大学物理

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1. 平方反比有心力作用下质点椭圆轨道运动的若干均值关系

周国全, 唐宇轩, 祁宁

大学物理 2023, 42 (8): 6-. DOI: 10.16854/j.cnki.10000712.220359

摘要（924）

PDF（pc）（498KB）（973）

基于平方反比有心力作用下的质点的束缚态椭圆轨道运动的开普勒运动规律，以及机械能守恒律与角动量守恒定律，计算了质点的椭圆轨道运动的一些特征参量（速率、极半径、转动惯量、角速度、动能、势能等）的周期平均值，并证明了若干均值关系，讨论了2个典型的均值特征点. 根据计算所得的椭圆轨道的动能、势能等特征量的周期平均值，直接证实了位力定理，最后讨论和强调了这些均值关系之于物理教学的参考意义.

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2. 以科学认知能力培养为核心的大学物理课程思政探索——以光的偏振为例

张伶莉, 王晓鸥, 黄喜强, 刘志国, 曹永印, 王先杰

大学物理 2023, 42 (3): 33-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220179

摘要（885）

PDF（pc）（978KB）（439）

本文以光的偏振为例介绍基于物理过程的研讨式大学物理课堂教学和课程思政模式，探索以科学认知能力培养为核心的大学物理课程思政策略. 以偏振现象为引线探究其物理原理，进而给出光的偏振相关理论知识，最后拓展偏振器件、偏振光天文罗盘等方面的应用，以及中国天眼对偏振光的观测等科技前沿. 整个教学过程符合科学认知的顺序，在潜移默化中培养学生科学思维和科学研究的能力，体现出理工类大学物理课程思政的核心.

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3. X射线衍射和倒易点阵

黄冰心, 强文江

大学物理 2023, 42 (4): 4-. DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.220329

摘要（479）

PDF（pc）（1119KB）（381）

X射线衍射和倒易点阵概念抽象，是学习的难点，X射线衍射分析的理论基础是倒易点阵，倒易点阵构建的基础是X射线衍射，两者互为基础. 然而，大部分教科书中X射线衍射和倒易点阵都是分开讲解，更是给学习理解带来了困难，本文系统介绍了X射线衍射原理，并基于X射线衍射引出倒易点阵，将X射线衍射和倒易点阵统一讲解，使学习理解更加容易.

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4. 关于格林函数法的注记

杨师杰

大学物理 2023, 42 (8): 1-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220596

摘要（469）

PDF（pc）（564KB）（564）

本文系统地表述了格林函数法的基本思想,证明格林函数倒易关系只适用于自伴算符,格林函数的齐次边界条件也来自于微分算符的自伴性,非自伴算符的微分方程不能直接应用格林积分公式.文章还描述了由格林函数带来的微扰展开法,展示了其与物理学中广泛应用的费曼图技术的关系,以便学生在学习高等物理时理解其内在逻辑.

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5. 非线性动力系统在分岔点处的临界慢化行为

张杰, 杜瑶, 李晴, 于一真, 李海红, 王新刚

大学物理 2023, 42 (05): 9-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220240

摘要（453）

PDF（pc）（560KB）（304）

Lyapunov指数是定量描述非线性动力系统轨道稳定性的主要方法之一，同时也是分析系统分岔行为的常用手段．实际应用中，人们通常只关心Lyapunov指数的正负，并以此来判断系统轨道是否稳定，而对于Lyapunov指数为零，即动力学分岔点处系统的行为特征讨论甚少．本文以几类经典的非线性动力系统为例，针对系统在分岔点处的轨道稳定性进行理论和数值分析．研究发现，不同系统在分岔点处其微扰后的轨道均以幂律，而非指数的形式收敛，呈现出经典物理系统在相变临界点处的慢化行为．通过理论分析，我们解析得到分岔点处计算临界指数的一般公式，并通过数值模拟对理论公式的准确性进行了验证．临界慢化是物理系统在相变点处的普遍现象，文中关于非线性系统在分岔点处临界慢化行为的发现将加深人们对于动力学分岔本质的认识，同时也是对现有教材中关于Lyapunov指数相关知识的有益补充．

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6. 基于PNK理论的颗粒群Boycott效应研究

邵恩浩, 帕尔哈提江·吐尔孙

大学物理 2023, 42 (05): 61-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220363

摘要（449）

PDF（pc）（446KB）（216）

科学家Boycott发现草酸化或去纤维化血球沉降在倾斜容器中比在垂直容器中更快，这就是所谓的Boycott效应.本文衍生探究不溶固体颗粒在装有蒸馏水倾斜容器中的沉降是否也会产生Boycott效应以及相关参数影响.利用PNK理论推导出颗粒沉降速率关系式，研究其中影响体系的3个变量，分别为竖直沉降速率、容器底部直径、容器倾斜角度.同时，通过实验探究改变单一变量对沉降速率的影响，与理论计算结果基本吻合.结果表明，不溶固体颗粒也会产生Boycott效应；随着容器倾斜角度增大，颗粒在其中沉降速率先加快后减慢；随着容器底部直径增大，沉降速率与之正相关；随着颗粒垂直沉降速率增大，倾斜沉降速率也与之呈正相关.

