大学物理

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1. 天体运动轨道方程及公转速度

王尧程, 孟军霞

大学物理 2025, 44 (9): 103-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.240542

摘要（1297）

PDF（pc）（540KB）（462）

目前，计算天体公转轨道及公转速度的过程涉及到许多高级数学概念和物理原理，对于青少年理解难度较大.为方便对天体运动的深入理解，本文利用更易理解的圆锥曲线及其性质展开对天体运动轨道方程及公转速度的讨论与计算，得出简洁的公转速度公式，且相较于非纯理论的计算方法，不仅对计算过程的描述更为精确，而且归纳了所有速度区间下的运动情况，体现了数学在物理学中的重要性，希望能激发青少年对于物理学的热爱．

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2. 量子力学：哥廷恩出品

曹则贤

大学物理 2025, 44 (8): 1-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.250210

摘要（1056）

PDF（pc）（1747KB）（941）

虽然产自瑞士的薛定谔波力学和产自英国的狄拉克相对论量子力学是一般文献中的量子力学主体，依然不妨说量子力学是哥廷恩的产品，从思想、概念与数学方法上它都是源自哥廷恩.哥廷恩大学毕业的黎曼首次于1854年将Quanta的概念引入几何，1893-1900年间哥廷恩大学毕业的维恩利用Energiequantum (能量量子)， Arbeisquantum(功量子), Wrmequantum(热量子)的概念研究黑体辐射.携一众弟子构造了原子物理/量子论的索末菲是在哥廷恩的克莱因门下做的Habilitation，其1919年的bermechanik (超力学)可以说是量子力学概念的前身.1924年，哥廷恩大学希尔伯特和库朗合著的《数学物理方法》面世，同年玻恩提出了“Quantenmechanik (量子力学)”一词，约当在玻恩门下获得物理学博士学位.1925年，在哥廷恩作为玻恩助手的海森堡将克拉默斯色散关系改造成了量子论的形式，玻恩-约当构造了矩阵力学.玻恩懂矩阵代数是因为此前闵可夫斯基专门派人辅导他矩阵知识以备研究相对论用的.约当还是提出量子场论和量子生物学的第一人. 1926年玻恩提出了薛定谔波函数的概率诠释.1927年在哥廷恩进修数学的冯瘙簚诺依曼开启了量子力学公理化，特别是提出了希尔伯特空间的概念.哥廷恩大学毕业的外尔解了氢原子问题的薛定谔方程，并将群论应用于量子力学研究，另一位将群论应用于量子力学的维格纳那段时间在哥廷恩做希尔伯特的助手. 其他的对量子力学建立有贡献的如泡利 (索末菲的学生，曾做过玻恩的助手)等也都和哥廷恩有渊源.一句话，量子力学这样的一门哲学意义深厚的数学物理只能是哥廷恩出品.

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3. 姆潘巴效应的研究进展

陈炫清, 罗奕晨, 田壮壮, 周铁翔, 侯宜栋

大学物理 2025, 44 (8): 50-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.240508

摘要（1045）

PDF（pc）（1011KB）（1169）

水是自然界中最常见的物质之一，是地球碳基生命体赖以生存的基础. 尽管水分子及其相关的物化效应已经获得广泛研究，然而由水产生的许多奇异现象依然无法得到科学解释. 姆潘巴效应就是其中一个典型例子. 1969年，姆潘巴与丹尼斯·奥斯波恩博士在英国杂志《物理教师》上，报道了在相同质量和相同的冷却环境中，初始温度较高的水比初始温度较低的水先结冰的现象. 由于这种现象似乎违背了热力学常识，而受到长期而广泛的关注. 然而，由于此现象研究的复杂性，到目前为止学界一直无法给出一个科学严谨的解释. 鉴于姆潘巴效应对于日常生产生活的广泛影响，本文基于已经报导的研究成果，总结可能的原因和影响因素，以期给读者呈现系统的研究进展，增进读者对姆潘巴效应的了解.

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4. 基于phyphox的单缝衍射法测金属线性膨胀系数实验的方案设计

李可欣, 焦政翰, 但诗琪, 张鸿霖, 徐平川, 张志娇, 李勇强

大学物理 2025, 44 (11): 6-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.240577

摘要（821）

PDF（pc）（426KB）（546）

为优化传统实验中测量金属线性膨胀系数实验方案的不足，利用成一定比例的杠杆将夫琅禾费单缝衍射系统和金属受热膨胀系统相结合，使金属棒受热发生的微小膨胀现象转化为衍射条纹宽度变化的直观物理现象，并采用电动推杆机竖直匀速推动智能手机，使phyphox软件实时采集衍射条纹的光照度分布信息，进而实现金属线性膨胀系数的分析测量.该装置不仅可以得到高精确度的实验结果，且能有效降低实验成本；为提高学生实验创新能力、动手搭建能力提供了有效参考方案.

