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一、系统介绍
中科大奥锐科技有限公司研制成功《大学物理仿真实验》是以虚拟现实、人工智能、自动控制等技术，对物理实验和仪器建立了数字化和高速仿真的虚拟模型，学生可在虚拟环境中开展实验，在实验教学中通过虚拟实验教学资源，把实验教学、实验预习、实验指导和实验报告等教学内容有机地融合为一体，完成实验教学的各项内容。
目前在我们的物理实验教学中，由于受实验场地及教学人员的限制，不能为学生开设更多的实体实验；由于受时间的限制，在教学中学生不能反复的调整仪器和观察实验现象；由于受经费限制，那些大型、精密、高危、高成本、高消耗的仪器，学生在现实中也是难以接触和了解实验仪器的结构、设计思想和运行原理。
而通过虚拟仿真实验，就可以扩展和弥补传统实验的不足。学生可以复习已做过的实体实验，完成对真实实验的深入学习、实验复习、提高认知；可以预习将要做的实验，了解实验仪器、实验原理、实验方法、实验基本操作等内容，还可拟定实验方案，再到实验室进行真实实验；还可以在此基础上做拓展性实验；可以熟悉大型、精密、高危等实验仪器的使用。从而扩大学生视野，解决实验室因场地有限，不能开设更多实验的现状；弥补实验教学上这些方面的缺憾，从而达到虚中有实，实中有虚的多元化实验教学与学习效果，丰富了实验教学手段，增加了实验学习的内容与时间。
所以物理仿真实验在开展虚实结合、相互补充的实验教学活动起到了不可替代的重要作用。
基于组件的大学物理仿真实验V1.0版，在原有的《大学物理仿真实验》的基础上，优化实验建模，应用组件技术构建仿真实验V1.0版，突出实验的开放性、设计性、实验操作针对性、易用性，给用户提供全新真实的实验体验。
二、软件特点
1、可定制实验方案，实验中仪器可灵活组合，使教师可根据教学目标制定不同层次的实验方案；
2、灵活的实验仪器选择，学生自主选择不同的实验仪器完成相同的实验内容，实验针对性强；
3、优化实验建模，实验结果体现不同实验操作导致的实验误差，实验真实度高；
4、提供丰富的指导信息和统一的操作流程，实验界面友好，易用性高；
5、提供统一的数据接口，可以作为物理实验考试系统和物理实验预习系统的操作内容；
6、应用组件技术开发，采用全新的ＷＰＦ技术开发，提供全新真实的实验操作体验。
7、包括实验大厅功能，用户可通过实验大厅在网上运行仿真实验。
8、具有统计分析功能，能够分析学生使用仿真实验的时间、次数等。
9、可提供个性化的产品定制服务，可根据用户实际需要，提供实验仪器面板定制服务，实验灵活度高、针对性强。
10、实验演示，提供在线仿真实验演示功能。可通过浏览器浏览：
11、实验资源展示，实验项目的资料都公布在网上，提供给学生参考。内容包括：实验简介、实验原理、实验内容、实验仪器等。
三、软件界面介绍
1．系统首页，用户通过浏览器直接浏览实验资源信息：
2．实验大厅，从WEB上可以下载实验大厅程序。通过实验大厅程序，可以浏览实验项目信息、运行仿真实验项目等：
3．实验演示，提供在线仿真实验演示功能。可通过浏览器浏览：
4．实验资源展示，仿真实验2016版将10个实验项目的资料都公布在网上，提供给学生参考。内容包括：实验简介、实验原理、实验内容、实验仪器等：
5．实验主场景：运行实验后，屏幕上显示实验环境的实验主场景，显示实验数据表格、实验仪器栏、实验内容栏、实验提示栏、工具箱、帮助、实验辅助栏。
6．实验项目组织，仿真实验项目可以根据本实验中心的实际教学课程体系自由组织，满足分层次、特色教学的需求：
7.实验访问情况统计，自动统计各实验项目的使用情况，展示仿真实验在教学中起的作用：
三、定制的10个实验项目实验项目介绍
实验项目1：分光计实验
分光计是精确测定光线偏转角的仪器，也称测角仪。
