大学物理

计算辐射压强和辐射通量密度的几何方法

包景东

2018, 37(3): 1-3. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170485

摘要 ( 1889 )

PDF (328KB) ( 1463 )

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用几何方法证明了空腔热辐射热力学的两个重要等式，即辐射压强与辐射能密度的关系，腔壁上小孔的能通密度与辐射能密度的关系.研讨了目前常见教材有关这两个等式叙证中存在的问题.

H₂⁺基态能量的传统变分解法再思考

孟丽娟，吴锋

2018, 37(3): 4-5. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170326

摘要 ( 1143 )

PDF (222KB) ( 467 )

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指出了 $\100dpi \inline $H^{+}_{2}$\\$ 基态能量的传统变分解法存在的不妥之处，并阐明了具体原因，有利于促进对变分原理的理解.

积分求解余弦分布球面电荷的电场

张志良，郑瑶，池澄，胡冰璐

2018, 37(3): 6-8. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170216

摘要 ( 2063 )

PDF (345KB) ( 686 )

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积分求解了余弦分布球面电荷( σ=σ₀cos θ) 的电场.首先合成场点所张立体角在球面所围的2个面元上电荷元的磁场，被积函数是容易积分的单变量三角函数.积分得到的总合成电场与已有结果相同.

从最大功率传输到无线能量传输的推演

郭云胜

2018, 37(3): 9-12. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170463

摘要 ( 1315 )

PDF (271KB) ( 506 )

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从最大功率传输定理出发，逐步推演出磁谐振耦合无线能量传输的电路工作原理和特点，得到与发表在Science 等期刊文章中一致的结论，证明磁谐振耦合无线能量传输机理依然属于电路理论的范畴，从而也说明对一些基础课程中的重要内容进行深度挖掘和创新运用能够起到精准认识和解释当今科学前沿所报道的一些新奇现象的作用.

线电荷与带有直缝隙的无限大接地导体板所形成的电场及其数值模拟

贾兰芳，王福谦

2018, 37(3): 13-15. doi:10.16854 /j.cnki.1000- 0712.170151

摘要 ( 1205 )

PDF (1275KB) ( 382 )

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将理论分析与计算机数值模拟相结合，通过保角变换研究线电荷与带有直缝隙的接地无限大导体板所形成的电场，利用软件MATLAB 绘制出其电场线和等势线图.

波晶片中寻常光和非常光的透射光振幅与强度的讨论

尹宝银，李金萍

2018, 37(3): 16-19. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170232

摘要 ( 1725 )

PDF (451KB) ( 556 )

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本文根据菲涅耳公式讨论了一束线偏振光垂直入射于波晶片时，在计反射而不计吸收的情况下，在单轴晶体内被分解的寻常光和非常光的振幅及强度问题.同时，推导了线偏振光透过波晶片后光波的振幅、强度和透过率的表达式，通过将其与目前流行的教材所给出的不计反射的表达式进行比较，揭示了不仅有数值大小上的差异，而且还有光的偏振方向和光的强度关系等差异.

二维晶格振动的数值计算和模拟分析

许龙，杨军

2018, 37(3): 20-22. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170276

摘要 ( 1539 )

PDF (526KB) ( 1203 )

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在讨论了一维晶格振动的色散关系和晶格热容的基础上，以二维正方晶格为例，计算了最近邻近似下的色散关系. 其数值计算结果用Matlab 作图表出.

六羰基钨分子振动模式的群论方法研究

邝向军，贾连宝

2018, 37(3): 23-25. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170314

摘要 ( 1523 )

PDF (348KB) ( 576 )

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利用六羰基钨( W( CO)₆) 分子的高对称性并结合群论方法，对六羰基钨分子的振动模式和光谱活性进行了分析.然后，利用基于密度泛函理论的Demol 程序包对六羰基钨分子进行了计算，获得了分子13 个不同的振动频率以及分子键长、电子云分布等信息.

什么是物理精神

穆良柱

2018, 37(3): 26-28. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170436

摘要 ( 1610 )

PDF (374KB) ( 594 )

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尝试从物理认知过程出发，总结一些常见的物理精神，以便在物理教学和研究中运用.