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5. 锥体上滚实验的原理分析及教学思考

王鹏鹰, 周丽娜, 周航宇, 孔丽娟

大学物理 2025, 44 (9): 49-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-712.240573

摘要（768）

PDF（pc）（518KB）（328）

锥体上滚实验是一种常见的科普演示实验，然而对其原理的分析多停留在定性或半定量阶段．建立基于实物的模型并分析其原理，是物理学科的关键能力和核心素养．本文以“锥体上滚”实验为例，结合《大学物理》及《理论力学》课程内容，通过建立坐标系，求解质心运动轨迹方程，深入分析锥体上滚的条件．同时，进一步推导出锥体在“上滚”过程中质心的速度，并探讨了锥体“只滚不滑”的条件以及锥体与倾斜轨道接触点的位置．通过运用理论知识解决实际问题，旨在提升学生的物理学科关键能力．

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6. 基于学生专业背景的大学物理实验教学实践—以“光的偏振实验”为例

丁涛, 王晓峰

大学物理 2025, 44 (8): 86-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.240567

摘要（764）

PDF（pc）（711KB）（364）

如何调动大学生对《大学物理实验》的学习兴趣和积极性是目前大学物理教改中所面临的重要问题．以学生的专业背景为抓手，重塑《大学物理实验》教学大纲是一个重要的突破途径．本案例以“光的偏振实验”为例，在大学物理实验课程标准化实验项目的基本要求上，引入了与学生专业相符的偏振光学进阶实验以及与科研前沿相关的矢量偏振光学实验，增加了与实际生活紧密联系的课后拓展实验，采用虚实交融、情景启发的教学方法，将课程思政元素有机融入到实验教学过程中，大大激发了学生的学习兴趣，培养了学生认真严谨、实事求是的科学作风以及敢于探索、勇于创新的进取精神；挖掘了学生的科学热情和科研潜能，充分体现了“三全育人”指导思想和“两性一度”的教学设计理念，具有较高的可推广性以及可拓展性，学生反响强烈．

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7. 声速测量实验驻波法和相位法深度比较

贾小文, 范海英, 尹霖

大学物理 2025, 44 (11): 56-. DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.240252

摘要（762）

PDF（pc）（372KB）（393）

通过行波法结合数值计算给出驻波法和相位法测量声速的原理，比较了驻波法和相位法测量声速的区别，讨论了空气吸收系数和反射系数以及测量距离对声速测量准确度的影响.理论分析和实验表明，驻波法应在距离声源稍小处测量更准确，相位法应在稍大距离处测量更准确.无论是驻波法还是相位法，实验测量结果总是偏大于真实值，总体而言相位法准确性优于驻波法.换能器间声场分布是一种介于驻波和行波之间的混波，在反射系数较大时驻波效应明显，空气吸收系数较大时行波效应明显，测量距离较小时驻波效应明显，测量距离较大时行波效应明显.

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8. 菲涅尔双棱镜干涉条纹特征的研究

宋雪阳, 张瑞轩, 李思成, 俞骁翀, 白在桥

大学物理 2025, 44 (10): 89-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.240512

摘要（719）

PDF（pc）（558KB）（329）

利用CMOS相机拍摄双棱镜干涉图像，经过图像处理得到干涉光强分布.发现干涉条纹的包络在中央区域存在有规律的起伏，两侧则存在迅速的衰减，明显有别于经典的双缝干涉图样.为解释这个现象，本文考虑了光在双棱镜脊线附近的直边衍射，并利用MATLAB仿真复现了实验观察到的光强分布特征.在此基础上分析了干涉条纹间距的变化规律，条纹数量和可见度与狭缝宽度、双棱镜位置的关系，结论与实验结果符合较好.

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9. 多技术融合金属丝杨氏模量测量实验改进与精度提升

黄书琪, 李玉科

大学物理 2025, 44 (10): 96-. DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.250026

摘要（716）

PDF（pc）（203KB）（246）

传统光杠杆法测量金属丝杨氏模量实验装置操作要求高，数据精度偏低，难以满足现代教学的需求.本论文采用空气劈尖替代光杠杆，实验装置一体化设计，节约空间；增设滑轮改变劈尖倾角方向，可扩大倾角增加测量范围；设计游标卡尺提高金属丝测量精度.

