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当期目录

    2020年 第39卷 第03期 刊出日期:2020-03-20
      
    教学研究
    单光分束器的量子变换算符研究
    任 刚, 杜建明, 余海军, 张文海
    2020, 39(03):  1-3.  doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.190382
    摘要 ( 1521 )   PDF (204KB) ( 1008 )  
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    针对理想情况下单光分束器,得到了其对应的变换矩阵.用相干态表象和有序算符内积分技术,给出其对应的幺正

    变换算符.纠缠态的实验制备方案,说明单光分束器在量子信息源研究中具有十分重要的作用.

    金属介电函数的正确运用———以金属纳米球诱导的二能级系统的基态能级移动为例
    黄勇刚, 文莎莎, 杨 红, 王小云, 邓 科, 彭金璋, 赵鹤平
    2020, 39(03):  4-8.  doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.190316
    摘要 ( 1199 )   PDF (706KB) ( 807 )  
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    金属对电磁场的响应包括自由和束缚电荷两部分的贡献,大学物理教学中通常分别用Drude 模型和Lorentz 模型描述,然而,以上模型所得的介电函数只在一段较窄的频率范围内能与实验数据吻合.因此,在实际科研工作中,当物理量与较宽频率范围内的电磁场响应有关时,原则上介电函数应当采用实验测量值而不能采用模型化的结果.本文以金属纳米球诱导的二能级系统的基态能级移动为例,分别展示采用模型化的介电函数和实验介电函数时,能级移动计算结果的差异.

    教学讨论
    恒定流速场与静电场、静磁场的类比
    吴波英, 张守平, 付伯桥, 彭晓星, 陈 杰
    2020, 39(03):  9-11.  doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712. 190092
    摘要 ( 1538 )   PDF (492KB) ( 745 )  
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    本文将“物理类比法”引入大学物理电磁学部分的教学,将恒定流速场与静电场和静磁场在特征量、场的分布及其

    描述等方面进行了类比,使学生对电磁场有一个较清晰和全面的认识,对电磁学的理论有一个较深刻的理解和掌握,收到了较理想的教学效果.

    散度概念的从头构建法
    罗凌霄
    2020, 39(03):  12-15.  doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.190301
    摘要 ( 1342 )   PDF (317KB) ( 626 )  
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    不以高斯公式为前提,从头出发计算矢量场穿出无穷小闭合曲面的通量,以此建立散度概念并推导空间直角坐标系中散度的计算公式.给出一个优美的面积分公式,它能根据闭合曲面的形状和大小一般性地计算该曲面包围的空间区域的体积.指出通过计算矢量场穿出无穷小正六面体表面的通量来推导散度的计算公式的时候,人们通常会陷入误解.

    带有对称垂直导体脊的平行板电容器内的电场及其电容量
    殷 勇, 王福谦
    2020, 39(03):  16-19.  doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.180678
    摘要 ( 1031 )   PDF (1297KB) ( 534 )  
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    利用保角变换法研究带有对称垂直导体脊的平行板电容器的电场,给出其电势分布和场强分布函数,通过MATLAB

    软件绘制电场线和等势线(面)图,并计算其电容量.

    非对易相空间三模坐标动量耦合谐振子的能谱
    苟立丹
    2020, 39(03):  20-23.  doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.190356
    摘要 ( 999 )   PDF (175KB) ( 475 )  
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    本文用不变本征算符方法研究非对易相空间中三模坐标动量耦合谐振子的能谱,分别得到了非耦合和坐标动量耦合两种情况下谐振子能谱的解析解,其中包括受非对易参数θ 和φ 影响的解λ0,1 和λ1,1 ,以及不受非对易参数θ 和φ 影响的解λ0,2 和λ1,2 . 然后,分析了两类耦合参数κ 和η 对三模坐标动量耦合谐振子能谱的影响.结果发现,耦合参数κ 和η 对λ1,1 的影响是相同的,且当κ = η 时,耦合系数κ 和η 对λ1,1 是没有影响的.

    傅里叶变换法求解两类简单的薛定谔方程
    罗 光, 谭 鑫, 刘 平
    2020, 39(03):  24-27.  doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.190308
    摘要 ( 2553 )   PDF (203KB) ( 1182 )  
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    自由粒子和一维无限深势阱的薛定谔方程的求解是量子力学较为基础的内容. 本文采用傅里叶变换对这两类简单的薛定谔方程进行了求解讨论. 通过偏微分方程的傅里叶变换解法和偏微分方程作分离变数成常微分方程后的傅里叶变换解法的深入讨论,均得到与有关教材一致的结果,并讨论了这两种方法之间的差别和联系.

