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基于云计算的大学物理实验数据在线处理

更新时间：2019-12-30 13:50:30 大小：910K 上传用户：songhuahua查看TA发布的资源 标签：云计算python 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

基于云计算平台,用Python及Flask设计了一个辅助钠原子光谱实验和弗兰克-赫兹实验数据处理的程序,可不受地域及设备的限制快速计算出钠原子光谱的量子缺及固定项、绘制弗兰克-赫兹实验曲线,实现了基于云平台的大学物理实验教学资源的功能拓展.


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基于云计算的大学物理实验数据在线处理.pdf 910K

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38 4  
第 卷第 期  
Vol． 38 No． 4  
Apr． 2019  
大 学 物 理  
COLLEGE PHYSICS  
2019  
4
年 月  
櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍  
殻
基础物理教学现代化问题  
殻
櫍 櫍 櫍 櫍 櫍 櫍 櫍 櫍 櫍 櫍 櫍 櫍  
基于云计算的大学物理实验数据在线处理  
，
林奇川 程敏熙  
(
，
华南师范大学 物理与电信工程学院 广东 广州  
510006)  
:
，
Python  
Flask  
－
，
摘要 基于云计算平台 用  
及
设计了一个辅助钠原子光谱实验和弗兰克 赫兹实验数据处理的程序 可不受  
、
－
，
地域及设备的限制快速计算出钠原子光谱的量子缺及固定项 绘制弗兰克 赫兹实验曲线 实现了基于云平台的大学物理实  
．
验教学资源的功能拓展  
:
;
; Python; Flask  
关键词 云计算 数据处理  
:O 4 － 39  
:A  
:1000-0712( 2019) 04-0028-05  
文章编号  
中图分类号  
文献标识码  
【DOI】10． 16854 /j． cnki． 1000-0712． 180452  
，
在高等教育信息化的浪潮中 由于低硬件成本  
、
．
第三方类库支持应用的开发  
［5］  
、
按需服务 动态调配 安全方便的特点 云计算将成  
［1］  
．
为辅助大学物理实验教学的重要手段 采用云计  
、
，
Flask  
Python  
Web  
，
是
语言的一种  
开发框架  
jinja2，  
具有轻  
WSGI  
，
模型规范 模板引擎使用  
遵循  
， ，  
算技术 有利于践行低碳教育的理念 推动无纸化教  
、
，
Web  
．
应用开发 本文  
量 可扩展的特性 适合轻量级  
［2］  
．
学 学生通过访问云端的程序进行实验数据处  
Flask － WTF  
的程序设计采用了  
作为表单设计的第  
，
、
，
理 能减少人力 物力的耗费 加快实验数据处理的  
［3］  
，
三方库 采用  
Bokeh  
．
作为绘图的第三方库  
，
，
．
过程 优化实验教学条件 提高教学效率及质量  
2
实验原理  
－
钠原子光谱实验与弗兰克 赫兹实验是大学  
“
”
，
近代物理实验 课程的重要实验 其数据处理计算  
2． 1  
钠原子量子缺及固定项计算  
，
．
复杂 数据量大 本文为钠原子光谱实验设计了量子  
，
在钠原子光谱实验中 先利用光谱仪将不同线  
、 －  
缺及固定项的在线计算功能 为弗兰克 赫兹实验  
，
，
系各谱线的波长测定后 将波长换算成波数 则可得  
到每一线系中相邻两谱线的波数差为［6］  
，
设计了在线绘图功能 目的是拓展基于云平台的实  
．
验类课程的数据处理与计算功能  
R
R
槇
Δ ν  
=
－
( 1)  
2
2
( n －  
)
( n + 1 －  
)
Δ
Δ
l
l
1
实现条件  
， n － = m + ，  
，m  
α 其中 为正  
为了方便计算 令  
Δ
l
，
，
整数 α 为正小数 则上式可写为  
1． 1  
阿里云服务器一台  
R
R
，
根据实际需求 本研究向阿里云服务商购买了  
槇
Δ ν  
=
－
( 2)  
2
2
( m + )  
α
( m + 1 + )  
α
1
一台 核  
CPU、2 GB  
、1 Mbps  
，
带宽的云服务器  
内存  
槇
算出Δ ν后 可借助里德伯表直接查出 和 α  
．
按月付费  
，
m
，
1． 2 Python  
Flask  
语言及  
框架  
n － = m + ， n  
Δ α 已知 值即可求出量子缺Δ  
l
．
代入  
l
Python  
本文的编程语法采用  
． Python  
这一高级程序语  
固定项的计算公式为  
言［4］  
动态的特点 代码编写简洁高效 实现同样的功能  
Python 1 /5  
语言是一种脚本语言 具有轻语法 弱  
，
、
R
槇
ν
1
A
=
+
( 3)  
n'l'  
2
，
．
