学物理实验中的应
用[J]?大学物理实验，2015(1)： 69-72.
[8]张梦娇，李瑞歌，李辉，等?基于M A T L A B的仿真模拟在大学
物理教学及实验中的应用[J]?农业网络信息，2016 (11)： 130-
132.
[9]曾谨言，量子力学（卷I)[M].4版?北京：科学出版社，2007
[10]唐斌，伍振海?Matlab在大学物理教学中的应用研究[J]?教
育教学论坛，2017(46)：270-271. ?
[11] 蒋志洁，阳生红，张曰理?运用Matlab G U I辅助大学物理实验
[J]?物理实验，2017 (6)： 23-27?
[12]董泽民?Matlab在大学物理实验教学中的应用[J]?工业控制计
算机，2017, 30(6)：162-163.
[13]谭俊，郭俊华，苏江波，等?Matlab在大学物理实验中的应用
[J]?运城学院学报，2016, 34(3)： 51-54.
[14]罗志荣，卢成健?M A T L A B在大学物理教学中的应用实例[J].
玉林师范学院学报，2014, 35(5)： 29-32.
[15]李小燕，冯卓宏?应用Matlab辅助《大学物理实验》教学[J]?实
验科学与技术，2014, 12(5)： 63-65.
[16]刘伟波，贾天俊，李荣?基于Matlab大学物理可视化教学模式
的实践与思考[J]?物理通报，2015(8)：
18-20.
电子系统设计 实验报告
本科生实验报告 实验课程电子系统设计 学院名称 专业名称测控技术与仪器 学生姓名 学生学号 指导教师 实验地点 实验成绩 二〇年月——二〇年月
实验一、运放应用电路设计 一、实验目的 （1）了解并运用NE555定时器或者其他电路，学会脉冲发生器的设计，认识了解各元器件的作用和用法。 （2）掌握运算放大器基本应用电路设计 二、实验要求 （1）使用555或其他电路设计一个脉冲发生器，并能满足以下要求：产生三角波V2，其峰峰值为4V，周期为0.5ms，允许T有±5%的误差。 V2/V +2 图1-1 三角波脉冲信号 （2）使用一片四运放芯片LM324设计所示电路，实现如下功能：设计加法器电路，实现V3=10V1+V2,V1是正弦波信号，峰峰值0.01v，频率10kHz。 V3 图1-2 加法电路原理
三、实验内容 1、555定时器的说明： NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率的脉波讯号。 a. NE555的特点有： 1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。 2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。 3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。 4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。 b. NE555引脚位配置说明下： NE555接脚图： 图1-3 555定时器引脚图 Pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。 Pin 2 (触发点) -这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。
《管理信息系统》课程设计实验报告
《管理信息系统》课程设计实验报告 课程名称：管理信息系统 指导老师： ******* 院系：商学院 专业班级： ******** 姓名： ******** 学号： ******** 实验日期： 2011.7.11 实验地点：一机房
《管理信息系统》课程设计任务书 一．课程设计目的及意义： 《管理信息系统》课程设计是在完成《管理信息系统》课程学习之后的一次实践性教 学，是本课程理论知识的一次综合运用。通过本课程设计，能够进一步加深对信息、信息系 统、管理信息系统等基础理论知识的理解，能初步掌握结构化的生命周期法、面向对象法等 系统工程方法，进一步加强熟练应用管理信息系统的操作技能，并能够借助于管理信息系统 解决实际问题。 二．课程设计要求： 1．本课程设计时间为一周。 2．本课程设计以教学班为单位进行上机操作及实验。 3．按照任务要求完成课程设计内容。 三．课程设计任务要求： 1．任务内容：进入山东轻工业学院主页，在“网络资源”区域进入“网络教学平台”，输入各自的用户名和密码（学生学号及密码），进入本网络教学平台系统，在充分熟悉本系统 的前提下，完成下列任务要求。 2．任务要求： ①按照课程讲解的系统分析步骤和理论对本系统进行系统分析。 ②绘制不少于 3 个的主要业务流程图。 ③描述上述主要业务流程图的逻辑处理功能。 ④分析本系统的优缺点，提出改进意见，并描述改进的逻辑处理功能，绘制业务流 程图。 四．课程设计评分标准： 按照《管理信息系统课程设计大纲》的要求，本课程 1 学分，采用百分制计分，其中 任务要求②占30 分，任务要求③占30 分，任务要求④占30 分，考勤及实践表现占10 分。五．本课程设计自2011 年 6 月 27 日至 2011 年 7 月 1 日。
大学物理仿真实验报告
