大学物理

量子巨配分函数的洽当导出

包景东

2019, 38(4): 1-3. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180958

摘要 ( 1649 )

PDF (154KB) ( 740 )

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巨配分函数是平衡态统计物理教学的难点问题.目前的教材在量子统计中，先引入这个函数的自然对数，然后根据

它表示的热力学量来说明其正确性，这在逻辑上是不顺畅的.本文从T-μ-V 系统的平均能量、平均粒子数和广义力的定义，用

凑全微分法和不定积分法分别导出了量子巨配分函数，还对选择具有物理意义的自变参量进行了讨论.

理解原线圈电流与电压的相位关系

涂泓, 方伟

2019, 38(4): 4-7. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180496

摘要 ( 3659 )

PDF (291KB) ( 1484 )

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当理想变压器连接纯电阻负载时，原线圈的电压与电流是同相的，但不少初学者对于这一点存有误解和困惑，因此

在用瞬时值分析时容易出现疏漏，得出两者相位差等于π/2 的错误结论.本文用矢量法分析理想变压器各物理量之间的相位

关系，并给出正确的瞬时值分析过程，从而指出上述错误结论的来源.

用时空代数推导狭义相对论的任意方向加速度变换

王永刚, 曹学成, 姜贵君, 高峰, 张红, 赵文丽

2019, 38(4): 8-12. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180458

摘要 ( 2088 )

PDF (328KB) ( 608 )

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时空代数( Space-time Algebra，STA) 是定义在4 维实Minkowski 矢量空间M4上的16 维几何代数( Geometric Algebra，也称为Clifford 代数) Cl1，3

，是一个可结合的代数环，它提供了不依赖于特定标架描述四维时空的方法.本文采用时空代数，给出推导狭义相对论中沿任意方向作相对运动的惯性系之间加速度变换的一种简单方法.

念力转机运动原理的研究

张雷明, 寻之朋, 张伟, 宋宁

2019, 38(4): 13-17. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180397

摘要 ( 2714 )

PDF (1469KB) ( 1195 )

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对念力转机的运动原理进行了理论分析和实验研究.理论上基于念力转机的力学原理，分析它的转动原理，研究其

转动特性.理论分析表明念力转机前端铁钉做周期性类椭圆运动，木棍和铁钉的振动带动螺旋桨转动，螺旋桨的转动方向取决

于水平振动和竖直振动的相位差.实验上采用光放大法观察念力转机的运动过程，实验结果和理论分析结果吻合.实验表明用

手施加水平力时，螺旋桨的旋转方向与手的触碰位置有关.实验还发现单位时间摩擦凹槽的数目越多，螺旋桨转速越大，两者

具有线性关系.

直流电场强度测量方法与装置

刘洋, 周子舒

2019, 38(4): 18-22. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180210

摘要 ( 2009 )

PDF (1369KB) ( 601 )

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为解决直流电场测量易受畸变和电荷泄露影响的问题，基于静电感应原理，采用变电容的方法，自制实验装置，把

感应直流电压信号转变为一定频率的交变信号，采用放大、滤波等电子技术，实现直流电场强度的测量.表明了工程技术中的

实际问题往往是依据最基本的物理学概念和规律解决的.通过测量原理的分析，培养学生理论联系实际的能力，通过实验装置

的设计和实验，提高学生的动手实践能力和分析解决实际问题的能力.教学科研相结合，培养学生的科研意识和创新能力，提

高学生的综合素质.本文方法可以用于工程实际.

平面棱镜系统成像方向的追迹模拟

秦华, 庞鑫

2019, 38(4): 23-27. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180259

摘要 ( 1375 )

PDF (1644KB) ( 788 )

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为了清晰说明平面棱镜系统成像方向的判定方法，推导了光在非共轴光学系统的追迹公式，对平面棱镜系统的物

像坐标变化过程进行了模拟.通过棱镜对物像坐标变化过程的模拟，进一步说明了教科书中棱镜成像方向判定方法，结果显

示，模拟棱镜成像是理解棱镜成像方向判定方法最为直观可行的手段，不仅有利于学生理解这种判定方法，还可以促进学生

对这种判定方法的记忆.模拟过程还可以使学生深刻理解在课堂中不易理解的棱镜中各种术语定义.

基于云计算的大学物理实验数据在线处理

林奇川, 程敏熙

2019, 38(4): 28-32. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180452

摘要 ( 2092 )

PDF (1198KB) ( 443 )

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基于云计算平台，用Python 及Flask 设计了一个辅助钠原子光谱实验和弗兰克-赫兹实验数据处理的程序，可不受

地域及设备的限制快速计算出钠原子光谱的量子缺及固定项、绘制弗兰克-赫兹实验曲线，实现了基于云平台的大学物理实

验教学资源的功能拓展.

大学物理实验智能化教学模式的构想与实践

高茜, 王菲斐, 朱江, 喻纯旭

2019, 38(4): 33-36. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180283

摘要 ( 1177 )

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随着信息技术的突飞猛进，传统教学模式突显其方法单一、手段陈旧、效率低等不适应性.本文提出了一整套大学物

理实验智能化教学的新模式: 线上预习，门禁把关，实验课堂引入手机互动，实验报告智能分类处理，实验室智能开放等，使慕

课、智能手机等信息化技术在教学过程中发挥作用，以灵活多样的考核制度激发学生自主学习的积极性.经过一年的实践，本

构想中的很多内容得到了有效实施，在提升自主学习能力方面，收到了较为理想的效果.

