信号处理综合设计性实验

第1章信号的时域分析

1.1 连续信号的时域分析

连续时间信号的时域分析就是将不同形式的信号波形用不同的时间函数来描述，例如：连续周期信号通过CTFS分解为不同谐波成分的三角函数或指数函数之和，连续非周期信号分解为频率无限密集的虚指数函数的线性组合，即ICTFT。在时域还可以把实信号分解为奇信号与偶信号之和等等。其中常用的连续时间信号是信号时域分析的基础，在此用Matlab提供的函数可以产生此类常用的连续时间信号。

例1. 产生幅度为2，频率为4Hz，初相为π/6的正弦信号

解：A=2;f0=4;phi=pi/6;

w0=2*pi*f0;

t=0:0.001:1;

x=A*sin(w0*t+phi);

plot(t,x);

ylabel('x(t)');xlabel('t');

例2：产生一阶跃信号x(t)=u(t).

解：t=-1:0.01:5;

x=(t>=0);

plot(t,x);

axis([-2,6,-0.1,1.1]);

例3：产生一语音信号

解：t=0:0.01:1;

plot(t,randn(1,length(t)));

设计题目:

用Matlab产生下列信号并与人工分析结果进行比较：

(1) r (t)= t u (t) -1

(2) x (t)=1+cos10 t -1

(3) x (t)=(5e - t - 5e -3 t ) u (t) -1

(4) x (t)=cos(2πt) cos(20πt) 0

(5) x (t)=sin(t)/t -10

1.2 离散时间序列的时域分析及信号的运算

常见基本离散序列有正弦序列、指数序列、矩形脉冲序列、单位脉冲序列与单位阶跃序列等。这些序列可以由Matlab 产生： 例1：产生一正弦序列 )6

6sin(2)(π

π

+

=n n y

解：A=2;N=15;phi=pi/6;

omega=pi/6; n=-10:10;

y=A*sin(omega*n+phi);

stem(n,y);ylabel('y(n)');xlabel('n');

在信号的时域分析中，重要的一项内容为信号的运算，包括信号的相加、相乘、乘方、卷积、相关等运算，以及求解信号的功率与能量。

连续时间信号能量及功率的求解公式为： 信号的能量：E= ?

+∞

∞

-|x(t)|2

dt=?

+∞

∞

-x(t) x *(t)dt

信号的功率：p=

?

-22

1T

T T

|x(t)|2

dt=

?

-22

1T

T T

x(t)x *(t)dt

因果离散序列能量及功率的求解公式为：

序列的能量：E=∑∞

=0

n |x(n)|2

=∑

∞

=0

n x(n)x *(n)

序列的功率：p=

∑

-=1

1N n N

|x(n)|2

=

∑

-=1

1N n N

x(n)x *(n)

例2：求解x(t)=e -t [u(t)-u(t-1)]在[0，1]时间内的能量。 解：首先建立一内部函数计算信号的瞬时能量：

function f=powert(t) f=(abs(exp(-1.*t))).^2;

计算信号在[0，1]时间内的能量： power-t=quad(`powert`,0,1) power-t=0．4323

例3：已知序列x(n)=0.8 n

u(n),计算前十点的能量。 解：N=10;

n=0:N-1; x=(0.8).^n; e=sum(abs(x).^2) e =2.7458

通过计算，序列前十点的能量占总能量的98.85%。 离散序列的线性卷积和运算：

例4：若x(n)=[1,1,1,1,0,0,], 计算离散序列的线性卷积和y(n)=x(n)*x(n)。 解：x=[1,1,1,1,0,0,]; y=conv(x,x);

subplot(2,1,1);stem([0:length(x)-1],x);

ylabel('x(n)');xlabel('Time index n');

subplot(2,1,2);stem([0:length(y)-1],y);

ylabel('y(n)=x(n)*x(n)');xlabel('Time index n');

常见的Matlab在信号处理应用中产生信号的函数

信号运算的常用Matlab的实现

设计题目：

1.使用Matlab产生下列序列、作图并与理论值进行比较：

（1）x(n)=2δ(n+n0)

(2) x(n)=(0.9) n [sin(0.25πn)+cos(0.25πn)]

(3) 已知LTI离散系统，x(n)=[1 1 1],h(n)=[0 1 2 3],求y(n)

(4) 已知x(t)=e –2 t u (t), y(t)=e - t u (t) , 求：x(t) * y(t)

(5) 已知信号x(t)=(1+t/2)[u(t+2)-u(t-2)], 求x(t+2),x(t-2),x(-t),x(2t),-x(t)

第2章信号的频域分析

任一信号可以在时域对其进行分析和描述，利用傅立叶变换理论也可以对其进行频域分析，以便更好地对信号进行存储、传输和处理，达到提取有用信号的目的。

信号可分为四大类，与之对应存在四种类型的傅立叶变换，成为信号频谱分析的基础。归纳如下表：

四种信号的变化规律为：周期信号的频谱是离散的、互为谐波关系的；非周期信号的频谱是连续的；离散信号的频谱是为周期的；连续信号的频谱是非周期的。所谓信号的频谱分析就是利用傅立叶变换的分析方法，找出与信号时域波形相对应的频谱函数的幅度、相位以及能量或功率的分布规律等，以便在频域提取信号的特征。

实际工程中，通过积分公式求取复杂信号的频谱函数本身就比较困难，何况在许多情况下只是记录了实际信号的一段波形或数据，而没有对应的解析表达式。若对这些信号进行频谱分析，就必须利用离散傅里叶变换（DFT）。DFT表征一个在时域为N点有限长的序列x(n) 经过傅里叶变换到频域成为另一个N点有限长序列X (k)，即：

∑-=-=

1

2)()(N n kn

N

j

e

n x k X π=∑-=1

)(N n kn

N w n x 离散傅里叶反变换（IDFT ）定义为

∑

-==

1

2)(1)(N k kn

N

j

e

k X N

n x π∑-=-=

1

)(1N k kn

N

w

k X N

可见，由于DFT 变换对在时域、频域都是离散的，可以通过计算机实现数值计算。而且DFT 存在快速算法FFT ，可以高速、高效地完成DFT 运算。Matlab 中提供了相应函数以实现DFT 变换对的计算，调用格式为：

X=fft(x)

其按照基2时间抽取快速算法计算序列x （n ）的傅里叶变换，当x (n) 的长度为2的整数次幂或者x(n)为实序列时，计算的时间会大大缩短。

X=fft(x,n)

其是补零或截短的n 点傅里叶变换，当x(n)的长度小于n 时，在x(n)的尾部补零使x(n)的长度达到n 点；当x(n)的长度大于n 时，将x(n)截短使x(n)的长度成n 点；然后对补零或截短的数据进行快速傅里叶变换。

x=ifft(X)和x=ifft(X ，n)为相应的反变换。 fftshift(x)将fft 计算输出的零频移到输出的中心。

DFT 解决了用计算机对各类信号进行频谱分析的问题，因此可以使用DFT 对连续信号进行频谱分析。但必须要对连续信号进行离散化，并且当信号长度为无限长时需要作截短处理。恰当地确定取样时间间隔T 和相应的时间长度L ，是决定DFT 结果是否符合实际的关键因素。如果不满足取样定理的约束条件，在时域欠取样的情况下，会出现频谱混叠而无法恢复原信号频谱，因而不能从时域取样点准确地重建原连续时间信号；如果截断和选取的长度不合适，造成频谱扩散使信号的能量和功率产生泄漏。

利用DFT 分析各类信号的频谱时，参数的选择主要满足时域抽样定理、频域采样定理，依据信号时域、频域能量分布情况，恰当地选择时域取样间隔T 和取样长度L 。

当信号的频带宽度无限或很宽，则取频域能量集中在95%--98%的频带宽度。即要在频域计算信号的能量，选取f m （信号的最高截频），即选择时域取样间隔T ；在时域计

算信号的能量，则可选取窗函数，对时间信号进行截短，即选择时间长度L。

2.1利用DFT分析连续信号频谱

首先，调用Matlab的fourier（x,t,w）函数可以在理论上求连续时间信号的频谱。例1：求出下列信号的傅立叶幅度谱

(1). 门函数脉冲信号x1(t)=(t+0.5)-(t-0.5)

(2). 高斯信号x2(t)=e2t

解：(1)利用符号函数求门函数的频谱

syms t w %符号函数

ut=sym('Heaviside(t+0.5)-Heaviside(t-0.5)');

Fw=fourier(ut,t,w);

FFw=maple('convert',Fw,'piecewise');

FFP=abs(FFw);

ezplot(FFP,[-10*pi 10*pi])

axis([-10*pi 10*pi 0 1])

(2) 利用符号函数求高斯函数的频谱

syms w t ft=exp(-t.^2); fw=fourier(ft,t,w);

ezplot(fw)

2.1.1 连续周期信号的频谱分析

应用离散傅里叶变换DFT ，分析连续周期信号x T (t )的频谱。

连续周期信号在满足一定条件下，可以通过傅立叶级数（CTFS ）展开为一系列正弦信号的线性叠加，其频谱函数X （k Ω）是离散频率的复函数，因而周期信号的频谱结构具有离散性和谐波性。

?