实验名称:碰撞过程中守恒定律的研究 实验日期： 实验人： 1. 实验目的: 利用气垫导轨研究一维碰撞的三种情况，验证动量守恒和能量守恒定律。定量研究动量损失和能量损失在工程技术中有重要意义。同时通过实验还可提高误差分析的能力。 2. 实验仪器和使用: 实验仪器:主要有气轨、气源、滑块、挡光片、光电门、游标卡尺、米尺和光电计时装置等。 1.气垫导轨是以空气作为润滑剂，近似无摩擦的力学实验装置。导轨由优质三角铝合金管制成，长约 2m ，斜面宽度约7cm ，管腔约18.25cm ，一端密封，一端通入压缩空气。铝管向上的两个外表面钻有许多喷气小孔，压缩空气进入管腔后，从小孔喷出。导轨的一端装有滑轮，导轨的二端装有缓冲弹簧，整个导轨安装在工字梁上，梁下有三个支脚，调节支脚螺丝使气垫保持水平。 2.光电计时系统由光电门和数字毫秒计或电脑计时器构成。光电门安装在气轨上，时间由数字毫秒计或电脑计时器测量。 3.气源是向气垫导轨管腔内输送压缩空气的设备。要求气源有气流量大、供气稳定、噪音小、能连续工作的特点，一般实验室采用小型气源，气垫导轨的进气口用橡皮管和气源相连，进入导轨内的压缩空气，由导轨表面上的小孔喷出，从而托浮起滑块，托起的高度一般在0.1mm 以上。 3.实验原理: 如果一个力学系统所受合外力为零或在某方向上的合外力为零，则该力学系统总动量守恒或在某方向上守恒，即 i i v m ∑=恒量 (1) 实验中用两个质量分别为m 1、m 2的滑块来碰撞（图4.1.2-1），若忽略气流阻力，根据动量守恒有 2211202101v m v m v m v m +=+ (2) 对于完全弹性碰撞，要求两个滑行器的碰撞面有用弹性良好的弹簧组成的缓冲器，我们可用钢圈作完全弹性碰撞器；对于完全非弹性碰撞，碰撞面可用尼龙搭扣、橡皮泥或油灰；一般非弹性碰撞用一般金属如合金、铁等，无论哪种碰撞面，必须保证是对心碰撞。 当两滑块在水平的导轨上作对心碰撞时，忽略气流阻力，且不受他任何水平方向外力的影响，因此这两个滑块组成的力学系统在水平方向动量守恒。由于滑块作一维运动，式（2）中矢量v 可改成标量 ， 的方向由正负号决定，若与所选取的坐标轴方向相同则取正号，反
控制系统仿真与设计实验报告
控制系统仿真与设计实验报告 姓名： 班级： 学号： 指导老师：刘峰 7.2.2控制系统的阶跃响应 一、实验目的 1.观察学习控制系统的单位阶跃响应； 2.记录单位阶跃响应曲线； 3.掌握时间相应的一般方法； 二、实验内容 1.二阶系统G(s)=10/(s2+2s+10)
键入程序，观察并记录阶跃响应曲线；录系统的闭环根、阻尼比、无阻尼振荡频率；记录实际测去的峰值大小、峰值时间、过渡时间，并与理论值比较。 （1）实验程序如下： num=[10]; den=[1 2 10]; step(num,den); 响应曲线如下图所示： （2）再键入： damp(den); step(num,den); [y x t]=step(num,den); [y,t’] 可得实验结果如下：
记录实际测取的峰值大小、峰值时间、过渡时间，并与理论计算值值比较 实际值理论值 峰值 1.3473 1.2975
峰值时间 1.0928 1.0649 过渡时间+%5 2.4836 2.6352 +%2 3.4771 3.5136 2. 二阶系统G(s)=10/(s2+2s+10) 试验程序如下： num0=[10]; den0=[1 2 10]; step(num0,den0); hold on; num1=[10]; den1=[1 6.32 10]; step(num1,den1); hold on; num2=[10]; den2=[1 12.64 10]; step(num2,den2); 响应曲线：
（2）修改参数，分别实现w n1= (1/2)w n0和w n1= 2w n0响应曲线试验程序: num0=[10]; den0=[1 2 10]; step(num0,den0); hold on; num1=[2.5]; den1=[1 1 2.5]; step(num1,den1); hold on; num2=[40]; den2=[1 4 40]; step(num2,den2); 响应曲线如下图所示：
大学物理仿真实验——霍尔效应
大学物理实验报告 姓名：wuming 1目的：（1）霍尔效应原理及霍尔元件有关参数的含义和作用 （2）测绘霍尔元件的V H—Is，V H—I M曲线，了解霍尔电势差V H与霍尔元件工作电流Is，磁场应强度B及励磁电流I M之间的关系。 （3）学习利用霍尔效应测量磁感应强度B及磁场分布。 （4）学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。 2简单的实验报告数据分析 （1）实验原理 霍尔效应从本质上讲，是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。如下图(1)所示，磁场B 位于Z的正向，与之垂直的半导体薄片上沿X正向通以电流Is（称为工作电流），假设载流子为电子（N型半导体材料），它沿着与电流Is相反的X负向运动。由于洛仑兹力f L作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于y轴负方向的B侧偏转，并使B侧形成电子积累，而相对的A侧形成正电荷积累。与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力f E的作用。随着电荷积累的增加，f E增大，当两力大小相等（方向相反）时，f L=－f E，则电子积累便达到动态平衡。这时在A、B两端面之间建立的电场称为霍尔电场E H，相应的电势差称为霍尔电势V H。设电子按平均速度V，向图示的X负方向运动，在磁场B作用下，所受洛仑兹力为： f L=－e V B 式中：e 为电子电量，V为电子漂移平均速度，B为磁感应强度。 同时，电场作用于电子的力为： f E H H eV eE- = - =l
