大学物理

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1. 测量不确定度分析在大学物理实验中的应用——单摆测重力加速度

张竺立, 陈鑫磊, 逯美红

大学物理 2022, 41 (2): 31-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.200521

摘要（6795）

PDF （826KB）（831）

重力加速度是物理学中一个重要的力学常量，其测定方法有很多，在大学物理实验中常用到的测量方法是单摆法. 但实验原理仅研究了单摆摆球的运动，忽略了摆球大小、浮力、摆线质量等因素的影响，因此测量结果不够精确. 通过对引起单摆法测定重力加速度的相关系统误差进行修正，得到相对精确的重力加速度公式和相应的合成标准不确定度公式. 最后对测得的数据进行合理地分析和计算，最终得出较为精确的实验结果.

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2. 光由光密介质射向光疏介质时半波损失的条件

邱慧斌, 吴俊杰, 肖东华, 胡天一, 钟乘杰, 李晓彬

大学物理 2022, 41 (6): 40-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.210465

摘要（3101）

PDF （475KB）（355）

本文通过对反射波和入射波振幅的比值关系进行详细解析推导、作图呈现和分析讨论，给出反射光和入射光相位差在折射率-入射角空间的详细分布图，并指明半波损失发生的各种条件，其中包括光由光密介质射向光疏介质时反射光发生半波损失的条件. 研究表明当光束由光密介质射向光疏介质时反射波也可能发生半波损失，而当光束由光疏介质射向光密介质时反射波也不是一定会发生半波损失. 澄清和补充了一些现有教科书中不很明确的结论.

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3. 单摆周期的系统误差分析

邵云

大学物理 2022, 41 (1): 32-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210247

摘要（2705）

PDF （353KB）（467）

文章逐个分析计算了单摆的摆角、摆球的自转、摆线质量、空气浮力以及空气阻力对于单摆周期的影响，以 1 m 长5°小幅单摆为例，得到这 5 种因素带来的系统相对误差分别为+ 0. 45‰、+ 0. 02‰、- 0. 45‰、+ 0. 07‰、- 0. 14‰，合计仅为-0.05‰，即这 5种误差因素几乎相互抵消，小幅单摆实验在理论上的系统误差极小.文章给出了较为详细的推理、计算和分析过程，尤其空气阻力矩的推理过程以及图、表等，意在提供较为完整和准确的认识.文末，针对人们在空气阻力认识上可能存在的某些不足，文章给出了几点必要的说明.

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4. 相位型光栅的衍射及分光功能

邹意蕴, 林佳丽, 卢悦媛, 阎晓娜

大学物理 2021, 40 (11): 64-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210104

摘要（2220）

PDF （407KB）（766）

利用相干叠加思想推导了平面波通过相位型光栅的衍射表达式. 结果表明，相位光栅衍射可以实现将最大衍射光强集中在具有分光功能的±1 级，克服了振幅光栅衍射中具有最大衍射光强的 0 级无分光功能的缺陷. 讨论了相位层引入的相位、光栅占空比对±1 级衍射光强的影响. 利用相干叠加思想得到的衍射公式物理意义明确，便于掌握，并可应用于其他衍射结构.

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5. 居家实验:“ 揉纸团”中的分形现象

罗洁, 钱钧

大学物理 2021, 40 (10): 73-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.200522

摘要（2148）

PDF （267KB）（968）

在疫情期间，我校大学基础物理实验课程开设了学生居家实验，其中“揉纸团”实验由于制备简单、测量容易，选做的同学较多.

本文讨论了“揉纸团”实验中的分形现象，引入内部无规则纸团中分形维数的定义，并通过实验测量了普通 A4 打印纸的分形维数，研究了不同纸张硬度以及纸张层数等因素对纸团分形维数的影响.

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6. “韦氏摆”振动规律研究

姜付锦, 韩灿

大学物理 2021, 40 (11): 15-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210083

摘要（1919）

PDF （685KB）（1129）

本文先根据韦氏摆振动特点猜想其一种可能的振动模型，再由这种模型写出韦氏摆的动力学微分方程组，然后求解出振动的简正频率和振动的解析解，最后对解析解进行数值模拟并与实验数据进行比对，证明了猜想的合理性.

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7. 大学物理设计实验: 李萨如图形演示装置研究

吴晗, 于瑶, 游胤涛, 唐永军, 张锦龙

大学物理 2021, 40 (10): 36-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210147

摘要（1700）

PDF （276KB）（485）

本文介绍了一种大学物理综合设计性实验，自制李萨如图形演示装置. 首先理论上分析了由薄膜受迫振动形成李萨如图形的原因.