-

Ω-=

Ω22

0)(1)(T T t

jk dt e t x T k X

对x(t)以T 为间隔进行取样，长度为一个周期T 0 ，dt →T, ?∑

→,)()(n x t x →,

T 0=NT,得到

T e

n x T k X N n nT

jk ∑-=Ω-=

Ω1

)(1)(

=

∑-=-1

20)(N n kn

N

j

e

n x T T π

=)(1k X N

连续周期信号的频谱求解步骤： (1) 根据取样定理，确定时域取样间隔T ； (2) 计算一个周期内的取样点数N 。

(3) 使用FFT 命令作N 点FFT 计算，求得X (k )； (4) 最后求得连续周期信号的频谱为X （k Ω）=

N

1 X (k )

例2： 已知一个连续周期信号x (t) = 1 – cos (πt) + 2sin (2πt) + cos (3πt), 用DFT 计算其频谱。

解： 信号基频Ω ＝π，周期T 0＝2；最高次谐频为3Ω＝3π，所以N ≥7。可取N ＝8，16，32，64，…进行比较。

T0＝2；N ＝16；T ＝T0／N ；

周期为T0，FFT 的点数为N ，时域取样间隔为T ：

X = 1 / N * fft (x , N); 用FFT 计算其频谱，其结果为： T0=2; N=16;T=T0/N; t=0:T:T0;

x=1-cos(pi*t)+2*sin(2*pi*t)+cos(3*pi*t);

X=1/N*fft(x,N);

f=1/T/N*(-N/2:(N/2-1));%N,f=1/T/N*(-(N-1)/2:(N-1)/2); subplot(2,1,1);stem(f,abs(fftshift(X))); xlabel('Frequency(Hz)');ylabel('magnitude'); subplot(2,1,2);stem(f,angle(fftshift(X))); xlabel('Frequency(Hz)');ylabel('phase');

理论分析如下：按x (t) = 1 – cos (πt) + 2sin (2πt) + cos (3πt)

故得：

1, n = 0

-1/2, n = ±1

X ( kω0) = -+j, n = ±2

1/2, n = ±3

0, 其他

可见，MA TLAB作出的幅频特性与理论分析很吻合。

例3：X T（t）为幅度A＝10，周期T0＝1秒，脉冲宽度τ＝0.2秒的周期脉冲串。

1）计算基波和多少次谐波的功率和可以占信号总功率的90％以上。

2）作N＝256点的fft，计算其频谱。查看直流及各次谐波k = 0, 1,2…的幅度。为便于观察，在［－30Hz,30Hz］内绘出其频谱。

解：1）周期信号是功率信号，信号总功率为：

2010|)(|12

2

.00

2

==

=

?

?

dt dt t X T p T T

理论分析该信号的频谱为：

X(k ω0) = (Aτ / T 0)Sa((k ω0τ)/2 = 2Sa(0.2k π) 下面计算前2k + 1项的总功率： k=input('k='); n=-k:k; x=2*sinc(0.2*n); p0=20; p=sum(x.^2)/p0

基波和前5次谐波的功率之和占信号90％以上的能量。 X T （t ）的傅里叶级数：

X T （t ）＝2 + 1.87 e j ω0t + 1.51e j2ω0t + 1.01e j3ω0t + … + 1.87 e - j ω0t + 1.51 e - j2ω0t + 1.01e - j3ω0t …

2)计算N=256点的FFT, 基波和前127次谐波所包含的能量占总能量的99.6%。 N=256;T0=1; T=T0/N;

t=0:T:T0; %t = -T0 / 2: T: T0 / 2; x=5*[square(2*pi*(t+0.1),20)+1]; X=1/N*fft(x,N);

f=1/T/N*(-30:30) ; %在[ -30Hz, 30Hz]内绘出其频谱。 subplot(2,1,1); plot(t,x); xlabel('Time (s)'); ylabel('Amplitude'); title('square wave and its spectrum'); y=abs(fftshift (X));

subplot(2,1,2); stem (f,y(129-30:129+30));

xlabel('Frequency(Hz)'); ylabel('Magnitude');

2.1.2 连续非周期信号的频谱分析

应用离散傅里叶变换DFT ，通过MATLAB 实现对连续信号频谱分析，以满足理论分析和工程实际的需要。

连续非周期信号通过连续时间傅里叶反变换(ICTFT)，可以表达为频率为无限密集的虚指数信号的线性组合，即

ΩΩ=

?

∞

∞

-Ωd e

j X t x t

j )(21)(π

其中，频率函数 X (j Ω)可按下式求得：

dt e

t x j X t

j ?

∞

∞

-Ω-=

Ω)()(

对x(t)以T 为间隔进行取样，x(t)的时间长度为T 0 ，由dt →T,

?∑

→,)()(n x t x →, T 0= N T,Ω= k F 0得到

e

n x j X N n nT

j ∑-=Ω-=

Ω1

)()(

= ∑-=-1

2)(N n kn

N

j

e

n x T π

= )(k TX

连续非周期信号频谱的求解步骤： (1) 根据取样定理，确定时域取样间隔T ； (2) 确定时域截取的长度L(或窗函数的点数M) (3) 确定频域取样点数N ，要求N ≥M (4) 使用FFT 命令做N 点FFT 计算X (k ) 。 (5) X (Ω)|

NT

k

π2=Ω≈TX (k)

例4: 已知信号x (t) = e - t [u (t) – u (t –1)], 利用FFT 计算其幅度频谱。

解 : 1）此信号时域为无限长，因此要确定数值计算选取的长度T 0。从能量的观点来看，总能量

E ＝

?

∞

∞

-|)(|t x 2

dt = ?

∞

∞

-e -2t dt=

2

1

使用MA TLAB 计算［0，T 0］时间内信号的能量：首先做一个函数powert.m 从时域计算信号的能量：

function f = powert (t) f = (abs (exp (-1.*t) ) ). ^2; 计算［0，1］时间内的能量： >>power_t = quad (‘powert’, 0, 1) power_t = 0.4323 计算［0，4］时间内的能量： >>power_t = quad (‘powert’, 0, 4) power_t = 0.4998 计算［0，5］时间内的能量： >>power_t = quad (‘powert’, 0, 5) power_t = 0.5000

>>power_t = quad (‘powert’, 0, 14)

power_t = 0.5000

接着试下去可知：在［0，T 0≥5］内，信号所包含的能量非常接近于原无限长信号的总能量，因此可以选取T 0 ＝ 5。

2）计算时域取样间隔T

此信号的频谱为无限宽，在此选取占信号总能量95％的频带宽度（－f m , f m ）, f m 为其最高频率。

作一个函数powerw.m ，从频域计算信号的能量： function f = powerw (w)

f = (abs (1./ (j.*w + 1) ) ) . ^2;

使用下面名为p.m 的函数计算（－ωm , ωm ）内信号包含的能量占总能量的比例： w_max = input (‘w_max=’); power_t = quad (‘ powert’, 0, 5)

power_w = 1 / (2 * pi) * quad (‘ powerw’ , -1 * w_max, w_max) propotion = power_w / power_ t 信号频谱X （j Ω） ＝ 1／（j Ω + 1） 信号总能量E ＝

ΩΩ?

∞

∞

-d j X 2

|(|21π

=

2

1

在［0，ωm ］内，信号所包含的能量≥原信号总能量的95％： E m = (1/π)tan -1(ω)|0ωm = (1/2) ×0.95 tan -1

(ωm ) = 0.95π/2

所以ωm ＝12.706，T ≤(π／ωm )＝π／12.706 ＝ 0.2473。 T ＝ pi / 12.706 T = 0.2473 3)确定FFT 点数N

由于 N ≥ M ＝ T 0／T ＝ 5／T N ＝ 5 ／T N ＝ 20.2222 所以N 应大于20 ,取N=22。

N=22; T=5/N

t=0:T:5; x=exp(-1*t); X=T*fft(x,N); x0=1/T.*ifft(X,N);

subplot(2,1,1); plot(t,x,t(1:N),real(x0),'r--'); axis([0,5,0,1.2]); xlabel( 'Time (s)' ); ylabel('x(t)'); w=2*pi/T/N.*(-N/2:N/2-1); y=1./(j*w+1);

subplot(2,1,2); plot(w,abs(fftshift(X)),'r--'); legend('|TX[m]| ','|X(w)|',0);

xlabel('Frequency(rad/s)'); ylabel('|X(w)|and|TX[m]|');

设计内容：

1．用fourier 函数,理论上求下列连续时间信号的频谱。 (1). 三角脉冲信号x 1(t)=1

10

1>≤??