光学中的许多基本量的测量如波长、折射率等都可以直接或间接的表现为光线的偏转角，因而利用它可测量波长和折射率；此外还能精确的测量光学平面间的夹角；许多光学仪器（棱镜光谱仪、光栅光谱仪、分光光度计、单色仪等）的基本结构也是以它为基础的。所以分光计是光学实验中的基本仪器之一。
使用分光计时必须经过一系列的精细的调整才能得到准确的结果，其调整技术是光学实验中的基本技术之一，必须正确掌握。
分光计的结构及调节过程相对来说复杂些，要让学生调节好仪器并且完成测量是比较花费时间的，在实际实验教学中，大多学生无法在规定的课时内完成全部内容，无法保证每个学生的学习效果和操作技能的训练，因此开设分光计虚拟仿真实验，作为实际实验的课前预习和复习练习是十分必要的。
实验项目2：牛顿环测曲率半径
光的干涉现象表明了光具有波动性，干涉现象在科学研究与计量技术中有着广泛的应用。在干涉现象中，不论何种干涉，相邻干涉条纹的光程差都等于相干光的波长，虽然光的波长很小，但干涉条纹间的距离或干涉条纹的数目是可以计量的。因此，通过对干涉条纹数目或条纹移动数目的计量，就可以得到以光的波长为单位的光程差。
利用等厚干涉现象可以测量光的波长；检验表面的平面度、球面度、光洁度；精确测量长度、角度和微小形变；研究零件的内应力分布；测量样品的膨胀系数等。
通过该仿真实验可以起到预习及反复练习的作用。
实验项目3：单透镜实验
透镜是由透明材（如光学玻璃、熔石英、水晶、塑料等）料按几何光学原理设计加工而成的基本光学元件，一般由两个或两个以上共轴的折射表面组成，仅有两个折射面的透镜称单透镜，由两个以上折射面组成的透镜称组合透镜，多数单透镜的两个折射曲面都是球面或一面是球面而另一面是平面，故称其为球面透镜，透镜是使用最广泛的一种光学元件，眼球也是一种透镜，我们正是通过这一对透镜来观看周围世界的。
早期的单透镜是两个球面（其中有一个可以是平面）组成的，之后为了消除象差，改善成像质量，人们设计了各种各样的组合透镜，发明了望远镜、显微镜，这样就大大扩展了人眼的视界，人类就是利用透镜及其组合观察到遥远宇宙中星体的运行情况以及肉眼看不见的微观世界的，因此可以说透镜成像在科学技术上的作用非常重要。
透镜的主要作用是成像，描述透镜性能的最主要参量是焦距。利用不同焦距的透镜可以组合成望远镜、显微镜等。了解单透镜的基本性质和参数测量方法是很有意义的：可为进一步学习光学技术以及正确使用光学仪器打下基础。
目前，该实验我们在实际实验中已经开设，我们为学生提供的是凸透镜，课堂上测量凸透镜的焦距，而仿真实验不仅提供了凸透镜而且还有凹凸镜，针对凸透镜的方法也比实际课堂上多，分别有平行光法、平面反射镜法、位移法（贝塞法）、望远镜法、放大率的测量（选作）等方法测量凸透镜的焦距；凹透镜的方法有：物象公式法、望远镜法。这样对学生预习、复习及拓展实验都很有帮助。
实验项目4：霍尔效应
1879年，24岁的研究生霍尔（Edwin H. Hall）发现磁场中的载流导体会产生横向电势差的现象，这种现象称为霍尔效应。随着半导体物理学的迅猛发展，霍尔系数和电导率的测量已经成为研究半导体材料的主要方法之一。通过实验测量半导体材料的霍尔系数和电导率可以判断材料的导电类型、载流子浓度、载流子迁移率等主要参数。若能测得霍尔系数和电导率随温度变化的关系，还可以求出半导体材料的杂质电离能和材料的禁带宽度。
在霍尔效应发现约100年后，德国物理学家克利青(Klaus von Klitzing)等研究半导体在极低温度和强磁场中发现了量子霍尔效应，它不仅可作为一种新型电阻标准，还可以改进一些基本参量的精确测定，是当代凝聚态物理学和磁学的惊异进展之一，克利青因此发现获得1985年诺贝尔物理学奖。其后美籍华裔物理学家崔琦(D. C. Tsui)和施特默在更强磁场下研究量子霍尔效应时发现了分数量子霍尔效应。它的发现使人们对宏观量子现象的认识更深入一步，他们为此发现获得了1998年诺贝尔物理学奖。