系统设计实验报告
系统设计实验报告——远程在线考试系统
目录软件需求说明书························1 引言··························· 1．1编写目的······················· 1．2背景························· 1．3定义························· 1．4参考资料······················· 2 程序系统的结构························ 3 程序设计说明·························
1引言 1．1编写目的 本文档的编写目的是为远程在线考试系统项目的设计提供： a．系统的结构、设计说明； b．程序设计说明； c. 程序（标识符）设计说明 1．2背景 随着网络技术的飞速发展，现在很多的大学及社会上其它的培训部门都已经开设了远程教育，并通过计算机网络实现异地教育。但是，远程教育软件的开发，就目前来说，还是处于起步的阶段。因此，构建一个远程在线考试系统，还是有很大的实际意义的。 根据用户提出的需求，本项目组承接该系统的开发工作 a．开发软件系统的名称：远程在线考试系统 b．本项目的任务提出者：福州大学软件学院 c．用户：各类大专院校学校、中小学校。 1．3定义 远程在线考试系统 远程在线考试系统是基于用Browser/Web模式下的，可以实现考试题库管理、多用户在线考试、自动阅卷功能的系统。
1．4参考资料 ?GB 8566 计算机软件开发规范 ?GB 8567 计算机软件产品开发文件编制指南?软件设计标准
大学物理仿真实验报告
大学物理仿真实验报告 姓名： 学号： 班级：
实验-----利用单摆测量重力加速度 实验目的 利用单摆来测量重力加速度 实验原理 单摆的结构参考图1单摆仪,一级近似的周期公式为 由此通过测量周期摆长求重力加速度 实验仪器 单摆仪、摆幅测量标尺、钢球、游标卡尺 实验内容 一.用误差均分原理设计一单摆装置,测量重力加速度g. 设计要求: (1)根据误差均分原理,自行设计试验方案,合理选择测量仪器和方法. (2)写出详细的推导过程,试验步骤.
(3)用自制的单摆装置测量重力加速度g,测量精度要求△g/g < 1%. 可提供的器材及参数: 游标卡尺、米尺、千分尺、电子秒表、支架、细线(尼龙线)、钢球、摆幅测量标尺(提供硬白纸板自制)、天平(公用). 假设摆长l≈70.00cm;摆球直径D≈2.00cm;摆动周期T≈1.700s; 米尺精度△米≈0.05cm;卡尺精度△卡≈0.002cm;千分尺精度△千≈0.001cm;秒表精度△秒≈0.01s;根据统计分析,实验人员开或停秒表反应时间为0.1s左右,所以实验人员开,停秒表总的反应时间近似为△人≈0.2s. 二.对重力加速度g的测量结果进行误差分析和数据处理,检验实验结果是否达到设计 要求. 三.自拟实验步骤研究单摆周期与摆长,摆角,悬线的质量和弹性系数,空气阻力等因素 的关系,试分析各项误差的大小. 四.自拟试验步骤用单摆实验验证机械能守恒定律. 实验数据 摆线长+小球直径L=91.50cm
D（平均）=（1.750+1.752+1.744+1.740+1.749+1.748）÷6=1.7 47m R=D/2=0.850cm l=L-R=91.05cm t=95.91s，周期数n=50，周期T=1.92s 所以g=9.751 2ΔT/t=0.0022，ΔL/l=0.0005，所以Δg/g=0.27%，Δg=0.026 所以： g=（9.751±0.026） 实验结论与误差分析： 结论：g=（9.751±0.026），Δg/g=0.27%<1%,所以达到设计要求。 误差分析: 1.若θ＞5°（即角度过大）因为T 与θ相关，当θ越大时T也越大，所以θ偏大，测量 值比值偏小。
双闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告
TG n ASR ACR U * n + - U n U i U * i + - U c TA V M + - U d I d UPE L - M T 1、实验目的 1．熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本原理。 2．掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。 3．掌握调节器的工程设计及仿真方法。 2、实验内容 1．调节器的工程设计 2．仿真模型建立 3．系统仿真分析 3、实验要求 用电机参数建立相应仿真模型进行仿真 4、双闭环直流调速系统组成及工作原理 晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机—发电机组等组成。 本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压U ct 作为触发器的移相控制电压，改变U ct 的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈，二者之间实行嵌套联接，如图。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流的输出去控制电力电子变换器UPE 。在结构上，电流环作为内环，转速环作为外环，形成了转速、电流双闭环调速系统。为了获得良好的静、动态特性，转速和电流两个调节器采用PI 调节器。 图 转速、电流双闭环调速系统 5、电机参数及设计要求 电机参数 直流电动机：220V ，136A ，1460r/min ，= ? min/r ，允许过载倍数=，晶闸管装置放大系数：=40 电枢回路总电阻：R= 时间常数：=, = 电流反馈系数：=A 转速反馈系数：= V ? min/r