?-t t t

(2). 单边指数信号x 2(t)=e t -u(t)

2．用DFT 计算下列信号的频谱： （1） )4

8cos(

5)(π

π

+

=t t x

（2） )45.0(2cos())4.0(2cos()(t t t x ππ+= (3) )8sin()3sin(2)(t t t x ππ+-= 3． 利用FFT 计算信号x(t)=e

- 2 t

[u(t)- u(t-2)]的离散频谱X(m)；利用FFT 计算信号

x(t)=e - 2 t u(t)的离散频谱X(m)；要求：

（1） 确定DFT 计算的各参数（取样间隔T ，时域长度Tp ，频谱分辨率F 等）； （2） 进行理论值与计算值比较，分析各信号频谱分析的计算精度；

4．产生一个淹没在噪声中的信号x(t)，例如由50Hz 和120Hz 的正弦信号以及一个零均值的随机噪声叠加而成。确定分析长度和取样速度，计算信号的频谱；计算其功率谱密度并作图，指出50Hz 和120Hz 的正弦成分以及噪声；详细列出检测信号的步骤和原理。)(tx 5．假设一实际测得的一段信号的长度为0.4秒，其表达式为

x (t )=cos(2πf 1t )+0.75 cos(2πf 2t )

其中f 1=100Hz ，f 2=110Hz 。为了用FFT 近似计算信号的频谱，必须对信号进行取样。试确定一合适取样频率f s ，用MATLAB 的fft 函数近似计算信号x (t )的频谱。 y (t )=cos(2πf 1t )+0.2 cos(2πf 2t )，计算信号y (t )的频谱。

若使用Hamming 窗时，由实验确定计算出的频谱能分辨最小谱峰间隔△f 和信号长度T L 的关系。对不同参数的Kaiser 窗，重新确定频谱分辨最小谱峰间隔△f 和信号长度T L 的关系。

思考题：

(1) 既然可以直接计算CTFT ，为什么利用DFT 分析连续信号谱？ (2) 若信号持续时间无限，且无解析表达式，如何利用DFT 分析其频谱？ (3) 在利用DFT 分析连续信号频谱时，会出现哪些误差？如何克服或减弱？ (4) 在利用DFT 分析连续信号频谱时，如何选择窗函数？ (5) 如何选择取样频率？

(6) 讨论补零对计算结果的影响。

(7) 窗函数对频谱分辨率有何影响吗？怎样提高频谱分辨率？

2.2 利用DFT 分析离散序列频谱

应用傅里叶变换DFT ，分析各种离散序列x(n)的频谱。

2.2.1 离散周期信号的分析

离散周期信号可以展开成离散傅里叶级数，

∑-==10

2)(~.1)(~N k kn

N j e k X N n x π

其中傅里叶系数)(~

k X 如下所示：

∑-=-=10

2)(~.)(~

N n kn

N j e

n x k X π

式中：N 是序列的周期，n 为时间离散变量， k 为数字频率离散变量，是k 次谐波的数字频率。所以离散周期信号的频谱X (k )是一个以N 为周期的周期性离散频谱，各谱线之间的间隔为ω0=2π/ N ，而且存在着谐波的关系。

离散周期序列在时域与频域都是离散的、以N 为周期的序列。正确地在一个周期内选取N ，即可以准确地求取周期序列的频谱。

综合性、设计性实验课程

2014年3月《物理综合性、设计性试验》课程开设计划本实验开设围绕物理实验的综合性和设计性开展实验。作为尝试性的课程开设，计划围绕以下几个方面进行： 一、物理实验中的各种要素 1.人的要素（实验目的、实验方法的设计、实验过程、实验结果分析）； 2.仪器的要素（实验设计中仪器的选择、仪器的调整、仪器使用）； 3.实验环境、方法的分析。 二、物理实验的辅助工具 1.常用的实验仪器分析； 2.常用的数据处理（系统误差、仪器误差、循环测量误差）； 3.常用数据处理软件（计算、误差分析、图形处理软件）； 4.各种仿真软件的应用。 三、综合性、设计性物理实验的宗旨 1.综合性——突出完成实验的一种综合性。不是简单的验证（按规定的实验要求、方法 和步骤，一步步向明确的实验目标靠近），往往要通过对几种方法和步骤来实现实验目标。 在综合性实验中，强调： 1）实现实验目标； 2）强调对于实验结果进行完整的实验测试、分析，已达到对实验过程和实验结果全面的认识。 2.设计性——根据实验目标（有意义的），通过创造地采用各种实验方法，进行各方面的测试设计，获得可靠的具有科学性的结果。 在设计性实验中强调： 1）实验设计（方法和过程）的科学性和创新性和完整可靠性（源于综合性实验）。创新性不一定是全部自己发明出来的理论和方法，可以是创新地应用在某些领域； 2）对于能够实现实验结果的不同实验设计和方法进行比较对比，从中选择出最佳的实验设计和方法； 3）获得科学的、具有创新的实验结果。 四、实验总结表达 对于实验目标当前的实验结果状况分析研究资料的收集与分析；对实验进行表达、分析

和总结，完成对实验结果、实验设计分析、实验获得成果的论文写作，科技论文的写作是对综合性、设计性实验开设要求的重要部分。

浅析高考电学设计性实验

浅析高考中的设计性实验题 山东省沂源县教研室郑继义（邮编256100）随着高考命题改革的不断深入，试题在考查学生的实验能力方面，提出了更高的要求。理科综合能力测试目标，明确提出“理解实验原理、实验目的及要求，了解材料用具，掌握实验方法步骤，会控制实验条件和使用仪器，会处理实验安全问题，会观察、分析和解释实验中产生的现象、数据，并得出合理的实验结论”；“能根据要求灵活运用已学过的自然科学理论、实验方法和仪器，设计简单的实验方案并处理相关的实验问题”。 从近几年物理实验题来看，试题在电学实验的考查方面，已经涉及了设计性实验的考查。怎样应对设计性实验题呢，下面就结合近几年的试题作简要分析。 一、近几年出现的设计性实验题 1、设计实验电路：根据给出的器材和实验提出的目的要求， 选出器材、画出或补全实验电路。 例1. 某电压表的内阻在20千欧～50千欧之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可选用的器材: 待测电压表V（量程3V） （量程200μA ） 电流表A 1 （量程5mA） 电流表A 2 电流表A （量程0.6A） 3 滑动变阻器R（最大阻值1KΩ） 电源ε（电动势4V） 电键K。

（1）所提供的电流表中，应选用_______________________（填写字母代号）。 （2）为了尽量减小误差，要求测多组数据。试在方框中画出符合要求的实验电路图（其中电源和电键及其连线已画出）。 该题就是利用课本上的实验器材、原理而非课本原实验的设计性实验新题。课本上有伏安法测电阻实验，但测量电压表的内阻对考生来说却是个新问题，要想解决测电压表内阻这一问题，就必须对电压表读数的本质有正确的理解（电压表测量的是本身两个接头间的电压，亦即加在其内阻两端的电压），对伏安法测电阻的实验原理非常熟悉，并结合题目所给的器材才能设计出合理的实验。 例2. 从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表的内阻要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据。 器材（代号）规格 电流表（） 电流表（） 电压表（V） 电阻（） 滑动变阻器（）电池（E） 电键（K） 导线若干量程10mA，内阻待测（约）量程500μA，内阻 量程10V，内阻 阻值约，作保护电阻用 总阻值约 电动势1.5V，内阻很小 （1）在虚线方框中画出电路图，标明所用器材的代号。 （2）若选测量数据中的一组来计算，则所用的表达式为=__________________，式中各符号的意义是： ________________________________________________________ ______。

