1

牛顿环正反两种放置方法测量曲率半径的比较分析

大学物理实验中牛顿环可以用来测量平凸透镜的曲率半径，实验中同学们发现牛顿环正反两种放置方法都可以看到干涉的同心圆环，但是正反两种放置方式光路不同，教科书上讲了一种放置方式及其原理，而并没有给出另外一种放置方式产生干涉条纹的原理和公式推导，本课题需要推导出另一种放置方式产生干涉的原理，并进行实验对两种放置方式的测量结果进行比较分析。

物理基础好的理工科学生，限一到两名学生

杨涛涛

工程师

实验楼308

17346506356

taotaoyang@ustb.edu.cn

2

蔗糖水解速率常数影响因素及跨学科创新拓展研究方案

一、研究意义蔗糖水解反应作为生物化学、食品科学及化学工程中的基础反应，其速率常数受到多种反应条件的影响，如温度、压力和催化剂等。深入研究这些条件对蔗糖水解速率常数的影响，不仅有助于理解反应机理，优化工艺条件，提高生产效率，还能为跨学科的创新应用提供理论基础。结合跨学科的方向，如材料科学或生物传感技术，进行拓展研究，可以进一步挖掘蔗糖水解反应的应用潜力，推动相关领域的技术进步。   二、基本思路   蔗糖水解速率常数影响因素研究：探究反应温度，催化剂用量，助剂添加等因素对反应速率的影响，探讨催化机理。跨学科创新拓展：基于蔗糖水解反应，设计并构建一种生物传感器，用于实时监测蔗糖浓度或反应速率，探索其在食品质量监测、生物发酵过程控制等领域的应用。    实验设计与实施：设计合理的实验方案，确保能够准确测定不同条件下的蔗糖水解速率常数。结合跨学科方向，开展创新实验，探索蔗糖水解反应在材料制备和生物传感技术中的应用。

三、可行性分析

实验条件：实验室具备进行蔗糖水解反应所需的仪器和设备。

技术可行性：蔗糖水解反应的实验方法成熟，操作简单。跨学科拓展方向（如材料科学和生物传感技术）的技术基础扎实，已有相关研究报道，为实验设计提供了参考依据。

理工科学生

樊红霞

高工

实验楼510

13269198717

hxfan@ustb.edu.cn

3

基于学科竞赛的项目设计与研究

学科类别竞赛是在接受实验教学、掌握基本物理原理和方法、具备一定实验技能的基础上，以竞赛的方法激发学生开展创新研究、课堂教学与实践创新的重要纽带，有利于提升学生的科研意识和学术能力，有利于促进校际间的学术互动和资源共享，有利于推动学科的发展和进步。学科竞赛以实验活动为载体，联系理论、探索实践，是实现素质教育和引领创新人才培养的重要手段。目前相关实验课程和培训缺乏专业和学科竞赛的针对性，学生在课堂实践过程存在只观察、记录等情况，有关设备、实验、器件等的特性及应用研究不够。另外，学科竞赛中自主设计类题目贴近生活、基本原理和方法、结合先进科学技术，看似简单却蕴含丰富的物理及科学机制， 没有固定的答案。本课题拟以学科竞赛，特别是物理类、创新创业类竞赛题目为目标，设计实践类项目，例如为传统实验与现代测量技术或跨学科综合类项目、传感器研究与试用类项目、智能控制类、运动规律虚拟仿真类项目等。项目设计还可基于LabVIEW软件、电磁学及光学平台、数据采集卡，结合树莓派、智能套件等，开展物理演示实验可视化和智能仪器开发研究。关注竞赛作品，将基本物理实验知识和生活需求紧密联   合，发挥创造性思维，如智能工厂、温差发电、太阳能跟踪、懒人制作、科普作品等等。

