大学物理

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1. 关于磁荷及其磁场性质的教学拓展讨论

付春娥, 魏少文

大学物理 2024, 43 (8): 7-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.230355

摘要（995）

在物理学中，因为电与磁的对称性，物理学家们一直坚信磁荷(或磁单极)也如电荷一样存在于自然界中.虽然在实验上尚未发现磁荷存在的证据，但对于它的讨论和探索一直没有停止过.本文初始出发点试图研究含磁荷的Maxwell方程组的协变形式.为此，我们假设磁荷产生的磁场Bh与变化的电场及传导电流所产生的磁场Bt是两种不同性质的场.针对磁荷存在时的Maxwell方程组，我们发现通过对Bh引入一定的约束条件，可以将此时的Maxwell方程组分解成无磁荷时的Maxwell方程组及Bh所满足的3个约束方程. 无磁荷存在时的Maxwell方程组已经被证实天然地满足狭义相对论的协变性,本文将不再详细讨论. 我们将利用所得到的关于Bh的3个方程分析磁荷及其磁场的相关性质.

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2. 声速测量实验原理讨论

宿德志, 张纪磊, 孙晓伟, 段金鹏, 马帅奇

大学物理 2024, 43 (01): 16-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.230031

摘要（1233）

PDF（pc）（1113KB）（3940）

本文针对声速测量实验中接收端声压变化的理论推导还不够完善，尤其是对相位比较法的原理解释不清楚的问题，从振幅与声压的关系出发，建立了基于声压方程的多次反射模型. 该模型利用平面简谐波函数、声压反射系数公式和波的叠加原理，推导出了接收端的声压振幅和相位随距离的变化公式，并利用该公式解释了驻波法和相位比较法测量的原理. 仿真结果表明接收端的声压振幅和相位并不是严格的周期函数，其测量的精度与声吸收系数和声压反射系数等因素有关. 最后进行了实验验证，实验测量结果与本文模型的计算结果吻合较好. 本文的研究为正确理解该实验的物理本质提供理论指导.

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3. 《大学物理》——我曾为之工作的期刊

曹惠贤

大学物理 2023, 42 (12): 43-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.230420

摘要（449）

PDF（pc）（1102KB）（3667）

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4. “创新驱动、优体强翼”的大学物理课程体系构建

闫珉, 史顺平, 张传瑜, 陈小凤, 雷丹, 宋永

大学物理 2023, 42 (3): 27-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220276

摘要（1145）

PDF（pc）（979KB）（3642）

本文介绍了成都理工大学数理学院大学物理教学部“大学物理”课程体系的构建与实践，本大学物理课程依托中国大学慕课、超星学习通等在线平台，构建了以教师教学引导、学生自主学习、人才培养为核心的线上线下教学模式. 本文以育人创新为核心驱动力，优化了大学物理课程教学体系，强化了创新教学内容、创新教学模式、创新课程考核机制和创新能力培养方式，并对创新效果和存在的“痛点”问题进行了分析总结，探索并构建了“创新驱动、优体强翼”的大学物理课程体系.

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5. 轨道角动量算符与矢量算符及标量算符对易关系的严格证明

秦绪明, 康东彪, 郝红军, 赵冬秋, 张希威

大学物理 2022, 41 (12): 12-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220022

摘要（2703）

PDF（pc）（275KB）（3258）

本文利用矢量算符和标量算符在空间发生旋转时的变换特性，证明了轨道角动量算符与矢量算符及标量算符的对易关系，并构造了几个具体的标量算符和矢量算符，对此对易关系进行验证. 最后还讨论了矢量算符和标量算符的定义.

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6. 从点电荷到场的升华——大学物理中关于电磁学教学的思考

秦吉红, 邱红梅, 许军军, 梁颖

大学物理 2023, 42 (11): 14-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.230021

摘要（938）

PDF（pc）（731KB）（3127）

电磁学是工科大学物理课程的重要内容之一，其中如麦克斯韦方程组等诸多抽象公式对于初学大学物理的一年级新生有一定的难度.本文围绕“场”这一核心内容，通过“实验规律→场的性质→场与物质的相互作用”这条线索将整个电磁学的内容贯穿起来，讨论如何实现从点电荷到场的升华，最终得到关于场的统一理论.并以变速运动点电荷为例，说明场描述下的麦克斯韦方程组的解如何超越静电场的高斯定理，以问题为导向，引导学生在探究和思考中深入理解电磁学的核心内容.