关于综合性设计性实验的说明

南京工程学院车辆工程系 关于综合性、设计性实验的说明 1、关于实验类型的说明： a. 演示性实验指为便于学生对客观事物的认识，以直观演示的形式，使学生了解其事物的形态结构和相互关系、变化过程及其规律的教学过程。 b. 验证性实验：以加深学生对所学知识的理解，掌握实验方法与技能为目的，验证课堂所讲某一原理、理论或结论，以学生为具体实验操作主体，通过现象衍变观察、数据记录、计算、分析直至得出被验证的原理、理论或结论的实验过程。 c. 综合性实验：是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验。 d. 设计性实验：是指给定实验目的、要求和实验条件，由教师给定实验目标，学生自行设计实验方案并加以实现的实验。 2、综合性、设计性实验的界定 综合性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程 知识的实验。是学生在具有一定知识和技能的基础上，运用某一门课程或多门课程的知识、技能和方法进行综合训练的一种复合型实验。根据定义，综合性实验内容应满足下列条件之一：①涉及本课程多个章节的知识点；②涉及多门课程的多个知识点；③多项实验内容的综合。 设计性实验是指给定实验目的、要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验。设计性实验一般是指导教师给出题目，由学生运用已掌握的基本知识、基本原理和实验技能，提出实验的具体方案、拟定实验

步骤、选定仪器设备、独立完成操作、编程、记录实验数据、绘制图表、分析实验结果等。 3、对综合性、综合性实验进行论证 论证专家组组长由院长或主管实验教学的副院长担任，成员不少于3人。应聘请该领域或与该领域相关的具有副高级以上职称的专家担任论证组成员。应有综合性、设计性实验教学大纲、综合性、设计性实验指导书；专家组根据实验目的、实施设想、所利用的知识以及实验条件要求等，进行实验属性判定和可行性论证。 对论证符合综合性或设计性实验要求的实验项目的教学过程要进行监 督和检查，对学生的实验报告、实验记录和结果等要进行抽查，确保实验内容符合综合性、设计性实验教学要求。对不符合综合性、设计性实验要求的实验项目，直接转为验证性实验。 4、综合性、设计性实验内容的确定及大纲编写 在确定综合性、设计性实验的实验内容时应充分考虑课程教学大纲的要求和课程特点。指导教师可选择一些灵活性比较大，完成思路比较多，学生有发挥余地的内容作为综合性、设计性实验的实验内容，且难度不宜太大，操作不宜太复杂。 在制订综合性、设计性实验大纲时除了一般实验大纲规定的内容外，应说明该实验为综合性或设计性实验的特性及要求。 综合性、设计性实验的实验学时一般在3-6学时，计划学时内不能完成的可在实验室的开放时间内完成。 5、综合性、设计性实验指导书编写

信息科学与工程学院综合性设计性实验报告

重庆交通大学信息科学与工程学院 综合性设计性实验报告 专业：通信工程专业11级 学号：0204 姓名：何国焕 实验所属课程：宽带无线接入技术 实验室(中心)：软件与通信实验中心 指导教师：吴仕勋 一、题目 OFDM系统的CFO估计技术 二、仿真要求 要求一：OFDM系统的数据传输 ①传输的数据随机产生； ②调制方式采用16QAM； 要求二：要求对BER的性能仿真 设计仿真方案，比较两个CFO的性能（基于CP与基于训练符号Moose），并画出不同SNR下的两种估计技术的均方差（MSE）性能。

三、仿真方案详细设计 1、首先OFDM技术的基本思想和现状了解。认真学习OFDM技术的基本原理，包括OFDM系统的FFT实现、OFDM系统模型、OFDM信号的调制与解调、OFDM信号的正交性原理，根据PPT及网上查阅资料加以学习。其次，了 解OFDM的系统性能，包括OFDM系统的同步技术及训练序列等。 2、同步技术：接收机正常工作以前，OFDM系统至少要完成两类同步任务： ①时域同步，要求OFDM系统确定符号边界，并且提取出最佳的采样时钟，从而减小载波干扰(ICI)和码间干扰(ISI)造成的影响。 ②频域同步，要求系统估计和校正接收信号的载波偏移。在OFDM系统中，N个符号的并行传输会使符号的延续时间更长，因此它对时间的偏差不敏感。对于无线通信来说，无线信道存在时变性，在传输中存在的频率偏移会使OFDM 系统子载波之间的正交性遭到破坏。 3、载波频率的偏移会使子信道之间产生干扰。OFDM系统的输出信号是多个相互覆盖的子信道的叠加，它们之间的正交性有严格的要求。无线信道时变性的一种具体体现就是多普勒频移引起的CFO，从频域上看，信号失真会随发送信道的多普勒扩展的增加而加剧。因此对于要求子载波严格同步的OFDM 系统来说，载波的频率偏移所带来的影响会更加严重，如果不采取措施对这种信道间干扰（ICI）加以克服，系统的性能很难得到改善。 OFDM系统发射端的基本原理图OFDM信号频谱 4、训练序列和导频及信道估计技术 接收端使用差分检测时不需要信道估计，但仍需要一些导频信号提供初始的相位参考，差分检测可以降低系统的复杂度和导频的数量，但却损失了信噪

高考物理电学设计性实验

高中物理巧学妙解王 第二章 高频热点剖析 ---179--- 十九、定值电阻在电学设计性实验中的巧用 设计性物理实验是近几年高考试题中的一个新亮点，也是高三复习教学的重点之一;它要求学生对课本实验原理、方法有较为透彻的理解，能正确使用实验中用过的仪器，并能正确运用在这些实验中学过的方法综合分析解决新的实验问题。设计性实验主要以电路设计为主.电路设计经常要用到定值电阻，定值电阻如何使用往往是学生最感困惑的地方，也是教学的薄弱环节.鉴于此，本专题将对电学实验设计的基本原则和基本思想特别是定值电阻在其中的巧用进行系统的介绍，并对相应问题归类分析。 一. 基本原则 1. 安全性：保证不损坏实验器材。 2. 精确性：电表指针偏转要明显，尽可能减小实验误差，并测得多组数据。 3. 方便性：在保证实验正常进行的前提下，选用的电路和器材应便于操作，所得的实验数据便于处理。（又称可“操作性”） 以上原则是必须遵循的原则。另外有一个附加要求，即在同时满足以上原则的基础上，尽可能地节省器材，节约能源。（在平时练习中，若题目无特别说明，一般不予以考虑。） 二. 基本思想 1. 分压、限流电路的选择 根据分压、限流电路的特点和制约电路的几种因素，有以下选择： （1）若负载电阻的阻值远大于滑动变阻器的总电阻，因滑动变阻器限流作用弱，如果采用限流电路，电表指针在滑动变阻器阻值改变后偏转不明显，无法测得多组数据，故应采用分压电路。 （2）如果负载电阻的阻值与滑动变阻器的总电阻相差不大，分压、限流电路都可。 （3）若要求负载上电压或电流从零开始连续变化，须用分压电路。 （4）两种电路均可的情况下，若要求电源消耗功率小，须用限流电路。（证明从略） 2. 其它设计思想 （5）若知道电压表的量程和阻值，则电压表兼有电流表的功能。 （6）若知道电流表的量程和阻值，则电流表兼有电压表的功能。 （7）根据电压表的构造可知，可以用电流表和电阻串联作电压表使用 涉及知识： 1.伏安法测电阻 2. 半偏法测电阻 3.电流表电阻的测量 4.电压表电阻的测量 5.伏安法测电源的电动势和内电阻 6.电表的改装 一、定值电阻作为保护电阻 定值电阻作为保护电阻，是定值电阻最常见的应用,这类问题的关键是弄清题目的设计原理，根据提供的数据进行必要的估算，确定好保护电阻在电路中的位置. 串联电阻具有分压作用，并联电阻具有分流作用，利用定值电阻的这种作用，可以用定值电阻来保护电表、待 测元件、电源、滑动变阻器等器材的使用安全，这种做 法遵循的是电学实验中的“安全性原则”． 【例1】测量电源B 的电动势E 及内阻r (E 约为4.5V ，r 约为1.5Ω)． 实验器材：量程3V 的理想电压表V ；量程0.5A 的电流表A (具有一定内阻)；定值电阻4R =Ω；滑动变阻器'R ；电键K ；导线若干． (1)画出实验电路原理图，图中各元件需用题目中给出的符号或字母标出． (2)实验中，当电流表读数为1I 时，电压表读数为1U ；当电流表读数为2I 时，电压表读数为2U ,则可以求出E = ，r = ．(用1212I I U U 、、、及R 表示) 〖解析〗(1)测量电源电动势和内阻的实验原理是闭合电路欧姆定律．电压表用来测路端电压，电流表用来测干路中的总电流．当电路中电流达到最大值(电流表的量程) 0.5A 时，路端电压最小值为 (4.50.5 1.5)U E Ir =-=-?V 3.75=V ，大于电压表量程，故电压表不能直接用于测量路端电压．若将题中的定值电阻与电源串联，便组成一个等效电源．等效电源的内阻为R r +，最小路端电压为 '()[4.50.5(4 1.5)]U E I R r =-+=-+V 1.75=V ， 小于电压表量程，故可以保证测量的安全．实验电路原理图如图1所示． (2)由闭合电路欧姆定律可得，11()E U I R r =++,22()E U I R r =++,两式联立解得： 211221I U I U E I I -= -,1221 U U r R I I -=-- 【例2】利用下面适当的实验器材，设计一电路来测量电流表1A 的内阻1r ，要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测出多组数据. A.电流表1()A 量程0～10mA 、内阻1r 待测(约40Ω); B.电流表2()A 量程0～500μA 、内阻2750Ωr =; C.电压表()V 量程0～10V 、内阻3=10k Ωr ; D.定值电阻1()R 阻值约100Ω、做保护电阻用; E.滑动变阻器2()R 总阻值约为50Ω; F.电源()E 电动势1.5V 、内阻很小; G.开关()S 、导线若干. (1)画出电路图，标明所用器材的代号. (2)若选测量数据中的一组来计算1r ，则所用的表达式为1r = ，说明式中各符号的意义. 〖解析〗 由1A 的量程和内阻值可知，其两端的最大电压大约为30101040V 0.4V U -=??=<10V .为便于测量的精确度尽可能高，10V 的电压表不能选用，要测量1A 的内阻值1r ，由伏安法测电阻原理必须知道它两端的电压1U 和其中的电流1I ，而电流1I 可由其读数读出，把电流表2A 和电流表1A 并联起来，电流表2A 的读数为2I ，则22I r 即为电流表1A 两端的电压，在这里电流表2A 当作 图 1

