大学物理

气候系统和全球变暖 ———解读 2021 年诺贝尔物理奖

胡永云

2022, 41(2): 1. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210557

摘要 ( 880 )

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2021 年诺贝尔物理学奖授予了两位气候学家和一位理论物理学家，以表彰他们在“ 理解复杂物理系统领域所做出的开创性贡献”. 相信很多人会感到惊讶，为什么诺贝尔物理学奖授予了两位气候学家. 本文将从以下几方面给予解读：为什么气候系统被称为复杂的物理系统，全球变暖的现状和未来，全球变暖的物理基础和科学简史，两位气候学家是如何基于基础物理理论建立了预测全球变暖的模型，以及检测和归因人类活动导致全球变暖的方法.

无序复杂系统中的序⎯2021 年诺贝尔物理学奖解读

江少钦, 余雪佳, 徐莉梅

2022, 41(2): 7. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210633

摘要 ( 747 )

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本文首先简要介绍了什么是玻璃和自旋玻璃，然后回顾了自旋玻璃理论的发展，特别是帕里西对自旋玻璃理论的贡献及该理论在其它领域的应用.最后简要介绍了帕里西在界面随机生长和随机共振方面的重要贡献.

品味物理概念

安宇

2022, 41(2): 15. doi:10.16854/ j.cnki.1000-0712.210360

摘要 ( 586 )

PDF (747KB) ( 243 )

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有些物理概念需要剖析细节才能深入理解，本文以爱因斯坦扩散系数、电磁波纵波分量对光子静止质量的影响以

及状态的最小体积等为例，分析物理教学中的有趣问题.

二次量子化中单体和两体算符的一种启发式推导

吴宁

2022, 41(2): 18. doi:10.16854 / j.cnki.1000- 0712.210221

摘要 ( 827 )

PDF (779KB) ( 391 )

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二次量子化是研究生和高年级本科生量子力学课程中的重要内容.如何从一次量子化中的多粒子哈密顿量及波函数出发，自然地导出二次量子化中由产生和湮没算符表示的单体和两体算符，是一个既关键且又使初学者较难理解的步骤.以全同费米子系统为例，本文给出该步骤的一种自然且具有启发性的推导方法.该方法仅依赖于：多粒子波函数的对称性假设， Fock 空间中“ 真空填充” 的概念，以及全反对称多粒子波函数与Fock 态的等价性.

固体潮相关的地球表面形变和涨落

于凤军, 鞠林, 汤振杰, 田俊龙

2022, 41(2): 22. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210121

摘要 ( 516 )

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在月球和太阳的引力作用下，地球的固体表面也发生与海水表面类似的周期性涨落，这种现象称为固体潮. 固体潮的形成原因与海潮相同，但其计算问题远比后者复杂.本文用开尔文地球模型和比较简单的方法计算固体潮相关的地球表面方程和涨落幅度，并进行相关问题的讨论.

无限深方势阱本征值和本征态的三种求解方法

李海凤, 陈康康

2022, 41(2): 26. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210230

摘要 ( 1901 )

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一维无限深方势阱模型是量子力学理想模型，经典教材中势阱的边界一般取得比较特殊.或关于坐标原点具有对称性，或势阱左边界位于坐标原点.本文首先展示了如何利用3种方法求解一维任意边界无限深方势阱能量本征值和对应的本征态，不同方法得到的结果彼此之间等价，讨论分析了这3种方法的推导结果，然后得到关于一维任意边界无限深方势阱能量本征值和本征态的通式，从中比较容易看出这两个物理量均与阱宽有关，并且本征波函数与边界值有关，最后将一维结果拓展到二维和三维任意边界无限深方势阱情况.

测量不确定度分析在大学物理实验中的应用——单摆测重力加速度

张竺立, 陈鑫磊, 逯美红

2022, 41(2): 31. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.200521

摘要 ( 8961 )

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重力加速度是物理学中一个重要的力学常量，其测定方法有很多，在大学物理实验中常用到的测量方法是单摆法. 但实验原理仅研究了单摆摆球的运动，忽略了摆球大小、浮力、摆线质量等因素的影响，因此测量结果不够精确. 通过对引起单摆法测定重力加速度的相关系统误差进行修正，得到相对精确的重力加速度公式和相应的合成标准不确定度公式. 最后对测得的数据进行合理地分析和计算，最终得出较为精确的实验结果.

大学本科量子密钥分发实验课程探索

孙仕海

2022, 41(2): 38. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.210208

摘要 ( 662 )

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量子信息技术因其卓越的特性而受到高度重视，被认为是未来信息技术发展的必然趋势，而具备量子物理背景的专业人才培养就显得极为重要.但是，由于量子信息技术具有抽象性、交叉性、前沿性和复杂性等特点，针对本科生开展相关实验教学具有一定挑战.中山大学从2018年开始在该方面进行了初步探索，针对高年级本科生开设了量子密钥分发等实验课程.本文基于笔者的教学工作，对量子密钥分发实验课程进行了介绍，探讨了其中的难点以及解决方案，希望通过本文探讨，能够对量子信息技术的教学工作有一定帮助.

