量子力学作为现代物理的核心理论，对人类科学发展产生了深远影响．随着第二次量子革命的推进，普通大众特别是文科生和高中生，对量子力学的兴趣与学习需求不断增长．然而传统教学依赖数学推导和公式演算，使缺乏数学训练的学生难以进入量子世界．本文报告了一门量子力学通识课程的建设与实践，该课程完全放弃幻灯片授课模式，以光学仿真为核心，结合板书绘图、实体实验和互动游戏开展教学．课程设计在不依赖线性代数和微分方程的前提下，使学生在32学时内系统掌握了量子态、波函数、叠加原理、相干与塌缩、不确定性原理、量子通信（BB84协议）、量子计算（DeutschJozsa算法）以及第二次量子革命的核心思想．课程考核采用基于仿真平台的面试型考试和量子游戏作业，辅以三偏振佯谬等高可操作性实体实验，既保证了内容的科学“硬核性”，又兼顾了多学科学生的可接受性．实践表明，即使对于文科专业学生和高中生，该课程使他们能够较为准确地把握量子力学的基本原理，能够分辨常见的量子误解与伪科学宣传，并在跨学科背景下建立起对量子力学的整体认识．这一探索为通识教育中硬核科学课程的建设提供了可借鉴的经验．

本研究通过数值模拟，系统分析了一维无限深方势阱中包含有限势垒结构的量子系统的物理特性，特别是量子隧穿效应的表现.利用投影格林函数方法，探讨了势垒宽度、高度及势阱宽度等结构参数对隧穿寿命的影响.本研究进一步优化了数值求解方法，提升了计算精度和效率.粒子的隧穿时间研究对半导体器件的制造具有理论上的指导作用，有助于更好地理解器件材料的性质.研究成果不仅为相关实验提供理论支撑，也为投影格林函数方法在高维复杂势场问题中的应用提供了新的思路.

提出了将热力学方法用于表征电磁互作用系统的方法. 热力学系统可以用雅可比行列式对表征力与热效应的偏导数进行等价变换. 可以将包含力、热、电和磁的系统划分为对应的多个子系统，用雅可比行列式简洁快速地推导出相关效应的关联等价效应，如直接加电场得到磁性与加磁场得到电性的等价关系，或者通过电-力及力-磁关系将复杂的效应分解为多个简单效应，用雅可比行列式建立关联. 通过等价变换提供电与磁的分析方法.

在狭义相对论的学习中，“同时的相对性”最令人困惑、最难理解，根本原因在于如何理解时空的本质．本文通过精心设计案例的详细解析，说明对时间和空间的理解要紧密结合物质的运动．时间和空间是物质的内禀属性，只有在物质的运动及相互联系的物理过程中才能体现出时间和空间的性质．

文章系统研究了电磁学中感应电动势的分类及其数学推导过程．研究首先针对教学中常见的推演误区进行了剖析，随后基于法拉第电磁感应定律，通过构建物理模型，提出了推导感生电动势和动生电动势的两种有效方法．研究结果表明，两种方法与直接应用莱布尼兹积分定则的数学方法在结论上完全一致．在此基础上，文章进一步结合麦克斯韦方程组，在普通物理学的理论框架内对感生和动生电动势的物理本质进行了探讨．这种将理论推导与物理本质分析相结合的研究方法，不仅保证了数学推导的严谨性，同时通过揭示电磁感应现象的内在规律，为大学低年级学生理解电磁感应的物理本质提供了清晰的理论框架，对电磁学课程的教学实践具有参考价值．

国内传统的教材缺乏从波动光学到几何光学的推导过程. 本文通过几何光学近似，提供了一个从波动光学到几何光学的简洁明了的推导.与此同时，本文也顺带得到了光子的能量动量以及粒子数守恒定律与极化适量沿类光测地线的平行移动规律.

本文通过对链式关系的证明，给出了链式关系两种不同形式成立条件的差别，讨论了链式关系式应用中应注意的地方，指出常见教材里运用链式关系式处理焦耳气体自由膨胀实验时的一个常见错误.

根据静电场的基本方程，运用矢量分析的方法，推导作用于体电荷与面电荷的电场力公式，得到混合媒质、导体和线性均匀电介质所受的电场力，验证了法拉第观点的正确性，并证明体电荷所受的总电场力矩与等效面积力的力矩相等，进一步拓展了麦克斯韦应力法.将公式应用于同心球电容器内媒质的受力分析，克服了虚位移法求解困难.用类似的方法可得出作用于媒质的磁场力.

