大学物理

为纪念物理大师费恩曼百年诞辰而作

赵凯华

2018, 37(1): 1-3. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170508

摘要 ( 1444 )

PDF (190KB) ( 1226 )

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本文回顾了费恩曼的主要科学成就和物理教育方面的范例.费恩曼常常以他对自然法则深刻的理解，用生动的语言和幽默的故事，原汁原味地向学生或公众传达着高深的的基本物理概念.

量纲分析简介

梁灿彬，曹周键，陈陟陶

2018, 37(1): 4-10. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170262-1

摘要 ( 1520 )

PDF (721KB) ( 2063 )

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第一部分介绍我们对量纲理论的创新性看法，引入了“量类”、“单位制族”等若干非常重要的新概念，并以此为基础对“量纲”一词给出了明确的定义.第二部分在上述创新性理论的基础上给出了Π 定理的严格证明，并举出两例展示了这一定理的巨大威力.

关于量子力学中波函数有限性问题的思考

沙依甫加马力·达吾来提，王剑华，吕腾博

2018, 37(1): 11-13. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170319

摘要 ( 2920 )

PDF (183KB) ( 1025 )

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在量子力学中，波函数必须具备单值、连续和有限性这三个标准化条件，对于波函数加上这样的条件后就会自然的给出能量量子化.对于无穷级数收敛和发散的判定在量子力学中具有非常重要的意义.现行的教科书基本上都是采用同级级数发散来说明该级数也发散.本文在发散级数的比较方面，采用了一个更容易使学生理解的方法，那就先找出一个比该级数小的发散级数，然后证明小级数发散，再由此说明大的级数一定发散，这样讲解不仅使学生能够很快接受，更重要的是在逻辑上　　更完备.

Aharonov - Bohm 相的拓扑性质研究

罗运文

2018, 37(1): 14-16. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170074

摘要 ( 1091 )

PDF (303KB) ( 740 )

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构建一个等效描述Aharonov-Bohm 相( AB 相) 的两能级体系，研究了AB 相的拓扑性质，得到了能量与磁场的关系，发现AB 相与Berry 相本质上都是一种拓扑几何相.

基于实稳定方法求解单粒子共振态的Wigner 函数

张涵，刘志伟，任政学，孙保元

2018, 37(1): 17-20. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170117

摘要 ( 1212 )

PDF (1640KB) ( 371 )

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利用坐标空间的实稳定方法，求解了一维势场中单粒子散射态与其中共振态的本征值问题，由得到的单粒子本征波函数进一步给出相应的Wigner 函数，分析了单粒子散射态与其中共振态的相空间分布特征.发现除了本征能量与本征波函数存在差异，Wigner 函数在相空间的具体分布行为也可用于区分单粒子共振态与一般的散射态，在相关的量子测量实验中可能用作确定量子态的特征判据.

什么是物理与物理的认知过程

穆良柱

2018, 37(1): 21-24. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170294

摘要 ( 1664 )

PDF (311KB) ( 1229 )

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本文尝试从物理认知的起点出发，给出物理的详细定义，并总结出一个有效的物理认知过程.

电容和电感正弦稳态电抗的直观解释

王俭，蔡旻，董兴法

2018, 37(1): 25-29. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170338

摘要 ( 1745 )

PDF (2342KB) ( 722 )

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从电感器的储能原理及充放磁链出发，以RL 电路为对象，采用一阶电路的求解方法，得到正负交替方波激励的稳态下，电感电流受抑制的强弱与频率的关系，并通过仿真实验予以验证.对电感在直流动态电路暂态中的表现和性质，与其在正弦交流电路稳态中的表现和性质，给出基于相同物理本质———储能和充放电———的解释.对理解和掌握储能元件正弦交流稳态电抗的概念，进而对正弦交流稳态电路的教和学，起到积极的辅助作用.

