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    1. 光学课程的课程思政教育研究
    叶 荣, 杨果仁, 吴显云
    大学物理    2020, 39 (07): 49-54.   DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.190423
    摘要928)      PDF (463KB)(629)   

    将专业课知识与思想政治理论课有机结合,实现课程思政教育是高校专业课教育的新方向和新要求. 本文从课程

    思政的含义出发,根据光学课程的主要内容、课程地位和课程要求,首先分析了光学课程的课程思政的必要性,然后结合光学课程的实际教学体验,分别介绍了课上和课下所采取的课程思政的措施,最后通过这些措施的实施和对学生的跟踪调查,简要说明了所取得的初步成效. 相关结果表明,在光学课程教学中的课程思政是必要和迫切的,光学课程与哲学基本理论结合的课程思政案例也是充足的,光学课程的课程思政教育对培养德才兼备的人才是有意义的.

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    2. 彩虹圈下落过程的动力学分析及实验验证
    张声遥, 柳福提, 曾志强, 何伟, 施明阳, 李燕群
    大学物理    2020, 39 (11): 56-59.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.200094
    摘要764)      PDF (1190KB)(185)   
    静止垂直悬挂的彩虹圈,在上端释放后,与一般物体自由下落不同,其底端保持悬空不动,上端如多米诺骨牌般依

    次往下收缩直至低端,塌缩到最小长度才开始整体做落体运动.针对彩虹圈下落的有趣现象,建立了静态模型和动态模型,利

    用动力学原理进行详尽分析,并进行实验测量,所得实验结果与理论计算结果符合得很好,误差不超过1%. 从物理上解释了

    彩虹圈的塌缩过程实质上是波的传播过程,波有限的传播速度导致了彩虹圈奇妙的下落现象.

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    3. 简析极坐标系下曲线曲率半径的数学与力学推理方法
    邵云, 窦瑾
    大学物理    2020, 39 (8): 14-17.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.190462
    摘要760)      PDF (264KB)(228)   
    分别应用二维曲线曲率半径的直角坐标计算公式和力学矢量计算公式,推导出在极坐标系中曲线曲率半径的一般

    计算公式; 继而应用该公式求出在惯常的极坐标系中圆锥曲线曲率半径的统一表达式,并由此推出在惯常的直角坐标系中诸

    圆锥曲线各自的曲率半径表达式.文章又利用行星轨道运动的相关动力学结论,直接推导出在惯常的极坐标系中圆锥曲线曲

    率半径的统一表达式; 指出数学与力学推理方法的等价性,以及后者常常更加简便的原因.

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    4. 盛满水的碗中斜插筷子的虚像位置研究
    邵云
    大学物理    2020, 39 (06): 18-24.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.190348
    摘要625)      PDF (1933KB)(278)   
    文章利用已有的光学知识推导出,当从迎面、侧面俯视盛满水的碗中以30°斜插入的筷子时,筷子虚像点的坐标表

    达式,并作出在多种典型的观察情形下筷子虚像的三维曲线图; 指出当人眼从侧面观察时,即使在视觉上筷子的虚像也应是

    曲线; 在迎面和垂直侧面,将30 cm 视距与∞远视距俯视观察到的筷子虚像进行比较,指出当视角在60°附近时两者的差异最

    大; 计算并作出迎面和垂直侧面30 cm 视距俯视时左、右眼分别看到的筷子虚像,指出两者的差异均随视角的增大而增大.

    文末对本文筷子虚像点坐标表达式的由来进行了解释,指出该解析结果的优势所在.

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    5. 论波动光学三个反比律
    钟锡华
    大学物理    2020, 39 (07): 1-7.   DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.190575
    摘要566)      PDF (897KB)(465)   
    光场中的衍射反比律和空间相干性反比律以及时间相干性反比律, 称为波动光学三个反比律,本文分别论述了

    这三个反比律的内涵和理论价值,及其新近应用;最后,本文将波动光学中的三个反比律与量子物理中的不确定性关系,作了

    类比和联通,旨在说明量子世界的不确定性关系,正是量子波动性的必然体现.

