大学物理

量子图能谱的数值计算

张雪, 杨化通

2019, 38(9): 1. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190151

摘要 ( 1524 )

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量子图是指一类定义在由许多一维线连接而成的网络上的量子力学问题.本文介绍了量子图基本概念，以及定义在量子图上的定态问题的数学表述.由波函数及其导数在顶点处满足的边界条件导出了决定量子图的能量本征值的久期方程，证明了久期方程的系数行列式在量子图的边数为偶数时是实数，边数为奇数时则是虚数.这一性质使得可以用数值方法近似地求出任何有限能量范围内的所有能级，并以两种典型的量子图为例，分析了它们的能量本征值随某个特定边长度的变化.

紧束缚近似下立方晶格s态电子的等能面

王春安, 符斯列

2019, 38(9): 6. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180655

摘要 ( 1479 )

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大学物理专业的固体物理教学，通常以立方晶格为例，以静态图像的形式来说明s 态电子等能面的空间分布特点，而缺乏等能面随波矢k 变化的具体过程.本文采用Matlab 程序具体展示了紧束缚近似下立方晶格s 态电子等能面随着波矢k的变化，并给出了等能面的剖面图、叠加图、立体图和扩展图.结果表明: 当波矢k 从布里渊区中心向边界变动时，等能面会从“球面”向“类球面”变化，直至发生破缺，集中在布里渊区顶角附近.这些图像生动地展示等能面的变化，有效地辅助了教师的课堂教学以及加深了学生的理解.

水平流管内理想气体定常流动研究

周越, 张国锋

2019, 38(9): 11. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190070

摘要 ( 1311 )

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基于理想气体在水平流管内的定常流动，本文讨论了可压缩流动的基本性质，并与理想流体做了对比，分析了气体的可压缩性可以忽略的条件.

带电粒子在4 个固定点电荷电场中的阻尼振动

赵立强

2019, 38(9): 15. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180694

摘要 ( 1021 )

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基于库仑定律和牛顿第二定律，理论表示出了带电粒子在4 个固定点电荷电场中阻尼振动的动力学方程并求出了解析解.分析讨论了欠阻尼、临界阻尼和过阻尼的条件，最后利用Matlab 数学软件画出了算例图像.

一类n 阶电桥电路网络的等效电阻研究

李伟, 谭震, 王明君, 谭志中

2019, 38(9): 19. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180557

摘要 ( 1264 )

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电阻网络模型的结构复杂多样，被应用于自然科学的许多领域.本文研究了一类n 阶电桥电路网络模型，这是一个没有解决的新问题.研究表明该网络模型容纳了多个不同的电阻网络类型.文章主要采用建立简化的等效模型以及应用基尔霍夫定律建立非线性差分方程模型解决此问题，研究得到了一个简洁的分数阶等效电阻公式，同时给出了数个有趣的特殊结论，其中阐明了该网络称为电桥电路网络的缘由.

迈克耳孙干涉仪测量波长实验的研究及仿真

史少辉, 封顺珍, 牛萍, 东艳晖, 刘继宏, 吴淑花

2019, 38(9): 24. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190020

摘要 ( 3503 )

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为了研究采用He-Ne 激光器光源的迈克耳孙干涉仪干涉条纹特性，利用等效光路的方法计算了相干光的光程差，理论分析了等倾干涉条纹的特点，研究发现干涉条纹偏心主要是由两反射镜不严格垂直或者激光束与扩束镜不严格垂直引起的.基于Matlab 软件，编写了干涉仪的仿真程序MIGUI 并与实验结果进行了对比，MIGUI 不仅能够准确地模拟测量波长的实验过程，还能够方便地调节影响干涉条纹的5 个参数，定量地研究条纹光强分布情况.最后，利用MIGUI 研究了动镜及扩束镜位置对于干涉条纹的影响，发现动镜位置改变对条纹半径的影响远大于后者.

基于导图的大学物理实验SPOC 教学模式探究

张礼

2019, 38(9): 29. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180625

摘要 ( 1459 )

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SPOC 教学模式作为后MOOC 时代的产物，解决了MOOC 教学模式的高流失率问题，也避免了翻转课堂学生高度自主的不适应问题，故被越来越多的学校及教师尝试使用，其在实验教学领域的作用也越发凸显. 本文拟在SPOC 教学模式改革过程中尝试使用导图的方法，通过设计的预习导图、原理导图、步骤导图、报告导图等进行课程引导，简化学生原理消化过程，提高学生学习兴趣，规范学生实验程序，促进学生深入探讨. 经实践，该方案有效提高了学生的学习预习效果及对操作过程的理解，同时，部分学生实验得以拓展，且取得了不错的成绩。该实施思路可以为其他课程特别是实验课程起到一定的借鉴作用.