高中物理-突破电学设计性实验的思路和方法

高中物理-突破电学设计性实验的思路和方法 电学设计性实验题能有效地考查学生的实验技能和创造性思维能力，在高考中的考查频率很高．不少学生面对这类题感到无从下手．实际上，只要做到“三个明确”“三个选择”，问题便可迎刃而解． 一、明确题目的要求 认真审清题意，看清题目的要求．即审题时要看清题目要求测定什么物理量，验证、探究什么物理规律，或者要求设计达到何种标准的电路等． 二、明确实验原理 解决设计型实验题的关键在于选择实验原理．如果实验需要测定某些电学量，应弄清待测物理量可通过哪些规律、公式求得，与哪些物理量有直接联系，可用哪些物理量定量地表示，用何种方法测定相关量，进而得出待求量． 三、明确设计电路的原则 设计电路一般应遵循“安全性”原则、“精确性、方便性”原则，兼顾“运用仪器少，耗电少”等三条原则．1．安全性原则 选用仪器组成电路，首先要保证实验正常进行．例如通过电流表的电流和加在电压表上的电压均不得超过其量程，滑动变阻器、被测电阻不得超过其额定电流(额定功率)等． 2．精确性、方便性原则 “精确”是指选用仪器组成实验电路时要尽可能减小测量误差，提高精确度．例如所用电流表、电压表的指针应有较大的偏转，一般应使指针偏转在满刻度的1/3以上，以减小因读数引起的偶然误差．“方便”是指实验中便于调节控制，便于读数．例如应根据电路可能出现的电流、电压范围选择滑动变阻器．对大阻值的滑动变阻器，如果滑片稍有移动就使电路中的电流、电压有很大变化，则不宜采用．对于滑动变阻器，还要权衡用分压式电路还是限流式电路． 3．运用仪器少，耗电少原则 在达到实验目的，各项指标均符合要求的前提下，还应注意运用的仪器尽量少和节约电能．例如控制电路有限流式与分压式两种调节电路，若这两种调节电路均能满足要求，从消耗功率小，节约电能的角度，则应选用限流式电路． 四、控制电路的选择 滑动变阻器选用限流接法和分压接法的依据： 1．负载电阻电压要求变化范围较大，且从零开始连续可调，应选分压电路． 2．若负载电阻的阻值R x远大于滑动变阻器总阻值R，应选分压电路． 3．若负载电阻的阻值R x小于滑动变阻器总阻值R或相差不多，且没有要求电压从零可调，应选限流电路．4．两种电路均可时限流电路优先，因为限流电路消耗的总功率小． 五、测量电路的选择 伏安法测电阻有两种电路，如图所示．可根据阻值比较法或试触法选择． 六、实验器材的选择 1．安全因素 通过电源、电表、电阻的电流不能超过允许的最大电流． 2．误差因素 选择电表时，保证电流和电压均不超过其量程．使指针有较大偏转(一般取满偏度的 1 3～ 2 3)；使用欧姆表选挡时让指针尽可能在中值刻度附近． 3．便于操作 选滑动变阻器时，在满足其他要求的前提下，可选阻值较小的． 4．关注实验的实际要求． [“伏伏法”测电阻](2016·陕西西工大附中适应性训练)用以下器材可测量电阻R x的阻值． A．待测电阻R x，阻值约为600 Ω B．电源E，电动势约为6.0 V，内阻可忽略不计 C．毫伏表V1，量程为0～500 mV，内阻r1＝1 000 Ω D．电压表V2，量程为0～6 V，内阻r2约为6 kΩ E．电流表A，量程为0～0.6 A，内阻r3约为1 Ω F．定值电阻R0，R0＝60 Ω

大学物理综合设计性实验(完整)

综合设计性物理实验指导书黑龙江大学普通物理实验室

目录绪论 实验1 几何光学设计性实验 实验2 LED特性测量 实验3 超声多普勒效应的研究和应用 实验4 热辐射与红外扫描成像实验 实验5 多方案测量食盐密度 实验6 多种方法测量液体表面张力系数 实验7 用Multisim软件仿真电路 实验8 霍尔效应实验误差来源的分析与消除 实验9 自组惠斯通电桥单检流计条件下自身内阻测定实验10 用迈克尔逊干涉仪测透明介质折射率 实验11 光电效应和普朗克常数的测定液体电导率测量实验12 光电池输出特性研究实验 实验13 非接触法测量液体电导率

绪论 一．综合设计性实验的学习过程 完成一个综合设计性实验要经过以下三个过程： 1．选题及拟定实验方案 实验题目一般是由实验室提供，学生也可以自带题目，学生可根据自己的兴趣爱好自由选择题目。选定实验题目之后，学生首先要了解实验目的、任务及要求，查阅有关文献资料（资料来源主要有教材、学术期刊等），查阅途径有：到图书馆借阅、网络查询等。学生根据相关的文献资料，写出该题目的研究综述，拟定实验方案。在这个阶段，学生应在实验原理、测量方法、测量手段等方面要有所创新；检查实验方案中物理思想是否正确、方案是否合理、是否可行、同时要考虑实验室能否提供实验所需的仪器用具、同时还要考虑实验的安全性等，并与指导教师反复讨论，使其完善。实验方案应包括：实验原理、实验示意图、实验所用的仪器材料、实验操作步骤等。 2．实施实验方案、完成实验 学生根据拟定的实验方案，选择测量仪器、确定测量步骤、选择最佳的测量条件，并在实验过程中不断地完善。在这个阶段，学生要认真分析实验过程中出现的问题，积极解决困难，要于教师、同学进行交流与讨论。在这种学习的过程中，学生要学习用实验解决问题的方法，并且学会合作与交流，对实验或科研的一般过程有一个新的认识；其次要充分调动主动学习的积极性，善于思考问题，培养勤于创新的学习习惯，提高综合运用知识的能力。 3．分析实验结果、总结实验报告 实验结束需要分析总结的内容有：（1）对实验结果进行讨论，进行误差分析；（2）讨论总结实验过程中遇到的问题及解决的办法；（3）写出完整的实验报告（4）总结实验成功与失败的原因，经验教训、心得体会。实验结束后的总结非常重要，是对整个实验的一个重新认识过程，在这个过程中可以锻炼学生分析问题、归纳和总结问题的能力，同时也提高了文字表达能力。 在完成综合性、设计性实验的整个过程中处处渗透着学生是学习的主体，学生是积极主动地探究问题，这是一种利于提高学生解决问题的能力，提高学生的综合素质的教学过程。 在综合设计性实验教学过程中学生与教师是在平等的基础上进行探讨、讨论问题，不要产生对教师的依赖。有些问题对教师是已知的，但对学生是未知的，这时教师应积极诱导学生找到解决问题的方法、鼓励学生克服困难，并在引导的过程中帮助学生建立科学的思维方式和研究问题的方法。有些问题对教师也是一个未知的问题，这时教师应与学生共同思考共同解决问题。 二．实验报告书写要求 实验报告应包括：1实验目的；2实验仪器及用具；3实验原理；4实验步骤；5测量原始数据；6数据处理过程及实验结果；7分析、总结实验结果，讨论总结实验过程中遇到的问题及解决的办法，总结实验成功与失败的原因，经验教训、心得体会。 三．实验成绩评定办法 教师根据学生查阅文献、实验方案设计、实际操作、实验记录、实验报告总结等方面综合评定学生的成绩。 （1）查询资料、拟定实验方案：占成绩的20%。在这方面主要考察学生独立查找资料，并根据实验原理设计一个合理、可行的实验方案。 （2）实施实验方案、完成实验内容：占成绩的30%。考察学生独立动手能力，综合运用知识解决实际问题的能力。 （3）分析结果、总结报告：占成绩的20%。主要考察学生对数据处理方面的知识运用情况，分析问题的能力，语言表达能力。 （4）科学探究、创新意识方面：占成绩的20%。考察学生是否具有创新意识，善于发现问题并能解决问题。 （5）实验态度、合作精神：占成绩的10%。考察学生是否积极主动地做实验，是否具有科学、