实验结果表明，李萨如图形的形状和大小会随着驱动声源频率的增加做周期性的变化; 最后根据测得的共振频率值计算出乳胶气球表面积扩大一倍时的等效表面张力值约为 46.00 N /m，表明该装置具有一定的实际应用性

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8. 大学物理课程思政设计与实践———以质点力学为例

龙晓燕, 谢海燕, 吴实, 张亦勋, 李加定

大学物理 2022, 41 (1): 50-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210166

摘要（1682）

PDF （563KB）（520）

在教学过程中加强课程思政教育具有重要意义、势在必行. 为了深化大学物理课程教学改革，在混合式教学模式下，借鉴传统教学针对达成知识目标的有效教学方法，对课程思政进行教学设计.通过线上、线下、考核“三位一体”的思政设计与实践，结合期末课程思政名师讲座提升，初步形成课程思政育人模式. 该模式应用以第一章“质点力学”为例，实践表明课程的育人质量得到提升.

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9. 固体物理教学中电子态密度的计算

杜林, 田宏玉, 任重丹

大学物理 2022, 41 (4): 77-. DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.210438

摘要（1595）

PDF （887KB）（537）

电子态密度是指单位能量范围内的状态数，是与电子能带结构密切相关的一个物理量.为了计算电子的比热和晶体的输运性质，必须用较精确的方法计算出晶体的电子态密度.大多数教材中对该部分的处理通常采用简化模型，并不能反映一般情况下态密度的计算思路.本文从电子态密度的公式出发，详细说明了二维石墨烯和三维面心立方晶格态密度的计算步骤，并且对其中细节给出了基于数值计算的详细解释.

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10. 眼镜轴距与人眼瞳距便捷测量方法

周思颖, 常凯歌, 毛胜春, 高博

大学物理 2021, 40 (12): 55-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210044

摘要（1521）

PDF （708KB）（413）

当人眼的瞳距与其所戴眼镜的轴距不匹配时，看到的景物会变形、失真和模糊，造成视觉疲劳，对眼睛造成不可逆的伤害.

本论文提出了采用激光笔、尺子和手机拍照的人眼瞳距与眼镜轴距的自主测量方案，通过分析光学成像原理，建立激光笔四种位置模式的眼镜轴距测量模型，给出眼镜两镜片度数相同和不同时的计算公式.搭建实验平台进行了实验，分析了影响精度的因素，并采用 Tracker 视频分析软件来进一步减小测量误差.最后，采用手机拍照来准确测量人眼的瞳距，从而实现了人眼瞳距与眼镜轴距的便捷测量，以及它们是否匹配的准确判别.

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11. 课程思政在电磁场与电磁波课堂教学中的设计与实践

宋玲玲, 黄文

大学物理 2021, 40 (11): 36-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210201

摘要（1507）

PDF （448KB）（647）

本文基于专业基础课程“电磁场与电磁波”中高斯定理这一内容，开展了以“教”为主的教学活动设计，提出了引、立、破、拓、结 5 个教学环节，实现了知识传承、能力迁徙的教学构想.同时，从 3 个维度有机融入课程思政元素，不仅破解了决定立体角的大小、正负的关键要义、闭合曲面立体角的计算等教学难点，而且还引导学生多角度看问题，助推学生正确的人生观、价值观和世界观树立，实现了“在价值传播中凝练知识底蕴，在知识传播中实现价值引领”的课程育人目标.

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12. Monte-Carlo 法模拟二维 Ising 模型———Metropolis、Swendsen-Wang 与 Wolff 算法的对比

徐琳, 陈雨泽, 刘家昊

大学物理 2022, 41 (1): 79-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210101

摘要（1371）

PDF （336KB）（589）

Ising 模型是一种应用广泛的磁自旋相互作用模型，其二维情况严格求解极为复杂，实际应用中通常利用 Wolff 算法进行模拟.Wolff 算法目前被认为是最好的聚类翻转Monte-Carlo 算法. Metropolis 和 Swendsen-Wang 算法同 Wolff 算法类似，理论上也适用于Ising 模型的模拟，却未有文章将三者系统对比来说明 Wolff算法的优越性，本科课程对于 Monte-Carlo 算法的介绍也较少.本文分别利用三种算法模拟了二维 Ising模型，介绍了其算法原理、参数选择及实现方式，分析对比了三种算法的模拟效果和适用范围，从而总结说明在二维 Ising 模型的模拟中 Wolff 算法效果更好的原因.