基于后焦面成像的液体折射率测量实验

邱冬，祝巍，张斗国

2018, 37(3): 29-32. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170289

摘要 ( 1548 )

PDF (521KB) ( 658 )

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利用磁控溅射方法在玻璃衬底上沉积一层金膜作为光学薄膜基底，在金膜上滴涂不同浓度的待测氯化钠溶液. 利用光线与金属和溶液界面的表面等离子体的耦合，通过白光后焦面上暗环的相对位置，结合表面等离子体的相关理论，得到不同浓度溶液的折射率，并且分析了基于后焦面成像测量液体折射率方法的误差来源，提出了提高测量精度的办法. 该实验结合了高精度的微纳加工技术以及后焦面成像过程，提出了一种新的液体折射率测量方法，在物质分析以及传感等方面有重要应用.

基于PASCO平台的透明材料折射率的测量

金远伟，王娅冰，吴庆春，汪连城，赵斌

2018, 37(3): 33-37. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170238

摘要 ( 1109 )

PDF (1526KB) ( 452 )

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将迈克耳孙干涉仪和PASCO 实验平台相结合，设计了一种高精度、高效率测量透明材料折射率的方法.首先分析 PASCO 迈克耳孙干涉仪测量材料折射率的原理，然后利用高性能PASCO 传感器和计算机对干涉条纹进行图像采集和数据处理，得到待测透明材料的折射率信息.最后对材料折射率的不确定度进行探究.实验结果表明，旋转角度θ 对折射率的不确定度影响最大，厚度d 次之，干涉条纹计数K 影响最小.PASCO 实验平台配合迈克耳孙干涉仪可以准确、高效的记录干涉条纹在 “吞吐”时光强的变化，降低条纹计数测量的不确定度，从而提高透明材料折射率的计算精度.同时该方法还可用于和透明材料折射率相关的其他特性的测量.

光学隧穿现象的实验研究

熊泽本，马世红

2018, 37(3): 38-43. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170041

摘要 ( 1338 )

PDF (838KB) ( 670 )

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回顾了光学隧穿效应的历史背景和广泛的应用价值，分析光疏介质中倏逝场存在的理论依据及倏逝场的性质，得到相应的倏逝波透射率公式; 理论模拟了透过率与间隙厚度、入射光波长、入射角度的关系，并从实验上予以透过率与间隙厚度变化关系的佐证.

在多媒体教室中实现热光鬼成像

刘江涛，童红，李伟民，肖文波，张德建

2018, 37(3): 44-47. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170429

摘要 ( 1437 )

PDF (944KB) ( 421 )

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“鬼”成像，又称关联成像或者量子成像，是一种基于参考光场与目标探测光场之间的关联函数的一种新型成像技术.本文利用负片成像方法在多媒体教室中实现了热光鬼成像.研究发现，采用此成像方法对系统硬件要求较低.其中对光源亮度的要求可以降低4 倍左右，即使当投影仪亮度为1 200 lm、背景亮度为450 lm 时也可以得到较清晰的图像，绝大多数多媒体教室可实现这一条件.本研究不仅可以将量子光学中最前沿的研究成果作为演示实验引入课堂，激发学生的学习兴趣，还可以促进鬼成像走出实验室，扩展其实际应用.

大学物理混合式协作学习中的交互行为研究

胡萃，张睿，王祖源

2018, 37(3): 48-54. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170367

摘要 ( 1111 )

PDF (722KB) ( 338 )

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本研究基于大学物理混合式协作学习实践，采用内容分析法对混合式协作学习的交互内容进行分析，按照布鲁姆的学习目标分类法建立编码框架，确定交互内容的质量，并将交互质量和交互数量与学习者的学习成绩进行线性相关分析.研究发现: 混合式协作学习中，线上交互数量与线下高质量的交互数量与学生的学习成效呈强相关关系，线下交互数量与学生学习成效呈弱相关关系.