    对自由落体的诺维科夫时间与牛顿绝对时间关系讨论
    杨志万
    2020, 39(03):  28-31.  doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.190386
    摘要 ( 1244 )   PDF (191KB) ( 811 )  
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    文章首先将史瓦西黑洞场中自由下落质点的固有时(诺维科夫坐标时)公式,由自然单位制化成了国际单位制中的形式.然后,根据牛顿第二定律和万有引力定律,推导出了自由下落质点经历的绝对时间公式,进而证明了广义相对论中自由落体经历的固有时,恰好等于牛顿力学给出的绝对时间.最后,对自由下落质点在黑洞内外经历的时间进行了特例计算.

    物理实验
    基于不确定度理论的大摆角单摆平均"周期"测量的最佳累计次数研究
    凤飞龙, 王公正, 卫芬芬
    2020, 39(03):  32-35.  doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.190363
    摘要 ( 1867 )   PDF (607KB) ( 1324 )  
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    由于空气阻尼的作用,测量大摆角单摆“周期”时,测量累计次数增加造成平均“周期”不断减小,在无阻尼实验设定下,系统误差随之增大而随机误差却因此减小. 基于弱阻尼大摆角单摆的运动方程与“周期”计算公式,通过数值计算不同摆长与摆角下使不确定度最小的最佳累计摆动次数,发现如果进行单次测量,采用秒表测量时最佳累计摆动次数往往需要大于20 次,采用光电门测量时,在不同的摆长和摆角下,测量次数往往也不止1 次;而如果采用多次测量,则可以显著减小每次测量所需要的最佳累计摆动次数. 采用计算所得最佳摆动次数测量可以将周期测量的不确定度减小到A 类不确定度的√2倍.

    薄凸透镜焦距测量方法的改进
    费贤翔, 李程鹏, 王文华, 李永强
    2020, 39(03):  36-38.  doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.190149
    摘要 ( 3068 )   PDF (507KB) ( 2007 )  
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    本文分析了薄凸透镜焦距测量中存在的问题,并利用消除视差的方式来测量薄透镜焦距,第一种用消视差自准直

    法,用眼睛来代替目镜系统,将对像清晰程度的调节变为对横向的物与像视差的调节,可以大大的减少由焦深带来的误差.第二种用消视差共轭法,利用物与像的对称性,来测量焦距,同时巧妙的利用消除视差的方式.测量结果表明,利用消视差的方式得到的测量结果更精确,可达到0.4%.

    迈克耳孙干涉仪非定域干涉条纹分析
    郭东琴, 陈文博, 张胜海
    2020, 39(03):  39-43. 
    摘要 ( 4998 )   PDF (1080KB) ( 2087 )  
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    针对迈克耳孙干涉仪实验调节过程中经常会出现椭圆、双曲线等非圆形二次曲线条纹的现象,本文基于点光源条件下非定域干涉的原理,推导出了干涉条纹满足的曲线方程,分析了不同条件下干涉条纹的形状,发现观察屏上可呈现圆、椭圆、抛物线、双曲线和直线5 种类型的干涉条纹.基于理论结果进行了数值模拟和实验验证,数值模拟结果和实验结果吻合较好.

    激光自准直CCD 数字分光计的研制
    陈光伟, 李经纬, 文 景, 夏湘芳, 王国友
    2020, 39(03):  44-46.  doi:10.16854 / j.cnki.10000712.190207
    摘要 ( 1041 )   PDF (1197KB) ( 441 )  
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    采用半导体激光器、CCD 显示单元和高精度实心轴角度传感器对传统分光计进行改进,实现了分光计的激光自准直调节,使得分光计的粗调能有的放矢,减少了盲目调节;望远镜图像液晶显示缓解了实验者的视觉疲劳,减少了视差;读数系统的数字化,使得读数变得非常简单快捷,数据的重复性和可靠性更好.
    D-T 中子活化实验中89 Rb 半衰期的实验测量研究
    方开洪, 赵江涛, 彭海波, 张 硕, 王 强
    2020, 39(03):  47-51.  doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.190370
    摘要 ( 1185 )   PDF (817KB) ( 680 )  
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    加速器中子活化实验是核专业本科实验教学中的重要实验之一. 本文在利用14 MeV 快中子辐照238 U 诱发裂变截面实验过程中引导学生挖掘实验数据,测量了裂变核素( 89 Rb)的重要核参数—半衰期. 本工作运用低本底HPGe ! γ 谱仪测定裂变产物的一系列γ 射线能谱,解谱得到89 Rb 的特征γ 峰计数,从而确定89 Rb 的半衰期. 数据分析中应用89 Rb 核素两条γ射线分别独立得到89 Rb 的半衰期为15.30±0.09 min 和15.25±0.07 min. 测量结果在与文献数据符合较好的基础上,提高了测量精度.