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10. 经典物理：理论力学和电动力学的贯通

秦思学

大学物理 2026, 45 (1): 1-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.250502

摘要（690）

PDF（pc）（742KB）（757）

传统的所谓“四大力学”物理教学体系注重“拆分”而忽视“整合”.特别是，理论力学和电动力学长期处于几乎割裂并且低存在感的状态.一方面，理论力学注重力学运动规律和力学原理，缺乏对力的本质问题的讨论，而电动力学恰好用场的语言揭示力的本质；另一方面，电动力学注重电磁场的实验规律和运动方程，缺乏对电磁场的本质问题的讨论，而理论力学恰好从基本自由度的角度揭示电磁场的本质.从这两方面出发，我们尝试建立一个贯通理论力学和电动力学的“经典物理”体系：课程基础、拉格朗日力学、哈密顿力学、经典力学应用、力与场的对应、电磁场的规律、静态电磁场、动态电磁场、相对论简介.该体系削弱具体力学和电磁学问题的求解，而着重展示经典物理中深刻的原理、美妙的结构、广泛的联系.

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11. “提趣味、融思政、增资源、强应用”大学物理教学改革与实践

朱保华, 郑远蕾

大学物理 2025, 44 (11): 77-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.240474

摘要（679）

PDF（pc）（316KB）（251）

针对大学物理教学过程中出现的传统教学方法效果不佳、学生能力提升不足等问题，提出“提趣味、融思政、增资源、强应用”的教学改革方法．教学过程中坚持以“学生为中心、实践导向、合作与互动”教学理念，利用线上-线下混合式教学，通过增加与时代同步的教学内容，融合实践应用与最新的科研进展的真实案例，增强课堂吸引力，提高学生学习兴趣和主动性．教学评价体系中融入课程思政评价体系，贯彻实施德智情同育，保证教学目标与育人目标的同步达成．

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12. 圆环上理想气体系统的熵守恒和熵增

周海军

大学物理 2025, 44 (10): 1-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712. 250383

摘要（675）

PDF（pc）（201KB）（326）

本文探讨一维圆环上的经典理想气体微观状态熵，证实粒子的位置分布在圆环上逐渐趋向均匀化，位置熵随时间递增直到最大值，但包含位置不确定性和速度不确定性在内的微观状态总熵在数学意义下严格守恒。在同一时刻位置非常接近的粒子的速度逐渐呈现出量子化特征，相邻分立速度的间隔在长时间极限趋向于零。这意味着在物理测量意义下，由于观察者的速度分辨率不可能无限小，测量到的系统微观状态总熵在长时间极限必定增加。该简单系统可作为教学模型增进对热力学第二定律的理解。

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13. 霍尔效应测量霍尔灵敏度的方案设计

褚晓玲, 徐宁, 吴锋

大学物理 2025, 44 (8): 74-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.240590

摘要（672）

PDF（pc）（607KB）（240）

在霍尔效应测量霍尔灵敏度的传统实验中，通常考虑四种副效应.本文基于实验数据，评定了副效应对霍尔灵敏度准确度的影响，证实不等位电势差这一副效应的作用最为显著，其它副效应可以忽略. 进一步，基于霍尔电压和不等位电势差随工作电流和外加磁场大小的变化存在不同的变化规律，提出了利用线性最小二乘法和二元二次非线性模型测定霍尔灵敏度的两种新方案，将传统实验中利用对称测量法消除系统误差的策略提升为从差异出发寻找解决问题的策略.

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14. 匀速运动带电粒子产生辐射电磁场的COMSOL仿真

黄忠, 陈青

大学物理 2025, 44 (11): 61-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.250126

摘要（671）

PDF（pc）（383KB）（220）

切伦科夫辐射和Smith-Purcell辐射是指匀速运动带电粒子向外辐射电磁场的现象，常用于设计制造高效可控的太赫兹光源.由于复杂的理论推导和实验探索的受限性，学生在课堂学习中较难形成清晰的物理图像.本文使用COMSOL软件对上述两种现象进行了研究，定量给出了带电粒子速度大小对辐射电磁场功率、方向以及频率的影响，模拟仿真结果与理论预期吻合.此外本文还通过仿真计算给出了一种在0-60W的功率范围和1.2-1.8THz频率范围内，连续调控Smith-Purcell辐射功率与辐射频率的简单方法，并阐述了其原理.本工作有助于学生形成关于带电粒子电磁辐射的物理图像，同时也可以作为相关物理教学定量实验设计的补充.

