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科学智慧火花
科学智慧火花校园行系列活动

中国科大本科生参与激光牵引创新实验实践

中国科大 访问量: 【字号:

热解石墨具有抗磁性,由于这种抗磁性的存在,热解石墨可以在排列规则的磁铁上悬浮,而这种抗磁性与温度有关,激光可以对样品的局部进行迅速加热,对磁场造成微扰,所以可以用激光照射热解石墨,影响其抗磁性,从而让其随激光照射的位置的变化而自己运动,即所谓激光牵引热解石墨运动。

激光牵引创新实验实践项目公布以来,得到了许多同学的关注,经报名选拔,有10名一、二年级本科生得以参与本项目。他们分为两组,充分利用课外和周末时间前来进行实验。同学们对于牵引材料石墨片的选取进行了大量的文献调研和实验工作,分析了压片石墨、热解石墨、石墨片等材料,最终选取髙序热解石墨为驱动材料。

实验中,同学们先后利用500 mW的532 nm的半导体激光器、25 mW的632.8 nm氦氖激光器,50 mW的785 nm的半导体激光器、1W的980 nm的激光器以及透镜聚焦的阳光作为驱动能源,对髙序热解石墨进行牵引,先后完成了13次实验。

同学们的实验结果证明,激光牵引的效果与磁场的分布和光的热功率相关,980 nm的激光和正午聚焦的阳光的实验效果最佳。在项目总结会上,各位同学对自己的实验情况进行了汇报,并展示了激光牵引实验的视频,讨论了实验机理及利用计算机对作用力场模拟的可能性。并对自己在如此短的时间能完成了实验感到满意。同学们还讨论了添加必要设备,完成自动导向性激光牵引实验等仪器需求,并希望能有设备有机会把这个实验继续下去。

根据“科学智慧火花”校园行的整体部署,中国科学技术大学通过各实验教学中心,面向低年级本科生开展了一系列创新实验实践活动,新颖的题目吸引了六百多名学生报名。学生们在老师的指导下,利用课余时间完成实验实践项目,收到了很好的效果。

附参与激光牵引项目的部分同学反馈:

张加晋同学:

实验成功的关键在于:(a)通过排布磁铁,构造多个磁感线大梯度点,有这些点作支撑使热解石墨悬浮。热解石墨的受力主要是由所在磁场的梯度所决定。(b)合理设计热解石墨的形状使其有效利用尽可能多的梯度点的同时面积尽可能的小。

激光功率对实验有决定性的作用,在第一次试验中就是因为缺少大功率激光器而无法做到长距离有效牵引。

在实验中要十分注意安全,强磁铁使用要小心,否则很难再次分开。

该实验趣味性很强,也非常吸引人。这样的科技活动可以极大地拓展我们的兴趣爱好和拓宽我们的知识面,建议今后增加这类科技活动的投入,吸引更多的同学参加这样的实验研究。

孙东旭同学:

这次活动对我的影响很大,也是我人生第一次这么细致的去探讨一个问题,并进行多次实验来研究问题和验证猜想,在活动中得到了很多有用的东西,特别感谢“科学智慧火花”校园行活动提供的科技活动平台,以及物理实验教学中心王中平老师对我们实验进行的细致指导,和提供的良好实验器材。希望将来有更多的科技活动拓展我们的知识面。

刘旭雯同学:

实验收获:1、对热解石墨有了一定认识与了解;2、增强了实验动手能力;3、培养了团队协作能力。4、拓展了学习的兴趣和知识面。
希望将来能有更多的科技活动平台和更多的参与机会。