，
( n －  
)
Δ
l
C
2． 2  
－
弗兰克 赫兹实验  
语言的代码行数可以缩减为 语言的  
到
1 /10．  
，
同时 作为一门开源语言  
，Python  
1
，
－
(
F － H  
)
管
具有丰富的  
如图 所示 在弗兰克 赫兹管 即  
:2018 － 08 － 09;  
:2018 － 11 － 01  
收稿日期  
修回日期  
:
2017  
;
2016  
( GDJ2016055)  
年度研究基金项目 资助  
基金项目 华南师范大学  
年教学改革项目 广东省高等教育学会实验室管理专业委员会  
:
( 1995—) ， ，  
，
2017  
，
级硕士研究生 研究方向为课程与教学论  
．
作者简介 林奇川  
男 广东湛江人 华南师范大学物理与电信工程学院  
:
，E － mail: chengmx@ scnu． edu． cn  
通信作者 程敏熙  
4
第 期  
， :  
林奇川 等 基于云计算的大学物理实验数据在线处理  
29  
中充以要测量的气体［7-9］ 电子由热阴极 发出 阴  
，
K
，
、 、  
算得出两谱线对应的波数大小 两者间的波数差 跃  
G
，
K
、
n
、
极发射电流大小由栅极 控制 在热阴极 与栅极  
1
迁能级 计算量子缺所需的 值 量子缺与固定项  
G
A
G
，
之间加电场使电子加速 加速电压为  
U
．
．
，
在板极  
等 为了明确计算的原理 本界面还呈现了计算所用  
2
G K  
2
．
G
与栅极 之间加有拒斥电压  
2
U
．
G
到的公式  
当电子通过  
G A  
2
1
、
24  
学生通过手机 平板及电脑均可 小时安全稳  
，
，
空间后 仍由较大能量 就能冲拒斥电场到达板  
2
，
，
定地访问该程序 可以保存提交到后台 以便教师检  
A
I
．
极 形成电 流 如果电子与原子发生非完全弹性  
A
，
，
查核对 或者学生将得到的处理结果截图 打印作为  
，
，
，
碰撞 将部分能量传递给原子 使后者激发 就有可  
．
实验报告的一部分 这样既摆脱了对实验室设备的  
，I  
．
能导致电子无法通过拒斥电场 就会显著降低 随  
A
，
，
依赖 减少了学生实验数据处理的负担 让学生更加  
U
，I  
的不断增加 会出现一系列的峰  
A
着加速电压  
G K  
2
．
关注在呈现出来的该实验结果  
，
值与谷值 从而证明了原子能级的存在  
．
:
以下是程序算法代码的部分代码  
1)  
:
．
第一部分 生成里德伯表  
import pandas as pd  
import numpy as np  
import generate_Rydberg_form  
R = 109737． 31  
form = generate_Rydberg_form． generate_Rydberg( R)  
form = np． array( form)  
cols = ［ alpha ，1 ，12 ，2 ，23 ，3 ，34 ，4 ，45 ，  
5 ，56 ，6 ，67 ，7 ，78 ，8 ，89 ，9 ，9 10 ，10 ］  
# dataFrame  
储存着里德伯表  
dataFrame = pd． DataFrame( form，columns = cols)  
pandas  
numpy  
此部分代码利用  
的算法生成计算所需的里德伯表  
2)  
和
库以及设计  
1
－
弗兰克 赫兹实验原理图  
图
．
U 、  
通过改变灯丝电压 拒斥电压  
F
U
、
栅极电压  
G K  
2
:
、
第二部分 定义各种计算量子缺 固定项所  
U
，
．
可获得不同条件下的弗兰克赫兹实验曲线  
G K  
1
．
用到的函数  
def convert_to_wave_number( lamb) :  
return round( pow( 10，7) /lamb，2)  
3
程序编程与实验数据处理  
3． 1  
钠原子量子缺及固定项计算界与部分代码  
2
，
:
如图 所示 本程序实现的功能为 在测定钠原  
def find_which_col( delta) :  
cols = ［ 12 ，23 ，34 ，45 ，56 ，67 ，78 ，  
，
子各谱线波长后 分别输入同一线系中相邻两谱线  
89 ］  
for col in cols: #  
，
的波长λ 与λ 点击按钮  
Start，  
程序会根据公式计  
1
2
非边界情况  
l = list( dataFrame［col］)  
if delta ＞ l［－ 1］and delta ＜ l［0］:  
return ［col］  
i = 0  
for col in cols: #  
边界情况  
l = dataFrame［col］． tolist( )  
if l［0］ ＜ delta:  
small = cols［i］  
big = cols［i － 1］  
return ［big，small］  
i = i + 1  
2
图
钠原子量子缺及固定项计算程序界面  

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