具备一定理工科学科知识，具备良好动手实践能力

冉玉晶

工程师

实验楼308

18810995851

ranyujing@ustb.edu.cn

4

摩擦纳米发电机制备及性能研究

进入人工智能和物联网时代以来，数以亿计并且分布广泛的传感器构成的传感器网络成为新时代万物互联的基础，如何低成本、高效、可持续地为这些传感器供能成为新时代亟需解决的问题。摩擦纳米发电机(Triboelectric Nanogenerator: TENG)具有材料选择广泛、结构简单、易于制造、成本低、重量轻、灵活性强等优点，在微纳能源、自驱动传感、蓝色能源等领域具有广泛应用前景，被认为是解决新时代分布式能源问题非常有潜力的一种高熵能量收集技术。本课题拟利用电负性差异的材料/薄膜、基底、电极等制备摩擦纳米发电机，发电机工作模式可为垂直接触分离、水平滑动等等。在呈现形式上可以结合驱动电机，形状可以为平板型、球形、多叶型等。性能测试上可以利用示波器、万用表、静电计等。探究内容可拓展，例如不同材料对发电机的发电效率的影响，提高发电性能的途径，基于发电机的实际应用和科普作品设计，发电机制的仿真模拟等。该课题可提升学生对对能量收集、绿色能源以及碳中和等科学知识的了解兴趣，有利于帮助学生增强对测试系统的搭建和使用认知，激发其通过对身边现象的探索及利用科学知识解决实际问题的创新实践能力。

具备一定物理或电路知识，具备良好动手实践能力

冉玉晶

工程师

实验楼308

18810995851

ranyujing@ustb.edu.cn

5

伏安法实验中一种新型可拆卸底座的制备

传统伏安法测电阻实验中，待测电阻往往是固定在底座上的，这导致如果待测电阻损坏，更换起来相当麻烦，所以目前急需一种新型底座，本课题从实际需求出发，目的是设计一种可便于安装和更换待测元件的新型底座来解决实际困难。

对本课题感兴趣且动手能力强的所有理工科学生

杨涛涛

工程师

实验楼308

17346506356

taotaoyang@ustb.edu.cn

6

基于PLD的电子琴实验教学系统

通过该项目研制一套基于PLD的电子琴实验教学系统，用于实验室教学，基于该系统学生可以完成电子琴实验教学项目的设计与开发，掌握数字电路的综合应用能力。将来还可以进行推广。基本思路是以PLD作为目标开发器件，控制开关、数码管和扬声器等相关外设，完成电子琴电路的设计与开发，并制作出相应的硬件实验平台。   只要学生具备PLD和数字电路的相关知识，熟悉PCB制作软件的使用，技术上不存在问题。项目工作量适中，具备可行性。

学生应具备较强的策划与逻辑思维能力，具备一定的编程基础，爱好软硬件设计。

李春雷

工程师

实验楼217

15652935054

ustb_chx@163.com

7

多功能电平指示实验系统

通过该项目研制一套基于单片机的多功能电平指示实验系统，基于该系统学生可以掌握电平指示的原理与方法，激发学生的实验兴趣。将来还可以进行推广。基本思路是以单片机作为控制器，控制电平指示转换电路、触摸显示器和存储器等相关外设，完成电平指示的控制，并制作出相应的硬件实验平台。   只要学生具备单片机和模拟、数字电路的相关知识，熟悉PCB制作软件的使用，技术上不存在问题。项目工作量适中，具备可行性。

学生应具备较强的策划与逻辑思维能力，具备一定的编程基础，爱好软硬件设计。

李春雷

工程师

实验楼217

15652935054

ustb_chx@163.com

8

基于Web的实验排课系统

实验排课在大学实验课程的管理中十分重要，需要统筹实验室资源，协调教师和学生的时间，需要合理安排。当前主要是人工排课，效率较低，急需信息化建设。本项目将构建一套基于Web的实验排课信息管理系统，实现信息化排课，提高排课效率和管理水平。通过本项目将会锻炼学生的程序设计能力，对提高学生的综合素质将有极大的帮助。基本思路是创建一套实验排课信息管理系统，设置实验室资源和课程资源，通过Web前端收集各种排课信息，通过一定的程序算法，自动生成比较优化的排课安排，保障实验课程的正常开展。   前期项目已做了大量的工作，系统具有一定的基础。只要学生具备网络数据库和网络编程语言的相关技能，了解实验项目的相关知识，技术上应该没有问题。项目工作量适中，具备可行性。