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13. 一维束缚态粒子无简并定理的证明

高思杰

大学物理 2022, 41 (4): 1-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.210493

摘要（1349）

PDF （614KB）（463）

本文对量子力学中的一维束缚态无简并定理进行了讨论，指出一般教材中对该定理的证明适用于波函数不存在节点的情况. 通过分析波函数在节点附近的行为，我们证明了该定理在波函数存在节点时仍然成立.

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14. 无限深方势阱本征值和本征态的三种求解方法

李海凤, 陈康康

大学物理 2022, 41 (2): 26-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210230

摘要（1293）

PDF （818KB）（249）

一维无限深方势阱模型是量子力学理想模型，经典教材中势阱的边界一般取得比较特殊.或关于坐标原点具有对称性，或势阱左边界位于坐标原点.本文首先展示了如何利用3种方法求解一维任意边界无限深方势阱能量本征值和对应的本征态，不同方法得到的结果彼此之间等价，讨论分析了这3种方法的推导结果，然后得到关于一维任意边界无限深方势阱能量本征值和本征态的通式，从中比较容易看出这两个物理量均与阱宽有关，并且本征波函数与边界值有关，最后将一维结果拓展到二维和三维任意边界无限深方势阱情况.

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15. 凯特摆测重力加速度实验中的误区———以虚拟仿真实验为例

盛妍

大学物理 2021, 40 (10): 32-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210066

摘要（1266）

PDF （260KB）（243）

凯特摆测重力加速度是一种精确而巧妙的实验方法，本文从原理出发，以虚拟仿真实验为例，介绍凯特摆模型，归纳实验方法，指出一些常见的实验错误操作，并给出分析说明，旨在指导实验者重视实验原理的理解，避免走入实验误区.

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16. 从波动光学角度解析彩虹

贾嘉琪, 黄振, 许清滢, 吴青林

大学物理 2021, 40 (11): 69-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210114

摘要（984）

PDF （883KB）（410）

彩虹是一种常见的自然现象.在光学教学中，通常用费马原理推出彩虹角.而本文从波动光学出发探究彩虹的原理与特征，运用菲涅耳公式定量计算出主虹与副虹的光强，从而给出彩虹角的理论解释，并利用计算结果证明彩虹是高度偏振的部分偏振光.

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17. 光杠杆法测杨氏模量实验的一种改进方法

张莉, 荣振宇, 王晗语, 姜恒钧, 韩玉晶, 陈小艺

大学物理 2022, 41 (10): 29-.

摘要（960）

PDF （992KB）（351）

传统的光杠杆法测杨氏模量实验需要测量光杠杆平面镜到标尺的距离，而较大的距离会导致实验操作的不便.本论文在传统光杠杆法杨氏模量测定仪的标尺处安装一个带有读数装置的平移台，通过平移台的读数装置测量光杠杆平面镜到标尺距离的改变量，既可以提高实验测量的便捷性，也可以通过相同实验条件下的多次测量减小测量的随机误差.

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18. 应用张量分析推导柱坐标系和球坐标系中弹性力学几何方程和平衡微分方程

周正峰

大学物理 2022, 41 (11): 4-. DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.220043

摘要（937）

PDF （226KB）（389）

利用正交曲线坐标系与笛卡儿坐标系单位矢量的关系，以及笛卡儿坐标系单位矢量为常矢量的特性，从单位矢量变换的角度，推导柱坐标系和球坐标系中的梯度算子，以及单位矢量对坐标的偏导数. 并根据张量的场论基础，通过微分运算，推导出位移矢量的梯度和应力张量的散度. 再根据几何方程和平衡微分方程的张量表达形式，推导出柱坐标系和球坐标系中的应变几何方程和应力平衡微分方程.

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19. 钠原子 s、p 能级量子缺的普通物理实验粗测法

丁又也, 张三军, 尹亚玲

大学物理 2021, 40 (12): 62-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210080

摘要（905）

PDF （241KB）（560）

“分光计的调节与三棱镜折射率的测量”是普通物理实验课程中的一个经典实验.在该实验中，学生在进行三棱镜折射率测量时可以观测到汞灯光谱，直观形象，但是未深入探究原子谱线的产生机理.“钠原子光谱实验”是近代物理实验中的经典实验，学生通过计算量子缺、绘制能级图，认识谱线和原子性质.本实验将二者的思想和方法结合，并贯通拓展，使用学生熟悉的分光计直接观测钠原子光谱，再利用内插法计算钠原子 s、p 能级的量子缺，从而深入认识谱线和原子性质. 根据分光计实验，s、p能级量子缺的最终计算结果为 1.348、0.882，和精确计算值相符，证实本实验方案切实可行.