电子系统设计专题实验
电子系统设计专题实验报告 ——AVR 单片机基础实验 学 院： 电信学院 班 级： 计算机14 学 号： 2110505092 姓 名： 刘鑫
一、实验目的和要求 本实验课程的主要目的是通过一个新型嵌入式单片机为核心的应用系统设计，掌握微型计算机硬件系统结构基本原理，软件开发编程方法，外围接口电路的组成和应用编程技术，以及电子系统设计的相关技术。通过课程实践训练，能够独立实现一个完整的计算机应用系统设计。 要求基本实验部分学习单片机系统的基本硬件组成原理和软件程序设计方法；综合设计实验要求根据题目需求自行设计系统硬件组成电路，并设计实现完成相应功能的应用程序调试任务。 二、实验设备及开发环境 以AVR ATmega128单片机为核心的实验开发系统。实验开发板采用技术性能优良的AVR ATmega128单片机作为核心器件，还特别设计了USB接口模块、Ethernet网络接口模块，还有MCU对外扩插槽，可为电路扩展模块提供必要的准备。 AVR单片机实验开发系统实验测试环境： 1.软件开发平台： PC机WindowsXP操作系统； AVR Studio 4.16 集成开发软件； WinAVR 20080610 C语言编译器； 2.下载编程工具： JTAG ICE mkII在线仿真器； 3.测试目标板： ATmega128实验开发板； 4.测试程序：用C语言编写电路功能测试程序，在WinAVR(GCC)+ AVR Studio编译下通过。 三、实验设计题目及实现的功能 实验一：单片机实验系统开发环境学习 1. 熟悉实验电路的结构原理、元器件名称、作用及相应的接口连接； 2. 学会使用C编译器编辑、编译、调试简单C源程序； 3. 学会使用AVR Studio集成开发软件下载调试并得到正确结果； 4. 熟悉蜂鸣器电路的编程原理 实验程序源代码: #include
大学物理仿真实验报告-碰撞与动量守恒
大学物理仿真实验报告 实验名称 碰撞与动量守恒 班级： 姓名： 学号： 日期：
碰撞和动量守恒 实验简介 动量守恒定律和能量守恒定律在物理学中占有非常重要的地位。力学中的运动定理和守恒定律最初是冲牛顿定律导出来的，在现代物理学所研究的领域中存在很多牛顿定律不适用的情况，例如高速运动物体或微观领域中粒子的运动规律和相互作用等，但是能量守恒定律仍然有效。因此，能量守恒定律成为了比牛顿定律更为普遍适用的定律。 本实验的目的是利用气垫导轨研究一维碰撞的三种情况，验证动量守恒和能量守恒定律。定量研究动量损失和能量损失在工程技术中有重要意义。同时通过实验还可提高误差分析的能力。 实验原理 如果一个力学系统所受合外力为零或在某方向上的合外力为零，则该力学系统总动量守恒或在某方向上守恒，即 （1） 实验中用两个质量分别为m1、m2的滑块来碰撞（图），若忽略气流阻力，根据动量守恒有 （2） 对于完全弹性碰撞，要求两个滑行器的碰撞面有用弹性良好的弹簧组成的缓冲器，我们可用钢圈作完全弹性碰撞器；对于完全非弹性碰撞，碰撞面可用尼龙搭扣、橡皮泥
或油灰；一般非弹性碰撞用一般金属如合金、铁等，无论哪种碰撞面，必须保证是对心碰撞。 当两滑块在水平的导轨上作对心碰撞时，忽略气流阻力，且不受他任何水平方向外力的影响，因此这两个滑块组成的力学系统在水平方向动量守恒。由于滑块作一维运动，式（2）中矢量v可改成标量，的方向由正负号决定，若与所选取的坐标轴方向相同则取正号，反之，则取负号。 1．完全弹性碰撞 完全弹性碰撞的标志是碰撞前后动量守恒，动能也守恒，即 （3） （4） 由（3）、（4）两式可解得碰撞后的速度为 （5） （6） 如果v20=0，则有 （7） （8） 动量损失率为 （9） 能量损失率为 （10）
控制系统设计与仿真实验报告
阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根 控制系统设计与仿真上机实验报告 学院：自动化学院 班级：自动化 姓名： 学号： 法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。． 阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根 一、第一次上机任务 1、熟悉matlab软件的运行环境，包括命令窗体，workspace等，熟悉绘图命令。 2、采用四阶龙格库塔法求如下二阶系统的在幅值为1脉宽为1刺激
下响应的数值解。 2?，??n10?0.5,??(s)G n22?????2ss nn3、采用四阶龙格库塔法求高阶系统阶单位跃响应曲线的数值解。 2?，，??5T?n100.5,???Gs)( n22???1)?s(?2s)(Ts?nn4、自学OED45指令用法，并求解题2中二阶系统的单位阶跃响应。 程序代码如下： 法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。． 阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
