大学物理 ›› 2025, Vol. 44 ›› Issue (2): 105-.doi: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.240286

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《数学物理方法》课程中的本征模式演示实验

邓溥骏,戴鑫,谢航,王少明,吴小志    

  1. 重庆大学物理学院,重庆401331
  • 收稿日期:2024-06-16 修回日期:2024-07-18 出版日期:2025-04-18 发布日期:2025-04-29
  • 作者简介:邓溥骏(2003—),男,重庆江津人,重庆大学2021级物理强基班本科生.
  • 基金资助:
    教育部高等学校物理类专业教学指导委员会“数学物理方法项目制教学的探索和实践”(JZW-23-SL-08); 重庆市本科教学成果培育“揭榜挂帅”专项项目(PY202421).

Demonstration experiment of eigenmodes  in the course “Methods of Mathematical Physics”

DENG Fujun, DAI Xin, XIE Hang, WANG Shaoming, WU Xiaozhi   

  1. College of Physics,Chongqing University, Chongqing 401331, China
  • Received:2024-06-16 Revised:2024-07-18 Online:2025-04-18 Published:2025-04-29

摘要: 振动是经典物理中一个重要的问题. 其中的共振现象在连续介质的情况下对应着一类本征模式下的振动.在物理专业的本科课程《数学物理方法》中,本征模式是在“分离变量”一章中求解本征方程及本征值的问题中提出的.但是抽象的公式以及本征模式这一相对陌生的概念对初学者来说并不直观,不易理解. 在本文中,作者提出用一种薄板共振的方案来直观地体现这一物理现象,并结合该课程中本征模式的“分离变量”法求解来获得和演示实验基本相似的图像. 我们还用有限元模拟软件对这种薄板共振的本征模式和频率进行了计算.

关键词: 共振, 本征模式, 克拉尼图形, 薄板振动

Abstract: Vibration is an important topic in classical physics, and resonance phenomena in continuous media correspond to vibrations in a class of eigenmodes. In the undergraduate course “Methods of Mathematical Physics” for physics majors, eigenmodes are introduced in the chapter on “Separation of Variables” while solving eigenvalue problems. However, the abstract formulas and the relatively unfamiliar concept of eigenmodes can be non-intuitive