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    6. 雨课堂:“多维度分层次”教学的实践与思考
    朱纯, 陈国庆, 聂延光, 吴亚敏
    大学物理    2020, 39 (06): 52-58.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.190364
    摘要561)      PDF (454KB)(137)   
    在移动互联网背景下,将“雨课堂”与“分层次教学模式”相结合,用于大学物理实验教学的实践中,在课前、课堂、课

    后三个维度实现了对同一个教学自然班的分层次教学.“雨课堂”的引入,从根本上解决了“异层同班异法”教学模式中课堂

    效率过低的问题,尤其是对高考没有选考物理的学生帮助非常大. 基于“雨课堂”的多维度分层次教学不仅激发了学生的学习

    热情,满足了学生的学习需求,也实现了个性化有效教学,提升了教师的“成就感”.

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    7. 半导体中电子回旋共振有效质量的量子理论推导
    马 遥, 庞 蜜
    大学物理    2020, 39 (07): 29-31.   DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.190335
    摘要502)      PDF (170KB)(143)   

    回旋共振是半导体领域中非常重要的实验测量手段之一,它可以测量半导体材料导带底和价带顶附近的有效质

    量,进而确定能带极值点附近的能带结构. 然而,在传统的固体物理和半导体物理教材中,在讨论回旋共振有效质量与有效质量的关系时,往往采用的是半经典物理图像,即电子在洛伦兹力作用下做回旋运动,通过解牛顿定律方程求出回旋频率进而确定回旋共振有效质量与有效质量之间的关系. 本文提供了一种利用量子理论得到回旋共振有效质量的方法,并得到了与朗道能级相对应的定态波函数,适当情况下,可以据此对半导体的磁光性质进行估算.

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    8. 大学物理中关于驻波教学的一些体会
    秦吉红, 邱红梅, 梁颖
    大学物理    2020, 39 (8): 7-10.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.190482
    摘要497)      PDF (860KB)(245)   
    驻波一直是大学物理课程讲授的重点和难点之一. 本文通过具体的推理,说明了驻波中“驻”的三层含义: 没有波形的定向传播,没有相位的传播,以及没有能量的定向传播. 同时总结了在讲授驻波过程中用到的一些具体案例. 通过推理和案例教学,加深学生对驻波理论和物理图像的理解,提升学生利用课堂知识解决实际问题的兴趣和能力.
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    9. 混合式教学策略研究———以疫情期间教学现状为例
    王祖源, 张睿, 张志华
    大学物理    2020, 39 (9): 1-5.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.200162
    摘要496)      PDF (921KB)(391)   
    本文结合近年来对大学物理混合式教学实践的教学反思与疫情期间的教学观察,分析了不同模式下混合式教学的特点和学习效果. 对在线教学与混合式教学中容易出现的问题也进行了分析与讨论,并对疫情期间的混合式教学提出了建议.
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    10. 多算符连乘式对易关系展开结果的普适公式
    王乾行, 李鹏
    大学物理    2020, 39 (10): 81-.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.200106
    摘要483)     
    本文中对多算符乘积的对易关系展开结果进行了研究,发现了一个普适展开公式,并对该公式进行了严格证明.利用该公式可以直接给出多算符乘积的对易关系式展开结果.采用该公式对一些常见量子力学算符对易关系进行展开,展开后的结果与通过正常程序展开的结果相同,这也进一步印证了该公式的正确性.
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    11. 卫星的运动学方程及其等时逐点轨迹
    邵 云
    大学物理    2020, 39 (10): 14-17.   DOI: 10.16854 / j.cnki.10000712.200039
    摘要470)      PDF (433KB)(127)   

    文章根据卫星在极坐标系中的椭圆轨道方程和角动量守恒式,积分求得卫星的隐函数形式的运动学方程,并作出偏心率e = 0.6 时卫星的等时逐点轨迹图,以及卫星的极坐标r、θ 随时间t 的变化曲线图,指出在椭圆轨道与(右)正焦弦的交点处r 随t 变化最为迅速,即卫星的径向速度最大.文章所求得的运动学方程实际上是开普勒方程的另一种表达,但其推理过程更便于理解.文章所给较详细的积分过程及相关结论或可为相关内容的教与学提供参考.

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    12. 北大物理教育发展报告
    郭九苓, 朱守华
    大学物理    2020, 39 (06): 1-13.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.190403
    摘要453)      PDF (328KB)(200)   
    本文基于北京大学物理学院的教育教学传统,特别是近二、三十年教学体系改革与建设成果,以及与当前一线教师

    的座谈意见,经过综合、整理、提炼而成,其中也融合了作者本人对教育的思考.本文试图对北大物理学院既有的优秀教学传

    统、先进的教育思想、灵活高效的教学管理制度、成熟可靠的教学方法与模式等,进行总结,希望能对北大物理人才的培养以

    及物理学科的发展有所裨益,也可供广大物理教育工作者及学习者参考.