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7. 碰撞问题中的动量和角动量守恒辨析

邱红梅, 秦吉红, 徐美, 刘丽华

大学物理 2023, 42 (10): 2-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.230039

摘要（1784）

PDF（pc）（772KB）（3124）

本文以刚体力学中最典型的物体与直杆的碰撞问题为例，从分析受力的角度，对动量守恒和角动量守恒定律的应用条件进行了讨论，以加深对两个守恒定律的理解，希望对教师教学或学生自学起到一定的借鉴作用.

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8. 动量在现代物理中的作用

王海军

大学物理 2023, 42 (6): 1-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220463

摘要（1045）

PDF（pc）（823KB）（2926）

公众目前对经典动量的熟悉程度几乎可以和能量相媲美了，动量守恒定律深入人心，等质量小球的对心碰撞效果甚至应用在娱乐节目和舞蹈中.本文通过对量子理论中几个典型物理实例的估算来展示量子动量的应用，带领读者一步步揭露动量本质的同时，也同读者一起思考量子力学中波函数的物理内涵.

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9. 以科学认知能力培养为核心的大学物理课程思政探索——以光的偏振为例

张伶莉, 王晓鸥, 黄喜强, 刘志国, 曹永印, 王先杰

大学物理 2023, 42 (3): 33-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220179

摘要（1517）

PDF（pc）（978KB）（2619）

本文以光的偏振为例介绍基于物理过程的研讨式大学物理课堂教学和课程思政模式，探索以科学认知能力培养为核心的大学物理课程思政策略. 以偏振现象为引线探究其物理原理，进而给出光的偏振相关理论知识，最后拓展偏振器件、偏振光天文罗盘等方面的应用，以及中国天眼对偏振光的观测等科技前沿. 整个教学过程符合科学认知的顺序，在潜移默化中培养学生科学思维和科学研究的能力，体现出理工类大学物理课程思政的核心.

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10. 朗道《普通物理学》评介

鞠国兴

大学物理 2024, 43 (01): 82-.

摘要（453）

PDF（pc）（672KB）（2547）

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11. 两种理想介质系统中电磁场的规范变换

孙玉明

大学物理 2023, 42 (6): 24-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220303

摘要（734）

PDF（pc）（530KB）（2498）

在规范场理论中规范不变的量被赋予物理意义，而规范依赖的量被视为多余的数学对象．既然如此，为什么规范仍在现代物理中广泛应用呢？Rovelli依据对一些具体规范场的分析，给出的1种解释是规范场间的耦合需要规范依赖量来描述．电磁场是1种最简单的规范场，它的自由场拉格朗日量可以用规范不变的相对广义坐标描述．两种理想介质的电磁场在界面的相互作用可以用两个场的相对广义坐标差表示．为保持该作用的规范不变性，两个场的规范函数必须与时间无关，并且梯度相等．

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12. 基于Matlab GUI落球法测液体黏度的虚拟仿真设计

刘毅恒, 陈一凡, 盛文博, 王恒通

大学物理 2023, 42 (3): 55-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220135

摘要（847）

PDF（pc）（1121KB）（2493）

针对传统落球法测液体黏度实验的局限性，基于MATLAB GUI设计了虚拟仿真实验. 该虚拟仿真实验直观给出小球在液体中的运动规律，提供了液体温度对黏度的影响、无限广延条件的实现、不同直径小球匀速下落的起点以及生活常见液体的黏度等实验探究模块. 另外，该虚拟仿真实验还结合实体实验设计了实验预习、实验探究和实验考核等学习模块. 在不同的实验模块均设置了可调节的参数，允许操作者根据需要进行相关规律的探究，并且该虚拟仿真实验能够自动分析实验结果、可视化生成实验变量关系图.

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13. 大学物理中力学部分课程思政的研究与实践

石国芳, 杨超, 李静玲

大学物理 2023, 42 (10): 38-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220600

摘要（1041）

PDF（pc）（906KB）（2433）

课程思政是高校实现立德树人根本任务的战略性举措，本文分析了大学物理课程思政的现状，以力学部分为例从4个切入点挖掘探索了一系列思政元素，指出课程思政在实施中把握的原则和技巧. 实践表明大学物理课程思政有益于学生的品格塑造和全面发展，受到学生广泛认可.

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14. 弗兰克-赫兹实验条件的优化方法及定量评估

李潮锐

大学物理 2023, 42 (7): 28-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220551

摘要（1405）

PDF（pc）（1158KB）（2419）

弗兰克-赫兹实验的物理内容丰富，虽然过去已从不同角度对实验条件优化问题进行了广泛讨论. 本文系统地分析了实验优化方法及其评估依据，有助于深刻理解实验物理. 本文利用实验装置所附的默认参数，得到初步实验结果. 根据集电极电流的测量原理，选定集电极电位接近但小于激发电位实验值，进而根据灯丝温度对热电子发射密度的影响规律，调节合适灯丝电压(电流). 最后，改变并观察第一栅极电位影响，由峰处和谷处集电极电流均值及其标准偏差为指标，定量评估实验优化水平，寻找最佳实验条件，以期可得到更合理的实验结果.