学生应具备较强的策划与逻辑思维能力，具备一定的编程基础，爱好软件设计。

李春雷

工程师

实验楼217

15652935054

ustb_chx@163.com

9

“弦上的驻波”演示教具的开发与研究

“弦上的驻波”演示教具的开发与研究对于物理教育和科学普及具有重要意义。首先，它有助于学生直观理解驻波的形成机制和物理特性，包括波的干涉、反射和共振等现象。其次，通过实际操作和观察，学生可以更深刻地掌握波动方程和波动速度的计算方法。此外，该教具的开发还能促进学生对物理实验技能的掌握，包括数据采集、处理和分析等。最后，该研究对于提高物理教学的互动性和趣味性，激发学生的学习兴趣和探究精神也具有积极作用。基本思路   理论分析：首先，基于波动方程和叠加原理，分析弦振动实验的理论基础，包括弦振动方程的建立和解的求解。

对物理研究感兴趣，动手能力强

裴艺丽

工程师

实验楼403

13810256240

yilipei@ustb.edu.cn

10

维尔茨泵仪器制作与研究

维尔茨泵，特别是螺旋泵类型，通过泵体内转子旋转产生压力差，有效输送液体，适用于多种流体介质。其平稳运转、振动小及能处理含固体颗粒流体的特性，使其在多个领域具有广泛应用。在工业领域，维尔茨泵常用于化工、石油、制药等行业，输送腐蚀性液体和粘度较低的流体，也用于船舶、车辆等运输机械的燃油喷射系统。农业方面，它高效输送水资源，满足灌溉需求，且耐腐蚀性和耐磨性优越。此外，维尔茨泵还广泛应用于城市供水、污水处理等领域，其高效稳定的性能深受好评。   随着技术进步，维尔茨泵已实现智能化和自动化控制，远程监控和调节运行状态，节能、减排效果显著。市场需求持续增长，特别是在新兴市场和发展中国家，随着基础设施建设和工业化进程推进，维尔茨泵的应用前景更加广阔。   本项目拟自制维尔茨泵仪器并分析实验现象。     “维尔茨泵”是2025年cupt竞赛题目之一。

题目原文：

A Wirtz Pump is a hollow spiral, mounted vertically. It is   arranged such that one end dips below water once per revolution, while the   other end (at the center of the spiral) is connected to a vertical tube. When   rotated, it can be used to pump water to a great height. Explain this   phenomenon and investigate how relevant parameters affect the pumping height.

题目翻译：

维尔茨泵是一个垂直安装的空心螺旋装置。它被设计成每转一圈，一端就会浸入水中一次，而另一端（螺旋的中心）则连接到一个垂直的管子上。当旋转时，它可以用来将水抽到很高的高度。解释这一现象并研究相关参数如何影响抽水高度。视频参考：https://www.bilibili.com/video/BV1Xu411M7o7/

