《平面镜成像》教学设计及反思

这是不久前在大连举行的全国青年物理教师教学大赛的一节参赛课，笔者想根据亲身体验，谈谈教学设计及教学反思。     

透镜成像规律的图象解析

本从透镜成像公式的函数图象,利用数形结合的方法,分析透镜成像规律及其应用。     

多孔介质内多相多组分渗流磁共振成像检测实验系统研制

针对探头内径较小的磁共振成像仪器,设计了专用的小直径环压式岩心夹持器以及相应的实验配套系统,整套设备可以实现多孔介质内多相多组分渗流的可视化及量化分析实验研究,并以水驱及随后超临界CO2混相驱实验为案例详细介绍了该实验系统的使用步骤和方法,该系统对开展油气藏、煤层气、天然气水合物等地下能源开采,以及温室气体地下埋存、地下水和污染物运移等领域的相关教学和科研工作具有重要意义。     

基于电阻抗成像的食品中异物检测仿真研究

为了研究电阻抗成像系统参数对食品内异物成像品质的影响,验证有限元仿真方法能够模拟电阻抗成像硬件系统获取成像数据,利用16电极电阻抗成像系统和有限元仿真方法,通过相邻激励测量模式得到实测和仿真电压成像数据,采用牛顿-拉夫逊算法实现了异物的图像重建,并用图像质量函数D和结构相似度函数SSIM对重建图像进行定量评价。结果表明,计算机仿真方法能模拟电阻抗成像硬件系统,优化成像条件,提高研究效率;迭代次数小时重建图像锐度好,迭代次数到达一定值后,增加迭代次数对成像品质没有影响;对直径为100mm的圆形域,电极宽度为7.5mm时成像效果最好;正则化系数有与电阻抗成像系统条件相匹配的最优值。     

Offner型高光谱成像系统的设计

在分析曲面棱镜特性的基础上,研究了系统的光谱分辨率与曲面棱镜结构之间的关系,给出了系统初始结构的计算方法;设计了可见光谱段的高光谱成像系统,其中曲面色散棱镜由冕牌玻璃和火石玻璃组合而成,用以减小光谱分辨率的非线性以及提高系统的成像质量;采用Zemax光学设计软件对系统进行优化,在400~800nm谱段内,平均光谱分辨率优于5nm,谱带弯曲均小于0.085个像元,谱线弯曲均小于0.092个像元。     

高技术前沿

曲面上组装复杂三维结构及电子器件的新方法清华大学航天航空学院张一慧教授课题组提出了一种力学引导的逐级三维组装策略,使得平面薄膜或器件可以在众多三维曲面上变形为复杂的三维结构或器件,包括规则曲面(如半球面、圆柱面、螺旋面和双曲面)和仿生曲面(如缠绕的藤蔓、人脸、类大脑、主动脉和心脏等)。相关成果发表于《科学进展》(Science Advances)。在摩擦力传感、微型机器人可控运动、宽视场光学成像和流速测量等众多领域,基于三维立体结构的微电子和光电子器件具有不可或缺的作用。研究者通过理论分析、有限元仿真和实验对逐级组装策略的有效性进行了验证,在十余种不同曲面基底上设计制造了几十种具有不同几何构型的三维结构。     

生活中唯一可以用到的数理化

网上曾流行过这样一个段子：“很多年前,我能做三角函数,解多元高次方程,会画大气环流图,能背化学元素表,知道小孔成像,看得懂电路图,知道牛顿定律,能背很多文言文,英语语法也熟,知道植物细胞有细胞壁而动物细胞没有……现在,我就是个文盲……”怎么样,有没有一枪命中你脆弱的小心脏？     

基于科研成果转化的超分辨显微成像教学实验设计

为培养创新应用型工程人才,融合专业基础知识与教师科研成果,利用MATLAB GUI强大的计算和人机交互功能构建STED超分辨显微成像仿真实验平台。通过GUI界面可以方便地进行各项参数设置和可视化入射光像差和偏振态对超分辨效果的影响,具有良好的可操作性和交互性。借助该仿真实验摆脱了实验仪器、场地等束缚,解决了实验装置复杂、设备昂贵等问题,为实验教学提供了一种可视化手段,同时还实现了基础理论与前沿技术的融会贯通,使学生充分认识和掌握高新技术,为拔尖创新人才提供了重要的培养途径。     

温带季风气候区校园常见灌木的气孔特征——以临沂大学为例

选取了临沂大学校园内23种灌木,采用印迹法和显微成像系统测定气孔数目、气孔长度和宽度、气孔器长度和宽度、气孔周长、气孔面积及气孔密度等各项指标,并对各项指标进行了比较分析,结果如下:(1)在所观察的树种中,多数树种的气孔形状为椭圆形,少数为细长型和近圆形;多数树种的气孔类型为无规则型,少数为平列型和不等型.(2)不同科属树种间气孔数目、气孔大小及气孔密度差异较大.(3)气孔面积大小与气孔密度呈负相关关系(R=-0.5505),体现了植物适应环境的生态权衡策略.(4)气孔的形态特征很难作为所实验树种分类的依据,而气孔的数量特征具有较大的稳定性,可以为不同科属树种的分类提供参考.