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    13. 大学生物理学术竞赛对本科生不同方面能力的提升作用
    金康, 王晓辉, 贺庆丽, 郑新亮
    大学物理    2020, 39 (06): 59-64.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.190535
    摘要452)      PDF (1118KB)(150)   
    中国大学生物理学术竞赛自2010 年首次举办以来到今年已经举办了10 届. 现如今物理学术竞赛已成为物理专业

    本科生重要的能力培养、科研训练与学术交流平台. 本文结合本校参赛学生对工具软件的使用情况、学术竞赛题目涉及的物

    理分支学科和竞赛相关的成果,论证了大学生物理学术竞赛对学生在掌握各类应用工具软件、以解决问题为目的的拓展学

    习、科研实践3 个方面的提升作用. 此外,文章还就大学生物理学术竞赛在西北大学的开展情况及对学生自主学习能力、科研

    能力的提升作用进行了叙述.

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    14. 自由粒子在μ空间的运动描述
    班世豪, 张子奕, 王鑫, 刘全慧
    大学物理    2020, 39 (8): 64-67.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.190515
    摘要444)      PDF (316KB)(138)   
    对一维自由粒子在μ 空间的运动,经典力学和量子力学各自提供了看似不同、实则等价的两种描述.一些经典教材

    对这个问题的表述有误或者不完整. 本文首先通过分析经典力学中自由粒子在一维盒子中和在全空间的运动,画出了μ 空间

    的轨迹; 然后通过分析量子力学中自由粒子在无限深势阱中和在全空间周期性边界条件下的运动,画出μ 空间每个量子态占

    据的面积元.最后本文讨论了周期性边界条件下动量为零的态存在性,一个量子态在相空间中的体积元和不确定性关系之间

    的区别等问题.

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    15. 战场环境下投掷手榴弹的出手角度分析
    刘协权, 鲁海鹏, 王钰茹
    大学物理    2020, 39 (10): 64-66.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.190571
    摘要431)      PDF (437KB)(149)   
    通过投掷手榴弹或手雷消灭敌人是一种常见的单兵作战方式. 本文模拟战场环境,分析了隔着房屋、高墙或者是在

    山地环境下投掷手榴弹时的最佳出手角度,对学员的训练作战有一定的指导意义.

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    16. 无穷求和与留数定理
    邱为钢
    大学物理    2020, 39 (9): 31-33.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.190431
    摘要419)      PDF (146KB)(173)   
    复变函数在无穷远处围道上的积分值趋近于另一复变函数的积分值.应用留数定理,得到了一类对超越方程所有根无穷求和的解析表达式.数值计算验证了解析表达式的正确性.
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    17. 浅谈微积分“抽水做功”相关物理应用问题
    庞国楹, 刘 俊, 郭 彦, 刘 佳
    大学物理    2020, 39 (12): 20-27.   DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.200025
    摘要416)      PDF (1621KB)(381)   

    针对微积分中的抽水做功相关物理问题,结合实际生活场景和工程背景,以微元法和三重积分方法,考虑容器竖直

    放置和倾斜放置两种情况,建立了容器竖直放置以及吸管不同位置的做功模型,容器倾斜液体未流出的做功模型,以及容器

    倾斜液体流出情形的做功模型,并进行数值仿真,得出的相关理论具有较强的实际应用和理论参考价值.

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    18. 基于传输矩阵法的多层介质膜反射特性研究
    马海霞, 武艳军, 王吉明, 路元刚, 杨雁南
    大学物理    2020, 39 (8): 25-30.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.190500
    摘要408)      PDF (1171KB)(117)   
    薄膜干涉是大学物理波动光学教学的重要内容,也是薄膜光学的理论基础.薄膜干涉的一个重要应用是用于设计减

    反膜和高反膜.本文基于传输矩阵法,定量计算了多层介质膜的反射率. 以BK7 玻璃为例,无镀膜时在可见光范围内,其反射

    率约为4%.利用薄膜的相消干涉可以减少表面的反射率.镀一层减反膜时,对设计波长550 nm 其反射率下降为1.3%,一旦偏

    离设计波长减反效果变差; 镀两层减反膜时,在470 nm~ 670 nm 范围内,减反效果明显改善,反射率均低于1.3%.利用薄膜的

    相长干涉可以增加表面的反射率.以熔石英为例,镀一层薄膜时,对设计波长1500 nm 其反射率可由未镀膜时的3.3%提高到

    30%; 镀七组薄膜时在1360 nm~ 1660 nm 范围内其反射率均可达99%以上.通过这些定量计算,让学生更加深刻地理解所学理

    论知识在实际中的应用,培养工程意识,提高学习兴趣.