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7. 柱坐标系下亥姆霍兹方程解的分类及典型应用

马子寅, 陈文琼, 梅中磊

大学物理 2023, 42 (10): 15-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.230065

摘要（444）

PDF（pc）（931KB）（337）

亥姆霍兹方程是一类用以表征电磁波传播规律的椭圆偏微分方程．对于圆柱坐标系下亥姆霍兹方程的求解问题，大部分教材都使用了分离变量的方法，但是多数内容并没有对分离变量结果做详细的分类和讨论，也没有结合其实际应用加以解释，使得初学者难以理解和掌握．本文对亥姆霍兹方程在柱坐标系下采用了分离变量法进行求解，系统讨论了其解的形式，并通过数值计算和电磁仿真分析了各类解的形式所对应的典型的电磁应用，对电磁场理论教学与研究具有一定的参考意义．

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8. 碰撞问题中的动量和角动量守恒辨析

邱红梅, 秦吉红, 徐美, 刘丽华

大学物理 2023, 42 (10): 2-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.230039

摘要（440）

PDF（pc）（772KB）（461）

本文以刚体力学中最典型的物体与直杆的碰撞问题为例，从分析受力的角度，对动量守恒和角动量守恒定律的应用条件进行了讨论，以加深对两个守恒定律的理解，希望对教师教学或学生自学起到一定的借鉴作用.

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9. 动量在现代物理中的作用

王海军

大学物理 2023, 42 (6): 1-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220463

摘要（440）

PDF（pc）（823KB）（693）

公众目前对经典动量的熟悉程度几乎可以和能量相媲美了，动量守恒定律深入人心，等质量小球的对心碰撞效果甚至应用在娱乐节目和舞蹈中.本文通过对量子理论中几个典型物理实例的估算来展示量子动量的应用，带领读者一步步揭露动量本质的同时，也同读者一起思考量子力学中波函数的物理内涵.

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10. β衰变的历史概述

何立, 孙铮, 宁长春, 次仁尼玛

大学物理 2023, 42 (3): 20-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220401

摘要（436）

PDF（pc）（985KB）（410）

β衰变的研究是一个探究物质深层物理原理的过程.它始于β放射性的研究，引导人类对物质的认识开始从原子深入到原子核内部.其能谱的测量，导致了泡利的中微子假设.在此基础上，费米第一次提出了关于β衰变的唯象理论并提出了弱相互作用的概念.此后发展出弱相互作用的中间玻色子理论，使得人类对物质的认识深入到核子内部，促进了电弱统一理论的发展，最终促成了标准模型的完成.文章回顾了β衰变这一横亘整个20世纪的重要物理学事件，对β衰变的研究历史中的关键事件进行了分析和介绍，对理解现代物理学中的标准模型的建立和发展有重要意义.

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11. 浅谈变分原理及其一些应用

郑神州, 于海燕

大学物理 2023, 42 (10): 1-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.230014

摘要（418）

PDF（pc）（783KB）（443）

给出了变分原理的基本形式以及变分极值的欧拉-拉格朗日方程的推导，其次以短程线、测地线、最速降线和等周问题为例，分别推导出各具体形式的欧拉-拉格朗日方程表示式，并对相应原问题给出求解过程以及各种相关的推广.

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12. 基于高斯基展开法研究氢原子能级和波函数

潘亚文, 耿立升

大学物理 2023, 42 (05): 18-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220263

摘要（394）

PDF（pc）（389KB）（306）

本文采用高斯基展开法精确求解氢原子能级，并且研究高斯基展开法中变分参数的选取对于结果精确度的影响.程序采用Python语言编写，这一求解方法为计算物理、量子力学等课程的教学提供了参考.

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13. 弗兰克-赫兹实验条件的优化方法及定量评估

李潮锐

大学物理 2023, 42 (7): 28-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220551

摘要（382）

PDF（pc）（1158KB）（549）

弗兰克-赫兹实验的物理内容丰富，虽然过去已从不同角度对实验条件优化问题进行了广泛讨论. 本文系统地分析了实验优化方法及其评估依据，有助于深刻理解实验物理. 本文利用实验装置所附的默认参数，得到初步实验结果. 根据集电极电流的测量原理，选定集电极电位接近但小于激发电位实验值，进而根据灯丝温度对热电子发射密度的影响规律，调节合适灯丝电压(电流). 最后，改变并观察第一栅极电位影响，由峰处和谷处集电极电流均值及其标准偏差为指标，定量评估实验优化水平，寻找最佳实验条件，以期可得到更合理的实验结果.

