大学物理

包景东

2019, 38(8): 1. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180599

摘要 ( 1486 )

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布朗粒子的动量关联函数是非平衡统计力学的一个极为重要的物理量，然而国内常用教材对其及相关内容的讲解存在瑕疵.本文从学术研究的角度，对有关动量关联函数的一些不严谨表述进行了厘清.目前的非平衡统计教学皆以含白噪声的朗之万方程为模型，但很难明晰布朗运动中的两个特征时间: 涨落力关联时间和系统驰豫时间.本文以Ornstein-Uhlenbeck色噪声驱动的广义朗之万方程为例解决了这一问题.还讨论了判断各态历经变量的Khinchin 定理，进而深化了动量关联函数的价值.

关于碰撞问题的进一步讨论

路峻岭, 顾晨, 秦联华, 任乃敬, 马泊一

2019, 38(8): 5. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180535

摘要 ( 1792 )

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在速度空间中研究两个小球的一维自由碰撞问题，可以直接发现质心系是一个特殊的惯性参照系，碰撞引起的最大可能的动能损耗就是在此质心系中两个小球的全部动能( 对应完全非弹性碰撞) ，而一般非弹性碰撞的动能损耗只是此全部动能的一部分，其比例系数与牛顿恢复系数( 碰撞前后的相对速度之比) 有关.研究表明，小球一维自由碰撞的概念可以扩充到与刚体的碰撞，碰撞等效折合质量的倒数等于诸参与碰撞物体的特征参量的倒数之和; 由分离速度除以接近速度得到的牛顿恢复系数公式是普遍成立的，其中分离速度和接近速度都是指两物体上碰撞点的速度; 小球的二维碰撞可以通过一个主要碰撞( 相对速度过零) 和一个与它正交的伴随碰撞( 相对速度不过零) 的复合过程表示出来.

“带电厚椭球壳空腔内的电场”一文的补充

于凤军, 杨玉鹏, 魏科伟, 张希威

2019, 38(8): 10. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180644

摘要 ( 1229 )

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本刊2018 年第10 期刊登了“带电厚椭球壳空腔内的电场”一文，文中研究的厚椭球壳是由非导体构成的，其内表面和外表面分别是二个共轴的、等偏心率的椭球面.该文仅计算其空腔内的场强，本文是该文的继续，采用对比方法和电势迭加原理计算其空腔内的电势，并顺便求得均匀带电椭球中心的电势.

抗磁性物理机制的一种改进讲法

郭然

2019, 38(8): 14. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180656

摘要 ( 1219 )

PDF (1085KB) ( 697 )

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本文提出了一种更易于学生理解的方式，来讲解大学物理中抗磁性产生的物理机制.这种讲法可以概括如下: 首先利用理论推导的方式给出了当电子轨道磁矩方向和外磁场方向平行时，产生抗磁性的机制.此后，利用数值计算的方法分析了当电子轨道磁矩方向和外磁场方向不平行时，电子运动的性质.数值计算的结果以图片的形式进行了展示和说明，并据此解释了在此种情况下产生抗磁性的机制.

量子力学中自由粒子演化的算符方法

张印杰, 阎玉立

2019, 38(8): 19. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180639

摘要 ( 2498 )

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利用演化算符的抽象形式，借助于算符运算技巧，对一维自由粒子的演化问题进行了形式计算.得到了一维自由粒子波包位置概率分布的方差随时间演化的结果，证明了一维自由粒子波包随时间扩散的结论. 利用谐振子问题中常用的产生算符和湮灭算符作为工具，对初始时刻中心位于原点的“静止”高斯波包随时间演化的波函数进行了计算，将得到的级数形式写为了初等表达式，从求得的概率密度可见随着时间增加该高斯波包的宽度也随之增加.

半导体中杂质不完全电离的分析

黄海猛

2019, 38(8): 21. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190016

摘要 ( 2598 )

PDF (558KB) ( 1960 )

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杂质电离现象是“半导体物理学”课程的重要知识点和难点之一.本文通过对杂质电离的深入分析，推导出杂质电离程度η、温度T、掺杂浓度ND及施主杂质电离能ΔED等4 个重要物理量之间的关系.进一步深入讨论杂质完全电离的最大掺杂浓度上限、电离比例与杂质电离能的关系，同时引入Lambert W 函数简化对温度的求解.最后研究4H-SiC 中杂质不完全电离的问题.本文的分析方法不仅可加强学生对杂质电离的系统理解，而且可培养学生的分析和创新能力，有助于将来研究和设计半导体器件.

一种声控发光驻波管测量声速的分析

张波, 刘向远, 赵敏福, 方杰, 张刚, 孔敏, 袁好

2019, 38(8): 26. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180560

摘要 ( 1816 )

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声控发光驻波管由透明亚克力管、声控发光单元阵列、声波换能器、硬质端盖和支架组成.通过信号发生器提供声源信号，驻波管内空气的振动叠加能够产生类似于驻波状态.理论分析表明这种驻波状态与理想驻波的波节和波腹位置相一致，因此，能够用于测量声波的波长.驻波管用于实验测量声速，精细调节信号源频率和振幅，通过LED 的亮度显示，能够获得清晰的声压波节和波腹.实验测量表明，使用声控发光驻波管测量声速具有操作简便、准确的优点.

