大学物理

包景东

2018, 37(4): 1-4. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170493

摘要 ( 1406 )

PDF (242KB) ( 1048 )

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布朗运动是非平衡态统计物理中最基础的课题，但是目前国内大部分教材对这部分内容的处理存在着不当之处，即用坐标乘以朗之万方程两边后求系综平均，引入仅适合平衡态下的能量均分定理，计算自由粒子的暂态方均位移.这种方法给出的表达式是不严格的，对初始时间粒子呈现弹道扩散的解释亦是不正确的.本文基于线性朗之万方程的精确解，得到了布朗粒子速度和坐标二次矩的表达式，并且改进了教材中的矩方法，使之也能获得粒子方均位移的正确结果.

利用两硬币量子博弈实现量子异或门

王清亮，任恒峰

2018, 37(4): 5-7. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170433

摘要 ( 1545 )

PDF (176KB) ( 422 )

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首先，引入两硬币量子博弈理论基本知识中，量子策略比经典策略更具优越性这一特点; 其次，以经典异或门的逻辑关系及真值表为基础，结合量子力学基本理论，定义出量子逻辑异或门; 最后，利用两硬币量子博弈模型对如何实现量子异或门提出了一套可行的理论方案.

机械波在界面的反射、透射和半波损失

丁桂军

2018, 37(4): 8-10. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170048

摘要 ( 3461 )

PDF (331KB) ( 1590 )

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本文推导出了平面简谐波垂直入射时在界面上产生的反射波和透射波的表达式，并讨论波从波疏介质传播到波密介质产生的半波损失现象.有助于理工科学生理解机械波界面行为等相关物理概念和物理规律.

不含独立源的入端电阻求解方法探讨

王韦刚，涂真珍

2018, 37(4): 11-15. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170415

摘要 ( 1488 )

PDF (980KB) ( 644 )

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只含有电阻或受控源，不含独立源的一端口网络，想要求解其内部的等效电阻，分为纯电阻电路和含受控源电路两类情况.对于纯电阻电路，本文提出了“打点找路”法求解; 对于含受控源电路，可分别用外接激励法和内接激励法求解.外接激励法有经典的“加压求流”法和“加流求压”法; 对于内接激励法，提出了“开路短路”法这一新方法.

一维任意电荷浓度分布引起的电势

茹国平

2018, 37(4): 16-22. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170215

摘要 ( 1216 )

PDF (913KB) ( 1283 )

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以氧化层电荷非均匀分布的MOS 结构为例，介绍求解一维任意电荷浓度分布电势的3 种方法--电势叠加法、积分区间变换法和掺杂矩法，并讨论它们的等价性.重点介绍了掺杂矩法在非均匀掺杂n⁺ p 结C-V 测试、非均匀掺杂MOSFET 阈值电压计算中的应用，并讨论了变容管、MOSFET 倒掺杂等原理.

关于单向通光与光路可逆的几个物理问题的思考

高华，魏果果，许玲玲，张强

2018, 37(4): 23-26. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170374

摘要 ( 1729 )

PDF (762KB) ( 782 )

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单向通光，俗称光二极管，是指只允许光波从一个入射方向上通过，从反方向入射则全部被截止，它是实现光计算、光互联等功能中非常重要的一个基本光学元件. 但是在线性和非磁性材料中，光的可逆原理却要求光的传播途径是可逆的. 由此我们提出以下问题: 在线性和非磁性材料中，单向通光是否可以获得? 如果可以获得，其获得的途径又是什么? 单向通光与光路可逆的关系如何? 围绕这些基本的物理问题，文章以光栅基底发生的波导模式共振为机制，设计并成功获得了多频率点光波的单向通光效果. 并以此为例证明在线性和非磁性系统中光的非对称透射依然存在，它并没有打破光路可逆原理. 通过进一步分析得出了在这种系统中，光的单向通效果来源于光传播路径中非对称的传输通道的结论.

