大学物理

普朗克常数 h 的四个来处

曹则贤

2024, 43(11): 1.

摘要 ( 280 )

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普朗克常数 h 是普适物理常数之一，是量子理论的标签。普朗克常数 h的来处包括普朗克推导黑体辐射谱分布、爱因斯坦诠释光电效应、普朗克 (包括玻尔、玻色)的相空间量子化以及薛定谔挽救外尔的引力-电磁理论的努力，其角色包括仅作为常数因子使得 hν 具有能量量纲进而使得 hν/kT 是无量纲量，自身作为作用量子、相空间体积单元或者角动量单元 ( 以 ℏ=h/2π 的面目作为作用-角共轭变量对中的作用的单位，或者角动量算符的单位) ，以 hν 的面目作为光能量量子，以及以ih 或 iℏ 的面目出现在波动理论中。不同来处的普朗克常数 h间的关联恰恰反映了它的普适性。顺便说一句，普朗克、爱因斯坦在使用 hν 时都没伴随有革命性的观念

阿秒脉冲激光与电子动力学——解读2023年诺贝尔物理学奖

魏博宁, 汪礼锋

2024, 43(11): 7. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240349

摘要 ( 69 )

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2023年诺贝尔物理学奖授予了三位实验物理学家，以表彰他们在“产生用于研究物质中电子动力学的阿秒光脉冲实验方法”中所做的突出贡献. 针对阿秒脉冲激光的重要意义及应用，本文在简述人类探索超快过程发展的基础上，解读了阿秒脉冲激光的产生原理与测量方法，阐述了阿秒脉冲激光的典型应用，最后展望了未来的发展.

从一道全国中学生物理竞赛力学题谈起

周智武, 刘文彪

2024, 43(11): 16. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240109

摘要 ( 83 )

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从一道中学生物理竞赛题出发，深入研究了重力作用下滑块在光滑半球面上的运动问题. 在采用最简单的守恒定律方法解答原题设问的基础上，应用牛顿力学通过对滑块进行受力分析，推导出了滑块的动力学方程. 在此基础上从拉格朗日力学、哈密顿力学和引力的弱场近似理论的视角对该问题进行深入探究，推导出了与牛顿力学方法所得结果一致的动力学方程. 随后，对得到的动力学方程进行数值求解，绘制了滑块的运动轨迹. 最后，将重力作用下滑块在光滑半球面与竖直光滑圆锥面上的运动轨迹进行对比，分析了两者的异同.

快速傅里叶变换方法求解定态薛定谔方程

刘笑飞, 张晓燕, 方基宇, 牛中明

2024, 43(11): 23. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240117

摘要 ( 66 )

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定态薛定谔方程通常在坐标空间使用有限差分法和打靶法等算法数值求解.本文采用傅里叶变换在动量空间数值求解定态薛定谔方程，借助快速傅里叶变换算法大幅提高了数值求解速度，并编写了相应的MATLAB数值程序.通过与一维谐振子本征值和本征波函数的解析解对比，验证了该方法的可靠性和数值程序的正确性，为定态薛定谔方程的求解提供了一种高效的数值算法.

计算惯性力做功的理论教学及其应用

陈驰一

2024, 43(11): 26. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240156

摘要 ( 696 )

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本文针对力学教学中遇到的惯性力做功的计算问题，介绍了惯性力的一种基于参考系物理的等价描述，以此为基础重新讨论了惯性力的做功.首先，文章通过把参考系的动力学归结到定义它的参考物上，巧妙地推导出牛顿动力学可以直接在平动(非转动)参考系适用的一个对称形式的必然描述；而惯性力也通过参考物的真实受力因此得到了理论计算的表达式.其次，原则上在牛顿动力学的传统形式中只要对受力项作从全部受力到相对受力的替换，即可扩展到平动参考系而依然保持成立.由此本文重点给出了计算惯性力做功的新方案.最后作为检验，重新审查了惯性力做功的典型教学专题并得到自洽的结果.

基于拔尖人才培养的大学物理实验教学改革与实践

翟立朋, 常凯歌, 张俊武, 王小力

2024, 43(11): 32. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.230422

摘要 ( 58 )

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拔尖人才培养计划对大学物理实验的设计和开展提出了新的要求. 本文详细介绍了在拔尖计划2.0的背景下，对西安交通大学钱学森班大学物理实验课的课程体系、教学模式、课程内容、课后反馈和教学成果等方面的设计与调整，以具体的实验项目举例介绍了课程的开展情况，在完成拔尖人才培养的同时丰富和完善了课程资源建设.

师范生优秀教学技能比赛课堂的行为特征分析——基于云模型分析法

刘金梅, 杨杰, 陈丽清, 徐敏, 尹亚玲

2024, 43(11): 38. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.240049

摘要 ( 78 )

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本文利用Nvivo视频分析技术，基于云模型分析系统对“格致杯教学技能比赛”的3个不同课题的优秀教学视频进行分析. 从课堂行为分布、云模型基本参数和课堂行为评价三个方面，全面剖析优秀教学技能比赛视频的课堂行为，为之后分析不同类型课堂的教学行为提供示范和借鉴. 结果表明，优秀技能比赛视频的课堂行为丰富度相对较低，但不同水平的课堂之间存在差异，课堂重心偏向于教师言语行为，均属于讲授式课堂教学模式，可用评价函数来评定教学水平，三种课堂教学水平仍存在差异.

国防特色高校大类培养背景下“课堂+网络+科创” 三位一体大学物理教学模式实践

李东, 段利兵, 白晓军, 郑建邦

2024, 43(11): 43.