基于物理辩论的校级公选课建设探索

王槿, 李川勇, 李文华, 张春玲, 刘丽飒, 陈靖, 余华

2019, 38(9): 34. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180658

摘要 ( 1309 )

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本文简要介绍南开大学基于物理辩论进行的校级公选课程建设，包括课程建设的教学目标、教学手段和方法、课程内容和学时、课程效果、学生反馈及课程改进方案等.对实验室建设也做了一些总结和建议.希望通过该项课程建设，促进物理专业教育与通识教育的交叉融合，提高本科生的综合素质，培养创新精神.

精品在线开放课建设促进高等教育公平的实践和思考

王磊, 倪牟翠, 张涵, 张汉壮

2019, 38(9): 38. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190040

摘要 ( 1008 )

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本文从高等教育公平视角分析了我国高等教育现状中存在的不公平发展现象. 以大学理工科基础必修课———力学课程为例，介绍了建设在线开放课教学资源和运行在线开放课的实践. 通过实践发现优质精品在线开放课的建设和运行对于高等教育中的起点公平、过程公平及结果公平都起到了积极的促进作用.

新工科下多学科交叉创新性物理实验课程改革

王立英, 秦珠, 廖怡, 戴海涛, 米文博

2019, 38(9): 43. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180592.

摘要 ( 1447 )

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本文从培养“新工科”人才的教育目标出发，提出了新工科背景下多学科交叉创新性物理实验改革方案，从拟解决的问题及目的、国内外各个高校关于此问题的改革措施、多学科交叉创新性物理实验课程的改革方案的具体思路和举措等方面做了详细阐述. 该改革方案将传统的物理实验与多学科科学前沿相结合，推动教师将科研成果及时转化为教学内容，设计开发各学科交叉融合的新型物理实验，将为“本研贯通人才培养”奠定基础.

颗粒物流速与Beverloo 公式的关系研究

陈和田, 南洁, 高红, 王玫

2019, 38(9): 49. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180687

摘要 ( 2225 )

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沙漏作为历史久远的计时工具一直被沿用至今，其蕴含的物理原理仍然应用在生活的各个方面. 本文研究了不同材质的颗粒物质在其直径极其细小、比表面积急剧增大的情况下，颗粒物对于同样直径的洞口流量随颗粒直径大小成正相关的特殊现象. 同时测量了最大稳定角，并进一步探究了开口直径、倾斜角度等因素对流速的影响，结合实验现象在颗粒物极其细小的条件下对Beverloo 公式的参数进行了修正.

低频条件下的法拉第斑图选择问题研究

亓瑞时, 王海粼, 王伟, 周路群

2019, 38(9): 54. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190046

摘要 ( 1538 )

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在一定条件下，受到竖直方向周期性驱动力作用的液体自由表面会产生特定的驻波图样，即法拉第斑图. 本实验以圆柱形容器中的黄原胶溶液为研究对象，利用模态激振器驱动容器所在的平台，并通过高速摄像机捕获法拉第斑图图样，探究了低频条件下的斑图选择问题. 实验结果显示，在一定的参数条件下，在斑图出现的临界点附近有一弱非线性区，这一区域内许多实验现象都可以利用线性振动的理论近似解释. 此时形成的斑图往往仅分布于容器的一条直径上，随着驱动力频率的增大，所形成的波腹数目增加，斑图稳定性交替变化. 理论分析表明，这一现象是表面驻波色散关系和容器边界条件共同作用的结果.

基于Mie 谐振原理的金属表面裂缝微波无损检测

王任玉, 梁格, 林哲钰, 朱洪波, 李海红, 毕科

2019, 38(9): 58. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180648

摘要 ( 1790 )

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介电颗粒在与入射电磁波的相互作用过程中会产生Mie 谐振，导致谐振频率附近的微波被吸收，此时电磁场的能量会聚集在介电颗粒附近，若周围有微小扰动( 例如金属反射表面的细小裂缝) ，会引起谐振频率的明显变化. 通过矢量网络分析仪测量电磁波反射系数，并记录吸收峰的频率变化，可以获取裂缝的信息. 实验中对不同尺寸的裂缝进行了探测，可以归纳出两条规律: 对同一深度( 或宽度) 的裂缝，介电颗粒谐振频率随着裂缝宽度( 深度) 增大向低频移动，并且谐振频率的变化率也随裂缝宽度( 深度) 增大而减小.

上好物理第一课———新形态教材《物理学导论》的编著结构介绍

忻蓓

2019, 38(9): 62. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190295

摘要 ( 1344 )

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由高等教育出版社出版的新形态教材《物理学导论》，从物理的逻辑性、历史性、实用性等角度对已有物理规律进行了高度的概括和总结.本文对该教材的独特之处进行了整体介绍，对希望了解该书的读者具有一定的引导和帮助作用.

封面说明

穆良柱, 陈晓林

2019, 38(9): 66.

摘要 ( 760 )

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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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