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    19. 太赫兹波衍射特性的研究
    詹洪磊, 秦凡凯, 赵昆, 陈思同
    大学物理    2020, 39 (06): 44-46.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.190328
    摘要400)      PDF (853KB)(105)   
    利用不同宽度的衍射屏对太赫兹波的衍射特性做了分析与探究.根据太赫兹波衍射特性,将衍射屏的宽度变化划分

    为三个阶段.由太赫兹时域波形的时间延迟和峰值振幅参数可直观地反映出每一阶段中太赫兹波直边衍射后光程变化和光强

    分布规律.本实验既可作为课堂内关于光的衍射知识的延伸,又可作为衍射理论与实际相结合的例子在物理教学中应用.

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    20. 流动沙漏视重变化的定量研究
    史天翔, 岳 鑫
    大学物理    2020, 39 (07): 55-59.   DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.190496
    摘要399)      PDF (923KB)(200)   

    研究沙漏在流动过程中视重随时间变化的问题.理论方面,从动量角度入手分析,得出视重变化量正比于动量柱(颗

    粒流动的区域)纵向长度的变化率,比例系数为质量流量,所得物理图像清晰,并且给出了视重随时间变化的解析式.实验方面,利用PASCO 系统搭建了称量平台,巧妙地实现了视重的精密数字化测量(采样率250 Hz).实验还采用了烧断引线的方式来启动沙漏以减小误差.理论与实验较好符合,并在不同的颗粒装填量下体现出普适性.

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    21. 李萨如图形稳定性的数值研究
    霍伟刚, 王楚涵, 王玉新, 丛晓梅
    大学物理    2020, 39 (07): 32-35.   DOI: 10.16854 / j.cnki.1000- 0712.190304
    摘要399)      PDF (1468KB)(174)   

    利用数值模拟的方法研究了扫描信号相位变化率和频率相对改变量对李萨如图形稳定性的影响.发现在扫描信号

    频率比固定的情况下,随扫描信号相位变化率的增加,李萨如图形稳定性减小;在固定的相位变化率下,李萨如图形稳定性随频率的相对改变量增加而减小. 这与实验结果完全一致.

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    22. 曲率半径的复数求法
    任佳琪, 江野, 汪茂胜, 黄万霞
    大学物理    2020, 39 (07): 63-65.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.190275
    摘要398)      PDF (128KB)(118)   
    利用平面自然坐标系中的速度、加速度的复数表示来推导运动曲线的曲率半径的表达式,并验证了该公式与传统的微分几何方法给出的结果一致.研究表明不需要借助任何几何图形的复数法可以很好地给出曲率半径的表达式.
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    23. 对球坐标系质点加速度的理解与严格推导
    施鹏毅, 涂展春
    大学物理    2020, 39 (07): 60-62.   DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.190458
    摘要392)      PDF (373KB)(155)   

    从对物理图像的直观理解角度,利用“运动分解”思想写出了球坐标系中的质点加速度表达式,并通过基于坐标变

    换方法和相对运动方法证明该表达式成立.

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    24. 3D 打印机LED 固化面光源设计
    肖惋月, 王远皓, 汪雨泓, 周群, 郭嘉仁, 郭凯, 王雷
    大学物理    2020, 39 (07): 71-77.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.190448
    摘要383)      PDF (2328KB)(92)   
    紫外光LED 在3D 打印、印刷、油墨固化等行业光固化领域具有广泛的应用.本文针对近场情况下光固化3D 打印机

    面光源照度均匀度差、辐照强度低等问题,基于几何光学和能量守恒定律,采用透镜表面离散点和LED 面光源照度函数的迭

    代方法,提出并设计了一种提高紫外光LED 阵列照度均匀度的透镜方案.