掺杂半导体中物理参数相互关系的GUI演示

徐月华，张家振

2018, 37(3): 55-62. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170394

摘要 ( 1585 )

PDF (3779KB) ( 1166 )

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半导体材料中费米能级随温度变化的规律是半导体导电性的中心问题，但费米能级与温度的具体关系复杂，参数多，而且其中费米积分不是人为可以计算出来.本文通过复合辛普森数值计算法处理费米积分，借助于MATLAB 强大的矩阵运算能力和GUI 界面设计功能，针对N 型、P 型和混合掺杂情况，设置GUI 界面的相关参数，演示费米能级和载流子浓度随温度变化的规律，使学生在半导体物理课程学习中获得更直观和系统的学习体验，显著提高了教师课堂教学效率.

蒙特卡罗方法生成三维理想气体麦克斯韦分布

莫裕宇，李盛至

2018, 37(3): 63-68. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170297

摘要 ( 2253 )

PDF (1305KB) ( 1247 )

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蒙特卡罗方法生成二维麦克斯韦分布的程序在一些计算物理教材中已经做出.将三维单位球面上均匀分布的随机向量加入到描述分子碰撞的随机过程中，用MATLAB 生成了三维麦克斯韦分布的程序.并对麦克斯韦分布的数值结果与理论预期进行了对比.对应地提出了一种理想气体碰撞生成麦克斯韦分布的在统计上所可能遵循的散射规律.

基于Mathematica 的轨道约束问题求解与可视化

盛勇，郭琴，金立孚

2018, 37(3): 69-73. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170267

摘要 ( 1211 )

PDF (623KB) ( 435 )

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运用自然坐标系下的运动微分方程，对被约束在抛物线型( 关于x 轴对称) 和椭圆型轨道上的小环运动问题进行了探究，得到了小环在任意位置处所受约束反作用力( 简称约束反力) 的表达式，并进行了Mathematica 可视化处理，直观地展现了它的变化规律.研究表明在关于x 轴对称的抛物线型轨道中，小环所受的约束反力是非对称的.两种轨道上的小环所受的约束反力与轨道参数、小环初始速度以及小环的位置参数有关.我们还讨论了这些参数对约束反力极值点位置的影响，这些结论可以用于工程设计.

一维光子晶体禁带调制的几种方法

张婵婵，相凤华

2018, 37(3): 74-77. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170418

摘要 ( 1013 )

PDF (719KB) ( 580 )

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基于传输矩阵法用Matlab 软件对TiO2-SiO2光子晶体的反射谱进行了模拟.在介质层光学厚度满足四分之一膜系条件下，研究了入射角、介质厚度和光子晶体周期数对禁带的影响，并给出了通过改变这些参量实现对禁带调制的方法.

PT 对称的非厄米体系的能谱性质

占国慧，于殿强，王郅臻，张莲莲，公卫江

2018, 37(3): 78-81. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170155

摘要 ( 1724 )

PDF (327KB) ( 1199 )

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选取一维量子体系，讨论了体系两端PT 对称的复势能对其能谱的影响，发现该势能在改变体系能谱方面有特殊作用.并且，如果势能强度足够大，它能够引起能谱的简并.利用微扰理论计算了势能较弱时的体系能谱，以便于理解PT 对称的非厄米体系的能谱性质.相信本文有助于加深对量子力学中基础和前沿知识的融合与理解.

《基础物理教学问题选讲》推荐

张海雁

2018, 37(3): 81.

摘要 ( 728 )

PDF (81KB) ( 353 )

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《基础物理教学问题选讲》一书正是针对上述问题出版的．该书是罗蔚茵和郑庆璋教授关于基础物理教学心得的著作，将作者数十年教授基础物理过程中发表的教学论文进行了重新梳理和补充，包括作者的教学理念、对课程内容的处理、对某些物理概念的理解，以及一些问题的拓展讨论．该书对正在主讲基础物理的中青年教师和正在学习基础物理课程的学生有一定的参考意义．

封面说明

穆良柱

2018, 37(3): 82. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170692

摘要 ( 748 )

PDF (86KB) ( 158 )

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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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