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15. 关于电位移矢量D与极化电荷关系的进一步讨论

宋立涛, 何杰, 王杰芳

大学物理 2025, 44 (10): 14-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.250105

摘要（666）

PDF（pc）（211KB）（344）

在电磁学教学中经常被问到“电位移矢量D是否与极化电荷有关的问题”．本文基于以往文献的观点和论据，对电位移矢量D与极化电荷的关系进行了进一步的讨论．结果表明由于自由电荷和极化电荷的分布之间存在制约关系，笼统的说电位移矢量D和极化电荷有关和无关都是不确切的；以往文献中给出的“D与极化电荷无关的条件”，改称为“极化电荷的分布不影响原来自由电荷分布的条件”会更确切些．

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16. 人工智能时代下物理拔尖人才培养的探索实践

曹庆宏, 刘佳, 吴桃李, 王小平, 黎彬, 桑海波

大学物理 2025, 44 (12): 1-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.250378

摘要（662）

PDF（pc）（745KB）（760）

本文系统探讨了人工智能(AI)在物理学科拔尖人才培养中的作用与路径.本文分析了AI在提升教学效率、优化学习体验和实现个性化支持方面的教育潜能，进而以基于问题的多元合作教学模式(TSAI)和AI赋能的本科科研训练为例，剖析了AI赋能物理拔尖人才培养的具体实践. AI不仅是技术工具，更推动了教学理念和学习方式的变革.基于AI与人类的优势互补，通过人机协同，激发学生提问、决策与创新能力，强化物理学科的育人价值.最后，提出了AI与物理教育融合的实践建议，为高校人才培养提供理论和实践参考.

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17. 赵凯华先生与费曼物理教育思想的共性分析及启示

韩佳佳, 张辉, 史博, 张长江, 黄玲玲

大学物理 2025, 44 (8): 98-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.250002

摘要（659）

PDF（pc）（537KB）（333）

赵凯华先生与费曼都是物理教育大师.本文聚焦于两位大师的物理教育思想，通过文献研究与对比分析的方法，从物理概念的确立、科学求知方法的重要性、物理学前沿内容的衔接、物理知识的趣味性和好奇心与探索精神的培养五个方面剖析了他们在物理教育思想中的共性特征，得出对当前物理教学的启示，为优化教学提供了参考.

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18. 自旋塞贝克效应研究进展

郑晓丽, 蔡建旺

大学物理 2025, 44 (9): 61-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.240484

摘要（640）

PDF（pc）（1070KB）（674）

自旋塞贝克效应（spin Seebeck effect，SSE）表明热流可以与自旋流产生相互作用，这导致了新的领域——自旋热电子学（spin caloritronics）的产生，在这一领域，人们主要探究自旋、电荷与热流之间的相互作用及其演化，并期待可以进一步开发出具有应用价值的相关器件.本文将自旋塞贝克效应与大学物理知识相融合，从热电效应基础出发，详细阐述自旋塞贝克效应在材料体系中的表现、测量方式及其机制，展现其在自旋热电子学领域的重要意义，帮助大学师生更好地理解这一前沿物理现象.

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19. 先驱者的脚步——王守竞先生的一个经典工作的译文

吴从军

大学物理 2025, 44 (11): 1-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.250548

摘要（635）

PDF（pc）（151KB）（429）

1927年，王守竞先生在《Physikalische Zeitschrift》发表论文，首次用量子力学的方法推导出两个距离较远的原子间存在着-1/R6的长程吸引势，揭示了由瞬时电偶极矩涨落导致的范德瓦尔斯相互作用机制.后续系统的研究是由F.伦敦在三年之后完成的，而且后者也引用了王守竞的工作.该研究是量子力学早期应用的重要范例，但长期因德文原文难获取、缺乏英文译本而被主流文献忽视.本文根据近期的英文译稿，将其转译成中文.值此量子力学创立百年之际，重新审视这一被低估的贡献，向如王守竞先生一样的中国物理学先驱者致敬．

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20. 一维振动问题的复数求解方法

陈乐乐, 罗覃

大学物理 2025, 44 (11): 36-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.250038

摘要（613）

本文采用复数形式对一维谐振子系统的运动方程进行了全面求解.采用复数与微积分结合的方法，本工作开展了对大学物理教材中的一维简谐振子模型求解方法的研究，针对不同阻尼及驱动力条件下的运动方程形成了统一的求解方法.此外，本文的方法还适用于非周期性外界驱动力作用下的一维阻尼振子的运动方程求解.

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