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    25. 基于塞贝克效应的热电转换装置
    吕楠, 刘佐濂, 揭海, 张成云
    大学物理    2020, 39 (06): 74-77.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.190334
    摘要383)      PDF (701KB)(149)   
    温差发电是一种新式的环境友善型能源技术,可以将废热转换为电能. 本文设计了基于塞贝克效应的热电转换装

    置,实现了温差发电. 基于单片机系统和OP07 芯片设计了有源I /V 变换电路,将温差发电输出的电压信号在LCD1602 液晶屏

    上显示,并计算出不同温度差输出的电功率. 实验结果表明热电转换输出的电压随着温度差变大而增加,且呈线性关系,单片

    发电片的热电转换效率达到0.11%,使用热电转换装置可以给用电量较小的设备供电.

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    26. 大学物理中波动问题的关键点分析
    李均, 钱程屹, 马墨南, 袁承勋, 孟庆鑫, 田浩, 王晓鸥, 张宇, 霍雷
    大学物理    2020, 39 (9): 9-16.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.190550
    摘要380)      PDF (3134KB)(218)   
    波动是大学物理中非常重要的一部分知识,既是对电磁波学习的延伸,又是波动光学和量子力学学习的基础,学习大学物理课程的同学们需要在波动问题上下足功夫. 通过调研哈尔滨工业大学的大学物理课程中波动问题的学习状况,本文提出波动问题中的四个关键点,分析了关键要素,给出了克服关键点的解决方案,便于同学们掌握波动问题.
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    27. 基于磁荷概念的稳恒电流磁场理论的理解
    杨晓峰, 吴瞡秡, 魏天杰
    大学物理    2020, 39 (07): 16-19.   DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712. 190416
    摘要377)      PDF (840KB)(211)   

    本文从磁荷概念出发,利用磁荷与电荷之间的相似性,由静电学知识直接能给出空间磁场和磁势的表达式.再引入

    磁壳的概念,利用磁壳的一个简单性质和与电流回路的等效性,得到稳恒电流磁场中几乎所有理论公式.这种以磁荷角度讨论磁学的路线,是深刻理解磁现象的重要途径.

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    28. 关于物块碰撞次数的探讨
    程军, 孙辉
    大学物理    2020, 39 (8): 11-13.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.190538
    摘要376)      PDF (263KB)(281)   

     根据动量守恒定律和机械能守恒定律深入探讨了物块碰撞次数问题.特别是当物块质量的比值是100 的非负整数次方时,碰撞次数刚好和圆周率的前几位数字相同.利用速度相图将碰撞过程直观地描述出来,并结合理论推导解释了上述有趣的结果.

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    29. 静电场及电荷运动的VPython可视化模拟
    王瑶, 刘玉颖, 朱世秋
    大学物理    2020, 39 (9): 72-77.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.190463
    摘要373)      PDF (1475KB)(476)   
    本文基于库仑定律和场强叠加原理,利用计算机软件VPython 模拟不同电荷分布的静电场,并利用Plotly 软件分析各点电场强度大小; 研究了点电荷和电偶极子在静电场中的运动轨迹及其能量特征,实时三维可视化电偶极子的运动过程,并探究其运动规律.教学实践表明: 基于VPython 和Plotly 的静电场及电荷运动可视化模拟,能使学生更好地理解和灵活运用静电学相关知识,是对传统物理教学的有益补充.
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    30. 谐振子在谐振系中的基态与惯性系中的相干态
    李体俊, 刘纯宝
    大学物理    2020, 39 (8): 1-2.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.180602
    摘要372)      PDF (120KB)(171)   
    谐振子的量子态在不同的参考系中表现的形式不同.在简谐振动参考系中谐振子的基态,在惯性系中表现为谐振子的相干态.
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    31. 大学物理实验混合式教学模式的探讨与实践
    李硕, 何越, 王志军, 张金宝, 李守春, 孙超, 倪牟翠
    大学物理    2020, 39 (8): 39-42.   DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.190577
    摘要370)      PDF (441KB)(125)   
    对大学物理实验教学情况的分析发现,混合式教学在减轻教师工作压力之时,对培养学生学习能力、动手能力和创

    新能力有一定的优势. 通过分析吉林大学公共物理教学中心传统教学和混合教学模式下培养的学生成绩,得到混合式教学模

    式的成绩明显高于传统教学模式,这说明混合式教学模式对教师的教和学生的学都有益处.

