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学霸的模拟器系统

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第31章 噪声中的信号
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面对顾伟那双仿佛能穿透人心的审视目光,林允宁只是将手从分光计上收回,懒洋洋地插回了校服裤兜。 “老师,我没学过您说的“差动调节法”。” 他的声音平静,却让顾伟眉头锁得更紧。 没学过? 没学过能调得这么快、这么稳? “我只是觉得,” 林允宁的下巴朝那三颗调节螺丝扬了扬,语气里带着一丝浑然天成的嫌弃,“三个旋钮搅在一起调,跟没头苍蝇似的,太麻烦了。我找到一个能让它们“解耦”的对称操作,一次只动一个自由度,比较省事。算是“控制变量”吧? “至于“两侧逼近”消除回差,这不是实验教材上讲过的基本操作么?” 这番轻描淡写的回答,让顾伟彻底噎住了。 将精密光学的核心技巧,轻描淡写地归结为“嫌麻烦”、“省事”和“基本操作”? 这小子……脑子到底是什么构造? 他第一次感觉自己引以为傲的专业壁垒,被对方用一种蛮不讲理的野路子,轻松地捅了个对穿。 看着林允宁那张帅得气人却又理所当然的脸,顾伟深吸一口气,推了推眼镜,收起情绪,只留下一丝凝重。 “都跟我来。” 他没有再多说一个字,转身带着众人穿过走廊,推开了另一间实验室的大门。 如果说刚才的光学实验室是“精密”,那么这里就是“混沌”。 空气中弥漫着松香被电烙铁融化时,那股独特的刺鼻香气。 实验台上,各种颜色的杜邦线、凌乱的面包板、直流稳压电源和数字万用表交织在一起,如同一个刚刚经历过风暴的战场。 “光学,玩的是几何,是完美。” 顾伟用指关节敲了敲桌上的示波器,发出沉闷的响声,眼神扫过众人,“现在欢迎来到电学的世界,这里没有完美,只有无处不在的“幽灵”——噪声。 “你们理论算得再漂亮,到了这儿,一个接触不良,一个该死的热电势,就能让你们的理论变成一堆笑话。听懂了吗?” 他从一个防静电袋里取出一块用铜片自制、只有指甲盖大小的样品,接到复杂的桥路上,言简意赅地说道: “你们接下来的任务,” 他指着样品,“测量它的电阻,量级是毫欧。” 毫欧级别! 梁立峰等人倒吸一口凉气。 他们平时在学校做的,最多是几十欧姆的电阻测量,误差几个欧姆都无伤大雅。 可到了毫欧级别,一小段导线、一个接触不良的焊点,都可能带来毁灭性的误差! “应该用什么方法来测这个电阻,有思路么?” 顾伟没有理会学生们的震惊,点了点梁立峰: “你来说说。” “惠斯通电桥?” 梁立峰稍加思索,便给出了答案。 顾伟摇了摇头: “能回答出惠斯通电桥,也算不错了,不过,二线法在这个量级是自杀。今天,我要教你们的,是开尔文双臂电桥。” 他转身在白板上画出了一个比普通惠斯通电桥复杂数倍的电路图,讲解了四端法的核心要义,这才拿起电烙铁,像个严苛的外科主任般讲解焊接技术: “焊点,必须是光滑、圆润的银色球体。任何发黑、拉尖的,都叫“虚焊”,用吸锡器弄掉重来!” 最后,他敲了敲白板,做了总结陈词,眼神锐利如刀: “在精密测量里,真正的幽灵,是接触电阻和热电势。 “不同金属的接点在温差下会产生微伏级热电势,像一颗贴在信号上的小电池,让你永远找不到真正的平衡点。” 他顿了顿,将问题抛给了他们:“具体怎么操作来规避这些噪音,是你们今天要解决的问题。现在,开始吧。” 一声令下,实验室立刻忙作一团。 梁立峰和周智彬等人,第一次拿起电烙铁,手抖得像帕金森。 滚烫的焊锡不是滴到了桌上,就是凝固成一坨丑陋的疙瘩。 空气中,助焊剂焦糊的味道刺鼻。 “滋啦——” 一声轻响,伴随着一股蛋白质焦糊的“肉香”,周智彬被烫出一个小泡,疼得龇牙咧嘴。 顾伟抱着手臂,冷眼旁观,不断摇头。 而风暴的中心,林允宁的实验台,却是一片异样的宁静。 他没有急着上电,而是先用细砂纸把样品与线头的氧化层打净,再薄薄涂一层助焊剂。 【心灵手巧LV.1】的被动天赋,让他的手腕和手指,展现出了远超常人的稳定性。 送锡、加热、撤离,三个动作一气呵成。 一个个光滑、圆润、如同镜面般的完美焊点,在他的手下悄然诞生。 这一幕,让不远处的顾伟瞳孔猛地一缩。 这从容的姿态和稳定的焊法……根本不像一个初学者的手! 倒像个在流水线上工作了十年的老师傅! 林允宁没有停歇,他将电路布线设计得如同艺术品,导线成对绞合以减少磁耦合,所有回路在同一参考点汇合成星形回路,避免形成环流回路。 