;曲线如下： 法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。．阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。．阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。． 阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根 二、第二次上机任务 试用simulink方法解微分方程，并封装模块，输出为。得到各、1x i 状态变量的时间序列，以及相平面上的吸引子。 ?x?x??xx?3121? ??xx?x???322 ??xx?xx??x??32321参数入口为的值以及的初值。（其中，以及??????x28?10,?8/,,3,?i1模块输入是输出量的微分。）初值分别为提示：0.001xxx?0,?0,?312s:Simulink
大学物理仿真试验仿真实验
大学物理仿真实验 实验名称:声速的测定 目的要求: 1．了解超声波的发射和接收方法。 2．加深对振动合成、波动干涉等理论知识的理解。 3．掌握用驻波法和相位法测声速。 实验原理: 由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：v = f λ，只要知道频率和波长就可以求出波速。本实验通过低频信号发生器控制换能器，信号发生器的输出频率就是声波频率。声波的波长用驻波法（共振干涉法）和行波法（相位比较法）测量。下图是超声波测声速实验装置图。
驻波法测波长 设沿x 方向入射波的方程为: 沿x 负方向反射波方程为: 两波相遇干涉时，在空间某点的合振动方程为(驻波方程): 12cos 2()cos 2() x x y y y A ft A ft ππλλ =+=-++(2cos 2)cos 2x A ft π πλ = 当2/λn x =;(n =1,2,…)位置时，声振动振幅最大,为2A ,称为波腹，当 4/)12(λ-=n x ,(n =1,2，…)位置上声振动振幅为零,这些点称为波节。其余各点的 振幅在零和最大值之间。两相邻波腹(或波节)间的距离为λ/2即半波长。 相位比较法测波长 从换能器S1发出的超声波到达接收器S 2，所以在同一时刻S 1与S 2处的波有一相位差： 其中λ是波长，x 为S 1和S 2之间距离)。因为x 改变一个 波长时，相位差就改变2π。利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。 仪器用具: 1.声速的测量实验仪器 包括超声声速测定仪、函数信号发生器和示波器。 2.超声声速测定仪 主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺。 3.函数信号发生器 1cos 2() x y A ft πλ =-2 cos 2()x y A ft πλ=+
操作系统课程设计实验报告
河北大学工商学院 课程设计 题目：操作系统课程设计 学部信息学部 学科门类电气信息 专业计算机 学号2011482370 姓名耿雪涛 指导教师朱亮 2013 年6月19日
主要内容 一、设计目的 通过模拟操作系统的实现，加深对操作系统工作原理理解，进一步了解操作系统的实现方法，并可练习合作完成系统的团队精神和提高程序设计能力。 二、设计思想 实现一个模拟操作系统，使用VB、VC、CB等windows环境下的程序设计语言，以借助这些语言环境来模拟硬件的一些并行工作。模拟采用多道程序设计方法的单用户操作系统，该操作系统包括进程管理、存储管理、设备管理、文件管理和用户接口四部分。 设计模板如下图： 注：本人主要涉及设备管理模块
三、设计要求 设备管理主要包括设备的分配和回收。 ⑴模拟系统中有A、B、C三种独占型设备，A设备1个，B设备2个，C设备2个。 ⑵采用死锁的预防方法来处理申请独占设备可能造成的死锁。 ⑶屏幕显示 注：屏幕显示要求包括：每个设备是否被使用，哪个进程在使用该设备，哪些进程在等待使用该设备。 设备管理模块详细设计 一、设备管理的任务 I/O设备是按照用户的请求，控制设备的各种操作，用于完成I/O 设备与内存之间的数据交换（包括设备的分配与回收，设备的驱动管理等），最终完成用户的I/O请求，并且I/O设备为用户提供了使用外部设备的接口，可以满足用户的需求。 二、设备管理函数的详细描述 1、检查设备是否可用（主要代码） public bool JudgeDevice(DeviceType type) { bool str = false; switch (type) { case DeviceType.a: {
大学物理仿真实验报告牛顿环分析
大学物理仿真实验报告 实验名称：牛顿环法测曲率半径实验日期： 专业班级： 姓名：学号： 教师签字：________________ 一、实验目的 1.学会用牛顿环测定透镜曲率半径。 2.正确使用读书显微镜，学习用逐差法处理数据。 二、实验仪器 牛顿环仪，读数显微镜，钠光灯，入射光调节架。 三、实验原理 如图所示，在平板玻璃面DCF上放一个曲率半径很大的平 凸透镜ACB，C点为接触点，这样在ACB和DCF之间，形 成一层厚度不均匀的空气薄膜，单色光从上方垂直入射到 透镜上，透过透镜，近似垂直地入射于空气膜。分别从膜 的上下表面反射的两条光线来自同一条入射光线，它们满 足相干条件并在膜的上表面相遇而产生干涉，干涉后的强 度由相遇的两条光线的光程差决定，由图可见，二者的光 程差等于膜厚度e的两倍，即 此外，当光在空气膜的上表面反射时，是从光密媒质射向光疏媒质，反射光不发生相位突变，而在下表面反射时，则会发生相位突变，即在反射点处，反射光的相位与入射光的相位之间相差π，与之对应的光程差为λ/2 ，所以相干的两条光线还具有λ/2的附加光程差，总的光程差为（1） 当?满足条件（2）时，发生相长干涉，出现第K级亮纹，而当（k = 0,1,2…）（3）时，发生相消干涉，出现第k级暗纹。因为同一级条纹对应着相同的膜厚，所以干涉条纹是一组等厚度线。可以想见，干涉条纹是一组以C点为中心的同心圆，这就是所谓的牛顿环。
