由國家級實驗教學示范中心聯(lián)席會物理學科組、全國高等學校實驗物理教學研究會、中國物理學會物理教學委員會主辦，南昌大學承辦，《物理實驗》雜志協(xié)辦的2021年全國大學生物理實驗競賽（創(chuàng)新）決賽于11月27-28日線上舉行，中山大學物理學院三支隊伍參加比賽，經(jīng)過ppt陳述、實驗演示和問辯三個環(huán)節(jié)的比拼，最終獲得2項一等獎和1項二等獎。該項賽事于2021年3月啟動，設(shè)有命題類、自選類和講課類三個類別，共有來自全國480所高校的1644支隊伍參賽。

唐健副教授指導李菁彤和林煜森同學設(shè)計制作的參賽作品“利用鎖相放大器的微弱磁場測量系統(tǒng)”，借助鎖相放大器和磁光晶體實現(xiàn)了精度為10μT的磁感應(yīng)強度測量，從590支隊伍中脫穎而出，獲得命題類一等獎。

利用鎖相放大器的微弱磁場測量系統(tǒng) 李菁彤和林煜森

王福娟和李佼洋實驗師指導黨培海、盧宇煌和岳衍錦三位同學設(shè)計制作的參賽作品“基于玻璃球的虹與霓及高階彩虹實現(xiàn)”獲得命題類二等獎。

基于玻璃球的虹與霓及高階彩虹實現(xiàn) 黨培海、盧宇煌和岳衍錦

王福娟和李佼洋實驗師指導廖喬林、梁子東、劉致遠、彭有和劉笑鵬五位同學設(shè)計制作的“邁克爾遜干涉綜合實驗儀”，實現(xiàn)了白光LED時間相干性和空間相干性的實驗演示和定量測量，在614支隊伍的激烈角逐中名列前茅，獲得自選類一等獎。 

邁克爾遜干涉綜合實驗儀 廖喬林、梁子東、劉致遠、彭有和劉笑鵬

本次參賽得到學院黨委、物理實驗教學中心和物理學拔尖人才培養(yǎng)基地的大力支持，從實驗儀器配件等硬件設(shè)施、實驗場地和經(jīng)費，以及師資和技術(shù)支持等各方面保證了參賽的順利進行。

李菁彤和林煜森同學的參賽過程和心得

五月份得知有全國大學生物理實驗競賽后，我們就決定要參加，選定磁場這一題目后，我們馬上開始了文獻調(diào)研。測量磁場的方法有很多種，如磁通門法，光子晶體光纖法，霍爾效應(yīng)法等等。在與唐健老師多次討論，并考慮了可操作性和成本后，我們最終選擇了法拉第旋光效應(yīng)法和磁流體衍射光譜法，并開始準備實驗材料。

7月中旬，我們開始搭建實驗儀器，進行預(yù)實驗。

8月初，根據(jù)預(yù)實驗的結(jié)果，我們最終選定了法拉第旋光效應(yīng)法。但由于測量精度不夠，我們計劃加上磁調(diào)制模塊，用鎖相放大器提升測量精度。

    8月末，初步得到了精度為10μT的結(jié)果。9-11月，我們改進光路，并將實驗儀器放到暗箱中，得到一套較為成熟的儀器。

在改進實驗的過程中，我們充分利用周圍資源條件解決遇到的問題，如利用3D打印制作晶體支架，利用型材搭建硅光電探測器支架，自主設(shè)計了小型化的儀器。

          3D打印晶體支架              小型化儀器設(shè)計

在比賽過程中，我們鍛煉了實踐能力，思考能力，拓展了視野。參賽過程中得到唐健副教授的悉心指導，也得到王自鑫副教授、文錦輝副教授、趙福利教授、李潮銳副教授及其課題組的儀器和技術(shù)支持。陸祐堂的黃臻成、龐曉寧等老師們，在實驗平臺與技術(shù)支持上提供了很大的幫助，保障了實驗的順利進行和答辯的成功演示。在各位老師的幫助與指導下，實驗順利進展，并取得了較理想的結(jié)果。在此，非常感謝本次備賽過程中提供平臺與儀器支持的各位老師！

廖喬林、梁子東、劉致遠和劉笑鵬同學的感悟

廖喬林: 利用實驗室各種光機電器件從頭設(shè)計和搭建一個光路是十分有意思的事。在最開始邁克爾遜干涉光路的搭建中，我有了與課程實驗完全不同的體驗：沒有詳盡的原理和實驗步驟提供參考，我們要從零開始利用現(xiàn)有的元器件設(shè)計和搭建光路，并根據(jù)實際情況不停地修改完善。還記得一開始由于沒有經(jīng)驗，我們搭建的光路準直性非常差，以致在相當長的一段時間內(nèi)我們都是在不斷地重復(fù)調(diào)試光路，對于出現(xiàn)的干涉信號的調(diào)控我們也只能是以一種碰運氣的心態(tài)進行。而幾個月后，我們對于這個光路系統(tǒng)已經(jīng)是了如指掌，即使突發(fā)意外光路被弄亂，我們現(xiàn)在也能在短時間內(nèi)調(diào)節(jié)回初始狀態(tài)。還有一件令我記憶深刻的事是在一開始，我們從光譜數(shù)據(jù)得出的相干長度理論值與我們實驗測量得到的實驗值總是相差大概一倍。我們?yōu)榇瞬粩鄡?yōu)化實驗的測量，還探索出利用激光波長標定壓電陶瓷移動速度的手段，但一直無法解決問題。直到后來我們仔細檢索文獻，才發(fā)現(xiàn)在最原始的那篇文獻中相干長度的定義與我們的定義就是相差一倍的關(guān)系，是理論值的問題而不是我們實驗測量的失誤，我心里的那塊石頭才最終放下，我也因此對我們的儀器充滿了信心。