药理学综合设计性实验汇编

药理学综合设计性实验 实验一氯丙嗪的降温作用（设计性实验，4学时） 实验简介：本实验使学生掌握实验设计的基础理论和方法（包括动物选择、实验分组、对照原则、处理因素的标准化等多方面知识），并通过观察氯丙嗪的降温作用，掌握其降温特点，联系临床应用。 实验辅导：至少双人辅导 【实验目的】掌握实验设计的基础理论，通过观察氯丙嗪的降温作用，掌握其降温特点，联系临床应用。 【实验器材】小鼠、注射器、体温计、冰箱、氯丙嗪等。 【实验过程】 一、首先介绍实验设计的基础理论 （一）实验设计是科学研究计划中关于研究方法与步骤的一项内容，是实验研究所涉及的各项基本问题的合理安排。严密合理的实验设计是顺利进行研究工作的保证，同时也能最大限度地减少实验误差以获得精确可靠的实验结论，甚至可以使研究工作事半功倍。 药理学实验设计的三大要素，即处理因素、实验对象与实验效应。 1.处理因素 (1)处理因素实验中根据研究目的确定的由实验者人为施加给受试对象的因素称为处理因素，如药物、某种手术等。 一次实验涉及的因素不宜过多，否则会使分组增多，受试对象的例数增多，在实际工作中难以控制。但处理因素过少，又难以提高实验的广度和深度。 (2)明确非处理因素：非处理因素虽然不是我们的研究因素，但其中有些因素可能会影响实验结果，产生混杂效应，所以这些非处理因素又称混杂因素。设计时明确了这些非处理因素，才能设法消除它们的干扰作用。 (3)处理因素的标准化：处理因素在整个实验过程中应做到标准化，即保持不变，否则会影响实验结果的评价。如实验设计中处理因素是药物时，则药物的剂型、给药途径、质量(成分、出厂批号等)必须保持不变。 2.实验对象 实验对象的选择十分重要，对实验结果有着极为重要的影响。药理学实验主要实验对象包括整体动物(正常动物、麻醉动物和病理模型)、离体器官、组织及细胞等。 3.实验效应 实验效应是指受试对象在处理因素作用后呈现的反应或受到的影响，其具体表现形式是指标。这些指标包括计数指标(或定性指标)和计量指标(或定量指标)等。指标的选定需符合特异性、客观性、重复性、灵敏性、精确性、可行性等原则。 (二)药理学实验设计的基本原则 为了提高研究效率，控制误差和偏倚，药理学实验设计同其它科学研究一样必须遵循三大基本原则，即对照、随机和重复原则。 1.对照原则 对照是比较的前提。在生物学实验中存在许多影响因素，为消除无关因素对实验结果的

综合性、设计性实验指导书(范本)

设计性实验指导书 实验名称：冷冻鱼糜及鱼糜制品的生产 实验项目性质：本实验是食品科学与工程专业水产品加工方向的学生在学习了《水产食品加工学》这门课程之后，将其课堂上学习的水产品加工理论知识应用到生产实践的一个设计性试验。该实验是由学生自己设计鱼糜制品（鱼丸）的配方和生产工艺。通过实验可以实现以学生自我训练为主的教学模式，使学生更好地掌握实验原理、操作方法、步骤，全面了解掌握鱼糜制品弹性形成的机理、掌握鱼糜制品制造的技术原理、掌握影响鱼糜制品弹性的因素。培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力，提高学生的创新思维和实际动手能力，提高学生驾驭知识的能力，培养学生事实求是的科学态度，百折不挠的工作作风，相互协作的团队精神，勇于开拓的创新意识。通过开展这项工作，将有利于学校培养社会所需要的高素质、创新型人才。 所属课程名称：水产食品加工学 计划学时：10 一、实验目的 1、掌握冷冻鱼糜的生产原理和工艺技术；抗冻剂防治鱼肉蛋白质冷冻变性的作用；鱼肉蛋白质变性的特征变化。 2、掌握鱼糜制品弹性形成的机理及其影响弹性的因素。 3、掌握鱼糜制品制造的生产技术。 4、掌握鱼糜凝胶化和凝胶劣化的性质。 5、学习鱼糜制品弹性感观检验方法。 二、设计指标 设计的鱼糜制品（鱼丸）主要考虑如下质量指标： 1、鱼丸的凝胶强度 2、鱼丸的风味 3、鱼丸的香气 4、鱼丸的产品成数 5、鱼丸的白度 6、鱼丸的水分 三、实验要求（设计要求） 1、要求学生首先查资料，搞清楚不同鱼种在制作冷冻鱼糜时形成凝胶的特性，熟悉冷冻鱼糜的制作工艺过程，了解其相关的机械设备。 2、学生自己设计鱼糜制品（鱼丸）的配方和生产工艺。按5人为一实验小组，学生自己拆装、调试设备。各实验小组自己根据鱼糜制品制造的技术原理、影响鱼糜制品弹性的因素，各组自己制定鱼丸生产工艺，产品配方，用各实验小

电学设计性实验应做好的三个选择

电学设计性实验应做好的三个选择 一、控制电路的选择 滑动变阻器选用限流接法和分压接法的依据 a ．负载电阻电压要求变化范围较大，且从零开始连读可调，应选分压电路. b ．若负载电阻的阻值Rx 远大于滑动变阻器总阻值R ，应选分压电路. c ．若负载电阻的阻值Rx 小于滑动变阻器总阻值R 或相差不多，且没有要求电压从零可调,应选限流电路. d ．两种电路均可时限流电路优先，因为限流电路总功率小。 e ．特殊问题要具体问题具体分析 二、测量电路的选择 倍率比较法： 当R X ＜V A R R 时，采用电流表外接法; 测量结果：R 测＜R 真 当R X ＞V A R R 时，采用电流表内接法．测量结果：R 测＞R 真 三、实验器材的选择 ⑴安全因素：通过电源、电表、电阻的电流不能超过允许的最大电流. ⑵误差因素：选择电表时，保证电流和电压均不超过其量程.使指针有较大偏转（一般取满偏度的1/3 ～ 2/3之间）;使用欧姆表选档时让指针尽可能在中值刻度附近 ⑶便于操作：选滑动变阻器时，要考虑其允许通过的最大电流和其电压调节范围，又要操作方便. (4)实验的实际要求 例题:有一个电阻Rx,其阻值大约为10Ω,要测量其阻值.请选择适当的器材, 合理设计,并画出实验电路图. 可供选择的器材如下： 电源E （电动势为4.5V ,内阻不计） 电压表V 1（量程为5V ，内阻为10K Ω） 电压表V 2（量程为3V ，内阻为6K Ω） 电流表A 1（量程为300mA ，内阻为4Ω） 电流表A 2（量程为500mA ，内阻为2Ω） 滑动变阻器R 1 （最大阻值20Ω,额定电流1.5A) 滑动变阻器R 2 （最大阻值500Ω,额定电流0.5A ） 开关和若干导线 变化1:有一小灯泡(4.5V 2W), 要描绘其伏安特性图线.请选择适当的器材, 合理设计,并画出实验电路图. 可供选择的器材如下： 电源E （电动势为4.5V ,内阻不计） 电压表V 1（量程为5V ，内阻为10K Ω） 电压表V 2（量程为3V ，内阻为6K Ω） 电流表A 1（量程为300mA ，内阻为4Ω） 电流表A 2（量程为500mA ，内阻为2Ω） 滑动变阻器R 1（最大阻值20Ω,额定电流1.5A) 滑动变阻器R 2 （最大阻值500Ω,额定电流0.5A ） 开关和若干导线