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14. 基于光纤温度和应变传感器的物理创新实验

张刚, 葛强, 王辉升, 吴许强, 俞本立

大学物理 2023, 42 (4): 21-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220203

摘要（368）

PDF（pc）（760KB）（307）

为了实现温度和应变同时测量，本文设计了一种基于多模干涉的光纤温度和应变传感器.该传感器利用光纤熔接机将一段细保偏光纤和一段细芯光纤错位熔接后引入萨格纳克环中而制成.由于光纤错位和模场失配，传感器内存在偏振模干涉和纤芯模-包层模干涉.对不同温度和应变作用下采集到的传感器透射谱进行滤波处理，可提取两种干涉对应的透射谱.基于透射谱中两个不同波谷的温度和应变灵敏度建立同时测量矩阵，即可实现温度和应变的同时测量.实验数据显示该传感器的温度和应变分辨率分别为0.30 ℃和13.50 με.本实验可以作为物理和光电相关专业本科生物理创新实验，帮助大学生掌握光纤传感原理、实验技能和数据处理与分析方法.

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15. 一维均匀势场中含时薛定谔方程的求解

任喜军, 刘祥瑞

大学物理 2023, 42 (7): 3-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220552

摘要（356）

PDF（pc）（661KB）（848）

本文详细讨论了一维均匀势场中含时薛定谔方程的求解．求解的思想是以均匀势场中经典粒子的运动作为参考，从经典粒子的运动轨迹出发，构建出量子情形下描述粒子运动的高斯波包形式的演化波函数，进而借助含时薛定谔方程确定波函数的具体形式．在上述思想指导下，推导得出了坐标表象和动量表象下均匀势场内一维粒子的传播子函数．同时，作为比较，狄拉克态矢量符号提供了另一种得到上述传播子函数的途径．

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16. 基于Matlab GUI落球法测液体黏度的虚拟仿真设计

刘毅恒, 陈一凡, 盛文博, 王恒通

大学物理 2023, 42 (3): 55-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220135

摘要（345）

PDF（pc）（1121KB）（264）

针对传统落球法测液体黏度实验的局限性，基于MATLAB GUI设计了虚拟仿真实验. 该虚拟仿真实验直观给出小球在液体中的运动规律，提供了液体温度对黏度的影响、无限广延条件的实现、不同直径小球匀速下落的起点以及生活常见液体的黏度等实验探究模块. 另外，该虚拟仿真实验还结合实体实验设计了实验预习、实验探究和实验考核等学习模块. 在不同的实验模块均设置了可调节的参数，允许操作者根据需要进行相关规律的探究，并且该虚拟仿真实验能够自动分析实验结果、可视化生成实验变量关系图.

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17. 融合IYPT赛题的大学物理教学新模式

潘刚, 陈文娟, 方莲

大学物理 2023, 42 (05): 51-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220456

摘要（344）

PDF（pc）（467KB）（156）

传统的大学物理教学以教师讲授为主，学生的学习主要靠记忆与理解，这导致教学过程单向化. 学生由于缺少有效载体进行互动，缺乏对物理知识的个性体验，从而逐渐丧失对大学物理的学习兴趣. 本文将IYPT赛题融入到大学物理课堂，引导学生在解决问题过程中领悟知识、运用知识，形成大学物理教学新模式. 通过4年的教学实践，发现该教学模式对学生在统考、竞赛等方面的能力提升具有一定的推动作用.

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18. 半导体电导有效质量的各向同性问题探究

许杰

大学物理 2023, 42 (7): 1-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220570

摘要（343）

PDF（pc）（753KB）（553）

本文利用多元函数微积分和张量分析手段，给出了三维k空间中等能面非球面时半导体电子有效质量的表达式，进而讨论了硅和锗等半导体中电导有效质量的各向同性问题．对这一问题的探讨有助于促进学生理解半导体能带结构及其对导电性的影响．

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19. 随机游走概率密度函数的一种推导方法

赵天润, 韦纪霆

大学物理 2023, 42 (3): 41-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220167

摘要（334）

PDF（pc）（711KB）（209）

随机游走模型是一类经典的物理模型，能应用在诸多物理场景之中，甚至在很多其他领域也能找到它的身影.但一般教材中对这个问题的计算较为复杂，或使用到过于高深的数学工具，或使用了没有必要引入的近似.本文在多步数的近似之下，应用中心极限定理，推导出随机游走问题在某一方向分量的概率密度函数.接着利用随机游走问题的球对称性和上一步中得到的结果，推导出径向的概率密度分布函数.

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20. 相对论感应电动势及其在参考系变换下的计算

李一杰, 张成园, 石薇, 许广智

大学物理 2023, 42 (05): 38-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220206

摘要（333）

PDF（pc）（237KB）（314）

本文考察相对论情况下动生、感生电动势之间的相对性.分析不同参考系总感应电动势数值改变的原因.给出参考系变换下计算总感应电动势的普遍公式.计算了无线长直导线电流外运动矩形及圆形线圈的感应电动势.最后指出运动观者测出的总感应电动势等于静止观者不同时刻在导体不同位置测量电动势的总和.

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