霍尔元件在电磁感应实验中的应用

孙晓燕, 吴天昊, 黄庆, 田永宁, 李成金

2022, 41(2): 44. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210314

摘要 ( 571 )

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将非磁体和磁体分别从竖直放置的铝管或铜管的上端自由释放后，两者的下落运动完全不同，前者迅速自由下落，而后者却缓慢地穿过管子落地.本文通过建模和化简，建立并求解其动力学方程，应用霍尔元件、LED 管和 STM32 嵌入式系统，搭建测量系统，介绍了将定性实验转换为定量实验的过程，并分析比较了实验结果与理论计算值之间的差异.

磁阻型电磁发射的建模分析与仿真研究

张景卓, 姚陆锋, 杨绍华

2022, 41(2): 49. doi:10.16854 / j.cnki.1000- 0712.210180

摘要 ( 501 )

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本文分析了磁阻型电磁发射的机理，得出了发射过程的等效作用. 利用磁矩模型建立了磁阻型电磁发射的理论模型，并结合发射电路的模型导出了弹体的动力学方程，分析了影响弹体发射的主要因素，给出了MATLAB 仿真结果.

BOPPPS 模型在大学物理课程中的实践探索

吕文明, 李晓端

2022, 41(2): 53. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210164

摘要 ( 611 )

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本文针对大学物理课程的特点以及传统教学模式中存在的问题，将ＢＯＰＰＰＳ模型引入到大学物理的课程教学中，并以多普勒效应为例，设计了微课教学．将学生的学习方式由被动接受转变为主动探究，有效地提升了学生兴趣及课堂效率，使学生能够深刻地领会和掌握抽象的物理概念，并能够将相关理论知识应用到工程实践中去，对提高教学质量具有一定的参考价值．

等离子体发射光谱的诊断及N₂ 振动温度的测量

杨世哲, 陈翰霖, 冯鑫, 刘晨宇, 陶小平, 王中平, 张增明

2022, 41(2): 58. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210213

摘要 ( 496 )

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本文自行设计圆柱形真空管以产生可达几帕的低压环境，并在 65 P_a空气和 14 P_a 的空气-CO₂ 混合气体直流放电中观测了管轴线上各点的发射光谱，并区分出其中最强的谱带系为N₂ 的第一正带系和第二正带系，进而利用第二正带系的相对强度计算了两种环境下氮气分子的振动温度沿放电管轴线的分布情况.

基于自制暗箱测量光电效应中光强与光电流的关系

杨莹, 张文攀, 张计才

2022, 41(2): 63. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210099

摘要 ( 822 )

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本文基于自制的“ 暗箱” 实验装置，通过 3 种方法来验证光电流与光强的关系：一是通过控制光电管两端的电压研究不同光强下光电管两端的伏安特性曲线;二是通过在相同光强下改变光电管与光源的距离研究光电管的光电特性曲线;三是通过光强传感器直接测定光电流与光强的关系. 以上3 种方法的实验数据均通过PASCO 平台进行实时采集和分析，获得了未达到饱和时光电流随光强增加而增大的实验结果.

基于换能器阵的三维多粒子悬浮及操控装置

徐钰琪, 许辉杰, 郭瑞雪, 方明月, 郑键彬, 谢翠婷

2022, 41(2): 67. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210216

摘要 ( 462 )

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针对目前三维声操作技术悬浮粒子数量少、悬浮空间局限的问题，本文提出了一种由三对相对换能器阵列组成的声悬浮装置的设计方案，通过改变换能器阵列的相位差，成功实现了粒子的三维操纵. 该装置可用于测量声速，相对误差一般在 2% ～ 5%左右，对测量环境要求比较严格.

高雷诺数下的圆柱绕流问题———以蜡烛燃烧为例

罗芸, 王晓宁, 赵旭阳, 孟德忠, 郝会颖

2022, 41(2): 71. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210138

摘要 ( 593 )

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本文针对高雷诺数下的圆柱绕流问题，以火焰熄灭为例进行了相关的实验研究. 结果表明在一定范围内，火焰熄灭时间与障碍物直径、蜡烛与障碍物之间的距离、蜡烛燃烧速率成正比关系，与气流流速成反比关系. 通过分析发现实验数据与理论分析一致，说明了文章的实验方法可行、结论正确，为深入研究圆柱绕流、火焰燃烧问题及二者之间的联系提供了重要支撑.

旋转液面的光学性质探究及应用

刘天奇, 冯一辰, 张蒙玥, 李安

2022, 41(2): 77. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210038

摘要 ( 602 )

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匀速旋转的圆柱形容器带动其中盛放的液体围绕容器中心轴匀速旋转时，液体的表面在离心力与重力的综合作用下会形成一个抛物面. 该抛物面的光学焦距与重力加速度和转速有关，从而利用该装置测量了本地的重力加速度，并利用抛物面聚光的性质制成了一个简易的反射式牛顿焦点系统望远镜，还测定了望远镜的横向放大率与转速之间的关系.

滑轮运动问题的深入探讨

王国平, 丰莉莉, 穆成富, 李柏青

2022, 41(2): 82. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210167

摘要 ( 598 )

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阿特伍德机中在滑轮与绳都有质量的情况下，直接应用动量定理方法推导出阿特伍德机绳子两侧张力和重物加速度的理论表达式，并讨论了不同绳重下加速度 a( t) 随时间变化规律以及速度 v 与运动距离 h 的关系.

封面说明

陈晓林, 田光善

2022, 41(2): 86.

摘要 ( 257 )

PDF (79KB) ( 51 )

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