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    32. 星芒现象的理论与实验研究
    王莹, 周渝涵, 夏往所
    大学物理    2020, 39 (9): 41-46.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.190476
    摘要368)      PDF (1618KB)(207)   
    本文对有趣的物理现象———星芒现象进行了理论与实验探究.通过对相机拍摄成像过程建立物理模型,利用夫琅禾费衍射理论对星芒产生的过程行了理论分析.然后从理论和实验上对比探究了相机光圈形状、光圈大小、入射光波长、相机和光源的距离等因素对星芒形成的影响.最后给出了在夜晚拍出明显星芒的建议.
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    33. 镜像法求解平面上球形突起电场方法探究
    詹研, 刘锦, 常悦悦, 王文静, 张先梅
    大学物理    2020, 39 (9): 59-65.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.200019
    摘要367)      PDF (2280KB)(179)   
    镜像法可以用来求解高对称性系统中的静电场.本文讨论这样一种模型: 在无穷大的接地导体平面上有一个球形的

    突起,点电荷位于系统的对称轴上,与导体面没有接触.通过对球的半径、球心与平面距离、电荷到球顶的最短距离三者关系的

    讨论,推导出了三种收敛的情形.前两种情况下,无论点电荷处在何种位置,总能得到稳定的解,并且结合MATLAB 模拟,给出

    了空间的电场电势分布.第三种情况无法用镜像法求解,体现了镜像法的局限性.

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    34. 固体物理教学的若干思考I:多轨道紧束缚近似
    袁喆
    大学物理    2020, 39 (12): 1-4.   DOI: 10.16854 / j.cnki.1000- 0712.200278
    摘要367)      PDF (570KB)(305)   
    紧束缚近似是固体能带理论教学中的重要内容,其中包含很多重要的概念和物理图像.目前教材中的紧束缚近似多采用单轨道例子,导致教学中对哈密顿量、能带、布洛赫波函数等概念缺乏深刻理解.本文采用了一维双原子链模型,详细阐述了如何求解多轨道紧束缚近似下晶体的能带,并借助构建哈密顿量的数学过程,展示了紧束缚近似下原子能级微扰、近邻原子轨道交叠积分等物理图像,讨论了能带走势与布洛赫波函数的关系,以及影响能带个数与能带宽度的因素.
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    35. 均匀带电半球体轴线上的场强分布求解探讨
    吴显云, 李 斌
    大学物理    2020, 39 (10): 22-28.   DOI: 10.16854 / j.cnki.1000 0712.200033
    摘要362)      PDF (851KB)(278)   

    对于均匀带电半球体,因电荷分布不具有高度对称性不能利用高斯定理求其轴线上的电场分布,采用场强叠加原理和电势梯度两类多种方法经严格地推导求出了其轴线上任一点电场强度分布的解析解,结果表明均匀带电半球体内外轴线上各个区域电场强度分布的解析解不同,虽然采用的方法不同,但是得到的结论是一致的.对于均匀对称分布的带电体,选取合适的电荷元,利用场强叠加原理求解场强分布比较简捷,而电荷非均匀对称分布利用叠加原理求解较困难时,可采用电势梯度求解.

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    36. 基于快速傅里叶变换的可见光室内定位技术的研究
    游盈萱, 陆哲睿, 王文玲
    大学物理    2020, 39 (06): 68-73.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.190465
    摘要360)      PDF (1190KB)(135)   

    针对传统室内定位方式系统复杂,响应时间不理想的问题,本文利用傅里叶变换处理经方波调制的光信号,用来降

    低响应时间,并对光信号在传输过程中的反射影响进行了优化,建立了精度高,响应时间快的定位系统模型.基于光强和距离

    的函数关系,我们给出对接收平面的倾角修正,从而解算出接收器坐标.将该理论构想应用于定位装置,最终实现了快速响应

    和较高精度的可见光定位系统.

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    37. 谐振式磁耦合无线电能传输系统传输特性及实验仪设计
    陈国杰, 周有平, 严冬, 谢嘉宁, 李斌
    大学物理    2020, 39 (06): 33-38.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.190324
    摘要353)      PDF (1068KB)(106)   
    利用磁耦合理论,分析了谐振式磁耦合无线电能传输系统的传输特性,开发了一种谐振式双线圈磁耦合无线电能

    传输实验仪.利用LED 负载直观定性地观测了系统的传输特性,实验测量了发射线圈高频等效电阻及系统输出功率与信号频

    率、传输距离和负载的关系,获到了最大传输功率条件和频率分裂规律.实验表明,线圈在MHz 频率下趋肤效应明显,频率越

    高,等效电阻越大; 磁耦合无线电能传输系统的谐振特性不仅与频率相关,还与耦合系数相关; 最佳全谐振时输出功率和传输

    效率最大.本实验仪可拓展测量RLC 串联电路稳态特性,工作稳定,实验与理论吻合好.

