大学物理

高建，周雨青，董科，刘甦

2017, 36(10): 1-4. doi:10. 16854 /j. cnki. 1000-0712. 2017. 10. 001

摘要 ( 3914 )

PDF (989KB) ( 907 )

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大学物理教学题库是很重要的教学资源，它对教学的过程性、结果性评估起到重要支撑作用. 我们建成了系统功能完善、测试范围广泛的包含5000 道题目的题库. 此题库具有“回溯”“统计”“更新”和可供分析的功能，特别是统计和可供分析的功能，可以借助大数据技术为教师提供教学的得失分析和对学生获取知识的优劣程度的评价，并为改善、修正和调整教学目标提供方向性指标.

统计力学中的勒让德变换

阎玉立，张印杰

2017, 36(10): 5-7. doi:10. 16854 /j. cnki. 1000-0712. 2017. 10. 002

摘要 ( 1824 )

PDF (197KB) ( 1986 )

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勒让德变换是理论物理学中一个重要的工具，多变量函数的勒让德变换有明显的对称性. 系综是统计力学教学中的核心内容. 利用勒让德变换的无量纲性，从微正则系综的特性函数熵的勒让德变换出发，类比的定义了配分函数的勒让德变换. 同时得到各种系综的特性函数和配分函数以及它们之间的关系和相应的热力学公式.

气体热容差公式C_p- C_V= pTVαβ 的实证

邵云

2017, 36(10): 8-10. doi:10. 16854 /j. cnki. 1000-0712. 2017. 10. 003

摘要 ( 2460 )

PDF (288KB) ( 2504 )

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利用《物理化学手册》中在标准状态下空气、氢气、氮气、氧气和二氧化碳的实验数据，结合误差分析，局部验证了 pVT 系统热力学公式C_p - C_V = pTVαβ 的正确性，同时印证了相关热力学理论及数学推理过程的可靠性.

共轴双圆锥面间的电场分布

贾秀敏

2017, 36(10): 11-12. doi:10. 16854 /j. cnki. 1000-0712. 2017. 10. 004

摘要 ( 1254 )

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利用复合函数，将求解拉普拉斯方程转变为积分运算，进而导出了共轴双圆锥面间的电场分布.

结点电压方程的改进和广义结点电压方程的建立

彭爱莲

2017, 36(10): 13-15. doi:10. 16854 /j. cnki. 1000-0712. 2017. 10. 005

摘要 ( 1760 )

PDF (512KB) ( 438 )

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通过对电路中独立结点分类，常规结点电压方程中互电导为零的项可以去除，改进后的结点电压方程公式更简洁，计算量降低. 依据独立结点与广义结点的关系，将广义结点的KCL 方程进行结构划分，总结出广义结点电压方程的一般表达式. 分析证明，广义结点电压方程不仅适用由无伴电压源和无伴受控电压源所构成的广义结点，也适用于单个独立结点，属于更广泛意义上的结点电压方程.

作图法分析光波在两个单轴晶体分界面上的双反射和双折射

宋哲，于伟行，张琳，李琳，吴晶，丁一

2017, 36(10): 16-20. doi:10. 16854 /j. cnki. 1000-0712. 2017. 10. 006

摘要 ( 2141 )

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通过几何作图法，分析了光轴取向任意时，光波在两个单轴晶体分界面上的双反射和双折射. 考虑到入射光波、反射光波、折射光波在界面上相位相等和晶体折射率面的定义，采用斯涅尔作图法，直接在图上得到了两条反射光波和两条折射光波. 根据晶体的光学各向异性，进一步讨论了各光波对应的光线方向和振动方向，并通过几何分析，给出了各反射光波、折射光波、反射光线和折射光线位置的一般表达式. 斯涅尔作图法简单直观，可以直接获得光波的方向，结果具有普遍性.

类氦原子基态能量的哈密顿替代法研究

孟丽娟，吴锋

2017, 36(10): 21-23. doi:10. 16854 /j. cnki. 1000-0712. 2017. 10. 007

摘要 ( 1194 )

PDF (175KB) ( 1125 )

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首次将哈密顿替代法用于计算类氦原子基态能量. 计算结果与单参数变分法给出的数值相同，比一阶微扰法计算的能量更接近实验值. 由于计算过程简单直观，不需选取试探波函数，不受微扰项大小限制，而且近似度高，该方法可在教学中采用.