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20. 量子力学的数学基础

杨师杰

大学物理 2022, 41 (9): 4-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.210619

摘要（904）

PDF （2439KB）（674）

本文系统地表述量子力学的数学基础，讨论了线性内积空间、希尔伯特空间完备性、函数空间以及连续基表示，以及自伴算符、施图姆-刘维尔系统的本征值问题和自然边界条件等，并以量子力学具体对象为例，讨论了非正规奇点情形下的自然边界条件.这些条件不是附加的，而是薛定谔方程本身所具备的.

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21. 基于电磁感应法测量亥姆霍兹线圈磁场的改进

徐林超, 向文丽

大学物理 2022, 41 (1): 68-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210195

摘要（890）

PDF （457KB）（353）

本文在电磁感应法的基础上，通过与亥姆霍兹线圈串联使电容达到谐振的改进方法，测量了不同电容参数下的亥姆霍兹线圈磁场分布，并利用 Origin软件拟合分析了亥姆霍兹线圈磁场与中心轴线位置的关系.实验结果表明，基于电磁感应的改进方法测得的亥姆霍兹线圈磁场精确度在一定程度上均大于传统电磁感应法的测量结果，3 种电容选择中，串联电容为0.099×10-⁶ F时，精确度最高，拟合的亥姆霍兹线圈磁场与中心轴线位置的关系式与理论状态下的公式基本吻合.改进方法的实验效果明显，精确度高，科学可行，是一种值得推广的测量亥姆霍兹线圈磁场的改进方法.

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22. 无限大非接地导体平板的静电感应

付全红, 郑建邦, 樊元成, 张富利

大学物理 2021, 40 (11): 5-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210041

摘要（886）

PDF （239KB）（465）

利用静电场边值问题的唯一性定理，严格分析无限大非接地导体平板的静电感应问题，利用 COMSOL 多物理场仿真软件对理论计算结果进行验证.

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23. “格物致理、慎思笃行”——数学物理方法课程教学改革、创新与实践

祝俊, 李禄, 李志坚, 马杰

大学物理 2022, 41 (5): 41-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.210431

摘要（863）

PDF （292KB）（229）

山西大学数学物理方法课程团队在教学各环节尝试改革创新. 教学理念创新以满足培养创新型拔尖人才的目标，教学内容改革以体现该课程“承上启下”的作用，教学内容重组创新以面向国家开展量子科技研究的重大需求，教学模式创新以实现“以学生为中心”，教学手段创新实现数学、物理相互融合，客观有效的教学评价以保障教学质量、提高教学效果，课程思政与教研融合，实现“春风化雨、润物无声”.

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24. 探究弦球链系统的拓扑不变量

林织星, 王志元, 杨天骅

大学物理 2022, 41 (3): 51-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.210324

摘要（856）

PDF （1016KB）（202）

周期性弦球链体系作为典型的声子晶体体系，其能带结构已得到了广泛而深入的研究.在实际观测体系能谱的过程中，会探测到一类特殊的能量本征态——边缘态(能量处在带隙间，且波函数局域在体系边缘的态)，同时观察到其存在具有一定的鲁棒性.由于实验上观测到的弦球链边缘态的性质与电子体系中拓扑绝缘体的边缘态性质的相似性，可以利用同一套能带拓扑的语言研究弦球链体系.本文通过数值计算能带的拓扑不变量，揭示了弦球链体系非平庸的拓扑性质，从而证明了实验上探测到的边缘态是拓扑保护的边缘态.基于数值计算的结果，讨论了体系的拓扑相变与边缘态的输运性质

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25. 探究撒克逊碗的下沉: 对简谐振动的修正

王幸, 黎秋航, 侯吉旋, 陈乾

大学物理 2021, 40 (11): 80-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210095

摘要（849）

PDF （654KB）（586）

本文从简谐振动的修正出发，对 2020 年青年物理学家锦标赛( IYPT2020) 的第六个课题“撒克逊碗( Saxon Bowl)

”进行了理论分析和实验探究.该课题描述了古代撒克逊人利用底部有孔的碗计时这一史实，且这样一个碗下沉的模型可以作为生动案例，增强学生对简谐振动、阻尼振动的理解.本文的研究方式避免了冗杂的公式推导，得到了简洁方程，利用计算机求解微分方程，并用实验结果验证，证实了理论的可行性，并定性研究了若干因素对下沉时间的影响.