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15. 应用张量分析推导柱坐标系和球坐标系中弹性力学几何方程和平衡微分方程

周正峰

大学物理 2022, 41 (11): 4-. DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.220043

摘要（4337）

PDF（pc）（226KB）（2403）

利用正交曲线坐标系与笛卡儿坐标系单位矢量的关系，以及笛卡儿坐标系单位矢量为常矢量的特性，从单位矢量变换的角度，推导柱坐标系和球坐标系中的梯度算子，以及单位矢量对坐标的偏导数. 并根据张量的场论基础，通过微分运算，推导出位移矢量的梯度和应力张量的散度. 再根据几何方程和平衡微分方程的张量表达形式，推导出柱坐标系和球坐标系中的应变几何方程和应力平衡微分方程.

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16. COMSOL仿真在声波谐振管实验中的应用

李春熠, 胡安琦, 张格格, 白在桥, 俞骁翀

大学物理 2022, 41 (11): 58-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220159

摘要（1682）

PDF（pc）（626KB）（2345）

本文以声波谐振管为例介绍了COMSOL数值仿真软件在基础物理实验教学中的应用.在简要说明COMSOL软件的使用方法之后，本文介绍了3个具体的实验.首先计算了管口附近的声压分布，揭示了一维声波模型与实际情况的差别；然后仿真了管内声探测器（麦克风）对谐振频率的影响，发现探测器的尺寸和位置都会影响谐振频率的移动；最后计算了一端部分封闭管的谐振频率，所得结果与实测值符合很好，验证了仿真实验的准确性.以上实验表明将数值仿真引入基础物理实验教学，不仅可以加深学生对实验的理解，还锻炼了学生处理实际问题的能力.

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17. 傅里叶变换、拉普拉斯变换和伽博变换的关系

曹贞斌

大学物理 2023, 42 (7): 21-. DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.220294

摘要（760）

PDF（pc）（469KB）（2257）

傅里叶变换、拉普拉斯变换和伽博变换，作为三种常见的积分变换，无论在数学物理的理论研究中还是在各种工程应用中，都有着极重要的价值.本文以傅里叶变换为中心，从逐级修正的角度，详细阐明了三者的理论渊源.

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18. 浅谈热学课程思政的探索与实践

韩文娟, 刘海, 强睿

大学物理 2023, 42 (9): 44-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220489

摘要（863）

PDF（pc）（899KB）（2242）

本文介绍热学课程思政的探索与实践. 先介绍热学课程思政建设的背景，再介绍本课程的思政理念及目标、以往的教学问题、所做的教学策略、课程思政元素的挖掘与融入以及教师如何做好热学课程思政育人的主体. 最后介绍热学课程思政的实施效果，为教师们做好专业课程思政提供一些借鉴.

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19. 弦、杆、环的横振动理论与实验研究

方奕忠, 崔新图, 沈韩, 黄臻成, 冯饶慧, 廖德驹, 庞晓宁

大学物理 2023, 42 (6): 32-. DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.220466

摘要（957）

PDF（pc）（886KB）（2210）

本文对弦的横振动方程进行了严格推导，得出波速的解析解,并在共振时测量了波长和共振频率的实验值,理论与实验相吻合. 本文对杆的横振动方程亦进行了严格推导,对一端卡住、另一端自由时进行了数值求解,得出共振时容许的前几个本征频率的表达式及相应共振波节位置,给出通解,实验中测出了不同长度时不锈钢薄细长条的基频及前几阶泛音共振频率,测出的波节位置与理论值一致,并求出不锈钢长条的杨氏模量,与标准值相符. 进一步推广到圆形钢丝环的小振动情形,实验上测出了圆环共振时的频率及波长,求出截面为圆形的细钢丝的杨氏模量,与现有值基本符合.

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20. 现代阿拉果圆盘实验在大学物理中设计与应用

郑洽好, 黄瑞轩, 校媛, 卢荣德

大学物理 2023, 42 (10): 44-. DOI: 10.16854 /j.cnki.1000-0712.220591

摘要（1003）

PDF（pc）（906KB）（2149）

阿拉果圆盘是发现电磁感应中最非凡的实验，也是大学物理中优质的交叉学科案例.本文介绍了现代阿拉果圆盘实验的数学细节和实验装置简易搭建，在现代模式中使用转速表、转速调节器和电压表可快速地显示电磁阻尼与驱动效应，并选择了可置换不同金属材料圆盘或丝网的便捷模式，可促进其在课堂与实验教学中使用和推广.

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