大学物理

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1. 统计物理和层展论的胜利：为何2024年诺贝尔物理学奖授予神经网络研究

施郁

大学物理 2025, 44 (1): 1-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.240554

摘要（1146）

PDF（pc）（1108KB）（324）

本文详细介绍2024年诺贝尔物理学奖获奖成果的来龙去脉，阐述多个相关领域的科学背景、历史、现状和未来，强调神经网络研究的物理学意义和生物学源泉，展示鲜为人知的关联，包括学科之间的关联和科学家之间的关联，反映了学科发展的多维度因素. 本文指出，获奖成果标志了理解智能的物理学成就，是统计物理和层展论的主动实践和胜利. 物理学未来将以各种新的方式更广泛地存在.

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2. 采用双镜反射法测量三棱镜顶角实验方法

陈宝华, 吴泉英, 唐运海, 陈高远, 王军, 沈栋慧

大学物理 2025, 44 (2): 7-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.240261

摘要（1137）

PDF（pc）（815KB）（283）

为了改进分光计测量三棱镜顶角实验中涉及的复杂位姿调节和操作步骤，优化装置结构空间，提升测量效率，本文提出一种双镜反射法. 该方法以激光作为光源垂直入射三棱镜底面并在棱镜斜面上折射，折射光在调至平行的两反射镜间多次反射后被CCD探测器靶面接收形成一个激光光斑，记录光斑的中心位置S1；将三棱镜旋转一个已知的小角度β，此时光斑发生位移，记录位移后的光斑中心位置S2，计算出S1与S2的位移量ΔS. 最后通过角度β、位移量ΔS和测量公式计算三棱镜顶角a的大小. 实验结果表明，当两反射镜间隔为65 mm~95 mm之间，旋转角度β选择在0.1°～0.2°时，待测三棱镜顶角a的测量值与标准值之间的测量误差不超过0.25%. 该方法不涉及分光计中复杂的望远镜调节，采用两反射镜和CCD相机自动读数程序界面，不但能够折叠系统光路、减少仪器重量和优化装置空间，且具有较高的重复测量精度.

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3. 我国中学物理教师队伍现状与职业发展调查

高健智, 杨洁, 于冰, 张旭, 李金环, 宋峰

大学物理 2025, 44 (2): 13-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.240188

摘要（1055）

PDF（pc）（642KB）（532）

教师队伍建设是教育事业的基础性工程．教育部高等学校大学物理课程教学指导委员会师范类专业工作委会于2023年2月就“我国中学物理教师队伍的现状”启动了一项大规模调研．调研主要涉及教师队伍结构、对教师职业的认可度、对大学物理课程的评价以及中学物理教师目前遇到的最大困难等方面．调查覆盖了31个省份，回收了11851份有效问卷．调查结果显示：我国教师队伍的地域发展不均衡，西部与东部地区相比存在较大差异；部分教师对教师职业的认可度较低；部分大学物理教育缺乏启发性和对学生问题意识的培养；教师反映中学生物理基础不好、兴趣不高等问题较为突出．

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4. 复现赫兹实验：利用手机无线网络测量光速

汪靖博, 张胜, 杭志宏

大学物理 2025, 44 (1): 101-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.240085

摘要（1051）

PDF（pc）（914KB）（251）

赫兹成功验证了电磁波与光的速度相同，这一重要实验结论使得电磁学和光学得以统一，成为电动力学的实验基础，也是大学物理中重要的实验之一. 本文利用手机无线网络，成功设计和制备开口谐振电路，利用驻波法，准确测量得到光速为(3.007±0.018)×108m/s,与光速的实际值2.998×108m/s较为吻合.本实验仅需利用手机和简单加工的开口谐振电路(电路板设计一并提供)，简单易行，利用与赫兹原实验完全相同的观测方法，可以在任何地方开展相关实验演示，为大、中学生的物理实验演示提供新的思路.