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26. 关于量子力学原理的注记

杨师杰

大学物理 2021, 40 (11): 1-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210122

摘要（774）

PDF （244KB）（555）

本文从高等量子力学的角度，讨论介绍量子力学的基本原理、基本概念、经典对应等，讨论了普朗克常量与表象变换的关系.

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27. 一维双方势垒量子隧穿的研究及其数值模拟

李海凤, 王欣茂

大学物理 2022, 41 (1): 15-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210279

摘要（770）

PDF （305KB）（253）

量子隧穿效应在实际技术中具有重要应用，本文首先展示了如何求解一维任意边界非对称以及对称双方势垒的透射系数，然后研究了对称双方势垒透射系数对垒宽、垒间距以及微观粒子入射能量与垒高比值( E/U₀ ) 的变化依赖关系.最终得出以下结论，随着双方势垒垒宽的增加，透射系数从最大值 1 衰减至最小值0.随着垒间距的增加，透射系数呈现周期振荡，本文首次推导得出透射系数最大时对应的垒间距解析表达式，并给出振荡的周期，进一步证明得到它等于微观粒子的德布罗意波长.当垒宽越小时，随着 E/ U₀

的增大，透射系数更容易达到 1，并且保持不变，当垒间距越大时，随着 E/ U₀ 的增大，透射系数振荡周期变大，而振幅变小，粒子更容易实现共振隧穿.

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28. 弗里曼·戴森: 不只是物理学家

胡雨宸, 陆建隆

大学物理 2021, 40 (10): 45-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210178

摘要（751）

PDF （296KB）（286）

概述了美国物理学家弗里曼·戴森的生平经历和他作为物理学家、科普作家以及物理教育家的贡献与成就.戴森一生跨越物理、文学与教育三个领域获得沃尔夫奖、托马斯奖以及奥斯特奖，他是量子电动力学奠基人之一，他的科学自传《宇宙波澜》风靡世界，他将家庭与子女教育视为生命中最重要的事.本文通过介绍戴森的人生经历，概括他一生的荣耀与成就，纪念这位刚刚逝去的传奇大师.

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29. 下落的塔稳定性条件探究

肖向君, 陈可鉴, 刘天奇

大学物理 2021, 40 (12): 74-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210076

摘要（745）

PDF （705KB）（412）

把相同的圆盘摞起来以形成一个自立式的塔，底部的圆盘能通过施加一个突然的水平力来去除，同时保持塔的剩余部分立着坐落在桌面上.本文将探究此现象并确定允许塔保持站立的条件.理论方面，分阶段进行了动力学分析，发现判断塔是否发生坍塌的关键在于塔触地瞬间的位形.实验方面，创新地采用电机转轴带动绳子拉圆盘以施加水平力，提升了实验的可控性和可重复性;探究了水平力作用点高度、圆盘厚度与半径之比、塔层数对塔稳定性的影响.理论与实验趋势大体较好符合，两者差异处有合理的分析与解释.

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30. 与月球有关的引潮力

金咸宜

大学物理 2022, 41 (1): 11-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210110

摘要（742）

PDF （203KB）（786）

从简化的地月系统力学模型出发，严格推导出地表物体动力学方程在转动坐标系下的表示形式，通过对称性的分析，得到引潮力，从而有助于加深对引潮力和潮汐成因的理解.

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31. 量子速率极限时间

徐凯, 张国锋

大学物理 2021, 40 (10): 1-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210015

摘要（741）

PDF （174KB）（497）

系统从初始态演化到目标态所需要的最短时间被定义为量子速率极限时间. 此概念可以被用来估量由给定量子态到期望目标态的最大演化速率. 本文主要回顾了从封闭系统量子速率极限时间过渡到开放系统量子速率极限时间的发展历程，并讨论了非马尔科夫环境对开放系统量子速率极限时间的影响. 希望能对今后量子速率极限时间的发展有所帮助.

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32. 一种求解三维简约布里渊区体积的方法

李建军, 张振东

大学物理 2022, 41 (8): 7-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.210521

摘要（738）

PDF （839KB）（163）

简约布里渊区体积的求解是固体物理学中的一个重要知识点，当前，根据不同布里渊区的结构形式，其体积的具体求解方法一般不同，这导致该知识点的教学难度增加. 本文提出将简约布里渊区离散为以波矢空间原点为共同顶点的多个棱椎体，使布里渊区体积的求解转化为求各棱椎体积和的形式，并以面心立方和体心立方布里渊区体积的求解为例进行了应用，得到布里渊区体积与倒格子原胞的体积相同. 结果表明，该方法具有简单、直观和普适性的优点.

