大学物理

刘畅

2019, 38(10): 1. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180691

摘要 ( 3435 )

PDF (1056KB) ( 1424 )

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控制理论具有广泛的应用，在物理课堂中教学控制理论具有重要意义. 基于哈密顿力学的端口哈密顿系统提供了一种基于物理的控制策略. 该方法为物理学科中的控制理论教学提供了重要的手段. 本文使用端口哈密顿系统描述若干经典物理系统并介绍了基于物理的控制策略，包括配置能量、耗散以及系统结构. 闭环哈密顿量是系统的李雅普诺夫函数，从而保证系统的( 渐近) 稳定性. 本文使用杜芬振子和洛伦兹系统来说明基于物理的控制策略. 最后，使用端口哈密顿系统描述了天体力学中的两个例子供读者参考.

张角为直角两半径边简支时扇形薄板二维驻波的研究

方奕忠, 沈韩, 崔新图, 黄臻成, 廖德驹, 冯饶慧

2019, 38(10): 8. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190006

摘要 ( 1426 )

PDF (670KB) ( 370 )

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本文在小挠度理论下对张角为直角、两半径边简单支承、圆弧边悬空时水平放置的扇形薄金属板的竖向小振动问题进行了研究. 通过求解薄板的小振动方程，得出了薄板在不同本征频率( 自由频率) 下的解析解的简正模式，求出了通解，并计算了相应本征频率下薄板上的圆弧状驻波波节线的半径及方程本征值所遵从的规律，给出了驻波图及薄金属板的弹性模量，得到的简正模式波节线的分布有3 种: 分别是仅有辐射状波节线、仅有圆弧状波节线( 不含两半径边) 及辐射状与圆弧状波节线同时存在，并与实验观察到的驻波图形( 即克拉尼图形) 的相应实测值进行了比较，理论与实验符合得很好.

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2019, 38(10): 14.

摘要 ( 760 )

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从幺正变换的角度理解半波损失

邓志姣, 杨开巍

2019, 38(10): 15. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180642

摘要 ( 2184 )

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机械波或者光波在介质的分界面处反射可能会发生半波损失的现象.半波损失与能量守恒都体现在波函数的求解结果中.本文以机械波为例，从幺正变换的角度理解半波损失发生的条件及其与能量守恒之间的必然关系.

多重镜像法求解三带电金属球的电场

李鑫, 矫滕菲, 孙敏, 肖传云, 黄德财

2019, 38(10): 18. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180702

摘要 ( 1489 )

PDF (1233KB) ( 738 )

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镜像法是求解静电场的一种基本方法.本文通过电容法和电荷法两种方法来求解三金属球体系的多重镜像电荷，进而将带电金属球在空间的电场替代为各个等效电荷和镜像电荷产生的电场.通过对比电场的分布，验证了两种方法的正确性和一致性.进一步的研究结果表明，调节第三个金属球的位置和带电量可以实现两金属球之间的相互作用力由吸引向排斥的转变.结合Matlab 软件，我们直接给出了双球和三球体系时电势在空间的分布.

载流线圈和有限长直螺线管磁场的理论分析与讨论

陈学文, 吴莲, 张家伟, 吴婷, 谢腾辉

2019, 38(10): 23. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180670

摘要 ( 2165 )

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利用毕奥-萨伐尔定律，首先分析了单个载流圆线圈在空间任意一点的磁感强度分布的积分表达式，获得了其解析计算结果，并利用Mathematic 描绘了其磁感线分布，同时分析了载流圆线圈所在圆面上磁感分布的特点.进而，基于单个载流圆线圈的结果，讨论了长直螺线管在空间任意一点的磁感分布，通过数值计算分析讨论了其磁场在空间分布的“均匀区”，并利用Mathematic 描绘了其磁感线分布.最后，结合工科“大学物理”和“大学物理实验”中所涉及到的有关问题作了相应的讨论.

电子自旋是角动量的讨论

程剑剑, 郑华

2019, 38(10): 28. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190119

摘要 ( 1828 )

PDF (146KB) ( 821 )

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从施特恩-盖拉赫实验测量的结果电子自旋只有两种取值出发，在不引入自旋算符的具体矩阵表示的情况下，利用矩阵求迹，导出自旋算符和轨道角动量算符满足完全相同的对易关系，从而说明自旋与轨道角动量同类，属于角动量. 区别于历史上和国内外量子力学教材中直接将自旋归为角动量，本文尝试用“物以类聚”的逻辑对自旋是角动量进行讨论.