综合与设计性大学化学实验

综合与设计性实验讲义 目录 模块一 实验一茶叶中提取咖啡因（综合性化学实验） (1) 实验二黄连中小檗碱的提取和鉴定（设计性化学实验） (5) 实验三烟叶中烟碱的提取与定性分析测定（综合性化学实验） (6) 实验四玉米须中黄酮和多糖的提取、鉴别与含量测定（设计性化学实验）··10 模块二 实验五高锰酸钾法测定蛋壳中CaO的含量（设计性化学实验） (12) 实验六维生素C药片中抗坏血酸含量的测定（综合性化学实验） (13) 实验七葡萄糖酸锌的制备和分析（综合性化学实验） (15) 模块三 实验八 1，2，4-三唑的制备（设计性化学实验） (18) 实验九聚乙烯醛缩甲醛胶水的制备（综合性化学实验） (19) 实验十香豆素-3-羧酸的制备 (20) 实验十一三草酸合铁（Ⅲ）酸钾的制备、性质和组成分析（设计性化学实验）。22实验十二固体酒精的制备及燃烧热的测定（综合性化学实验） (24) 说明：本实验课程要求学生从三个模块（见附表）中选出四个实验题目，即从模块一、模块二中各择一个实验题目，从模块三中选择二个。四个实验题目中设计性实验不得少于一个。设计性实验要提供设计方案，列举可行的方案。实验前要交给指导老师批阅。 例如：模块一中选择烟叶中烟碱的提取与定性分析测定（综合性化学实验），模块二中选择高锰酸钾法测定蛋壳中CaO的含量（设计性化学实验）， 模块三中选择聚乙烯醛缩甲醛胶水的制备（综合性化学实验），环保颜料氧化铁黄的制备定（综合性化学实验）

模块一 实验一茶叶中的咖啡因的提取及其红外光谱的测定 A 茶叶中的咖啡因的提取 一、实验目的 （1）通过从茶叶中提取咖啡因学习固-液萃取的原理及方法。 （2）掌握索氏提取器的原理及作用。 （3）掌握升华原理及操作。 二、实验原理 茶叶中含有多种黄嘌呤衍生物的生物碱，其主要成分为含量约占1%～5%的咖啡因（Caffeine，又名咖啡碱），并含有少量茶碱和可可豆碱，以及11%～12%的丹宁酸（又称鞣酸），还有约0.6%的色素、纤维素和蛋白质等。 咖啡因的化学名为1，3，7-三甲基－2，6-二氧嘌呤，其结构为： O N H3C N O CH3N N CH3 N N H N N 纯咖啡因为白色针状结晶体，无臭，味苦，置于空气中有风化性。易溶于水、乙醇、氯仿、丙酮、微溶于石油醚，难溶于苯和乙醚，它是弱碱性物质，水溶液对石蕊试纸呈中性反应。咖啡因在100℃时失去结晶水并开始升华，120℃升华显著，178℃时很快升华。无水咖啡因的熔点为238℃。咖啡因具有刺激心脏，兴奋大脑神经和利尿等作用，因此可单独作为有关药物的配方。咖啡因可由人工合成法或提取法获得。本实验采用索氏提取法从茶叶中提取咖啡因。利用咖啡因易溶于乙醇，易升华等特点，以95%乙醇作溶剂，通过索氏提取器（或回流）进行连续抽提，然后浓缩、焙炒而得粗制咖啡因，在通过升华提取得到纯的咖啡因。 三、实验装置 1．索氏提取器：见图2－17。 2．回流提取装置：在无索氏提取器的情况下，可采用回流冷凝装置（图 3-13）。但一般回流冷凝装置所用溶剂量较大，且提取效果较索氏提取器差。

专题 电学重要实验的创新设计

电学实验的电路设计 与数据处理 益阳市十六中贺禹祥 ◇◆考情分析 从近几年的高考试题来看，70％的实验题目是电学实验，而电学实验中电路实验又占了很大的分量。因为电学实验容易出灵活题，从其他知识出灵活性题目比从电学实验中出灵活题要难一些。所以考试中围绕电学出题的几率高。题目以设计性实验和仪器选择类实验题为主，如2009年广东、江苏、山东、宁夏等高考试卷，都有电学实验题出现。 ◇◆复习指导 电学实验都是在基础知识之上，巧妙结合电路特点综合命制而成的。所以在复习时要掌握好基本的知识，以不变应万变。具体要做到：一、掌握电学基本原理，熟练应用伏安法测电阻，灵活处理电流表的接法，熟练掌握滑动变阻器的两种接法。二、熟悉仪器的选择依据，灵活选择实验仪器。注意从安全性、精确性和方便性这三个方面考虑。 三、加强实际操作能力和观察能力的培养。尽可能把《考试大纲》中要求的实验亲手做一遍，提高 动手能力。四、立足教材，适度扩展。对《考试大纲》规定的实验加以改造和翻新是近几年高考电学实验题的主要形式，在复习时要展开开放式的讨论和研究，激发创新精神。 一、实验原理的迁移及电路设计 例1：2007年诺贝尔物理学奖授予了两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家。材料的电阻随磁场的增加而增大的现象称为磁阻效应，利用这种效应可以测量磁感应强度。 若图甲为某磁敏电阻在室温下的电阻一磁感应强度特性曲线，其中R B 、R 分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值。为了测量磁感应强度B，需先测量磁 敏电阻处于磁场中的电阻值R B 。请按要求完成下列实验。 (1)设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路，在图乙的虚线框内画出实验电路原理图(磁敏电阻及所处磁场已给出，待测磁场的磁感应强度大小约为～，不考虑磁场对电路其他部分的影响)。要求误差较小。 提供的器材如下： A．磁敏电阻，无磁场时阻 值R =150Ω

综合性设计性实验报告

化学综合设计实验报告 学院：理化学院班级：应用化学1002 2012--2013学年第二学期学号311013030225 姓名严威指导教师王枫 课程名称化学综合实验1 课程编号130030501 实验名称 1 2,6-二氯-4-硝基苯胺的制备（氯化）实验类型综合性 实验地点一号实验楼有机化学实验室实验时间2013.06.28 实验内容：（简述） 根据引入卤素的不同，卤化反应可分为氯化、溴化、碘化和氟化。因为氯代衍生物的制备成本低，所以氯代反应在精细化工生产中应用广泛；碘化应用较少；由于氟的活泼性过高，通常以间接方法制得氟代衍生物。 实验目的与要求： 1、掌握2,6-二氯-4-硝基苯胺的制备方法。 2、掌握氯化反应的机理和氯化条件的选择。 3、了解2,6-二氯-4-硝基苯胺的性质和用途。 设计思路：（设计原理、设计方案及流程等） 卤化剂包括卤素（氯、溴、碘）、盐酸和氧化剂（空气中的氧、次氯酸钠、氯化钠等）、金属和非金属的氯化物（三氯化铁、五氯化磷等）。硫酰二氯（SO2Cl2）是高活性氯化剂。也可用光气、卤酰胺（RSO2NHCl）等作为卤化剂。卤化反应有三种类型，即取代卤化、加成卤化、置换卤化。 由对硝基苯胺制备2,6-二氯-4-硝基苯胺有多种合成方法。直接氯气法；氯酸钠氯化法；硫酰二氯法；次氯酸法；过氧化氢法。 工业生产一般采用直接氯气法。其优点是原材料消耗低、氯吸收率高、产品收率高、盐酸可回收循环使用。 关键技术分析： 直接氯气法的反应方程式如下 氯酸钠氯化法是由对硝基苯胺氯化、中和而得，反应方程式如下：

过氧化氢法是由对硝基苯胺在浓盐酸中与过氧化氢反应而得，反应方程式如下： 实验过程：（包括主要步骤、实验结果、实验分析等） 方法一：氯酸钠氯化法。 在装有搅拌器、温度计和滴液漏斗（预先检查滴液漏斗是否严密，不能泄漏。）的250mL 四口瓶中，加入5.5g（质量分数为100%）对硝基苯胺，再加入质量分数36%盐酸100mL，搅拌下升温至50℃左右，使物料全部溶解。然后，慢慢冷却至20℃左右，滴加预先配好的氯酸溶液（3g氯酸钠加水20mL），约在1～1.5h内加完，然后，在30℃下再反应1h。用50mL水稀释上述反应物，倾入烧杯中，并用少量水冲洗四口瓶，将物料全部转移到烧杯中，过滤。 滤液倒入废酸桶，滤饼以少量水打浆，并用水调整体积至100mL左右，用质量分数为10%的氢氧化钠中和至pH=7～8，再过滤，干燥。产品称重，计算收率。测熔点。 方法二：过氧化氢法。 在装有搅拌器、温度计和滴液漏斗（预先检查滴液漏斗是否严密，不能泄漏。）的250mL四口瓶中，加入13.8g对硝基苯胺，再加入50mL水，搅拌下慢慢加入45mL浓盐酸，加热至40℃，于搅拌下1h内滴加23mL质量分数30% 过氧化氢，滴加过程中温度控制在35～55℃，加完后，在40～50℃下继续反应1.5h。随着反应的进行，逐渐产生黄色沉淀。反应结束后，过滤，水洗，烘干，称重，计算收率，测熔点。 方法三：直接氯气法。 向带有回流冷凝器和填充氢氧化钠的气体吸收柱的反应器中加入对硝基苯胺138g(1mol) 和4.5mol/L 的盐酸水溶液1L。悬浮液在搅拌下加热至105℃左右。在该温度下通氯气，约15min后出现沉淀。约2h后逐渐减少氯气量，至不再吸收氯为止（通入约2.2mol的氯气）。反应混合物冷却到70～80℃，过滤，水洗。干燥，称重，计算收率，测熔点。 实验制得黄色针状结晶。熔点192℃～194℃。难溶于水，微溶于乙醇，溶于热乙醇和乙醚。本品有毒。