    物理学史与物理学家
    麦克斯韦如何构建力学模型来解释电磁感应和发现位移电流
    沈贤勇
    2020, 39(03):  52-55.  doi:10.16854 / j.cnki.1000- 0712.190214
    摘要 ( 1850 )   PDF (1372KB) ( 1131 )  
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    电磁学的核心就是麦克斯韦方程组,今天它被认为是物理学中最美的方程组之一. 本文主要介绍了麦克斯韦当初如何通过构建力学模型来解释电磁感应定律和发现了位移电流,从而完整地发展出了麦克斯韦方程组.

    奥托·斯特恩对质子磁矩的研究
    汪亚平, 宁长春, 张辉杰, 胡海冰
    2020, 39(03):  56-62.  doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190254
    摘要 ( 1625 )   PDF (730KB) ( 1192 )  
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    因为对分子束方法的发展和对质子磁矩的发现,奥托·斯特恩获得了1943 年的诺贝尔物理学奖. 1933 年,斯特恩

    和他的合作者测量了质子磁矩. 质子磁矩的测量,拓展了人类探索微观世界的途径,加速了人们认知核子结构的进程. 以文献

    研究法为主要手段,从质子磁矩测量实验本身展开,深入挖掘了斯特恩等人关于质子磁矩测量工作的全过程,旨在厘清斯特

    恩等人在质子磁矩测量工作方面的开创性贡献,以及该实验对于20 世纪30 年代原子核物理学发展的贡献所在.

    教学改革
    面向深度学习的大学物理学习评价———以大一学生解决某一力学问题为例
    陈玉洁, 黄致新, 王 琴
    2020, 39(03):  63-68.  doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.190273
    摘要 ( 1427 )   PDF (648KB) ( 482 )  
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    赋分评价法常被教师用于大学物理课程的学习质量评价,随着深度学习理论的发展,该种方法的适用性值得思考.

    而SOLO(Structure of the Observed Learning Outcome,即“可观察的学习成果结构”)分类评价将学生在解题过程中的思维能力分为5 个层次,深度学习理论将这五个层次分为深度和浅层两种学习水平.基于SOLO 理论,本研究对大一学生解决某一力学问题时的思维能力进行分类,并对其学习的深度进行评价,再与赋分评价法进行比较,发现SOLO 分类评价不仅有明确的等级评定和详细全面的评价,还可通过可视的思维结构直观地测量学生达到教学目标的程度和学习的深度,因而更具科学性和可观察性,更适用于深度学习评价.

    教材介绍
    六十年的继承与发展,与时俱进,精益求精 ———程江版《普通物理学》(第7 版)改编介绍
    程福平, 王 硕, 张琦玮
    2020, 39(03):  69-71.  doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712. 180685
    摘要 ( 1214 )   PDF (120KB) ( 645 )  
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    写于20 世纪50 年代的《普通物理学》(程守洙、江之永主编)是我国工科物理最早的教材之一,半个多世纪来已有多次修订和改编,在重要历史时期为我国高等学校大学物理课程的教学作出积极贡献.本文从历史与文化、基础与前沿、理论与实际等诸方面评述了该教材的改编特色,得出结论:此书是一本历史悠久、不断进取且能全面体现传输知识、培养能力和提高科学素质的大学物理教材.

    大学生园地
    反应扩散方程的差分解法 ———以行星冷却模型为例
    吴金泰, 李晋达, 蒋思艺, 雷 磊, 李向华
    2020, 39(03):  72-77. 
    摘要 ( 1446 )   PDF (1529KB) ( 934 )  
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    反应扩散方程是一种非线性的抛物型方程,在多种物理模型中有广泛应用. 本文考虑了一种类地行星冷却模型,通

    过对行星内部各层的热传导特性进行合理假设,构造出了一组反应扩散方程. 根据实际物理情况,推导了该过程中特殊的边界条件及初始条件. 然后基于有限差分法思想,利用计算机程序对该方程组进行数值求解,最终给出了行星内部温度分布随时间的变化情况.

    信息与动态
    封面说明
    陈晓林
    2020, 39(03):  78. 
    摘要 ( 617 )   PDF (59KB) ( 157 )  
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    今年是奥斯特、安培、毕奥和萨伐尔各自发现以他们的名字命名的定律的200 周年.本刊以他们的事迹

    作为今年的封面,致以敬意.