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    38. 卢瑟福的“炮弹”能弹回来吗?
    刘智华, 罗成林
    大学物理    2020, 39 (06): 65-67.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.190385
    摘要349)      PDF (313KB)(238)   
    原子物理学的核心概念是原子模型,在所有原子物理学教材中,原子的汤姆逊模型对α 粒子的散射均是最为基础

    的内容.但在教学过程中,一般只从经典力学出发对α 粒子的散射进行理论推演,而少有对相关误差传递及数理统计知识的阐

    述.本文从力学与数理统计的相关理论出发,对卢瑟福散射实验中α 粒子大角度散射概率进行估算,并以此结果说明在教学过

    程中加强多学科知识融合能力的培养是提高学生科研能力的关键步骤.

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    39. 磁单极场中的空间转动对称性与轨道角动量
    林琼桂
    大学物理    2020, 39 (10): 1-4.   DOI: 10.16854 / j.cnki.10000712.200156
    摘要348)      PDF (202KB)(165)   

    对于带电粒子在磁单极场中运动的问题,推广了量子力学中关于空间转动对称性的分析,得到了推广的轨道角动量,结果与其他方法所得一致.波函数在空间转动下的变换比没有磁单极场的情况多了一个相因子.解出了该相因子的显式.要求其在转角为2π 的转动下为±1,可以得出熟知的电荷量子化条件.

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    40. 非相对论极限下Pauli-Fierz 哈密顿量形式浅析
    张俊, 朱占武, 贺泽东
    大学物理    2020, 39 (9): 6-8.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.190536
    摘要346)      PDF (213KB)(128)   
    长度规范下的哈密顿量在讨论量子化电磁场( 光子) 与原子( 或分子) 相互作用时有着明显优势,即没有物理上不可观测量矢势A,而是电场与偶极矩的乘积.但是不同的文章中出现的长度规范哈密顿量似乎不一样.在本文中,我们从速度规范下的Pauli-Fierz 哈密顿量出发,分别得到坐标和动量表象下的长度规范哈密顿量,从而证明它们的等价性.澄清学生在初次学习时的疑惑.
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    41. 对称陀螺在重力场中定点转动的分析
    刘贤雨
    大学物理    2020, 39 (8): 51-57.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.190525
    摘要345)      PDF (972KB)(141)   
    基于拉格朗日力学方法,分析了重力场中的对称陀螺在六种初始条件下的运动模式,并利用其结果讨论了几个经典的对称陀螺问题. 最后,就竖直陀螺转动稳定性问题给出了数学上的看法.
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    42. 工科量子力学学习中的常用数学工具
    朱涵睿, 张瀛月, 陶辉锦
    大学物理    2020, 39 (8): 73-77.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.190427
    摘要336)      PDF (264KB)(165)   
    数学是学习量子力学必不可少的工具,本文主要介绍了工科学生在学习量子力学过程中常要用到的数学工具,为

    学习该课程的工科学生提供查阅和使用的便利.由于本课程是基础教程,本文主要方便工科学生查阅使用和更好地学习量子

    力学,对书中涉及的数学知识未进行详尽展开介绍.

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    43. 论爱因斯坦固体模型中声子的化学势
    侯吉旋
    大学物理    2020, 39 (10): 12-13.   DOI: 10.16854 / j.cnki.10000712.190449
    摘要335)      PDF (116KB)(101)   

    本文利用微正则系综求解了爱因斯坦固体的热力学性质,并说明了在微正则系综中无法独立定义爱因斯坦固体的声子数.在其他系综中,声子数量与温度相互独立,我们严格证明了此时声子的化学势为零.