霍尔效应副效应研究及地磁场水平分量测量

许磊, 方立青, 肖杉, 吴波, 毛杰键

2019, 38(8): 30. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190005

摘要 ( 3548 )

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霍尔效应实验中存在多种副效应，一般认为有爱廷豪森效应、能斯脱效应、里纪-勒杜克效应、不等位电势差、焦耳热电势差等副效应. 事实上，地磁场也会对霍尔电压产生影响. 研究表明上述副效应中，除爱廷豪森效应以外的其他五种副效应可通过对称测量法予以消除. 实验结果显示，不等位电势差影响最大，其次是地磁场效应和焦耳热电势差，而能斯脱效应、里纪-勒杜克效应可以忽略. 此外，利用霍尔效应实验仪测量出上饶当地地磁场水平分量约为30.6 μT.

基于PN 结的正向伏安特性测量玻尔兹曼常量的研究

祁玲敏, 韩太坤, 胡素梅, 陈海波, 贺言

2019, 38(8): 39. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180681

摘要 ( 1951 )

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根据PN 结正向伏安特性测玻尔兹曼常量的原理，在实验中使用二极管和三极管作为PN 结的替代样品分别进行了测量，结果显示直接利用二极管测得的玻尔兹曼常量值比理论值偏大，这与一些文献提出的直接利用二极管测出的玻尔兹曼常量值往往偏小的观点不一致，本文从扩散电流、复合电流和表面电流的公式出发，从理论上分析并解释了玻尔兹曼常量值偏大的原因; 而使用三极管构成的共基级电路，减少了复合电流和表面电流的影响，得到的玻尔兹曼常量值与理论值一致.

光栅最小偏向角法测光波长的方案优化

梁雄, 赖国忠

2019, 38(8): 42. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190030

摘要 ( 1559 )

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在最小偏向角法的光栅衍射实验中，现有最小偏向角的判断误差约与分光计上的望远镜最小分辨角相当. 为了减小该项判断误差，本文利用衍射光达到最小偏向角时与此时反射光束平行这一特点，借助直角反射镜改进了最小偏向角的判断方法，理论上可大幅度降低判断误差，同时采用对称测量法将测量误差进一步减小为单侧测量方法的一半，实验结果验证了该方法的可行性.

迈克耳孙干涉在电场-应变效应测量中的应用

宫德维, 王晓鸥, 赵远

2019, 38(8): 46. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180667

摘要 ( 1148 )

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本文将大学物理光学部分中的迈克耳孙干涉应用于电场-应变效应的测量，给出了利用迈克耳孙干涉进行电场-应变效应测量的实验原理.对铌酸锂( LiNbO3) 晶体电场-应变效应进行了实验测试，并对影响测量精度的因素进行了分析.结果显示可以利用迈克耳孙干涉的方法对电场-应变效应进行测量.

基于太赫兹光谱的岩石形貌分析

秦凡凯, 詹洪磊, 宝日玛, 赵昆, 陈星洁, 吕昕

2019, 38(8): 50. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180630

摘要 ( 1280 )

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利用反射式太赫兹光谱成像系统检测天然岩心和人造岩心切片的表面形貌和原油分布，并与扫描电子显微镜样品分析结果相互补充、相互印证. 由于孔隙和矿物的相间分布，导致不同位置处的太赫兹时域谱幅值具有明显差异，且在孔隙处填入原油后太赫兹时域谱幅值的差异减小. 本实验结合了太赫兹技术这一光学新方法和石油地质相关知识，即可作为油气探测的一种补充方法，又可作为一种新兴实验技术在大学中推广.

大学物理教学改革———量子通信教学浅析

张子静, 王晓鸥, 霍雷, 张宇, 赵远

2019, 38(8): 54. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180615

摘要 ( 1112 )

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在新时代新工科教育改革势在必行的大背景下，结合我校工科类为主的大学物理教学特点，提出了“新时代新工科大学物理教学体系”改革.新时代需要工科毕业生更加了解现代前沿技术，我们在原有的大学物理教学基础上扩展了一系列现代物理相关的新兴技术，本文以量子通信技术为例.量子通信是量子力学和经典通信相结合产生的新的交叉技术，由于量子具有“不可分割”“不确定性”“不可克隆”等特性，量子通信能够实现无条件安全，使它成为一种全新的安全通信技术.量子通信作为量子技术之一，一直以来给人以‘高、冷、神’的感觉，使非专业人士望而却步.本文正是通俗易懂讲清楚量子通信的基本原理，在原有的大学物理教学中加入这些新兴的技术，使得大学物理更加贴近前沿技术.

非光滑轨道约束反力问题求解及Mathematica 数值计算与分析

叶志强, 郭琴

2019, 38(8): 59. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180584

摘要 ( 1363 )

PDF (396KB) ( 416 )

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工程设计中常常要将轨道对物体的支承力纳入到考虑范畴，而非光滑轨道最贴近物理实际，因而本文将研究约束在非光滑轨道上运动的小环所受约束反力问题.利用质点运动微分方程求出了小环在抛物线轨道任意位置处法向约束反力的解析解，研究了摩擦力对小环运动过程的影响，并借助Mathematica 软件对小环前进、返回的完整过程进行了数值计算与分析. 本文给出了此类问题求解的范例，所采用的求解技巧可适用于其它形状的轨道.

爱因斯坦固体模型中的化学势疑难及其解决

彭君波, 陈擎, 刘全慧

2019, 38(8): 63. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180669

摘要 ( 1995 )

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一般而言，固体系统具有单一的自由能和其它热力学函数，但是有两个化学势，一个来自振子一个来自声子，前者非零而后者为零.爱因斯坦利用的是玻尔兹曼统计，发现固体原子的单个振动的配分函数可以解释成为单一频率声子气体的配分函数，其中声子的化学势为零，但是固体原子的化学势却不能解释成为声子的化学势.本文采用微正则系综，同时给出了固体原子和声子的化学势.

封面说明

穆良柱, 陈晓林

2019, 38(8): 66.

摘要 ( 756 )

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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.

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