如图所示，设第k级条纹的半径为，对应的膜厚度为，则 （4） 在实验中，R的大小为几米到十几米，而的数量级为毫米，所以R >> e k，e k2相对于2Re k是一个小量，可以忽略，所以上式可以简化为 （5） 如果r k是第k级暗条纹的半径，由式（1）和（3）可得 （6） 代入式（5）得透镜曲率半径的计算公式 （7） 对给定的装置，R为常数，暗纹半径 （8） 和级数k的平方根成正比，即随着k的增大，条纹越来越细。 同理，如果r k是第k级明纹，则由式（1）和（2）得 （9） 代入式（5），可以算出（10）由式（8）和（10）可见，只要测出暗纹半径（或明纹半径），数出对应的级数k，即可算出R。
实验四直流调速系统仿真与设计
实验四 直流调速系统仿真与设计 一、 实验目的 1、掌握连续部分的程序实现方法； 2、熟悉仿真程序的编写方法。 二、 实验内容 一转速、电流双闭环控制的H 型双极式PWM 直流调速系统，已知电动机参数为：N P =200W ，N U =48V ，N I =4A ，额定转速 500r/min ，电枢电阻Ra=6.5欧，电枢回路总电阻R=8欧，允许电流过载倍数2λ=，电势系数C 0.12min/e V r =?，电磁时间常数s T l 015.0=，机电时间常数s T m 2.0=，电流反馈滤波时间常数 s T oi 001.0=，转速反馈滤波时间常数s T on 005.0=。设调节器输入输出电压 ** nm im cm U U U 10V ===，调节器输入电阻Ω=k R 400。已计算出电力晶体管D202 的开关频率f 1kHz =，PWM 环节的放大倍数s K 4.8=。 试对该系统进行动态参数设计，设计指标：稳态无静差，电流超调量i 5%σ≤；空载起动到额定转速时的转速超调量n 20%σ≤；过渡过程时间s t 0.1s ≤。 建立系统的仿真模型，并进行仿真验证。 一、 设计计算 1. 稳态参数计算 根据两调节器都选用PI 调节器的结构，稳态时电流和转速偏差均应为零；两调节器的输出限幅值均选择为12V 电流反馈系数；A V A V I U im /25.14210nom *=?==λβ 转速反馈系数：r V r V n U nm min/02.0min /50010max *?===α 2. 电流环设计 （1）确定时间常数 电流滤波时间常数T oi =0.2ms ，按电流环小时间常数环节的近似处理方法，则 s T T T oi s i 0003.00002.00001.0=+=+=∑ （2）选择电流调节器结构 电流环可按典型Ⅰ型系统进行设计。电流调节器选用PI 调节器，其传递函数为 s s K s W i i i ACR ττ1 )(+=
030741001《电子系统设计》课程教学大纲2010计划
《电子系统设计》课程教学大纲 课程代码：030741001 课程英文名称：Electronic system design 课程总学时：48 讲课：32 实验：16 上机：0 适用专业：电子信息科学与技术专业 大纲编写（修订）时间：2011.5 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 电子系统设计是电子信息科学与技术专业本科生的必修专业课之一，通过课程了解并掌握电子系统的基本构成、电子设计单元电路，特别是掌握基于单片机、CPLD、FPGA的设计方法，提高学生的综合素质，培养创新精神。 通过本课程的学习，学生将达到以下要求： 1．掌握电子系统方案设计的基本原理和方法，应用方案比较，方案论证，工作原理考核，测试方案论证，测试仪器选择，数据分析，系统总结等方法进行系统整体方案设计； 2．具有设计单元电路的能力； 3. 具有运用相关电子设计工具软件的应用能力，能使用相应软件进行实例设计； 4．具有基于硬件平台进行电子系统综合调试的能力，能够实现某些基本功能； 5．了解电子系统的最新技术和发展方向。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 1.基本知识：掌握电子系统设计的基本思想、原理、方法。 2.基本理论和方法：掌握包括电源设计、键盘输入、显示输出等基本电路，掌握应用单片机、CPLD、FPGA进行系统设计的基本原理和方法。 3.基本技能: 能够应用单片机、CPLD、FPGA为核心芯片进行简单系统的设计。 （三）实施说明 1．教学方法：课堂讲授中要重点对基本概念、基本方法的讲解；采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，培养学生的自学能力；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性；讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力，重点应放在提高工程应用的训练上。 