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    44. 薛定谔方程的教学探讨
    黄永义
    大学物理    2020, 39 (06): 25-26.  
    摘要335)      PDF (117KB)(330)   
    从波动方程和德布罗意关系出发,引进了薛定谔方程,这种引进薛定谔方程的方法比现有教材的引进方法更自然.
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    45. 单缝衍射仿真实验设计及分析
    陈嘉富, 王智勇, 于斌, 林丹樱
    大学物理    2020, 39 (12): 67-74.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.200160
    摘要330)      PDF (1305KB)(137)   
    针对现有教材或参考书中鲜有对单缝的菲涅耳衍射图样及其到夫琅和费衍射图样之间的过渡情形进行详细分析

    和阐述的问题,本文提出在学习衍射理论和开展实验验证这两个环节之间,设计一个衍射仿真实验环节. 据此,本文从衍射理

    论出发,推导用于实现仿真的表达式,然后以单缝衍射为例,利用Matlab 编程并结合其图形用户界面( GUI) 模块,设计衍射仿

    真实验,通过对仿真实验的结果进行分析,详细阐述了两种衍射现象及其过渡情形的特征,最后通过实际实验装置进行验证,

      证明仿真实验的可靠性和增加仿真实验环节的优势,旨在为更好地引导学生深入学习光的衍射提供一种有益的辅助手段.

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    46. 酱油的光学热透镜效应
    陈清楠, 范紫萍, 高绮妮, 郭政鑫, 郑博为, 彭力
    大学物理    2020, 39 (11): 80-84.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.200089
    摘要326)      PDF (1251KB)(150)   
    本文设计了一种材料易得、适用于演示非线性光学现象的热透镜效应装置.低功率激光经凸透镜汇聚,在薄酱油介质中传输时产生热透镜效应,利用刀口法测量和软件拟合计算出激光高斯光束的半径,并结合光学矩阵运算得到酱油热透镜的焦距.由酱油薄膜位于凸透镜焦点前后时高斯光斑大小的变化,得出酱油介质在高斯光束照射下可等效为凹透镜,讨论了酱油浓度、厚度对热透镜效应的影响.本装置结构简单、性价比高,可用于本科的实验教学演示.
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    47. Majorana 零偏压量子化电导的规范不变性
    罗运文
    大学物理    2020, 39 (07): 8-9.   DOI: 10.16854 / j.cnki.1000- 0712.190143
    摘要326)      PDF (353KB)(118)   

    从规范不变性出发,利用电子与空穴散射对称性,推导出Majorana 零偏压量子化电导平台的值为2e2 / h,得到的结

    果与现有理论相同,表明出现Majorana 零偏压量子化电导平台的本质原因是规范不变性.

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    48. 氢原子波函数在动量表象中表示的方向问题 ———对一道典型量子力学习题求解的商榷
    雷勇
    大学物理    2020, 39 (8): 18-20.   DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.190527
    摘要322)      PDF (182KB)(112)   

    本文探讨了周世勋先生所著《量子力学教程》中一道求氢原子电子动量概率分布的例题,对其求解中标定动量方向

    的做法提出了质疑. 对求氢原子量子态的动量概率振幅而言,由于其依赖于动量方向的选取,因此标定动量方向的做法不具

    有普适性. 氢原子s 态具有球对称性,其动量概率振幅中的球谐函数与动量方向无关,只有此时动量方向的标定才对概率振幅

    的表示没有影响. 对求电子动量的概率分布而言,由于需要对动量的角量进行积分,因此标定动量方向是不妥的.

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    49. 霍耳效应实验中的对称性破缺研究
    高茜, 朱亚敏, 喻纯旭, 朱江
    大学物理    2020, 39 (06): 39-43.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.190344
    摘要320)      PDF (603KB)(144)   
    迄今为止,半导体材料的导电类型及很多参数的获得,仍需利用霍尔效应实验.然而,在霍尔效应发生的同时,有很

    多副效应发生,这使得霍尔效应电压的测量值总与其真实值偏离,导致所测量的各种参数也存在一定的偏差.为了消除副效应

    的影响,常常采用对称测量法,但对称测量法所测量的数据列仍然存在着对称性破缺.该文从载流子运动状态入手,逐步深入

    分析得出,对称性破缺产生的根源是电场和磁场的共同作用,并发现磁场对于材料对称性的破坏作用大于电场.该文对于半导

    体材料性能的深入研究,以及其各种功能的开发利用,具有一定的启发作用.

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    50. 以“电磁学”为例谈专业课程思政成为滋润学生成长沃土
    吴小山, 孙亮, 张海军, 刘俊明, 忻蓓
    大学物理    2021, 40 (3): 1-3.   DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.200328
    摘要319)      PDF (914KB)(298)   
    本文以“电磁学”课程为例,讨论了做好课程建设,把唯物主义、从实践中来到实践中去、实事求是等思政元素融入专业课程教学的方法,把“三个面向”植入学生心田,使之在不知不觉中生根发芽,推进课程育人.
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