摘要 ( 17 )

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大类培养模式在构建多元化教学体系、选择个性化专业、增强学生科学思维和创新能力培养的新形势下应运而生.本文主要研究了面向国防特色高校本科生在大类招生、大类培养背景下，以全面提升学生科学素养与创新能力为核心，先后根据学校完全学分制、大类培养需求分两个阶段设置的多层次大学物理课程体系. 以教材、MOOC在线课程建设为抓手，建立了多维度教学资源库. 以学研结合平台为依托，形成了“课堂+网络+科创”三位一体全新大学物理教学体系，结合课前在线导学、课堂研学以及课后实践拓展的教学方式，有效激发了学生的学习兴趣和创新潜力，为培养追求卓越、引领未来的创新拔尖人才提供了有力支撑.

声学导论的创新教学模式探索

江雪, 于书萌

2024, 43(11): 49. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240001

摘要 ( 45 )

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本文介绍了对声学导论这门课程进行创新教学模式探索以及教学效果分析. 在教学过程中，课程采用多角度切入的教学模式，围绕基础知识、声学交叉拓展和生活中有趣的声学三个方面展开，最后以调研报告分享完成课程考核.本文中以建筑声学和声学超材料为例介绍声学在不同学科的交叉拓展，以“洗澡唱歌为什么好听”、“会唱歌的路”和“私语走廊”为案例引入生活中有趣的声学现象，最后以超声弹性成像为例介绍了学生课程报告的主题.课程中所尝试的这种多角度切入、从生活到科研的立体化教学模式在授课过程中引起了学生的强烈共鸣，深化了学生对专业知识的理解，并有助于培养学生交叉创新的思维能力.

地方高校物理师范生教学技能的培养模式探索 ——以渤海大学为例

周淑君, 修晓明, 李孝富, 董海宽, 刘丹, 王春艳, 李猛, 王龙升

2024, 43(11): 54. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240041

摘要 ( 48 )

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本文根据多年来对渤海大学物理学师范专业学生教学实践技能培养的经验，总结出物理师范生大学四年一贯制的“3211”教学技能培养模式．论文从主要做法、创新之处和实践成果三个方面对此培养模式进行展开介绍，并以学校2019级物理学师范专业164名本科生的培养过程为例，探索此种师范生教学技能培养模式的可行性，此模式可为其他地方高校的物理学师范专业学生的培养提供参考．

新工科牵引下大学物理教学改革的探索与实践

蒋臣威, 方爱平, 张二虎, 刘丹东, 喻有理, 王兴, 张杨, 王瑞敏, 李宏荣, 徐忠锋, 王小力

2024, 43(11): 59. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240098

摘要 ( 49 )

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大学物理课程在“新工科”人才培养中具有不可替代的重要作用.在“新工科”建设的需求牵引下，西安交通大学持续推进大学物理课程教学改革与创新，取得了显著成效和丰硕成果.本文介绍了西安交通大学在“立德树人、教书育人、质量为王”的教育理念下，在教学观念、模式、内容、方法、手段和考评上进行的改革创新举措，以及所构建的系统完备、特色鲜明、效果优良的课程体系和三基本、两综合和一拓展的教学体系，以期与同行分享改革经验，共同为国家人才培养做出积极贡献.

在颗粒堆积中拔出插入物所需最大拉力的探究

晏子坤, 陈朝旭, 沈几贝, 夏成杰, 张杰, 王春梅

2024, 43(11): 67. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.240031

摘要 ( 40 )

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本文基于常见的实验设备与自主开发的装置，研究将插入物从颗粒堆积中拔出时的最大拉力，探究颗粒物质奇特的力学行为. 具体而言，在精确控制颗粒堆积中插入物的角度、位置的基础上，改变体系堆积密度、颗粒粗糙程度、容器及插入物几何性质等重要参数，以研究它们对最大拉力的影响. 通过修正的Janssen模型，得到了拔出插入物所需最大拉力的理论表达式，从而探讨堆积密度和颗粒粗糙程度对理论模型中的唯象参数的影响. 将此实验研究继续发展推广，开发相关大学物理实验，能够帮助学生理解颗粒物质的力学现象，理解一系列软物质体系中的弹塑性力学行为.

冰淇淋顶端尖状凸起形成过程的流体力学原理分析

金子路, 鲁申怡, 彭士香

2024, 43(11): 74. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240015

摘要 ( 45 )

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本文从生活中软冰淇淋机生产的甜筒顶端常形成尖状凸起的现象出发，以泊肃叶定理作为理论依据，建立冰淇淋的形成模型. 模型中假设冰淇淋原料为成分均一的、不可压缩的、但具有黏性的流体. 我们从制作过程、温度变化和操作员手法影响的角度对假设合理性进行分析，借助计算机模拟软件简化流体模型，由此推导出冰淇淋顶端尖状凸起形成过程，即在流管中心处冰淇淋受到的粘滞阻力最小，相较于其他位置更容易下落，最终形成冰淇淋顶端的尖状凸起. 这一模型的建立与原理的探究，能够更好地理解与应用流体力学原理、更好地理解生活中的现象与推动工业生产进步.

关于推迟与超前格林函数的注记

王子豪, 孟德硕

2024, 43(11): 78. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.230396

摘要 ( 49 )

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基于复变函数理论与电磁现象的基本规律，本文首先研究量子电动力学中传播子函数的洛伦兹协变形式并讨论传播子函数和推迟与超前格林函数之间的关系；其次利用傅里叶变换、常微分方程的性质结合边界条件导出推迟与超前格林函数；再次为波数添加无穷小虚部并将其应用于傅里叶变换，结合留数定理和(推广的)约当引理以更为严谨且简便的方式复现上述结果，并讨论了量子力学中非齐次薛定谔方程的因果格式函数；最后给出傅里叶-拉普拉斯积分定理的具体表述.以期为电动力学的教学研究提供一种新思路.

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