设计性综合性实验方案

《计算机网络与通信实验》设计性、综合性实验方案 实验1：网络综合服务 一、实验目的 ●利用DHCP、DNS、IIS和简单网页制作的知识，建立一个网络综合服务站点，提 高站点发布的综合能力。 二、实验设备 ●交换机、PC机 三、实验环境 四、实验步骤 1、利用简单网页制作工具建立流媒体服务器中存在的流媒体文件信息列表页面，如 index.htm，并为每项流媒体文件建立流媒体点播超链接。 2、利用DHCP实验知识，建立DHCP服务器和客户端，获取IP地址。 3、利用DNS实验知识，建立DNS域名解析。如将站点域名映射到192.168.0.1。 4、利用IIS实验知识，建立与对应的WEB站点，用于打开第2步中的建立网页文件。 5、在工作站浏览器中输入后，显示index.htm页面。 实验2：交换机管理 一、实验目的 ●掌握交换机工作原理及Vlan的应用。 ●熟悉交换机MAC地址表的配置。 ●了解各种情况下MAC地址表的变化及对网络连通性的影响。 二、实验设备 ●交换机、PC机

三、实验环境 四、实验步骤 1、根据网络拓扑结构完成网络设备连接，配置PC机网络参数。 2、使用show mac-address-table命令，查看MAC地址表初始信息。 3、任选PC1、PC2分别连接至交换机Fa0/1和Fa0/2端口，使用mac-address-table命令将其 信息写入MAC地址表，使用show mac-address-table命令查看MAC地址表信息，使用ping命令测试PC机之间的连通性。 4、 5、将PC1、PC2、PC3分别连接至交换机Fa0/1、Fa0/2、Fa0/3端口，使用mac-address-table 命令将PC3信息写入MAC地址表，并分配至Vlan 2，查看MAC地址表信息，测试PC 机连通性。 6、利用交换机工作原理对各种连通性结果进行说明。 实验3：网络模拟软件 一、实验目的 学会使用网络模拟软件Boson NetSim模拟网络环境，对网络进行配置。 ●利用Boson Network Disgner，选择正确的网络设备，模拟网络环境。 ●利用Boson NetSim，正确配置网络设备参数。 二、实验设备 ●PC机 三、实验环境 ●Boson NetSim软件

综合设计性实验

实验三十五纳米分散体系在电化学中的应用 一、实验目的 1. 了解低维纳米材料的超声分散技术； 2. 掌握CHI660B电化学工作站的使用方法； 3. 掌握一套完整的电化学方法所包含的实验内容。 二、实验基本原理 低维功能材料由于其结构的特殊性以及在纳米尺度下的一系列特殊的效应，而呈现出许多不同于传统材料的独特性能。碳纳米管是一种新型的低维功能材料，属富勒碳系，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。一般而言，纳米碳管有两种结构形式：单壁碳管和多壁碳管。单壁碳管是由单层石墨卷集而成，直径在1-2 nm；而多壁碳管则是由多层石墨卷集而成，直径在2-50 nm 之间。尽管纳米碳管是由石墨转化而来，但它与石墨有着截然不同的性质。比如它在一定尺寸范围内具有导体及半导体特性、高的机械强度及溶液中的非线性光学特性等。由于它具有好的导电性和完整的表面结构，高的机械强度和较强的化学稳定性以及它具有明显的促进电子传递作用，因而是一种很有潜力的传感器材料。但由于碳纳米管较高的机械强度和较强的化学稳定性，也决定了它不溶于几乎所有的溶剂，因此如何选择特定的手段把碳纳米管“溶解”在特定的溶剂里并制备成均匀的薄膜材料是该实验项目的关键点。表面活性剂是一类具有特殊性质的物质，而最突出的性质便是它的分子结构中即有亲水基团又有疏水基团，具有“双亲”性质，随着其浓度的不同，在溶液中表现出不同的排列形式。研究表明，一些长链的表面活性剂分子如SDS、DHP等通过超声分散能碳纳米管“溶解，并在电极表面形成均匀稳定的薄膜。 本设计实验旨在将碳纳米管超声分散在表面活性剂的水溶液中，并滴涂在玻碳电极表面，制成碳纳米管薄膜修饰的电极，考察一些环境污染物在修饰电极上的传感特性。 三、实验仪器与药品 CHI660B电化学工作站1台；CHI830电化学分析仪1台；超声波清洗器1台；红外灯1台；干燥箱1台；电子分析天平1台；双蒸馏水器1台；玻碳电极3支，甘汞电极3支。 碳纳米管（中国科学院成都有机化学有限公司）；十二烷基硫酸钠；吐温-80；冰醋酸；乙酸钠；磷酸二氢钾；磷酸氢二钠；硝酸铅；氯化镉；铁氰化钾；硫酸；硝酸；盐酸；氢氧化钠；以上试剂均为分析纯。

胰岛素设计性实验报告doc

胰岛素设计性实验报告 篇一：实验设计-修订版 胰岛素所致的低血糖休克及药物 和激素对血糖的影响 第一临床医学院XX级医学检验一班 设计人：郭英刘雨霏刘妮彭超 XX年3月12日 【题目】胰岛素所致低血糖休克及药物和激素对血糖的影响 【背景】 胰岛素是重要的内分泌激素之一，主要生理作用是全面地调节糖类代谢，同时也相应地调节脂肪和蛋白代谢。正常动物由于神经系统的调节和激素的相互作用，血液中胰岛素浓度是相对稳定的。若给正常动物注射胰岛素，可造成人胰岛素性低血糖症状。血糖浓度持续降低而出现交感神经兴奋性增高和脑功能障碍症群而导致的综合症就是低血糖休克。在实验条件下如果给动物注射过量的胰岛素，使动物体内胰岛素量骤然升高，可造成动物实验性低血糖，会使神经组织的正常代谢和功能发生障碍，以至产生痉挛昏迷，外部表现为惊厥，称之为胰岛素休克。小鼠的低血糖休克实验属于经典实验．传统的胰岛素休克实验目的是观察人工胰岛素性低血糖休克以及注射葡萄糖后的消失过程，以加深对胰岛素

生理作用的理解．但实验中一般不测定小鼠血糖的变化，只是观察胰岛素造成低血糖休克时的行为变化。 现阶段对胰岛素降低血糖的原理研究较多，其他药物和激素如甲状腺素、生长激素、糖皮质激素对血糖的研究也以较多，但都是单量试验，并未将多种激素和药物联合起来观察对血糖影响的研究。本次试验将通过制作胰岛素低血糖休克模型来同时观察多种药物和激素对血糖的影响。 体内降低血糖的激素只有胰岛素一种，但升高血糖的激素却不止胰高血糖素一种。糖皮质激素是一种胰岛素拮抗激素，可以增强肝脏中的糖原异生，促进肝糖原分解，抑制外周组织对葡萄糖的摄取和利用，从而导致血糖升高。而甲状腺素有促进生长发育的作用，也能够促进糖的吸收和糖异生，也可升高血糖。生长激素的主要生理功能是促进神经组织以外的所有其他组织生长；促进机体合成代谢和蛋白质合成；促进脂肪分解；对胰岛素有拮抗作用；抑制葡萄糖利用而使血糖升高等作用。但其剂量不同，对血糖的影响亦不同，本次试验就胰岛素等临床常见的与血糖有关的药物和激素对血糖的影响做相应的探讨。 【目的】 学习检测血糖的方法，观察胰岛素及药物和激素对血糖的影响，同时验证不同剂量的生长激素对血糖的影响不同，从而加深理解药物和激素影响血糖水平的机制。