大学物理

从微积分始创谈力学开端教学

包景东

2017, 36(1): 1-3. doi:10. 16854 /j. cnki. 1000-0712. 2017. 01. 001

摘要 ( 1185 )

PDF (255KB) ( 1143 )

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简介了牛顿和莱布尼兹对微积分建立的贡献，探讨了极限和导数的动机. 通过剖析“绳子匀速拉船，求船速度和加速度”的案例，综合地将坐标系、矢量、微分加以应用. 使学生理解质点速度沿其轨迹切线方向的运动规律，及矢量投影分解的物理要求.

对方箱归一化下的自由实标量场系统的等时对易关系的一点物理认识与讨论

孙为民

2017, 36(1): 4-7. doi:10. 16854 /j. cnki. 1000-0712. 2017. 01. 002

摘要 ( 1556 )

PDF (205KB) ( 466 )

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讨论了在方箱归一化之下的自由实标量场系统的等时对易关系，发现根据通常自由场理论的粒子解释出发，自由实标量场系统的等时对易关系，在自然数学的意义上，应该是以某一个周期性延拓形式的狄拉克δ - 函数来代替通常的狄拉克δ - 函数，这一点在数学上看，既是自然的，也是必然的，而在无穷体积极限之下，自由实标量场的等时对易关系可以自然的回复至标准的原有形式. 本文中对于这一事实作了详细的讨论与论证，并且从物理的角度，对于场论中方箱归一化处理之物　　理实质内涵，作出了一定的探讨性的分析，给出了一点基本的认识.

类比方法研究物理问题一例———重力加速度分布的计算

于凤军

2017, 36(1): 8-9. doi:10. 16854 /j. cnki. 1000-0712. 2017. 01. 003

摘要 ( 1244 )

PDF (218KB) ( 560 )

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通过一例———推求地球表面重力场分布，说明类比方法在物理教学研究中的作用.

带电绳子在电荷体系下的平衡位形

邱为钢

2017, 36(1): 10-11. doi:10. 16854 /j. cnki. 1000-0712. 2017. 01. 004

摘要 ( 1223 )

PDF (643KB) ( 405 )

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推导了均匀带电绳子在固定电荷体系下受力平衡的微分方程，数值求解这个方程，计算发现不同参数下的绳子位形呈现凸曲线、花生状和多叶扭结曲线.

水管问题的分析与计算

王建伟

2017, 36(1): 12-14. doi:10. 16854 /j. cnki. 1000-0712. 2017. 01. 005

摘要 ( 1195 )

PDF (285KB) ( 515 )

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数学中有一类问题叫做水管问题. 编制问题的人认为进水管和出水管的流量分别都是恒定的. 真实情况并非如此. 本文用流体力学中的伯努利方程，计算出出水管的流量是随水池的水位变化的，并分别讨论了在进、出水管同时打开的条件下，可以把水池注满水的条件，以及不能注满水的条件. 纠正了这类问题中的科学性错误.

匀角速转动带电薄圆盘产生的磁场分布计算与讨论

王树平，范虹，张礼刚

2017, 36(1): 15-18. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.2017.01.006

摘要 ( 1275 )

PDF (321KB) ( 882 )

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在球坐标系中，通过求解多个区域的拉普拉斯方程，得到匀角速转动带电薄圆盘产生的标量磁位和磁场分布，进而给出转动薄圆盘的中心、中心轴线上、近区和远区的磁场.

光在吸收介质中传播的折射定律

张静，王海，刘树勇

2017, 36(1): 19-21. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.2017.01.007

摘要 ( 1732 )

PDF (502KB) ( 1483 )

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光波在均匀非吸收介质中传播时振幅不衰减，在两种非吸收介质界面处产生折射现象，由几何光学中实数形式的光折射定律定量描述.而光波在均匀吸收介质中传播时，其振幅沿传播方向衰减，且其等振幅面与等相位面会发生分离.考虑吸收对光波传播特性的影响，本文回顾了复折射率的概念和复数形式的折射定律，据此对光波由吸收介质入射到吸收介质和光波由非吸收介质入射到吸收介质的两种情况进行了讨论，阐明了复数折射定律在具体问题讨论中的必要性和便利性，同时　　分析了实数形式和复数形式折射定律的关系.