独立点线面状波函数在动量空间中的干涉图象

赵军亚, 吴建琴, 马晓栋

2019, 38(10): 30. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180547

摘要 ( 1252 )

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在实空间中，独立类点、线、面状及其阵列波函数可以不发生相遇，因而不会干涉，而在波矢或者动量空间中，他们会相遇并产生干涉图像.发现一个基本规律，独立的个数越多，在动量空间中的干涉图像就越来越局域，不过在局域的区间内会产生干涉的精细结构.这类干涉图像的研究，有助于理解量子力学的本质.

基于分光计的光栅衍射和双棱镜综合实验设计

黄魏, 唐召军, 周小虎, 贾欣燕, 樊代和

2019, 38(10): 37. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190053

摘要 ( 1357 )

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分光计的调整和使用实验、光栅衍射实验以及双棱镜干涉实验是目前国内大多数高校开设的实验项目，同时这3 个实验也是全国中学生物理竞赛的实验考试内容. 本文通过将这3 个实验进行有机融合，提出了一套在分光计上实现光栅及双棱镜参数测量的综合实验方案. 该实验方案可以实现诸如双棱镜楔角及折射率、光栅常数等物理参数的测量. 本文还对提出的综合实验方案进行了可行性分析. 本文提出的综合性实验方案，一方面可加强学生对常用光学仪器的掌握和使用能力; 另一方面，针对计划参加全国中学生物理竞赛的中学生而言，也可以作为一套实验技能检验的方案.

双光栅测微弱振动实验原理修正

翟立朋, 刘萍, 程琳, 张俊武, 常凯歌, 童童, 王雪冬

2019, 38(10): 41. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180673

摘要 ( 2563 )

PDF (1334KB) ( 1221 )

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本文简述了双光栅形成光拍信号的过程与微弱振动测试的基本原理，通过仿真计算与实验测试相互对比，对光拍信号的表达式进行了修正，振幅修正系数是由于光栅振动带动衍射光斑振动而产生的; 同时，本文通过仿真计算解释了光拍信号毛刺的产生原理，光拍信号的毛刺是由于高级衍射带来的，要想降低毛刺对光拍信号的影响，应尽量使光栅条纹平行或者降低光路中激光强度，以此降低高级衍射对光拍信号的影响.

基于颜色仿真与匹配的肥皂膜厚度测量

李成金, 钱铮, 丁云, 黄振宇, 陆啸宇, 徐富良

2019, 38(10): 47. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.1900043

摘要 ( 1992 )

PDF (1133KB) ( 1265 )

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肥皂膜在日常生活和物理学中经常会遇到.在薄膜干涉中也常会作为例子使用.人们总是关心，各种不同肥皂膜的厚度及其变化情况如何.本文以宽光谱LED 为光源，观察并用相机拍摄了肥皂膜上的干涉图样，用颜色仿真和匹配法测量了肥皂膜的厚度.并且采用已知波长的单色光重复测量了肥皂膜厚度，同时用等厚干涉公式验证了测量结果.结果显示，与宽光谱光源相比，用单色光源做此类实验更具优势.

现代物理技术在IPM 植保中的防控机理及应用研究进展

李玉平, 龚宁

2019, 38(10): 52. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190076

摘要 ( 1339 )

PDF (465KB) ( 329 )

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物理防治突破了作物病虫害防治的传统理念和农业生产模式，减少了化学农药的使用，是保证粮食安全和提高农产品质量的重要举措，对生态环境的良性循环具有重要意义. 本文介绍了光、电、磁、声等物理植保技术防治病虫害的机理，综述了光、电、磁、声、温度等现代物理技术在作物病虫害综合防治中的应用研究进展，分析了作物病虫害物理防治的不足，展望了现代物理植保技术在病虫害防治中的应用前景，提出了几点建设性意见，以期为现代物理植保技术在病虫害综合治理( IPM) 研究及应用中提供参考，实现农业可持续发展.

超短激光脉冲的空间展宽及其啁啾特性研究

曹宇祥, 李沁, 阎晓娜, 戴晔

2019, 38(10): 61. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712. 180689

摘要 ( 1578 )

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本文讨论了具有一定频谱宽度的超短激光脉冲经过一对平行光栅后的空间展宽特性. 首先应用经典的光栅方程推导了脉冲光经过光栅对后在空间上展宽的计算公式. 结果表明随着光栅对之间距离的增加，输出脉冲光斑的横轴长度会随之增加，理论结果与实验结果基本一致.最后利用光纤光谱仪逐点测量了展宽后脉冲光斑的空间光谱分布特性，验证了其空间啁啾特征的出现.

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穆良柱, 陈晓林

2019, 38(10): 66.

摘要 ( 676 )

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本刊 2019 年的封面上刊登照片及图片，纪念在氦-II 中观察到超流 80 周年以及物理学大师卡皮察( P. L. Kapitza) ，蒂萨( L.Tisza) 和朗道( L.D.Landau)在这一研究领域中的贡献.

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