在实验中,他的取样线尽量同材、等长并排捆扎、等温布置,让它们“共冷共热”,从而尽可能抵消热电势带来的影响。 当他合上电源开关时,检流计的指针只是轻微晃动了一下,便稳定了下来,显示出一个微小的偏压。 但问题,也随之而来。 他发现,即使电路完美,检流计的指针依然在一个极小的范围内,进行着一种缓慢而线性的漂移。 像一条找不到方向的懒蛇。 林允宁的眉头不易察觉地蹙了一下,内心闪过一丝烦躁: “啧,自热效应,真够粘人的。跟这种“鬼漂移”玩捉迷藏?一辈子都别想下班。” 自热效应,测量小电阻时无法规避的难题。 电流通过样品,产生的微小热量,会缓慢改变着样品的电阻率。 这个漂移,与顾伟口中的由于接点温差产生的热电势“幽灵”不同。 它会随时间爬升,但随电流换向不翻转。 面对这个难题,林允宁咂了咂嘴,没有像其他人一样,去追逐那个不断漂移的平衡点。 他只是静静地观察了半分钟,手指在桌上无意识地敲击着极富节奏感的鼓点,似乎在思考。 “宁神在干什么?他放弃了?” 梁立峰看得一头雾水。“和周智彬面面相觑。 下一秒,林允宁动了。 他做出了一个让所有人都看不懂的操作。 “啪嗒。” 他伸出左手,果断按下桥路上的极性换向开关,电路中的电流瞬间反向。 检流计的指针猛地向反方向偏转。 而几乎在同一时刻,他悬在电桥的精密可变电阻旋钮上的右手,已经开始飞速旋转旋钮! “热电势不随换向变号,而IR会变号。” 林允宁低声自语,看了看手腕上的电子表,开始掐表,布置两轮等时序列测量。 “第一轮,正向电流,五秒。” 他没有去死抠零位,而是让指针在零点附近缓慢线性漂移,每秒的微小偏差,用铅笔点在坐标纸上。 五秒一到,他再次按下换向开关! “第二轮,反向电流,五秒。” 同样的操作,他在坐标纸上记录下第二组漂移的数据点。 “他在干什么?!” 梁立峰和周智彬也停下了手中的活,满脸困惑地看着这一幕。 顾伟的心跳,却不受控制地开始加速。 他好像……抓住了什么。 林允宁放下笔,将坐标纸上两簇各自独立的点,用直尺连成两条近似平行的“漂移线”。 然后,他在纸上做了一个让顾伟头皮发麻的动作: 取两条直线在时间t=0时的中点,作为外推的“真零点”! “我的天……” 顾伟感觉自己的呼吸都停滞了。 换向测量,是为了消除热电势这个直流偏压。 而等时序列测量再外推,是为了消除自热效应这个线性漂移! 这小子……他没有在“躲避”噪声! 他是在给“噪声”本身建模! 然后用数学的对称性,优雅地将它从信号中彻底剔除! 这才是物理学家的思维方式! 林允宁将电位计微微回拨到那个计算出的“真零点”位置。 再次换向,检流计的指针只是轻轻一颤,便如被钉死一般,稳稳地停在了正中央! 平衡! 一次成功! 一个堪称完美的、剔除了所有直流噪声的零点! “重复性验证。” 林允宁嘀咕了一句,又按同样流程做了第二组(+I/−I)等时序列,两次外推的零点差异小于一个细小刻度——数据自洽。 他这才拿起笔,在记录本上写下最终结果,并附带了完整的不确定度评估。 最后,他补了一句建议: “以更小电流复测,可验证自热效应的线性关系。” 【你完成了开尔文双臂电桥测量电阻实验】 【难度系数:1.5】 【完成度:100%】 【思维创新:B】 【综合评定:B+】 【结算奖励:模拟时长20小时30分钟!】 【剩余模拟时长:776小时45分钟】 当林允宁将那份堪称范本的实验报告递过来时,顾伟已经彻底呆住了。 他接过报告,沉默了许久,才缓缓走到白板前,轻轻敲了两下: “都停一下,看这边。” 他的声音不再冰冷,反而带着一丝自己都未曾察觉的、发现宝藏的颤音。 “这位同学的做法,就是这个实验的正确答案。他用的不光是手,还有脑子。记住,他是用建模和对称性,把误差变成了可以利用的工具。” 周智彬捂着被烫起泡的手,咽了口口水: “所以……刚才那几分钟,我们在追着漂移跑,他在把漂移当成参数放到模型里面了?” “差不多。” 顾伟难得露出一点笑,“大家记一下要点:第一,换向平均消除热电势……” 说完,他转向林允宁,语气依旧平静,但眼神里却多了一丝从未有过的郑重。 “你叫林允宁,是吧?” 他顿了顿,说出了一句让所有人震惊的话。 “明天的常规训练,你不用来了。” 梁立峰等人心中一沉,以为林允宁那副懒洋洋的散漫态度,惹怒了这位严格的老师。 然而,顾伟的下一句话,却让他们感觉自己的世界观,再一次被按在地上摩擦。 “早上八点,实验中心楼下等我。” 顾伟看着他,像是在发出一个不容拒绝的邀请。 “常规试验太简单,得给你加点码。” ……
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