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33. 高校物理专业力学课程学情分析与教学设计

刘奕轩, 司宗国, 高琨

大学物理 2022, 41 (3): 36-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.210437

摘要（728）

PDF （818KB）（203）

力学课程作为高等院校物理专业的第一门专业课程，衔接着中等至高等教育教学模式的转化，对后续物理专业课程的教学具有基础性和启发性作用. 目前，多数高校力学教学的内容和形式仍不能很好地满足学生的需求. 基于此，本研究采用问卷结合访谈调查的方法，对山东大学物理班4个年级的学生进行了调查，旨在了解学生对当前课程内容、授课方式和考核模式的认同度，获得学生对本课程教学改革的期望与建议. 基于调查结果，本研究对下一步的教学设计提出了初步方案.

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34. 力学课程中的思政教学设计与实践 ——以“流体力学初步”为例

彭政, 潘江陵, 吴迪

大学物理 2022, 41 (4): 39-. DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.210338

摘要（728）

PDF （1320KB）（218）

物理学作为科学的典范，在弘扬科学精神、塑造价值取向等课程思政教育方面有着重要的作用. 而力学作为物理学中的第一个成功范例，是学生接触最多的物理学知识，因此在力学课程上合理设计的思政点最能唤起学生的兴趣和共鸣，发挥塑造三观、立德树人的作用. 本文介绍了在力学课程中引入课程思政的设计思路，以“流体力学初步”的教学内容为例，用案例的形式详细介绍了一堂课的课程设计与实践过程，并对教学效果进行了总结与反思.

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35. 小磁体在金属管中下落的阻尼运动研究

王铠泽, 陶小平

大学物理 2021, 40 (12): 52-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210140

摘要（722）

PDF （189KB）（299）

定量研究小磁体在金属管中下落的运动规律，给出了相关理论公式，设计实验并测量了小磁体的下落速度、小磁体磁矩和金属管电阻率等物理参量.

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36. 固体物理教学的若干思考Ⅲ：弛豫时间近似

刘翌, 袁喆

大学物理 2022, 41 (10): 1-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220074

摘要（714）

PDF （803KB）（428）

弛豫时间近似是固体物理学中讨论输运问题的重要理论方法，也是凝聚态物理研究中常用的理论工具．很多固体物理学教材中缺乏对弛豫时间近似物理思想的介绍，也未能突出应用弛豫时间近似的优势．本文讨论了弛豫时间近似的物理基础，通过概念性分析得到数学表达形式，并严格求解出弛豫时间近似下非平衡分布函数的形式解，建立一套形式简洁、逻辑清晰的教学内容体系，有助于学生全面深入地理解弛豫时间近似并能够将其应用到凝聚态物理研究．

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37. 空气中声速随温度变化规律的简易实验

罗京, 郭中华

大学物理 2022, 41 (4): 56-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712. 210211

摘要（701）

PDF （718KB）（233）

空气中的声速随着温度的变化而变化，本文利用生活中的器材(有限长直管)自制简易实验装置，借助手机APP作为声音发射器和频率接收器，在管内中部区域形成恒温条件，实现了驻波法对不同温度下声速的测量，在测量范围内相对误差不超过2%. 这种基于传统物理实验的拓展，在特殊居家环境下亦可进行，有利于物理实验线上自主学习模式的开展，促进学习者的综合素质和实践创新能力的提升.

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38. 气候系统和全球变暖 ———解读 2021 年诺贝尔物理奖

胡永云

大学物理 2022, 41 (2): 1-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210557

摘要（680）

PDF （977KB）（234）

2021 年诺贝尔物理学奖授予了两位气候学家和一位理论物理学家，以表彰他们在“ 理解复杂物理系统领域所做出的开创性贡献”. 相信很多人会感到惊讶，为什么诺贝尔物理学奖授予了两位气候学家. 本文将从以下几方面给予解读：为什么气候系统被称为复杂的物理系统，全球变暖的现状和未来，全球变暖的物理基础和科学简史，两位气候学家是如何基于基础物理理论建立了预测全球变暖的模型，以及检测和归因人类活动导致全球变暖的方法.