轴对称磁矢势和磁感线

江俊勤

2018, 37(1): 30-36. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170102

摘要 ( 1579 )

PDF (2744KB) ( 750 )

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利用Mathematica 10.3 杰出的符号运算和数值计算能力、卓越的数字绘图功能，研究轴对称磁矢势和磁感线的分布. 先将载流圆线圈的磁矢势A 的计算式表达为椭圆积分、求出磁感应强度B="×A 的表达式和磁感线方程，绘制出形象直观的磁矢势和磁感线的分布图，修正了现有文献中磁感线分布图的一些缺陷.然后把这种分析方法推广应用到载流密绕有限长圆柱形螺线管和椭球形线圈中去.

基于保角映射的拉普拉斯方程降维法求解及场分布的可视化

姜宝钧，王福谦

2018, 37(1): 37-41. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.160065

摘要 ( 1499 )

PDF (1551KB) ( 617 )

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通过保角映射将求解区域变换为上半平面或带形域，从而把二维电势降为一维，在此基础上方便地求解拉普拉斯方程的第一边值问题，给出其电势和场强分布，并利用软件MATLAB 绘制出等势线和电场线图.

近似估算法研究磁场与发光气泡耦合机制

莫润阳，王成会，胡静

2018, 37(1): 42-45. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170133

摘要 ( 1147 )

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以磁场对声致发光影响研究为基础，结合对声致发光时气泡内状态的现有认识，从气泡外、气泡表面及气泡内各层次着手，通过理论估算方法分析磁场与气泡可能存在的各种耦合机制，并对特定磁场条件下两种相互作用能量进行数量估计，评判两者可能存在的各种耦合方式的重要性，进而推测两者相互作用机制.

点电荷至接地导体球面的曳引时间的解析解及其渐近行为

李力，张银

2018, 37(1): 46-47. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.1706165

摘要 ( 1025 )

PDF (221KB) ( 342 )

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在不计重力、空气阻力以及相对论效应的条件下，通过求解运动微分方程，计算出点电荷在其附近接地导体上的感应电荷作用下，被曳引到导体表面所需的时间.结果为用第一、二类完全椭圆积分的线性组合表示的解析解，并考察当球面变为平面时解析解的渐近行为，得出与已有文献一致的结果.

二维阻尼谐振子在非对易空间中的能级

王亚辉

2018, 37(1): 48-50. doi:10.16854 /J.cnki.1000-0712.170209

摘要 ( 1183 )

PDF (212KB) ( 477 )

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非对易空间效应是出现在弦的尺度下的一种物理效应.文章介绍了非对易空间中量子力学的代数关系，在所考虑的空间变量的对易关系中包含了坐标-坐标的非对易性，并且把Moyal-Weyl 乘法在非对易空间中通过Bopp's 变换转变成普通的乘法.然后给出了二维阻尼谐振子在非对易空间的能级分裂情况.

Airy 波包及其自加速效应( 续1)

孔红艳

2018, 37(1): 52-54. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170028-1

摘要 ( 1167 )

PDF (309KB) ( 729 )

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结合Airy(艾里)函数对线性势场中微观粒子的运动规律进行了研究.在此基础上，结合边界条件、归一化关系求解了线性势场和V型势场内粒子的波函数和能级结构.根据相对速度伽利略变换，研究了含时薛定谔方程的解———可积分的波包在自由空间的动力学行为，求解出自由空间艾里波包的运动规律和量子力学中艾里波包的唯一性.

对球对称弱引力源外部时空受自转影响的讨论

杨志万，胡燕飞

2018, 37(1): 55-58. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170127

摘要 ( 1103 )

PDF (242KB) ( 304 )

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运用克尔度规近似地分析了不带电的球对称弱引力源的自转对外部时空所产生的影响.如: 质量产生的时空弯曲效应如何受自转的影响; 经、纬向测地线长度如何受自转的影响; 时空的对称性如何受自转的影响等.