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5. 利用倒易点阵计算晶面间距的注记

杨军

大学物理 2025, 44 (1): 23-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.240182

摘要（1019）

PDF（pc）（803KB）（459）

利用倒易点阵性质可以推导出计算晶面间距的通用公式，并可在计算一些具有特殊点阵参数晶体的晶面间距时进行简化. 但这一公式并不能直接用来计算复杂晶胞的晶面间距. 使用倒易点阵性质导出的通用公式计算复杂晶胞的晶面间距时，要么考虑该晶面位向上符合出现倒易点约束条件的代表晶面，要么找到复杂晶胞对应的原胞，使用其原胞的三条晶棱构建新基矢并求得倒易点阵的基矢，进而利用同名倒易基矢模长的倒数获取原复杂晶胞的晶面间距. 但在新基矢体系中，原晶胞标记晶面的指数也常常相应改变，而这一点在学生计算晶面间距时常常被忽略而得不到正确结果. 本文先对复杂晶胞晶面出现倒易点的约束条件进行简单描述，然后结合一个体心立方晶胞的具体示例给出利用代表晶面或构建新基矢计算晶面间距的过程，以期通过具体计算加深学生对这些知识点的理解并在实践环节中采用．

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6. 基于共同弦线定位的牛顿环实验

吴纤尘, 陈为易, 翁嘉文 , 杨初平

大学物理 2025, 44 (2): 99-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.240174

摘要（1016）

PDF（pc）（535KB）（248）

在牛顿环实验中，圆纹直径是有关测量的基础数据.为了提高测量的准确性，本文从理论上分析了引起系统误差的原因：一是直径没有经过圆纹圆心（引入不同的弦心距），二是直径（实际上是弦）的两个端点偏离光强极值位置.于是提出一种可以完全消除牛顿环测量系统误差新方法（共同弦线法）：以弦心距相等的各个圆纹的弦长代替直径，结合光强极值定位弦的两个端点.基于这种方法，对于牛顿环实验，提出两种测量新安排：对于使用读数显微镜情况，可以在牛顿环仪中对所有圆纹添加一条共同弦线，作为测量各个圆纹弦长的参考线，并用弦长代替直径，从而消除第一种系统误差；对于使用图像法情况，可以进一步获得共同弦线上的光强分布，通过光强极值定位弦的两个端点，获得圆纹上的弦的精确长度，从而消除两种系统误差.在新设计的牛顿环装置上应用图像法进行测量，证明此方法是有效和可行的.

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7. 光电效应实验中饱和光电流的影响因素探究

刘丰宁, 郑晓, 张国锋, 董国波, 徐平

大学物理 2025, 44 (3): 95-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.240249

摘要（903）

PDF（pc）（710KB）（500）

在光电效应实验中，饱和光电流的大小受到多种因素的影响，包括极板间的电压、入射光的频率、入射光强度和阴极材料的光电效率等. 为了探究这些因素对饱和光电流的影响，我们采用了控制变量的实验方法，实验结果显示，在光电效率和频率一定的情况下，入射光强度与饱和光电流呈线性关系，直至达到饱和光电流. 在入射光频率和光强一定的情况下，当极板间电压不足够大时，会影响到阴极材料的光电效率，从而影响饱和光电流的大小. 在光强和电压一定的情况下，对于不同频率的光来说光子数必不相同，饱和光电流的大小是跟光子数直接相关的; 此外，阴极材料的光电效率随着入射光的频率呈非线性变化，从而导致入射光的频率与饱和光电流之间存在非线性关系. 综上所述，饱和光电流是一个特定条件下的极限值，是多个因素共同作用的结果.

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8. 水平地面上边滑边滚小球所受滑动摩擦力的做功机制分析

邵云

大学物理 2025, 44 (2): 77-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.230438

摘要（877）

PDF（pc）（342KB）（244）

文章较细致地分析了地面对小球底部的各个微观滑动摩擦力在无穷小时间内所做的总功，从而获得宏观滑动摩擦力作用点的元位移表达式，并指出该作用点在做功时是一个虚设的概念；通过积分得到小球的实际滑动距离，从而计算出所有滑动摩擦力所做的总功；指出小球滑动的距离加上小球滚动的距离就等于小球质心的位移，同时指出小球的滑动与滚动是同时而非交替进行的；证明了从形式上看，滑动摩擦力在小球质心的整个位移上做负功导致了小球平动动能的减少，而在反向的滚动距离上做正功，则导致了小球转动动能的增加.文章的主要目的在于揭示出地面对边滑边滚小球的滑动摩擦力做功的一些细节与机制.