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39. 洛伦兹变换的低速近似

魏益焕, 齐晓华

大学物理 2021, 40 (10): 28-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.200540

摘要（675）

PDF （129KB）（261）

洛伦兹变换是狭义相对论的重要内容.一般认为，在低速条件下洛伦兹变换会化为伽利略变换.本文的研究表明，除了低速条件外，还需要对空间坐标加以限制条件 x＜＜ct·c /v．

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40. 若干 delta 势的薛定谔方程的傅里叶变换求解

熊路淋, 谭鑫, 罗光

大学物理 2021, 40 (10): 22-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210075

摘要（669）

PDF （361KB）（259）

若干 delta 势约束下的薛定谔方程的求解问题，求解过程往往很繁琐.本文研究基于傅里叶变换法求解了若干 delta势作用下的定态薛定谔方程.首先针对单 delta 势约束下的薛定谔方程进行讨论，然后讨论双 delta 势下的方程的求解，进而讨论三 delta 势的方程的求解，最后分别针对奇数个和偶数个 delta 势阱讨论了若干 delta 势约束下的薛定谔方程的求解问题.

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41.

计算物理课程的本研协同建设

吕广宏, 梁林云, 姜寅, 周洪波, 胡地, 竺礼华, 耿立升, 满兴坤, 李博, 周苗, 张玉洁, 刘利民, 金硕, 宋春艳, 张颖, 舒小林

大学物理 2022, 41 (1): 1-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210162

摘要（668）

PDF （330KB）（414）

随着信息技术的快速发展和学科间不断交叉渗透，作为与理论物理和实验物理并列的第三种研究物理现象和规律的方法，计算物理变得越来越重要.然而，由于学科发展相对较晚以及学科自身的一些特点，本科生和研究生的计算物理课程教学尚未形成较成熟的体系.本文主要介绍北京航空航天大学本科生和研究生计算物理课程协同建设的探索和实践情况.本科生课程定位于掌握计算物理的基础理论知识和解决物理问题的案例实践，课程教学小班化;研究生课程定位于构建计算物理坚实的专业基础和宽广的知识结构，突出专业性和前沿性，重视计算实践能力，并开设计算物理二级学科平行课.本文主要介绍了从课程内容、教学方式和考核手段等方面进行的协同建设的探索与实践，这项探索使得本科生和研究生课程在内容、结构和方式上具有连续性和统一性.

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42. 威尔伯福斯摆的耦合运动研究

邓欣雨, 张天宇, 陆建隆, 钟鸣, 王巍

大学物理 2022, 41 (9): 43-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220106

摘要（666）

PDF （907KB）（297）

威尔伯福斯摆（简称韦氏摆）由悬挂在竖直方向的螺旋弹簧和连接在弹簧末端的物块（摆锤）组成，它既能沿着弹簧上下振动，又能绕竖直轴旋转. 本文从力学角度分析了韦氏摆的竖直振荡与水平振荡振幅随时间发生强弱周期性变化的原因，从分析力学的角度对韦氏摆竖直振荡和水平振荡的运动过程进行了理论分析，分析了影响韦氏摆耦合运动状态的因素，并实验探究了转动惯量对韦氏摆耦合状态的影响，发现随着转动惯量的增加，韦氏摆呈现三种运动状态，即强耦合、弱耦合、近似不耦合. 采用控制变量法探究了弹簧初始伸长量对韦氏摆运动的影响，实验结论与理论分析吻合.

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43. 论角动量的态空间

闫二斌

大学物理 2021, 40 (10): 18-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210071

摘要（661）

PDF （182KB）（1905）

对于自旋量子数为二分之一的自旋角动量态空间中的任何一个纯态，皆可找到自旋角动量在某一个方向上的分量算符，使得此纯态是这个分量算符的本征态.但是对于量子数为 1 或更大的角动量的态空间中的纯态，发现只有一部分态有相应的结论.由此便可把纯态分为两类.进而可对这两种不同的纯态的存在性、制备方法进行探讨.发现对于不能成为角动量某一方向上分量算符的本征态的态，没有很好的试验方法对其进行制备，这便为实验物理学家提出了一个棘手的问题.

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44. XRD实验中样品台高度对测定晶格常数的影响

王弘德, 孙莹, 袁秀良, 安世海

大学物理 2022, 41 (9): 28-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220064

摘要（660）

PDF （440KB）（160）

X射线衍射(XRD)实验是分析物质结构的重要手段，在物理学相关专业的教学中逐渐受到重视.本文对样品台高度变化Δz引起的测量误差进行了系统分析，发现样品台高度偏移Δz会使衍射峰位产生明显偏差Δ2θ，进而引起晶面间距和晶格常数的计算偏差.数据拟合结果表明Si样品晶面间距偏差Δd/d和晶格常数偏差Δa/a与Δz近似线性相关.本文结合Bragg-Brentano衍射几何，对上述实验结果进行了理论分析.本文对XRD实验精确测定晶格常数提供了参考依据，也将为相关教学工作开展提供重要参考.