非正弦信号的有效带宽与能量截断误差分析

陈国杰，陈奎，成建群，谢嘉宁，陈伟成

2018, 37(1): 59-63. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170094

摘要 ( 1303 )

PDF (572KB) ( 1112 )

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提出了一种用有效能量评估有效带宽截断误差的方法.采用梯形波作为信号模型，通过matlab 计算，分析了非正弦信号有效带宽0.35 /tr的能量截断误差和物理含义; 阐述了理想矩形信号常用1 /τ 带宽的不足，提出了其修正公式.结果表明，有效带宽0.35 /tr的能量截断误差小于3%; 带宽1 /τ 的能量截断误差高达10%，故修正为3 /τ.信道和示波器的带宽应大于信号的有效带宽.

PN 结型器件在交流小信号下的电容特性

王立英，冯列峰

2018, 37(1): 64-67. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170075

摘要 ( 1821 )

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GaN 基发光二极管( LED) 是典型的PN 结型器件，本文以GaN-LED 为例，系统阐述了PN 结在交流小信号下的电容特性; 首次区分、定义了‘电压区间'，并阐明了不同‘电压区间'对电容起贡献的机制.指出: 小电压下，PN 结电容主要由耗尽层电容贡献，随电压几乎不发生变化; 过渡区，PN 结电容主要由扩散电容贡献，随电压近e 指数增加.这些特性与经典Shockley 理论一致.大电压下，PN 结电容变为负值.精确分析负电容特性后，总结出了负电容随电压和频率的精确变化关系式.负电容的实验结果难以被经典Shockley 的扩散电容理论解释，但为Hess 教授的《Advanced Theory of Semiconductor Devices》提供了有力的实验基础，将为半导体器件物理的发展起到推动作用.

介绍2017 年诺贝尔物理奖相关的引力波的知识

黄宇傲天，张轩中

2018, 37(1): 68-70. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170556

摘要 ( 1508 )

PDF (200KB) ( 846 )

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引力波探测获2017 年诺贝尔物理学奖意味着这一探测是对爱因斯坦广义相对论的一个重大验证，也是开启引力波天文学新时代大门的钥匙.因此，让具备大学物理知识的教师、学生和一般读者了解引力波理论的知识是重要的.本文介绍了广义相对论下的引力波理论.在弱场近似下，介绍了如何计算双黑洞绕转所辐射引力波的振幅，以及chirp 质量和引力波频率的关系.

交互教学在理工科基础物理课中应用的教学策略研究

罗莹，刘兆龙，李列明

2018, 37(1): 71-76. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170136

摘要 ( 1371 )

PDF (552KB) ( 433 )

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基础物理课是理工科大学重要的必修基础课，其教学质量的高低对于后续课程的教学质量有重要的影响. 目前理工科大学的基础物理课程基本上采用以讲授为主的传统教学模式，课堂教学效果普遍不理想. 本文介绍并分析了交互式课堂教学的模式与特点，通过三组交互教学与传统教学的对比实验，采用国际物理教育研究领域通用的描述教学实验结果的归一化增量g 评定了实验效果. 由此验证和评定了交互式教学模式在我国理工科大学基础物理课中应用的可行性和有效性. 最后探讨并提出了交互教学在理工科基础物理课中应用的教学策略.

基于迈克耳孙干涉的氦氖激光模式研究

马晓航，熊畅，唐芳，王浩强，南阳，李朝荣

2018, 37(1): 77-80. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170194

摘要 ( 1262 )

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本文利用迈克耳孙干涉实验研究了氦氖激光的模式特性.结合法布里-珀罗扫描干涉仪与自搭迈氏干涉实验进行研究，分析了氦氖激光的偏振模式与频率漂移特性，并从理论上解释了实验中观察到的干涉圆环图像自行发生的明暗变化与圆环吞吐的现象.从而对氦氖激光的多纵模特点有了更深的了解.

封面说明

穆良柱

2018, 37(1): 81-81. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170692

摘要 ( 761 )

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2018 年是理论物理学家费恩曼( Richard Phillips Feynman) 诞辰100 周年，为了纪念费恩曼对物理学的杰出贡献，特以费恩曼的重要工作———路径积分公式、费恩曼图、部分子模型作为本年度封面.

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