2．教学手段：本课程属于应用技术类的专业课，教学内容中设计大量的电路设计和程序设计。在教学中应结合实际，如真实的电子器件、开发板等实物进行讲解以增加学生的感性认识，对程序设计调试等内容采用多媒体教学，以确保在有限的学时内，全面、高质量地完成课程教学任务。 （四）对先修课的要求 本课程的教学必须在完成先修课程之后进行。本课程主要的先修课程有模拟电子技术A、数字电子技术A、单片机、数字系统与VHDL。本课程将为毕业设计的学习打下良好基础。 （五）对习题课、实践环节的要求 1．对重点、难点章节应安课堂演示，结合开发板等进行现场调试等，例题的选择以培养学生消化和巩固所学知识，用以解决实际问题为目的。 2．课后作业要少而精，内容以查资料、进行实际电路设计为主，并针对学生的典型设计进行课堂讲解和讨论，分析不同设计的差别和优缺点，对设计方法要鼓励多样化。学生必须独立、按时完成课外习题和作业，作业的完成情况应作为评定课程成绩的一部分。
大学物理仿真实验实验报告 超声波测声速
大学物理仿真实验实验报告 试验日期： 实验者： 班级： 学号： 超声波测声速 一实验原理 由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：v = f λ，只要知道频率和波长就可以求出波速。本实验通过低频信号发生器控制换能器，信号发生器的输出频率就是声波频率。声波的波长用驻波法（共振干涉法）和行波法（相位比较法）测量。下图是超声波测声速实验装置图。 驻波法测波长 由声源发出的平面波经前方的平面反射后，入射波与发射波叠加，它们波动方程分 别是：
叠加后合成波为： 的各点振幅最大，称为波腹，对应的位置： ( n =0,1,2,3……) 的各点振幅最小，称为波节，对应的位置： ( n =0,1,2,3……) 二实验仪器 1）声速的测量实验仪器 包括超声声速测定仪、函数信号发生器和示波器 2）超声声速测定仪 主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺。 3）函数信号发生器 提供一定频率的信号，使之等于系统的谐振频率。 4）示波器 示波器的x, y轴输入各接一个换能器，改变两个换能器之间的距离会影响示波器上的图形。并由此可测得当前频率下声波的波长，结合频率，可以求得空气中的声速。 三实验内容 1．调整仪器使系统处于最佳工作状态。 2．用驻波法（共振干涉法）测波长和声速。 3．用相位比较法测波长和声速。
*注意事项 1．确保换能器S1和S2端面的平行。 2．信号发生器输出信号频率与压电换能器谐振频率f 0保持一致。 三 数据记录与处理 1． 基础数据记录 谐振频率=33.5kHz 2． 驻波法测量声速 λ的平均值：==∑=1 6i i λλ 1.0585（cm ） λ的不确定度： ) 1()(6 1 2 --= ∑=i i S i i λλ λ＝0.002（cm ） 因为，λi = (1i+6-1i ) /3，Δ仪=0.02mm 所以，＝仪?= 3 32λu 0.000544（cm ） =+=22λ λλσu S 0.021（mm ） 计算声速： 50.354==λυf （m/s ） 计算不确定度： (m/s) 3)()((kHz) 2.03 %122=+==?= f f f f λσσσσλυ 实验结果表示：υ=（354±3）m/s ，=0.8% 3． 相位比较法测量声速
电子科技大学 实验设计方法 实验报告
电子科技大学 实 验 报 告 学生姓名：黎超群 学号： 20 指导教师：王守绪、何为 日期： 2014年5月13日
一、实验室名称： 211大楼 二、实验项目名称： 统计分析应用软件在优化试验设计中的应用 三、实验原理： 统计分析应用软件可以应用在优化试验设计中以简化运算，提高工作效率 四、实验目的： 1. 掌握“正交助手”应用软件在正交试验统计分析法中的应用 2. 熟悉Minitab、DPS统计分析应用软件在多元回归分析中的应用 3. 熟悉“均匀设计”应用软件在均匀试验设计以及分析方法中的应用 4. 加深对理论教学知识的理解 5. 更深刻理解试验设计方法在实际工作中的应用 五、实验内容： 1、用“正交设计助手”进行正交实验的极差分析和方差分析 2、用“正交设计助手”处理带交互作用的正交试验问题 3、minitab进行正交实验的方差分析 4、minitab处理多元回归分析问题 5、“均匀设计”软件解决均匀设计问题的一般流程 6、用DPS数据处理系统处理正交实验及回归分析 六、实验器材（设备、元器件）： 计算机、正交设计助手软件、Minitab软件、均匀设计软件、DPS数据处理系统
七、实验步骤： Ⅰ. 用“正交设计助手”进行正交实验的极差分析和方差分析 1.点击文件→新建工程→右击未命名工程→修改工程→键入用户名→点击实验 34）→再点→新建实验→填写实验名称和描述→点击旁边选项卡选择正交表（L 9 击“因素与水平”选项卡填写实验因素和水平（图1）→软件自动完成实验安排（图2）→填写实验结果（图3）→点击分析→“直观分析”得到极差分析结果（图4）→点击“因素指标”得到各因素二元图（图5）→点击“方差分析”→选择误差列为空白列得到方差分析结果（图6）→实验Ⅰ结束 图1 图2 图3 图4 图5 图6Ⅱ. 用“正交设计助手”处理带交互作用的正交试验问题 27）→填写因素、交互作点击新建实验→填写实验名称和描述→选择正交表（L 8 用和水平（图1）→软件自动安排实验（图2）→输入实验结果（图3）→点击“直观分析”得到极差分析结果（图4）→点击“交互作用”→选择发生交互作用的A、B得到交互作用表（图5）→点击“方差分析”得到方差分析结果（图6）