"绳连三球”系统运动的轨迹方程和周期的研究

郎军，姜付锦

2017, 36(10): 24-28. doi:10. 16854 /j. cnki. 1000-0712. 2017. 10. 008

摘要 ( 1552 )

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对于光滑水平面上由“绳连三球”构成的系统，利用参数方程分别对其运动轨迹和周期进行了研究，发现子球运动轨迹与绳子的长度和质量比有关，系统运动的周期与绳子的长度、质量比及初速度有关，利用软件模拟出子球运动轨迹、速度相图和速度时间图象.

线轴状刚体平面平行运动实验简析

顾晨，秦联华，任乃敬，路峻岭

2017, 36(10): 29-32. doi:10. 16854 /j. cnki. 1000-0712. 2017. 10. 009

摘要 ( 2002 )

PDF (708KB) ( 979 )

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用细丝线拉动线轴状刚体在水平平面桌面上( 或水平导轨上) 的运动，是典型的平面平行运动. 改变细丝线拉力的倾角或方式，线轴状刚体可以有多种不同的运动状态，因此这是一个有趣的演示实验. 之所以线轴状刚体有多种运动状态，关键因素是线轴状刚体在作纯滚动时它与平面桌面或导轨之间的相互作用力是静摩擦力，静摩擦力可以在一定范围连续变化以使线轴状刚体的运动能够满足动力学方程和运动学方程. 当所需要的静摩擦力超出其最大允许值时，线轴状刚体与平面桌或导轨之间将出现滑动，二者之间的摩擦力将由静摩擦力变为滑动摩擦力，纯滚动状态将消失.

CsI( Tl) 闪烁体探测器能量分辨率的研究

楼建玲，许金艳，黄学骏

2017, 36(10): 33-37. doi:10. 16854 /j. cnki. 1000-0712. 2017. 10. 010

摘要 ( 2725 )

PDF (1134KB) ( 2748 )

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为提高高年级学生的实验动手能力和创新能力，激发他们对实验的兴趣和热情，我们开设了研究型的教学实验:CsI( Tl) 闪烁体探测器能量分辨率的研究. 该实验需要学生自己包装制作CsI( Tl) 探头，自己动手搭建测试平台并测量CsI( Tl)探头的能量分辨率. 整个实验最大限度地发挥了学生对实验的参与度及动手实验的机会. 经过2013—2015 年3 年的教学实践表明，该实验是一个适合高年级本科生的研究型实验.

勤思多长寿大器当早成

倪牟翠，王磊，张汉壮

2017, 36(10): 38-47. doi:10. 16854 /j. cnki. 1000-0712. 2017. 10. 011

摘要 ( 1605 )

PDF (405KB) ( 975 )

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概述了物理学自古希腊时期到近代物理基本概念初步形成的1930 年的主要成果，及对这些成果作出重要贡献的物理学家. 通过分析这些物理学家的寿命以及他们取得重要成就时的年龄，我们发现，这些物理学家的平均寿命远高于他们所处时期的人类平均寿命; 而他们取得重要成就的黄金年龄往往在中年以前甚至更年轻的时期; 这一黄金年龄的平均值还在随着时代而变得更低. 这一结果对当代青年科学工作者具有很大的启发意义.

微波两径传播模型影响因素分析

胡云

2017, 36(10): 48-51. doi:10. 16854 /j. cnki. 1000-0712. 2017. 10. 012

摘要 ( 1365 )

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研究微波两路径传播模型效果及影响因素. 应用电磁波和天线理论，推导出两径波叠加电场振幅和接收功率的表达式，给出了叠加电场振幅和功率与天线水平距离关系的图像. 结果表明，微波两路径传播时，接收点处电场振幅和接收功率都随天线间的距离呈现波动性，天线高度和天线间距离直接地影响接收点电场的振幅和接收功率，但天线间距离的影响更大.

南开公能TEAL 教室的设计和实践

李川勇，孙益顶，孙骞，陈宗强，吴强

2017, 36(10): 52-56. doi:10. 16854 /j. cnki. 1000-0712. 2017. 10. 013

摘要 ( 1328 )

PDF (1211KB) ( 426 )

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介绍由南开大学物理学院自主研发设计，在大陆首家建成的基于现代技术的主动学习( 南开公能TEAL) 教室，及其结构和功能，以及投入使用后的师生反馈.

研究型固体物理课程教学探索与实践

王志，江兆潭

2017, 36(10): 57-60. doi:10. 16854 /j. cnki. 1000-0712. 2017. 10. 014

摘要 ( 1260 )

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介绍了研究型教学的主要特点，重点论述了研究型固体物理课程的设计和实践. 固体物理课程教学中，针对教学目标、教学内容、教学方法和考核方式等进行了研究型教学的改革尝试，提高了学生的研究素质，取得了良好的教学效果，为提高教学质量和人才培养质量提供了新的思路和方法.