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9. 问题牵引式大学物理课程知识图谱探索与实践

周可雅, 孟庆鑫, 曹永印, 张伶莉, 丁卫强, 任延宇, 霍雷, 张宇

大学物理 2025, 44 (1): 66-. DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.240241

摘要（860）

PDF（pc）（1218KB）（762）

知识图谱是人工智能技术赋能现代教育的重要途径，课程知识图谱将教学内容拆解和系统梳理，构建知识点之间的相互关系并优化知识表达，对课程建设和人才培养具有划时代的意义. 本文以2023年出版的《理工科类大学物理课程教学基本要求》为依据构建了大学物理课程图谱，设计提出并实践了三种问题牵引式教学策略，完成了课程知识图谱的教学探索，能够为新工科视域下的数智化数理基础课程建设提供有益启示.

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10. 基于BOPPPS模型的大学物理课程设计

房丽彬, 刘秀敏

大学物理 2025, 44 (1): 82-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.240216

摘要（794）

PDF（pc）（780KB）（452）

本文针对军事院校大学物理授课过程中遇到的问题，将BOPPPS模型应用到大学物理课程设计中，以“冲量动量定理”为例进行教学设计．体现了以学员为中心的教学过程，增强了学员学习的积极性和参与度，并能将物理理论知识用于解释实际问题，指导军事训练．

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11. 数字化教育背景下的大学物理混合式教学模式探索与实践

雷丹, 史顺平, 赵晓凤, 李侠, 陈小凤, 刘双

大学物理 2025, 44 (1): 70-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.240281

摘要（765）

PDF（pc）（1146KB）（753）

在数字化建设背景下，本文通过大学物理课程，将信息技术与教育教学深度融合，持续探索并实践线上线下混合教学模式．教学团队贯彻“以学生为中心”的教学理念，在自主打造大学物理MOOC的基础上，结合知识图谱、数字化教材和线上智能考试系统等多种方式，从课程资源、教学模式和教学评价等多维度构建混合教学改革，形成“线上引导性自学+课堂实践+泛在学习”的教学体系，有效促进学生个性化和深度学习，推动师生共同发展．

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12. “猫有九命”的力学原理

曾在平, 代林芳

大学物理 2025, 44 (1): 61-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.240145

摘要（727）

PDF（pc）（847KB）（312）

“猫有九命”这一谚语源自古代，充满幽默、想象力和神秘感，实际上却蕴含一定的力学原理．本文将整理和探讨历史上关于这一问题的各种力学解释，并将其归结为：四肢开合论、转尾巴论、绕双轴转动论和弯脊柱论.尽管这些解释各有缺陷，但它们都基于角动量守恒定律，为这个古老的谚语赋予了更科学的依据，也为人们提供一种深入思考和探讨自然现象的科学方式，期待着人们对自然规律的更深层次理解和探索．

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13. 用物理学思维点亮人工智能的未来——解读 2024 年诺贝尔物理学奖

吴迪, 马滟青

大学物理 2025, 44 (4): 1-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.250073

摘要（726）

PDF（pc）（383KB）（740）

2024年诺贝尔物理学奖授予了物理学家、生物学家霍普菲尔德(John J. Hopfield)和计算机科学家辛顿(Geoffrey E. Hinton)，以表彰他们在人工神经网络领域的基础性发现和发明.很多人对此感到惊讶，疑惑诺贝尔物理学奖为何授予人工智能方向，甚至有人发出 “物理学不存在了”的疑问.本文将深入剖析物理学与人工智能之间千丝万缕的联系，解读本次诺贝尔物理学奖颁发的原因，以及探讨其对未来产生的深远影响.

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14. 耦合振荡回路分析的新方法

刘景伦

大学物理 2025, 44 (1): 38-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.240203

摘要（712）

PDF（pc）（829KB）（351）

通过对电路中电感和电容的对偶性质进行分析，介绍了一种用于电容耦合回路耦合系数的新定义方法，该方法与传统方法相比，可以方便地计算耦合系数.同样利用对偶的方法，分析了两类耦合电路的传输函数，得到了完美的对偶形式.为耦合振荡电路的研究和教学提供了一种新的方法.