用霍尔效应制成的各种传感器，已广泛应用于工业自动化技术、检测技术和信息处理各个方面。本实验的目的是通过用霍尔元件测量磁场，判断霍尔元件载流子类型，计算载流子的浓度和迁移速度，以及了解霍尔效应测试中的各种副效应及消除方法。
该实验作为实际实验的预习及复习用。
实验项目5：示波器
示波器是利用示波管内电子束在电场或磁场中的偏转，显示随时间变化的电信号的一种观测仪器。它不仅可以定性观察电路(或元件)的动态过程，而且还可以定量测量各种电学量，如电压、周期、波形的宽度及上升、下降时间等。还可以用作其他显示设备，如晶体管特性曲线、雷达信号等。配上各种传感器，还可以用于各种非电量测量，如压力、声光信号、生物体的物理量(心电、脑电、血压)等。自1931年美国研制出第一台示波器至今已有70年，它在各个研究领域都取得了广泛的应用，示波器本身也发展成为多种类型，如慢扫描示波器、各种频率范围的示波器、取样示波器、记忆示波器等，已成为科学研究、实验教学、医药卫生、电工电子和仪器仪表等各个研究领域和行业最常用的仪器。
示波器原理比较难理解且调节部分较多，学生通过1~2次的训练，很难掌握这个仪器的操作，所以通过仿真实验，可以在课前通过该实验预习，课后可以反复的练习，从而彻底掌握该仪器的使用。
实验项目6：热敏电阻
用单臂电桥测热敏电阻电阻随温度变化规律。可以在课前通过该实验预习，课后可以反复的练习，从而彻底掌握该仪器的使用。
实验项目7：杨氏模量的测定
用静态拉伸法测量金属弹性模量实验是本科生必做的一个经典力学实验，弹性模量反映材料受力后形变难易程度的一个物理量，由固体本身性质决定的。
我校从建校至今就一直开设该实验，该实验虽然是一个力学实验，但是有光学仪器的调节以及放大法光路的理解，所以该实验在实验基础知识方面，还有培养学生动手能力方面都有着重要的作用，学生对该实验反应一直良好而且很有兴趣。
我校对经管类开设该实验是2学时，信息类是3学时，不论2学时还是3学时，众所周知该实验仪器调节一个重点也是难点。对于二学时的情况，实验仪器的快速调节就非常重要了，因为每个实验一般都是教师先讲解该实验，然后学生动手调节仪器做实验，教师讲解该实验的内容一般是实验概念、实验方法、实验原理、实验仪器和操作过程，这一系列讲下来得30～40分钟，那剩余时间为50～60分钟，要让学生能够调节好仪器并且完成测量是比较紧张的，在实际实验教学中，大多学生无法在规定的课时内完成全部内容，无法保证每个学生的学习效果和操作技能的训练，因此开设拉伸法测量钢丝杨氏模量虚拟仿真实验，作为实际实验的课前预习和复习练习是十分必要的。
实验项目8：超声波测声速
在弹性介质中，频率从20Hz到20kHz的振动所激起的机械波称为声波，高于20kHz，称为超声波，超声波的频率范围在2×104Hz-5×108Hz之间。超声波的传播速度，就是声波的传播速度。超声波具有波长短、易于定向发射等优点，在超声波段进行声速测量比较方便。
超声波在媒质中的传播速度与媒质的特性及状态等因素有关。因而通过媒质中声速的测定，可以了解媒质的特性或状态变化。例如，测量氯气、蔗糖等气体或溶液的浓度、氯丁橡胶乳液的比重以及输油管中不同油品的分界面等等，这些问题都可以通过测定这些物质中的声速来解决。可见，声速测定在工业生产上具有一定的实用意义。
本实验用压电陶瓷超声换能器来测定超声波在空气中的传播速度，它是非电量电测方法的一个例子。
该实验是一个综合性物理实验，仿真实验可以作为学生预习和反复练习用。
实验项目9：光电效应
了解光电效应基本规律，并用光电效应方法测量普朗克常数。该实验可以作为学生预习、反复练习及拓展用。
实验项目10：干涉法测微小量
干涉法测微小尺寸，学习测微小尺寸的方法，学习测量显微镜的使用。