本文采用几种不同的方法严格地证明热容量表述与能斯特表述是可相互推导的、是等效的. 应用这两种表述取代一百多年来出现在教科书中的能斯特定理和/或绝对零度不能达到原理，成为热力学第三定律的创新表述，可确保热力学第三定律是客观世界的真实反映，从而完善经典热力学理论体系.

本文将不同三方势垒分为五类，系统性探究了它们对隧穿效应的影响．研究表明，不同的势垒排列类型对透射系数的影响存在差异，在高入射能量下，递增型势垒，递减型势垒和中间高两边低型势垒的透射系数较高；而在低入射能量下，水平型势垒和中间低两边高型势垒的透射系数表现出较强的波动性．透射系数在不同的势垒间距下展现周期性振荡，且所有类型在较高入射能量条件下的振荡频率较大．在垒宽较小时，递增型势垒的透射系数展现周期性双峰特性，且会随着入射能量的减少逐渐变成周期性单峰结构；相反，递减型势垒会随着入射能量的减少，其透射系数由周期性单峰结构变成周期性双峰结构．在高入射能量时，中间高两边低型势垒随着垒宽增加，透射系数波动幅度基本保持不变；相反，中间低两边高型势垒随着垒宽增加，透射系数波动幅度急剧增大．此外，本研究系统地探讨了五种三势垒阵列中的透射共振现象．我们发现，在垒宽不为0的条件下，确实能实现共振透射．本研究为理解三方势垒中的量子隧穿效应提供了详细的理论结果．

磁性斯格明子具有特殊的拓扑磁结构，并且具有拓扑稳定、尺寸小、寿命长、易操作以及高储存密度等特性. 基于这些优良特性，在信息存储器和自旋电子学器件应用中，磁性斯格明子在未来将会发挥出重要作用. 为了帮助学生加深对理论知识的理解，提升科学素养和核心素养，我们基于格点模拟和虚拟仿真技术自主开发了斯格明子虚拟仿真实验教学平台，该平台根据磁性斯格明子的产生和湮灭以及外部磁场改变情况下展现出的相变特性进行设计，包含一系列虚拟仿真教学实验，拓展了实验教学的内容和深度，激发了学生的学习积极性和主动性，提高了实验教学的质量和效率.  

本文基于MATLAB App Designer平台，开发了一套光学干涉与衍射虚拟仿真实验系统.该系统包含光的干涉、光的衍射以及视野拓展三大核心模块.干涉与衍射模块提供理论原理的动态演示、关键参数可调的实验模拟操作以及实时的数据处理与结果分析功能.视野拓展模块则通过典型应用案例分析(如光学仪器分辨本领、智能穿戴设备中的光学传感器等)，引导学生理解干涉、衍射现象的实际应用价值.该系统以可视化界面、动态化过程和交互式探究为核心特征，将抽象的理论与复杂实验转化为直观的数字化教学资源，有效克服了传统教学与实体实验中的诸多限制，为促进学生深度学习、提升实验探究能力和创新思维提供了有力支持.

学科交叉融合是新工科背景下大学物理课程改革的关键路径.本文首先从学科内在联系、学科研究范式和适用专业范围等方面阐述大学物理与化学交叉融合的独特优势，并在此基础上探索如何在教学实践中合理挖掘并有机融入化学交叉元素，包括概念原理的类比、思维方法的借鉴.此外，基本物理原理可以深化化学认知，物理前沿技术则推动化学学科发展.通过合理融入这些交叉元素，不仅能加深学生对所学物理知识的理解，更能起到激发学习兴趣、促进迁移应用的育人效果.

习题和例题是夯实物理学习的重要手段，现行的大学物理教学中习题总是按知识点分类，求解思路相对固化，这种做法会导致学生分析物理问题思维僵化，碰到陌生题目无从下手从而对物理产生畏难情绪，不利于学生迁移创新能力的培养.本文以力学为例提出通过例题和习题把多个知识点联通的教学设计，一个题目联通多个知识点，使学生从整体性上掌握物理概念，深入理解物理理论知识之间内在的逻辑关系，打开学生分析问题的思路，促进学生的深度学习，提高解决实际问题的能力.

通过查阅诺贝尔官网及文献，本文较为全面地梳理了1901-2024年间诺贝尔物理学奖得主的数据. 对获奖者的各项数据进行统计，从性别、国籍、获奖年龄等8项指标展开分析，探究了获奖者的成功与相关原因的可能关联性.调查发现获奖者的研究成果呈现出显著的国际合作趋势，且实验与理论并重.数据揭示了物理学研究前沿正从单一领域向跨学科融合演进，为科学教育优化和实践能力培养提供启示，同时映射出量子科技、粒子物理与高能物理和凝聚态物理等研究热点.