具有广义Kratzer 势的三维薛定谔方程的精确解

傅美欢

2018, 37(4): 27-30. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170424

摘要 ( 1297 )

PDF (210KB) ( 947 )

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用超对称量子力学方法讨论了广义Kratzer 势的形状不变性，并计算了它的能量本征值.传统的Kratzer 势和改进的Kratzer 势都是广义Kratzer 势的特例.在此基础上，计算了双原子分子CO 和NO 在不同的径向量子数nr和角量子数l 时的能量本征值的具体数值.

有限深对称方势阱能级近似公式

胡宗元

2018, 37(4): 30-33. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170345

摘要 ( 1564 )

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通过引入角参数的方式，得到了一维有限深对称方势阱能级的两个近似公式，分别适用于低能级和高能级的情况，并进行了误差分析.经过与数值结果的对比，本文得到的两个近似公式具有比较高的精确度和较好的适用性.

垂直激励液体表面液滴的存活时间研究

吴玲，寻之朋，仇亮，姚磊

2018, 37(4): 34-36. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170311

摘要 ( 1118 )

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液滴滴落在垂直激励的液体表面，有可能会在表面停留很长时间.本文对该现象进行了实验研究，分析了多种因素对液滴存活时间的影响.结果发现: 当驱动频率、驱动振幅、液滴滴落高度处于适当的值时，可以使得液滴存活较长的时间，并且液滴的存活时间会随着液体浓度的改变而改变.

三角形毛细管内毛细现象的数值模拟

卢礼萍，魏良淑，蒋夕平

2018, 37(4): 37-40. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170140

摘要 ( 1463 )

PDF (566KB) ( 1098 )

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从弯曲液体的表面张力出发，研究了三角形毛细管内的毛细现象.利用Matlab 数值模拟，讨论了不同形状液面下竖直方向的表面张力，液面上升高度与边长之间的关系，毛细管内液柱上升的速度等相关问题.结果表明，首先相同的口径下，三角形毛细管内液面上升高度要比圆形毛细管大; 其次讨论液面上升速度时，必须要考虑摩擦力的影响，才能与实际情况一致.

光学元件偏振参数的测量方法及装置

刘明强

2018, 37(4): 41-46. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170099

摘要 ( 1569 )

PDF (1113KB) ( 1138 )

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基于偏振光理论，对线偏振光经光学系统单个或多个元件反射后的偏振变化进行了理论分析: 分析表明，通过适当调整反射光s、p 分量的振幅系数rs、rp 的值，可使经多个元件后偏振光的偏振度损失小于单个元件; 同时给出了准确确定光束入射面的方法.在一简易装置上，测得780 nm 高反的两反射镜( 介质膜和银膜) 在偏振角和入射角均为45°时其偏振保偏比分别为1 000 ∶ 1 和40 000 ∶ 1，且确定了两镜的振幅系数比( rp /rs) 和相位差δ，结果和椭偏仪一致.该方法及装置，一方面可为大学物理中偏振相关的实验提供理论和实验指导，另一方面可用于科研或工程实际中在线准确测量光学元件或系统的偏振参数( rp /rs ，δ及偏振保偏比) .

学术能力培养体系对物理拔尖学生培养的重要性———以南开大学物理“伯苓班”为例

吴强，余华，薄方，刘智波，刘松芬，李川勇

2018, 37(4): 47-50. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170472

摘要 ( 1900 )

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本文以南开大学物理“伯苓班”为例，讨论学术能力培养体系对物理拔尖人才培养的重要性.文中介绍了我们对学术能力培养体系建设的几方面认识: 重视学术基础，强调学术精神，不断提高学生的学术兴趣，培养学生的团队精神和合作能力，掌握渗透式学习方法，培养初步的科研能力; 以及我们的做法: 以相关课程为主干，配合相关的学术活动，形成了针对物理拔尖人才培养的学术能力培养体系.针对实施的效果，我们也对一些相关问题进行了调研和反思.

