中学物理实验教学探究--光纤马赫—曾德尔磁场传感器实验设计

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1、分类号：Ｏ４３学校代码：１０６９７密级：公开学号：２０１６３１５１７ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ硕士专业学位ｉ论文ＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅＰｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌＤｅｇｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒ中学物理实验教学探究——光纤马赫－曾德尔磁场传感器实验设计学科名称：学科教学）（物理专业学位类别：教育硕士作者：丁相梓指导老师：杨杭洲教授西北大学学位评定委员会二〇一八年Researchonphysicsexperimentteachinginmiddleschoo

2、l——experimentdesignofopticalfibermach-zendellmagneticfieldsensorAthesissubmittedtoNorthwestUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinsubjectteaching(physics)ByXiangziDingSupervisor:HangzhouYangProfessorMarch2018摘要摘要光学是中学物理教学中必不可少的一部分，实验是光学研究的基

3、础，许多物理规律都是在实验基础上总结而来。实验作为物理教学中不可缺少的一环，其不仅能够培养学生的兴趣、动手能力以及思维能力，而且有助于学生对物理规律与知识的掌握。然而目前仍有部分地区学校的教师存在着重理论、轻实验的思想，对学生的发展产生了不利影响。作者基于研究生期间的研究内容，通过基于马赫-曾德尔干涉型磁场传感器理论分析与实验设计相结合的方式，论述了中学物理教学中实验所具有的重要意义以及教师在实验过程中所应保持的教育理念。本论文的主要研究内容如下：作者设计并实验论证了一种基于单模-多模-光子晶体光纤-单模结构和磁流体相结合的马赫-曾德

4、尔干涉型磁场传感器。光子晶体光纤利用飞秒激光进行打孔，磁流体通过毛细管效应被填充到光子晶体光纤的包层空气孔内。多模光纤增强了高阶模式的激发并显著提高了磁场的灵敏度。磁场强度在2mT到20mT之间时，该传感器的波长灵敏度为0.07334nm/mT，在1mT和20mT磁场范围内获得了-0.13dB/mT的磁场强度灵敏度。该传感器结构内所有光纤均采用对芯拼接方式熔接制作，提高了传感器结构的机械强度并且降低了熔接损耗。其结构紧凑、成本低并且具有较高的机械强度，足以证明其在磁场传感中的潜在价值。以作者所设计的马赫-曾德尔干涉型磁场传感器为例，阐

5、述了教师在整个实验过程中的重要作用及其正确的教育理念。实验前的准备工作中，教师以理论基础为主，注重于课堂讲解；实验进行过程中，教师更多的是扮演引导者的角色，充分发挥学生的自主能动性，培养学生在实验过程中的乐趣，着重于实验过程而非实验结果；实验结果的分析过程中，学生在教师的指导下，对实验结果进行处理分析并比较同类传感器，发现优缺点、评估创新性，优化或改进所制作的光纤磁场传感器。最后，教师基于整个实验过程总结分析以加深学生们的印象。关键词：光纤马赫-曾德尔干涉仪，中学物理，实验教学，光纤磁场传感器，教育理念IABSTRACTABSTRAC

6、TOpticsisanessentialpartofmiddleschoolphysicsteaching.Experimentisthefoundationofopticalresearch,andmanylawsofphysicsaresummarizedonthebasisofexperiments.Asanindispensablepartofphysicsteaching,experimentcannotonlycultivatestudents'interest,practicalabilityandthinkingabi

7、lity,butalsohelpstudentsmasterthelawsofphysicsandknowledge.However,therearestillsometeachersofregionalschoolwhohavethethoughtofemphasizingtheoryandbelittlingexperiment,whichhashadanegativeeffectonthedevelopmentofstudents.Theauthorbasedontheresearchcontentsofgraduatestud

8、entperiod,throughtomach-zehnderinterferencemagneticfieldsensorcombinationoftheoreticalanalysisandexperimentdes