气压式杨氏模量测量仪

战丽波，李光仲，王云创，秦丹，邢娟，刘俊英

2017, 36(1): 22-24. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.2017.01.008

摘要 ( 1470 )

PDF (379KB) ( 610 )

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针对传统杨氏模量测量仪的缺点，对其进行气压式设计改进.改进只需在原有实验仪器的基础上，将由挂钩跟砝码构成的加力机构用气压加力装置替代.气压加力装置的使用可以有效解决金属丝的晃动问题，可以在测量中精确、连续地选取拉力的大小，有利于准确测量出金属丝的杨氏模量.并且消除了教学中砝码砸伤学生的安全隐患.气压式杨氏模量测量仪能够有效解决传统的杨氏模量测定实验存在的缺点，学生能够独立、方便地完成实验，满足学生的学习需求.

基于BOS - PSD0018 的金属线胀系数测定

唐鑫凌，刘志壮，张文昭

2017, 36(1): 25-27. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.2017.01.009

摘要 ( 1145 )

PDF (458KB) ( 328 )

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为提高金属线胀系数的测量精度和灵敏度，以方便数字化测量与微机处理，以PSD 光电传感器为核心实现微位移测量，采用光学放大机构提高微位移分辨率，利用BOS-PSD0018 芯片实现微位移转换，并用单片机系统实现金属线胀系数的数字化处理与显示. 用铜棒进行了标定测试，用铁棒进行检测试验，检测试验表明金属线胀系数最大相对误差为±2. 3%，用光学放大机构使微位移分辨率比提高4 倍.

用半导体激光器测普朗克常量

孙正和，卢特安，刘天宇，龙勇机

2017, 36(1): 28-32. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.2017.01.010

摘要 ( 1250 )

PDF (1227KB) ( 692 )

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本文用小型半导体激光器做单色弱光源，用光电效应法测量普朗克常量，具有精度高、体积小、重量轻、成本低、节约电、使用方便等优点.用光谱分析论证了与相关其他光源比较，半导体激光器光源具有较好的单色性，理论分析了单色光谱线宽度影响测量精确度的原因.

利用位力定理估算球状星团的质量

高新华，徐守坤

2017, 36(1): 33-36. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.2017.01.011

摘要 ( 1598 )

PDF (450KB) ( 1204 )

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位力定理用于描述稳定状态下N 体自引力系统的动能与引力势能之间的联系，在天体物理研究中有广泛应用. 球状星团是银河系内最大的恒星系统，经过长期的动力学演化已达到稳定状态. 本文利用4 个球状星团NGC 1851，NGC 1904，NGC 7099 和NGC 5964 的高精度视向速度数据，结合位力定理估算了星团的动力学质量. 我们得到的动力学质量分别是1. 99×10 ³⁵ kg， 1. 08×10 ³⁵ kg， 0. 89×10 ³⁵ kg和9. 71×10 ³⁵ kg，或表示成太阳质量为0. 99×10 ⁵M⊙ ， 0. 54×10 ⁵M⊙ ， 0. 44×10 ⁵M⊙ 和4. 88×10 ⁵M⊙.

磁浮基本原理及实现形式综述

董金文，张昆仑，靖永志

2017, 36(1): 37-40. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.2017.01.012

摘要 ( 1420 )

PDF (387KB) ( 701 )

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论文首先介绍了磁浮的两个基本原理恩肖定理和布鲁贝克推论的基本内容和适用范围，指出磁浮系统稳定判定的基本原则; 然后根据实现介质和基本原理将现有磁浮系统实现形式分为八类，并具体阐述每类系统的实现介质、物理原理、特点等; 文章最后指出对于不同的实现形式在实际中有不同的应用价值和前景.