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45. 非等时变分与拉格朗日方程

李琛, 徐丽佳, 张小明, 毛长荣, 谢芳

大学物理 2022, 41 (3): 16-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.210453

摘要（658）

PDF （704KB）（254）

在理论力学的教学中，基于最小作用量原理推导拉格朗日方程的时候，一般假设了等时变分的条件.本文在非等时变分的条件下重新推导了拉格朗日方程，并解释了非等时变分的物理含义.

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46. 狭义相对论时空观中“课程思政”的探索与实践

刘淑静, 储信炜, 罗明艳, 吉强, 巨丹丹, 刘峻宇, 王大珅, 谢明念

大学物理 2022, 41 (4): 44-.

摘要（656）

PDF （1752KB）（294）

本文提出了“狭义相对论时空观”实施“课程思政”的具体方案. 从狭义相对论时空观的知识出发，深入挖掘课程思政元素，通过多种教学方式将其恰当、自然地融入课堂，潜移默化地将正确的价值追求和理想信念传达给学生，达到提高学生思想政治水平、完善学生人格的目的. 以问卷调查的方式对“课程思政”教学效果进行评价和反馈，及时改进教学设计，提升教师自身“课程思政”的能力和素养. 本文实现了狭义相对论中“课程思政”的“备”“教”“学”“评”的全部教学环节，立足“思政元素”与专业知识的契合点，探索了有机互融的教学方式，促进了学生知识技能上的“成长”和精神上的“成人”同向同行. 期望本次教学实践能对“课程思政”建设提供一点思路和参考.

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47. 宽窄导轨上纯滚动双钢球碰撞实验

路峻岭, 顾晨, 任乃敬, 马泊一

大学物理 2022, 41 (1): 27-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210184

摘要（651）

PDF （296KB）（203）

在宽窄水平导轨上进行纯滚动双钢球碰撞实验，发现它与滑动运动中的双钢球碰撞实验明显不同; 其原因在于纯滚动双钢球的碰撞是在碰撞点的正碰和切向碰撞的复合碰撞，两类碰撞遵从不同的动力学规律;碰撞过后，两钢球的运动状态都不再是纯滚动，要恢复成纯滚动，每一个钢球都必须通过自身与导轨之间的相互作用，经历一次自调整阶段;而自调整阶段的能量损耗，与钢球的滚动半径和它的即时状态与纯滚动的偏离有关.

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48. 基于树莓派的单像素成像系统

何自豪, 韩佳成, 王琳淼, 赵天赐, 张素恒

大学物理 2021, 40 (10): 77-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210024

摘要（649）

PDF （434KB）（146）

本文提出了一种基于树莓派的单像素成像系统.该系统以基扫描单像素成像技术为基础，以树莓派为核心，结构简单，成本低廉，可操作性强，非常适合应用于实验教学中.本文首先给出了基扫描单像素成像的原理，然后分别从硬件和软件两个方面对系统结构进行了详细介绍，最后展示了哈达玛和傅里叶单像素成像实验结果.本工作为开展光信息处理实验提供了一个新思路.

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49. 利用手机传感器测定刚体的惯性张量

楼晨煊, 周婧琳, 郑雪瑶, 刘珂溦, 罗丹楠, 白在桥

大学物理 2021, 40 (11): 48-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210079

摘要（642）

PDF （375KB）（304）

利用手机陀螺仪传感器和 phyphox 软件，记录手机在空中自由旋转时的角速度曲线，根据质心系中的总角动量和机械能守恒，可以确定手机惯性张量的相对值. 在惯性张量的非对角元素为零的假设下，得到了对角元素相对值的解析表达式.如果考虑非对角元素，则可以用梯度下降算法求解，将结果代入欧拉动力学方程，验证了其正确性.

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50. 解析游泳池中泳者“身首分离”的折射现象

邵云

大学物理 2021, 40 (10): 52-. DOI: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.210102

摘要（634）

PDF （305KB）（186）

文章首先提出一种游泳池中泳者“身首分离”的折射现象，然后介绍了水下物点经水面折射成像的严格位置作为铺垫，利用平面几何与三角函数知识，推导出水下物点的像与物( 即泳者“身首”) 在观察者眼中的视觉分离距离函数，代入数据验证了实际观察.文章利用所推得的几个函数辅以作图，分析出水下像与物的视觉分离距离将随视角及观察者距离的增大而增大，但却随物点深度的增加先增加后减小直至趋于零.文章又对几个特殊的情形进行了讨论，同时指出本文中视觉分离距离的解析结果与数值求法各有其优势和局限性.

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