自1926年，马克斯·玻恩（Max Born）首次提出“波函数模平方即测量概率”以来，玻恩规则经历了整整一百年的理论检验与实验考验．本文以“从概率幅到量子时代”为主线，首先回顾该规则在旧量子论与新量子论交替时期的诞生背景，以及它如何彻底改变人们对物质微观行为的理解．随后，我们对玻恩规则在希尔伯特空间框架中的公理化表述做了简明解释，最后简要介绍了有关玻恩规则的研究新进展及其在现代科技中的应用．

大学物理实验教学存在实验时间安排紧凑，学生在实验原理理解、操作要点掌握等方面存在困难，且教师无法对学生进行有效的个性化指导等问题.针对这些问题，本研究构建了人工智能体辅助系统以提升实验教学效果.在不同平台进行了AI智能体的建设，并对比分析差异，且以声光衍射及液体中声速测定实验验证其效果.实验设置对照组（传统教学）与实验组（智能体辅助）进行对比.实验数据显示实验组在高分段预习成绩较对照组提升12.2%；在实验操作阶段，AI智能体通过提供个性化指导，实验组在操作过程中的错误率明显低于对照组，且完成实验的时间平均缩短了约10%.本研究有关大学物理实验课程的AI智能体建设和智能体提升大学物理实验教学的探索，可为其他课程的AI智能体制作提供参考.

本研究基于量子力学变分原理，对参数优化后的氢分子波函数应用Heitler-London价键理论，经由Julia语言的的高性能计算框架（多线程并行与向量化优化技术使整体计算效率提升6倍，@fastmath宏进一步降低15%计算开销），系统探究了氢分子体系的电子云分布规律.结果表明：平衡键长（R=1.4原子单位）下，核间电子密度峰值达0.35 a.u.-3，呈现典型共价键特征；当核间距增至R=3.0原子单位时，原子间电子密度趋近于零，对应分子解离过程.

球面透镜的像差是制约光学仪器精度的关键因素，而利用齐明点可有效消除球差和彗差. 现有的教科书虽详细推导了齐明点公式，但缺乏对光路的详细描述. 本论文通过几何作图法分析单折射球面成像过程，首先证明球面透镜上任意点至两齐明点的光程恒等，确立其为等光程面；进一步揭示当入射角满足一定条件时，折射点位置变化的现象，即两齐明点并非所有光线的共轭点，从而确立正确的光路图像. 本论文还系统归纳两类齐明透镜设计，提出三种透镜组合方案：同向叠加的汇聚透镜组，反向叠加汇聚透镜组，发散与汇聚透镜组合. 这些组合方式为光学系统设计提供了理论依据和应用设想. 

本论文以海伦喷泉为例，紧扣物理核心素养的四大维度，通过梳理不同阶段相关知识与素养要求的衔接逻辑，构建初中-高中-大学三阶段的贯通教育设计案例.一方面，通过大中贯通项目，达到流体力学相关知识贯通应用的目的，另一方面，也为相关赛题在大中教学中的普惠式推广，提供新的思路与方法.

振动是自然界中极为普遍的运动形式.“简谐振动”是自然界最基本、最简单的振动，是一切复杂运动的基础.本文从工科大学生视角，围绕大学物理课程“简谐振动”这一知识点开展教学研究，针对课程与专业衔接、学生聚焦的核心问题、课程内外的知识拓展等多个维度进行了深入探讨，关注了学生对知识点在各工科学科前沿应用场景的不同期待，挖掘了与知识点密切相关的思政素材，梳理了与“简谐振动”相关的知识脉络，对学生普遍关心考试的难度、题型及准备策略进行了深度解析.最后，本文提出了差异化教学设计、实践环节强化及持续教学反馈优化等教学建议，旨在构建以学生需求为核心、理论与实践并重的教学模式.

本文设计了一种简谐振动测量微弱磁场的实验装置.通过改变亥姆霍兹线圈中的电流I，精确调控小磁柱所在位置的磁场强度Bh，并利用高速摄像机和Tracker软件记录小磁柱随不同磁场变化的简谐振动周期 T，进而用Origin 软件拟合角频率平方w2随电流I的依赖关系，结合理论模型，从而计算出待测微弱磁场的大小和方向.