中美大学物理教材难度的定量比较分析

李晓梅，李春密，孙会娟

2017, 36(1): 45-48. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.2017.01.013

摘要 ( 1412 )

PDF (185KB) ( 599 )

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论文创建了大学物理教材难度比较分析模型，并对中国和美国两本使用广泛的教材就难度问题进行了静态的文本分析，包括广度和深度两个维度.主要研究结论为: 中国教材知识点的广度和总深度均低于美国教材，但由于高度抽象且数学运算要求较高，学生觉得较难.该研究模型不仅可以进行定量分析，也可进行定性分析，可以很好地应用于国际教材的比较研究.

马扎诺教育目标分类学下的大学物理问题设计

谢丽，李春密，徐大海

2017, 36(1): 45-48. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.2017.01.014

摘要 ( 747 )

PDF (325KB) ( 327 )

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依据马扎诺教育目标分类学，构建了物理问题设计的二维框架，即知识领域和认知过程维度，其中前者包括信息和心智程序; 后者包括提取、领会、分析和知识运用.在此基础上，遵循从低认知水平到高认知水平，从信息到心智程序的原则，设计了4 个水平13 个亚层级的物理问题类型，并给出了具体的实例.

圆台形弹簧质量对振动周期的影响

张敬昕，侯灿，张峰

2017, 36(1): 49-51. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.2017.01.015

摘要 ( 1083 )

PDF (314KB) ( 572 )

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在考虑弹簧本身质量的条件下，采用能量法分析圆台形弹簧系统的总动能.通过引入形状函数导出有效质量系数的精确表达式.其有效质量系数的变化范围为1 /5～ 8 /15.

基于微控单元的摩擦力测量装置

陈飞，孙长平，崔宝凤，路宝凤

2017, 36(1): 52-55. doi:10.16845 /j.cnki.1000-0712.2017.01.016

摘要 ( 1166 )

PDF (987KB) ( 543 )

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基于微控单元，利用电阻应变式传感器、超声波测速、无线传输、液晶显示、直流加减速电机等技术设计了一种新型的测量滑动摩擦力装置.与传统测量滑动摩擦力的实验相比，该装置具有操作便捷、测量精度高、现象直观、外表美观、应用前景广等优点.不仅可以作为教具用于课堂演示，而且可为企业对产品的光滑度测定、材料摩擦系数测量与鉴定等提供借鉴和思路.

对流层大气温度高度廓线半定量估算

付信传，戴鑫，杨传栋，卢金帅，陶宗明

2017, 36(1): 56-59. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.2017.01.017

摘要 ( 1083 )

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一般大学物理教材中都有求解出地球表面温度的例子或习题，能否扩展到估算对流层大气温度随高度而降低的规律? 本文探索建立了地球和对流层分层大气模型，依据最新的大气吸收率、辐射率来计算分层大气的相关参数，再利用辐射能量平衡和斯特藩-玻尔兹曼定律，估算对流层温度高度廓线.计算结果表明: 对流层分为5 层时，估算出的地球表面温度和各层大气温度，与美国标准大气模型中地球表面温度及对流层大气温度随高度降低率6.5 K/km 符合较好.

利用力学- 光学技术实现地磁水平分量实时监控

孙杰，王彦昭，张震，张雅男

2017, 36(1): 60-64. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.2017.01.018

摘要 ( 896 )

PDF (484KB) ( 759 )

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利用力学和光学技术设计了一种测量地磁场水平分量的装置.在扭力矩和磁力矩作用下，线圈做简谐振动.测量简谐振动的周期和两次平衡位置的相对距离即可计算出地磁场水平分量.该装置结构简单，测量结果准确，可以实现动态实时测量.

封面说明

穆良柱

2017, 36(1): 65.

摘要 ( 564 )

PDF (171KB) ( 186 )

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今年是路德维希·玻尔兹曼( Ludwig Boltzmann)发表划时代著作[1]140 周年.在此文中，玻尔兹曼明确提出了一个封闭热力学体系处于平衡状态的熵与其微观状态数的关系，用今天习惯的记号，即S=k ln Ω.这一公式揭示了自然界的一个重要规律，对于之后物理学，特别是统计物理学的发展起到了奠基的作用.

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