基于Mathematica 数学软件的玻尔共振实验综合研究

梁燕旋, 梁建新, 傅征, 张亚萍, 陈褚鸿续, 张继平

2019, 38(4): 37-41. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180478

摘要 ( 1139 )

PDF (1071KB) ( 322 )

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对单自由度线性机械振动的研究常采用玻尔共振仪进行测量与分析，但结合该仪器进行受迫振动过程模拟仿真的

研究还较少.本论文采用Mathematica 数学软件编写相关仿真程序，对玻尔共振仪受迫振动的幅频特性、相频特性进行数值模

拟与解析模拟，并将模拟结果与实验结果进行精度分析，从而对数值模拟和解析模拟两种仿真算法进行优劣分析.此外还使用

Mathematica 数学软件突破玻尔共振仪的现有实验条件功能局限，通过建立整个振动动力学过程的相图、频谱曲线等，从而可

以更为深入地研究机械振动规律，拓展Mathematica 数学软件在实验分析中的应用范围.

移液管热喷泉物理过程的研究

戴植锐, 白翠琴

2019, 38(4): 42-44. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180280

摘要 ( 1270 )

PDF (477KB) ( 368 )

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装有热水的移液管倒置且尖端朝上时会喷出热水形成喷泉，这是大学物理热学中直观展示气体受热膨胀的一个很

好的实验.我们建立了一个傅立叶传热与等压膨胀相结合的模型分析其物理过程，并利用COMSOL 软件搭建模型验证.实验上

搭建一个半机械化的实验装置，对热喷泉的动态过程进行拍摄，得出了热喷泉高度与热水温度呈线性关系，实验结果与理论

模型相符.

莱氏星星振动模式的研究

李佳林, 朱浩宇, 张烨, 李金华, 金光勇

2019, 38(4): 45-49. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180331

摘要 ( 1561 )

PDF (1947KB) ( 1177 )

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基于微扰理论建立加热平面上液滴自激振动的基本模型，研究了莱氏星星的产生条件，以及相关参量如液滴半径、

液滴振动频率等因素对莱氏星星振动模式的影响，并对液体周期性振荡模式进行了有限元模拟.通过实验测量出液滴振荡模

式个数、振荡频率与液滴半径的关系，与理论分析及仿真结果相符. 通过研究莱氏液滴振动模式及自激振荡机制，对液滴在高

温表面的复杂动力学过程有了更深入的了解，在金属工业及石油工业等领域有着重要的应用.

基于纹影法的气体温度场可视化系统的设计

范可舟, 邓森, 范泽滔, 奉玮杰, 李佼洋, 王嘉辉, 蔡志岗

2019, 38(4): 50-53. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180485

摘要 ( 1500 )

PDF (1111KB) ( 670 )

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纹影法是介质折射率变化可视化的实用方法.本文基于分束镜等光学器件设计了一种新的折叠式纹影光路，可改善

传统光路的低清晰度问题，同时利用光线的正入射消除了重影干扰.利用热风拆焊台出风口热流进行定标实验，获得纹影图像

灰度值的差值与温度的函数关系，并利用纹影图像绘制灰度三维图像，实现了气体温度场可视化处理，提供了一种非接触测

量气流温度与温度场摄像系统的测量方案.

基于傅里叶光学理论的声驻波成像分析

张博一, 熊畅, 胡斌, 唐芳, 李朝荣

2019, 38(4): 54-58. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180363

摘要 ( 1195 )

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基于傅里叶光学理论研究了激光通过声光衍射现象的产生和声驻波的成像过程，并设计实验验证了理论推导的正

确性.针对不同空间滤波方式，分析声驻波成像条纹间距和条纹对比度的变化，提出一种新的用空间滤波手段测量声速的实验

方法.该理论研究及相关实验，完整地分析了声驻波的成像问题，也有利于加深对傅里叶光学中的空间滤波的理解.

对倒格子第一布里渊区的些许思考

徐永康, 贾护军

2019, 38(4): 59-62. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180539

摘要 ( 2390 )

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针对不同教材中关于面心立方晶格和体心立方晶格的第一布里渊区的描述，本文通过对称性作图的方式直观地给

出了这两种结构第一布里渊区的确定方法，并通过与空间可能存在的5 种正多面体的特征的对比，提出了这两类晶格第一布

里渊区的更为合理和统一的命名方法.

NaI( Tl) 谱仪中反散射峰的影响因素研究

李根, 魏凡, 楼建玲

2019, 38(4): 63-69. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180475

摘要 ( 1310 )

PDF (1529KB) ( 405 )

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本文利用Geant4 和分离变量的方法，模拟了衬底材料、以及闪烁体的包装材料对反散射峰计数大小的影响. 使用不

同衬底材料时，模拟产生的反散射峰与全能峰计数比例、不同材料的饱和厚度值，与实验结果一致. 本文还模拟了反散射峰计

数随着闪烁体包装材料的厚度，以及闪烁体的长度、横截面积和体积的变化关系，找到了抑制由此产生反散射峰本底的方法.

封面说明

穆良柱, 陈晓林

2019, 38(4): 69-69.

摘要 ( 610 )

PDF (62KB) ( 176 )

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本刊 2019 年的封面上刊登照片及图片，纪念在氦-II 中观察到超流 80 周年以及物理学大师卡皮察( P. L. Kapitza) ，蒂萨( L.Tisza) 和朗道( L.D.Landau)在这一研究领域中的贡献.

当期目录