光电效应新探索:物联网赋能的多终端实验系统荣获科技大赛一等奖
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2025-06-17 22:00:25
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在福建省泉州市第七中学,一项关于光电效应实验的创新教学项目脱颖而出,为学生提供了深入理解量子物理的崭新平台。该项目不仅优化了传统实验设备的不足,还融入了物联网技术,实现了实验数据的实时共享与分析,极大地丰富了物理实验教学的内容与形式。

传统光电效应演示器存在一些局限性,如无法灵活改变电源方向以研究遏止电压,以及实验电路固定,限制了学生的自主探究空间。针对这些问题,项目团队设计了一种新型实验系统,该系统包含可自动切换多种单色光输出的光源模组,能够精确获取单色光的波长,为实验提供了准确的数据基础。

实验系统还采用了标准化电学器件设计,这些器件尺寸统一,底部装有磁铁,可以方便地在磁吸式电学实验区进行自由组合与连接。学生可以根据自己的实验需求,自主设计电路,进行拓展性实验探究,这不仅提升了学生的实践能力,也激发了他们的创新思维。

在实验操控方面,项目团队引入了电容式触摸屏,使得学生可以轻松操控实验设备、设置参数、处理数据,并通过微课学习相关知识。同时,物联网技术的应用更是打通了实验数据流,实现了多终端数据共享与处理,包括交互界面、黑板磁吸电表、网页端数据大屏及手机端等,为师生提供了灵活多样的数据呈现方式。

在实验测试环节,学生们通过该系统探究了光电管的伏安特性曲线,以及遏止电压与入射光波长的关系。实验结果显示,随着光电管两端反向电压的增大,光电流迅速降低,直至为零,此时测得的遏止电压与入射光波长之间存在明显的相关性。通过进一步的数据分析,学生们还成功测量出了普朗克常量,以及光电管阴极材料的极限波长。

该系统还具备创新拓展功能,如通过测量液体浓度对光电流的影响,实现了光电效应在液体浓度测量中的应用。这一拓展实验不仅加深了学生对光电效应原理的理解,也为他们提供了将理论知识应用于实际问题的机会。

为了对学生实验操作进行过程性评价,项目团队还开发了上位机软件,能够实时记录学生操作痕迹和传感器数据,辅助教师对学生的实验操作能力进行量化评分。这一评价功能的实现,不仅提高了评价的准确性,也促进了学生实验技能的持续提升。

凭借这一创新项目,福建省泉州市第七中学在第38届全国青少年科技创新大赛中荣获科技辅导员科技教育创新成果一等奖,充分展示了该校在物理实验教学方面的创新实力与成果。

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