雷电电磁场传输线方程的修正与分析

叶根

2018, 37(4): 51-53. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170377

摘要 ( 1156 )

PDF (418KB) ( 410 )

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考虑大地的有限导电率时，大地附近的水平电场对电源线和电子设备的影响更为显著，因此，在假设大地为完全导体的情况下推导出来的雷电电磁场传输线方程需进行修正. 利用修正过的传输线方程以及大地的各种参数，经过计算得到雷电过电压在传输线上的传播情况，并对大地有限导电率的影响作了讨论分析.

弹道导弹自由飞行段的射程研究

于蓝，杨宗献

2018, 37(4): 54-57. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170600

摘要 ( 1845 )

PDF (386KB) ( 967 )

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利用椭圆方程导出弹道导弹自由飞行段的射程公式，并根据该关系式推出当自由飞行段的起始速度给定后，射程最远时对应的弹道倾角和最大射程，给出几个估计弹道参数的例子.

单光束光镊实验与理论分析

赵子进，徐春雨，王越飞，吕天翔，孙美玉

2018, 37(4): 58-63. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170124

摘要 ( 1387 )

PDF (1479KB) ( 1128 )

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给出了一种实现稳定捕获微小粒子及其显微成像的单光束光镊实验系统，基于此系统研究了单个二氧化硅微球的动态捕获过程.实验中发现要稳定捕获粒子的同时还能够实时观察粒子的运动变化，必须保证物镜的聚焦平面与CCD 的成像平面重合.其次，聚焦物镜的数值孔径与激光功率的大小，对实现粒子的稳定捕获具有重要的影响.实验结果与理论分析表明物镜的数值孔径越大、激光功率越大，粒子的捕获力越大，可实现微粒的稳定捕获.此研究有望在大学物理教学及生物的微操控领域具有一定的参考价值.

光束经过三棱镜的偏向角分析

李轩，张雪

2018, 37(4): 64-67. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170515

摘要 ( 3709 )

PDF (786KB) ( 2418 )

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首先对偏向角的公式进行了推导，重点讨论了在有出射光线的情况下，三棱镜的规格参数、棱镜顶角和折射率对入射角和折射角的影响; 然后，建立了偏向角与入射角、棱镜顶角及折射率之间的关系，并阐述了关系曲线的物理意义; 最后对最小偏向角进行了研究.

基于法拉第磁光效应测量空间磁场

叶子沐，张来，董国波，熊畅，唐芳，李华

2018, 37(4): 68-73. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170076

摘要 ( 2001 )

PDF (1380KB) ( 1298 )

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在法拉第效应中，线偏振光通过加有外磁场的磁光介质时，其光矢量发生了旋转.光的偏振方向旋转的角度与磁场沿着光波传播方向的分量呈线性正比关系，因此通过测量旋光角度即可得到相应的磁场大小.本实验创新性地提出基于法拉第磁光效应测量空间磁场的方法，利用了半影法减小测角器的测量误差，更加精准地找到了消光位置.实验测得实验室环境中空间磁场的磁感应强度B= 0.287 mT，并得到磁偏角大小为θ= 7.688°.与使用磁阻传感器进行测量的数据相比，磁感应强度的相对误差为ηB = 4.6%，磁偏角的相对误差为ηθ = 9.8%.

基于Bloch 方程的核磁共振数值求解

张鑫洁，曹洋，隋文波，席力，杨德政

2018, 37(4): 75-81. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170382

摘要 ( 1616 )

PDF (1677KB) ( 903 )

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核磁共振已成为分子科学、材料科学和生命科学等领域研究物质结构、动态过程及物理特性最有效的工具之一.本文将基于Bloch 方程研究核磁共振现象及相关实验参数如共振频率和弛豫时间，同时对实验中常用的脉冲序列如Single Pulse， Inversion Recovery，Spin Echo，CPMG 等进行系统模拟，揭示出不同脉冲序列的物理意义.

封面说明

穆良柱

2018, 37(4): 82. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.170692

摘要 ( 640 )

PDF (86KB) ( 206 )

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2018 年是理论物理学家费恩曼( Richard Phillips Feynman) 诞辰100 周年，为了纪念费恩曼对物理学的杰出贡献，特以费恩曼的重要工作———路径积分公式、费恩曼图、部分子模型作为本年度封面.

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