1.研究内容涉及流体力学。2.有意向参加2025年cupt校内赛与北京市赛。   3.要求认真完成仪器制作与实验研究。

李莉

工程师

实验楼404

62332636

lili19@ustb.edu.cn

11

激光拉曼光谱仪的设计与组装以及对有机分子拉曼光谱的测定

研究意义：现在的物理化学实验中使用的仪器多为集成化、智能化仪器，虽然在一定程度上提高了实验效率，但是这不利于培养学生的动手能力，除此之外，学生在实验中也无法认识仪器的内部构造，感觉不到实验中的细节和过程。通过自主搭建并完成实验内容的创新性实验，则可以让学生对实验原理及仪器结构更加了解，有助于培养学生动手能力以及创新思维。基本思路：根据光路图以及提供的配件搭建激光拉曼光谱仪，并用标准物质对搭建的拉曼光谱仪进行调试、校准，最终使得仪器能正常使用，并在此基础之上对仪器进行优化。   可行性分析：激光拉曼光谱仪在科研中的应该用十分广泛，适合作为科普仪器分析方法的“入门级装备”。此外，近期我们采购了激光拉曼光谱仪搭建所需要的各种部件。本人前期通过查阅文献资料、参加培训等活动，认真学习激光拉曼光谱仪的原理、结构及调试工作，具有一定的基础知识储备，能够保证课题的顺利完成。

具有光谱学基础以及一定的动手能力

王琛

工程师

实验楼510

62332591

b2212659@ustb.edu.cn

12

充放电过程对固态电池电解质界面影响研究

固态电池的研究主要源于对更高能量密度、更安全和更稳定电池技术的需求。随着电动汽车和可再生能源的快速发展，固态电池作为下一代核心电池技术，因其高能量密度和安全性而备受关注。 而固态电池界面研究至关重要，是提升电池性能的关键，也是当前影响固态电池实际应用的主要问题之一。本项目将通过不同的充放电过程，来研究固态电池电解质界面的演变，探索电解质——电极界面离子迁移的物理机理，研究提升固态电池界面性能的可行路径。   项目组依托实验室具有离子电池，固态电池的研发经验和开展实验的实验条件，能够为项目的开展，提供良好的保障。

理工类

黄妙逢

高级工程师

实验楼308

62332636

mfhuang@ustb.edu.cn

13

激光散射仪

激光光衍射仪的研发能够推动物理学、化学、材料科学以及生命科学等领域的发展。通过激光衍射技术，可以精确测量和分析样品的结构、晶格、材料特性以及粒度分布等关键信息，为揭示物质的物理、化学和力学性质提供有力工具。此外，激光光衍射仪的研发还能促进光学测量技术的进步，提升光学元件表面形状和光学质量的测量精度。激光光衍射仪在工业生产中具有广泛的应用前景。例如，在涂料、材料制造等领域，激光光衍射仪可用于精确测量颗粒的粒径及粒度分布，为产品质量控制和优化提供重要数据支持。此外，激光光衍射仪还可以应用于环保、食品安全等领域，通过监测和分析微小颗粒的散射特性，为环境保护和食品安全监管提供科学依据。本项目的目标在于开发一套激光衍射仪并进行应用研究。   项目依托的实验室，有长期的先进光学表征经验，具备开展相关设备研发的理论基础和实验实践平台，能够为项目的开展提供良好的条件。

理工科，动手能力强

黄妙逢

高级工程师

实验楼308

62332636

mfhuang@ustb.edu.cn

14

界面张力研究及测量装置研发

研究界面张力在科研热点中占据重要地位，它关乎新材料开发，电化学储能器件，超疏水材料开发，乳液稳定、石油采收效率、疏水性液体质量评估及固液相界稳定性等。通过控制界面张力，可优化乳化过程、提高三次采油技术中的原油采收率，并准确测试疏水性液体如变压器油的质量。此外，界面张力研究还助力理解不同相间的相互作用机制，推动理论进步。因此，界面张力研究兼具学术与实用价值，是科研领域的热点之一。研究界面张力产生的机理并创新测量方法，提出溶液界面张力测量的新方法，并开发新型的测量装置设备，申请专利。   本研究依托的实验室具备表面张力测量的手段和实验室，在本领域有一定的研究积累和良好的实验条件。

理工类专业

黄妙逢

高级工程师

实验楼308

62332636

mfhuang@ustb.edu.cn