哈工大 计算机仿真技术实验报告 仿真实验四基于Simulink控制系统仿真与综合设计
基于Simulink 控制系统仿真与综合设计 一、实验目的 (1) 熟悉Simulink 的工作环境及其功能模块库； (2) 掌握Simulink 的系统建模和仿真方法； (3) 掌握Simulink 仿真数据的输出方法与数据处理； (4) 掌握利用Simulink 进行控制系统的时域仿真分析与综合设计方法； (5) 掌握利用 Simulink 对控制系统的时域与频域性能指标分析方法。 二、实验内容 图2.1为单位负反馈系统。分别求出当输入信号为阶跃函数信号)(1)(t t r =、斜坡函数信号t t r =)(和抛物线函数信号2/)(2t t r =时，系统输出响应)(t y 及误差信号)(t e 曲线。若要求系统动态性能指标满足如下条件：a) 动态过程响应时间s t s 5.2≤；b) 动态过程响应上升时间s t p 1≤；c) 系统最大超调量%10≤p σ。按图1.2所示系统设计PID 调节器参数。 图2.1 单位反馈控制系统框图
图2.2 综合设计控制系统框图 三、实验要求 (1) 采用Simulink系统建模与系统仿真方法，完成仿真实验； (2) 利用Simulink中的Scope模块观察仿真结果，并从中分析系统时域性能指标（系统阶跃响应过渡过程时间，系统响应上升时间，系统响应振荡次数，系统最大超调量和系统稳态误差）； (3) 利用Simulink中Signal Constraint模块对图2.2系统的PID参数进行综合设计，以确定其参数； (4) 对系统综合设计前后的主要性能指标进行对比分析，并给出PID参数的改变对闭环系统性能指标的影响。 四、实验步骤与方法 4.1时域仿真分析实验步骤与方法 在Simulink仿真环境中，打开simulink库，找出相应的单元部件模型，并拖至打开的模型窗口中，构造自己需要的仿真模型。根据图2.1 所示的单位反馈控制系统框图建立其仿真模型，并对各个单元部件模型的参数进行设定。所做出的仿真电路图如图4.1.1所示。
软件设计与体系结构实验报告
福建农林大学计算机与信息学院 实验报告 课程名称：软件设计与体系结构 姓名：陈宇翔 系：软件工程系 专业：软件工程 年级：2007 学号：070481024 指导教师：王李进 职称：讲师 2009年12月16日
实验项目列表
福建农林大学计算机与信息学院实验报告 学院：计算机与信息学院专业：软件工程系年级：2007 姓名：陈宇翔 学号：070481024 课程名称：软件设计与体系结构实验时间：2009-10-28 实验室田实验室312、313计算机号024 指导教师签字：成绩： 实验1：ACME软件体系结构描述语言应用 一、实验目的 1）掌握软件体系结构描述的概念 2）掌握应用ACMESTUDIO工具描述软件体系结构的基本操作 二、实验学时 2学时。 三、实验方法 由老师提供软件体系结构图形样板供学生参考，学生在样板的指导下修改图形，在老师的指导下进行软件体系结构描述。 四、实验环境 计算机及ACMESTUDIO。 五、实验内容 利用ACME语言定义软件体系结构风格，修改ACME代码，并进行风格测试。 六、实验操作步骤 一、导入Zip文档 建立的一个Acme Project，并且命名为AcmeLab2。如下图：
接着导入ZIP文档，导入完ZIP文档后显示的如下图： 二、修改风格 在AcmeLab2项目中,打开families下的TieredFam.acme.如下图： 修改组件外观 1. 在组件类型中，双击DataNodeT; 在其右边的编辑器中，将产生预览；选择Modify 按钮，将打开外观编辑器对话框。 2. 首先改变图形：找到Basic shape section，在Stock image dropdown menu中选 择Repository类型. 3. 在Color/Line Properties section修改填充颜色为深蓝色。 4. 在颜色对话框中选择深蓝色，并单击 [OK]. 5. 修改图形的边框颜色为绿色 7. 单击Label tab，在Font Settings section, 设置字体颜色为白色,单击[OK] 产生的图形如下图：
大学物理仿真实验报告——碰撞与动量守恒
大学物理仿真实验实验报告 碰撞和动量守恒 班级：信息1401 姓名：龚顺学号：201401010127 【实验目的】： 1 了解气垫导轨的原理，会使用气垫导轨和数字毫秒计进行试验。 2 进一步加深对动量守恒定律的理解，理解动能守恒和动量守恒的守恒条件。 【实验原理】 当一个系统所受和外力为零时，系统的总动量守恒，即有 若参加对心碰撞的两个物体的质量分别为m1和m2 ，碰撞前后的速度分别为V10、V20和V1 、V2。 1，完全弹性碰撞在完全弹性碰撞中，动量和能量均守恒，故有： 取V20=0，联立以上两式有： 动量损失率： 动能损失率： 2，完全非弹性碰撞 碰撞后两物体粘在一起，具有相同的速度，即有： 仍然取V20=0，则有： 动能损失率：
动量损失率： 3，一般非弹性碰撞中 一般非弹性碰撞中，两物体在碰撞后，系统有部分动能损失，定义恢复系数： 两物体碰撞后的分离速度比两物体碰撞前的接近速度即恢复系数。当V20=0时有： e的大小取决于碰撞物体的材料，其值在0~1之间。它的大小决定了动能损失的大小。 当e=1时，为完全弹性碰撞；e=0时，为完全非弹性碰撞；0