梁子東: 項目執(zhí)行期間，給我的體會最深的是要善于思考，并主動動手動腦尋找最佳的解決方案。由于我們的實驗系統(tǒng)后期需要搬到一個封裝箱中。暑假后半段，為了早日將實驗儀器裝箱，以方便后續(xù)的數(shù)據(jù)測量，我?guī)缀趺刻於记巴鶎嶒炇疫M行實驗光路改進。這一步是非常耗費時間和精力的，往往花了大量時間搭建了光路，卻由于位置不夠或不夠方便、美觀等原因要將已經(jīng)搭好的儀器拆卸并重新安裝，我暑假階段都在進行將原本實驗光路裝箱并初步校準這一步驟。盡管這一過程是困難的、繁瑣的，也正是由此鍛煉了我的耐心和毅力，實驗往往不是一步到位的，遇到困難和失敗不要放棄，積極主動尋找解決困難的方法，一步一步摸索到能走得通的道路，就是我們在進行科研工作時應(yīng)當具備的優(yōu)良素質(zhì)。

劉致遠: 在這次比賽中，我最大的收獲就是要對自己和團隊充滿信心，要與小組成員通力配合。在決賽的前一周，我們自認為對儀器已經(jīng)有了足夠的了解，并且對決賽的答辯已經(jīng)做好了充分的準備。但是，在進行了校內(nèi)的兩次模擬答辯后，我們發(fā)現(xiàn)在一些問題上我們了解地還不夠深入。面對老師們提出的一些較為深入的問題還無法立刻給出答案。舉例來說，我們對儀器的誤差、精度和誤差來源還沒有進行透徹的分析。在經(jīng)過幾個晚上的討論后，我們對模擬答辯過程中暴露出來的問題進行了較為深入的分析并給出了滿意的答案，這也使得我們較好地應(yīng)對了決賽的答辯。我負責的是宣講部分，由于時間緊張而且我這方面的經(jīng)驗比較欠缺，導致我在前幾次模擬時都不夠自信。在隊友和老師的鼓勵和建議下，我反復(fù)修改完善宣講用的PPT，不斷模擬練習，宣講的質(zhì)量有了較大的提升。這段經(jīng)歷也給了我不少的信心，正是因為有了充分的準備和足夠的信心，我在決賽當天的宣講中也沒有掉鏈子，高質(zhì)量地完成了自己負責的部分。在此，我發(fā)自內(nèi)心地感謝組員們以及指導老師們。

劉笑鵬: 這次比賽給我最大的幫助就是我發(fā)現(xiàn)了自己的進步，敢于自己動手去修繕光路。決賽的前兩天，我們在實驗室測量數(shù)據(jù)時，由于發(fā)生了一個意外，導致光路出現(xiàn)了一些問題，整個光路的準直性十分不好，無論是激光光源還是待測光源都明顯偏離光軸，這就導致幾乎所有器件都要重新安裝并校正準直。后面兩天都幾乎滿課，時間這么緊張，我一下慌亂起來，擔心不能很好的恢復(fù)光路，影響數(shù)據(jù)測量和比賽當天的演示。必須盡快恢復(fù)光路，容不得任何猶豫拖延。重新固定好分光晶體，調(diào)整激光光源，調(diào)節(jié)參考臂樣品臂準直，調(diào)整待測白光源，調(diào)節(jié)光譜儀、探測器……大概過了三個小時，從晚上七點到十點，光路修復(fù)完畢，重新測量了一些數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)實驗結(jié)果很好，終于成功修復(fù)了儀器。這時，我才意識到之前一直躲在“幕后”處理數(shù)據(jù)的我也可以調(diào)整好儀器，這給了我很多信心，也讓我明白除了理論了解充分外，也要敢于去動手實驗，只有當理論與實驗相結(jié)合，你才是真正掌握了這個知識。

經(jīng)過這次實驗比賽，讓我們知道了設(shè)計和搭建一套全新的實驗裝置并沒有想象中的那么容易。盡管這次實驗的原理不算復(fù)雜，但是我們卻用了將近兩個月時間來調(diào)節(jié)和校準儀器、測量數(shù)據(jù)、分析驗證結(jié)果，有很多次都呆在實驗室處理儀器、拍攝視頻、分析問題……工作到很晚，也經(jīng)常在宿舍加班加點處理視頻、數(shù)據(jù)和文檔，過程之辛苦復(fù)雜超過了最初的預(yù)期。不過也正是通過這次比賽，我們學會了分工合作，發(fā)揮出各自的長處，協(xié)調(diào)每個人的工作，群策群力、集思廣益，解決了一個又一個的問題，從而更加高效地完成了各種繁雜任務(wù)，我們切身感受到了團體的力量遠遠比個人更加強大。

本項目在物理實驗教學中心光電信息專業(yè)實驗室完成，得到王福娟、李佼洋、蔡志崗和王嘉輝老師的悉心指導和大力支持。備賽過程中也得到周建英教授、佘衛(wèi)龍教授、沈韓副教授的指點和幫助，基礎(chǔ)物理實驗室的黃臻成和馮饒慧老師也向我們提供了儀器和技術(shù)支持，特此向物理實驗教學中心和各位老師表示衷心的感謝！

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撰稿：王福娟