两种不同方法测量材料剪切模量

夏雨晴，叶晨钰，王彦昭，张雅男

2017, 36(10): 61-64. doi:10. 16854 /j. cnki. 1000-0712. 2017. 10. 015

摘要 ( 4017 )

PDF (586KB) ( 2319 )

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当一线圈悬挂于铜丝下，会因受到铜丝的扭转力矩而作简谐振动，测量简谐振动周期可以计算出铜丝的剪切模量. 线圈通电后，因处于地磁场中而受到地磁力矩，利用光杠杆放大原理，只要测量出线圈通电前后的微小偏转角度，也可计算出铜丝的剪切模量. 为了减少测量时间，只要将捕捉到的线圈通电前后的简谐振动图像进行图像数值分析，便可在非常短的时间内测量出线圈偏转角度，达到即时测量铜丝的剪切模量. 利用运动学、力学、光学、电磁学原理及图像分析技术综合方法测量材料的剪切模量，既提高了测量精度，又降低了测量成本，易于操作，非常适合在大学物理教学中推广.

音叉受迫振动与共振现象的研究

张慧，康秀英

2017, 36(10): 65-67. doi:10. 16854 /j. cnki. 1000-0712. 2017. 10. 016

摘要 ( 3752 )

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研究了在不同测试条件下音叉的受迫振动与共振的规律. 实验结果表明: 音叉的共振频率与音叉双臂质量分布有关，所加的质量块越靠近音叉的节点，共振频率变得越小; 改变磁性阻尼的大小，阻尼越大，共振频率和幅度越小; 当驱动线圈与接收线圈同时向音叉节点处移动时，音叉幅频特性曲线的共振幅度逐渐减小，但共振频率逐渐增大. 如果保持驱动线圈位置不变，接收线圈向音叉节点处移动时，共振频率基本保持不变，而共振幅度越来越小.

一种简洁统一的多普勒效应探究

骆兴东，崔健，曹萌萌，潘雨晴

2017, 36(10): 68-71. doi:10. 16854 /j. cnki. 1000-0712. 2017. 10. 017

摘要 ( 1289 )

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陈光平等给出了多普勒效应的一种统一形式，但当波速低于光速时，其涉及第三方参考系———介质系的观测，故而使用起来颇为不便. 本文探讨了一种多普勒效应的简洁统一形式并给出证明，同时给出了这种简洁统一形式在光速和远小于光速时的情况. 这种简洁统一形式不仅不会涉及介质系，而且具有对称的物理美. 并且，通过对公式本身的作图分析，得知多普勒效应中的相对论效应是随着速度的增加而逐渐显现的，并不是与经典多普勒效应的简单叠加.

基于Labview 实现计算机实测系列实验的现代化改造

顾恩遥，段秀洋，魏心源，高渊，马世红

2017, 36(10): 72-76. doi:10. 16854 /j. cnki. 1000-0712. 2017. 10. 018

摘要 ( 1341 )

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由于原有计算机实测系列实验无论在硬件还是软件上都无法满足当今迅速发展的实验需求，故使用NI 数据采集卡和Labview 编程软件对软硬件进行了系统全面的现代化改造，解决了该系列实验中存在的一系列问题和不足，丰富了实验内容，增强了实验的趣味性和互动性，更好地达到了培养学生实验能力的教学目标.

实验探究费希纳颜色效应

肖宇昕，吴望生

2017, 36(10): 77-81. doi:10. 16854 /j. cnki. 1000-0712. 2017. 10. 019

摘要 ( 3154 )

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费希纳颜色效应是一个很知名的视觉现象，是指转动分布着黑白相间条纹的圆盘( 贝汉转盘) 能够看到彩色环的现象，它的形成原因目前仍未有定论. 本文对费希纳颜色效应进行了实验探究，在对贝汉转盘进行改进的基础上，从光源、转速、条纹宽度等方面着手，对费希纳颜色效应的现象和规律进行了量化研究，对其成因进行了适当推测.

封面说明

穆良柱

2017, 36(10): 82.

摘要 ( 796 )

PDF (171KB) ( 289 )

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今年是路德维希·玻尔兹曼( Ludwig Boltzmann)发表划时代著作[1]140 周年.在此文中，玻尔兹曼明确提出了一个封闭热力学体系处于平衡状态的熵与其微观状态数的关系，用今天习惯的记号，即S=k ln Ω.这一公式揭示了自然界的一个重要规律，对于之后物理学，特别是统计物理学的发展起到了奠基的作用.

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