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15. 能带结构的布里渊区折叠法浅析

吴宗铄, 李旭, 张海军, 杨玉荣

大学物理 2025, 44 (3): 29-. DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.240337

摘要（704）

PDF（pc）（1058KB）（481）

能带是固体材料中重要的电子性质，它是在倒空间中高对称波矢所对应的电子能量本征值的连线. 能带结构和倒空间的布里渊区相联系. 当二维层状结构卷曲成管状结构时，相应的倒空间也会从二维转变为一维，因而一维结构的能带可以从二维结构的布里渊区折叠得到. 本文通过二维石墨烯与一维单壁碳纳米管、以及二维La3Ni2O7层状结构与其卷曲成的纳米管的能带两个实例介绍分析了能带结构的布里渊区折叠法.

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16. 从斐波那契数列到黄金螺线

杨师杰

大学物理 2025, 44 (1): 34-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.240271

摘要（693）

PDF（pc）（788KB）（532）

本文从斐波那契数列的通项公式出发，得到光滑的斐波那契振荡函数.再经过解析延拓至复平面，发现函数的零点排列在一条直线上.斐波那契函数将复平面上的直线映射为黄金螺旋线，呈现出自相似的特点.我们进一步由金属分割数定义金属函数,对其性质进行了初步的探讨.

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17. 大学物理热学教学与前沿研究的融合探索

刘俊杰, 郭盼, 郭聪, 白丽华

大学物理 2025, 44 (1): 85-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.240106

摘要（692）

PDF（pc）（850KB）（223）

课程的“两性一度”，即高阶性、创新性和挑战度，是新时期本科课程的建设标准.大学物理是理工类各专业的核心课程，课程内容覆盖基础物理学的力、热、光和电等各个分支，旨在提高本科生的科学素养.以“两性一度”为基本要求进行大学物理课程建设，提升课程教学质量，将有助于满足新时期理工科专业人才培养的需求.本文基于大学物理热学教学的具体实践，探讨如何融入前沿研究内容，从而提升大学物理课程的“两性一度”，更好地培养学生的科学素养和创新意识.

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18. 探讨定速旋转的均匀带电球壳激发的磁场

朱孟正, 赵春然

大学物理 2025, 44 (5): 11-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.240452

摘要（689）

PDF（pc）（841KB）（272）

本文运用电磁场理论的基础知识，研究定速旋转均匀带电球壳在全空间的磁场分布．首先由于电流分布具有对称性，对应的磁场呈轴对称性；直接根据毕奥-萨伐尔定律写出了某点磁感应强度的两个分量，并进行了数值模拟，计算球壳内、外的磁场，结果显示球壳内部为均匀磁场．其次，利用磁标势和磁多极方法分别讨论了该磁场，通过对比球壳外磁场发现了该问题中电流分布具有一定的特殊性．最后讨论了单根通以恒定电流的细导线紧致无堆叠的缠绕而成的球壳激发的磁场．

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19. 用Stirling公式严格证明玻尔兹曼对热二律的微观解释

李元昌, 刘玉龙, 刘鹏, 吕勇军, 李军刚

大学物理 2025, 44 (2): 45-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.240395

摘要（679）

PDF（pc）（536KB）（213）

本文利用Stirling公式的精确形式严格求解了N个气体分子在一长方形容器中左、右两半分布的热力学概率问题，定量验证了玻尔兹曼对热力学第二定律微观本质的统计解释. 结果显示占微观态总数95%的态分布在平衡态附近±N的区间，即，相对涨落与N呈1/N的标度关系. 本文讨论了常用的Stirling近似引发的困惑和谬误.

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20. 第一性原理计算在半导体物理课程教学中的应用

凌发令, 李丽, 陈江山

大学物理 2025, 44 (3): 80-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712. 240377

摘要（678）

PDF（pc）（1258KB）（1060）

近年来，随着互联网的飞速发展和计算技术的不断突破，传统大学物理教学迎来了新的变革机遇.半导体物理作为大学物理课程的核心之一，其教学方法的现代化与创新显得尤为重要.本文以单晶硅材料为例，深入探讨了如何有效整合现代先进的第一性原理计算方法，以提升半导体物理课程的教学质量与效果.通过详细阐述第一性原理计算的理论基础及其在半导体晶体结构、电子结构、杂质与缺陷等教学领域的应用，本文旨在为半导体物理课程的教学改革提供实践指导与理论支持，进一步激发学生的学习兴趣与创新能力.

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