大学物理

谐振子在谐振系中的基态与惯性系中的相干态

李体俊, 刘纯宝

2020, 39(8): 1-2. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180602

摘要 ( 1488 )

PDF (120KB) ( 674 )

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谐振子的量子态在不同的参考系中表现的形式不同.在简谐振动参考系中谐振子的基态，在惯性系中表现为谐振子的相干态.

环电流磁场的数值积分法与解析解的比较和可视化

周群益, 莫云飞, 侯兆阳, 周丽丽

2020, 39(8): 3-6. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190560

摘要 ( 1300 )

PDF (990KB) ( 352 )

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本文推导了环电流产生的磁感应强度在直角坐标系中的积分表达式，将公式无量纲化，用数值积分计算场强，画出磁感应强度两个分量以及合场强和方向曲面，画出磁感应线.本文提出了磁感应强度在直角坐标系中的解析式，通过作图验证了公式的正确性.

大学物理中关于驻波教学的一些体会

秦吉红, 邱红梅, 梁颖

2020, 39(8): 7-10. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190482

摘要 ( 1904 )

PDF (860KB) ( 903 )

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驻波一直是大学物理课程讲授的重点和难点之一. 本文通过具体的推理，说明了驻波中“驻”的三层含义: 没有波形的定向传播，没有相位的传播，以及没有能量的定向传播. 同时总结了在讲授驻波过程中用到的一些具体案例. 通过推理和案例教学，加深学生对驻波理论和物理图像的理解，提升学生利用课堂知识解决实际问题的兴趣和能力.

关于物块碰撞次数的探讨

程军, 孙辉

2020, 39(8): 11-13. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190538

摘要 ( 1609 )

PDF (263KB) ( 531 )

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根据动量守恒定律和机械能守恒定律深入探讨了物块碰撞次数问题.特别是当物块质量的比值是100 的非负整数次方时，碰撞次数刚好和圆周率的前几位数字相同.利用速度相图将碰撞过程直观地描述出来，并结合理论推导解释了上述有趣的结果.

简析极坐标系下曲线曲率半径的数学与力学推理方法

邵云, 窦瑾

2020, 39(8): 14-17. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190462

摘要 ( 5103 )

PDF (264KB) ( 1264 )

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分别应用二维曲线曲率半径的直角坐标计算公式和力学矢量计算公式，推导出在极坐标系中曲线曲率半径的一般

计算公式; 继而应用该公式求出在惯常的极坐标系中圆锥曲线曲率半径的统一表达式，并由此推出在惯常的直角坐标系中诸

圆锥曲线各自的曲率半径表达式.文章又利用行星轨道运动的相关动力学结论，直接推导出在惯常的极坐标系中圆锥曲线曲

率半径的统一表达式; 指出数学与力学推理方法的等价性，以及后者常常更加简便的原因.

氢原子波函数在动量表象中表示的方向问题 ———对一道典型量子力学习题求解的商榷

雷勇

2020, 39(8): 18-20. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.190527

摘要 ( 1674 )

PDF (182KB) ( 1583 )

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本文探讨了周世勋先生所著《量子力学教程》中一道求氢原子电子动量概率分布的例题，对其求解中标定动量方向

的做法提出了质疑. 对求氢原子量子态的动量概率振幅而言，由于其依赖于动量方向的选取，因此标定动量方向的做法不具

有普适性. 氢原子s 态具有球对称性，其动量概率振幅中的球谐函数与动量方向无关，只有此时动量方向的标定才对概率振幅

的表示没有影响. 对求电子动量的概率分布而言，由于需要对动量的角量进行积分，因此标定动量方向是不妥的.

基于Hadamard 基的欠采样计算鬼成像

宋新兵

2020, 39(8): 21-24. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190592

摘要 ( 1548 )

PDF (693KB) ( 776 )

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计算鬼成像具有单像素和成像系统配置成本低廉等特点，是近年来光学成像领域的研究热点之一.与传统的计算鬼

成像不同，本文研究了在欠采样条件下的计算鬼成像———基于Hadamard 基的计算鬼成像.首先给出了成像方法的理论和实验

装置，接着详细研究并分析了四种欠采样条件下的成像结果.实验结果表明在欠采样条件下存在重影及边缘失真等现象，但有

趣的是出现正负像.这是源于Hadamard 掩模的规律性调制分布.该结果一方面有助于增进对计算鬼成像和正负像物理机制的

理解，另一方面对远距离成像中物体成像边缘信息及失真问题的分析具有指导意义.

基于传输矩阵法的多层介质膜反射特性研究

马海霞, 武艳军, 王吉明, 路元刚, 杨雁南

2020, 39(8): 25-30. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190500

摘要 ( 3235 )

PDF (1171KB) ( 1709 )

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薄膜干涉是大学物理波动光学教学的重要内容，也是薄膜光学的理论基础.薄膜干涉的一个重要应用是用于设计减

反膜和高反膜.本文基于传输矩阵法，定量计算了多层介质膜的反射率. 以BK7 玻璃为例，无镀膜时在可见光范围内，其反射

率约为4%.利用薄膜的相消干涉可以减少表面的反射率.镀一层减反膜时，对设计波长550 nm 其反射率下降为1.3%，一旦偏

离设计波长减反效果变差; 镀两层减反膜时，在470 nm～ 670 nm 范围内，减反效果明显改善，反射率均低于1.3%.利用薄膜的

相长干涉可以增加表面的反射率.以熔石英为例，镀一层薄膜时，对设计波长1500 nm 其反射率可由未镀膜时的3.3%提高到

30%; 镀七组薄膜时在1360 nm～ 1660 nm 范围内其反射率均可达99%以上.通过这些定量计算，让学生更加深刻地理解所学理

论知识在实际中的应用，培养工程意识，提高学习兴趣.

基于迈克尔孙干涉仪的光波长自动测量系统

党晨, 李武军, 王党社

2020, 39(8): 31-34. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190477

摘要 ( 1097 )

PDF (1007KB) ( 380 )

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本文基于迈克尔孙干涉仪，设计了一套自动测量光波波长的系统; 其包括一套磁吸式传动装置，光强自动检测模

块，系统具有自动寻峰功能，实现了数据的实时处理与显示.磁吸式传动装置，解决了电机转轴与干涉仪手轮不同轴的问题，减

小了电机抖动，利用单片机驱动步进电机转动干涉仪的手轮，实时记录干涉光强变化的波形，通过算法减少了仪器抖动带来

的干扰，实现了光波波长的自动测量，减小了实验误差，利用显示屏实时显示实验数据，使用步进电机步进角度记录反射镜位

移值，自动计算数据结果，使实验更加直观简便.

利用引力场的高斯定理推算地球内部压强

廖偲含, 杨兴, 鲁同所, 胡婧

2020, 39(8): 35-38. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.190528

摘要 ( 1934 )

PDF (486KB) ( 811 )

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利用静电场与万有引力场规律的相似性，建立引力场高斯定理的概念，来类比得到静态万有引力场的高斯定理表

达式，并将地球近似看成是质量分布具有球对称性的天体，根据布伦地球密度分布模型，运用Mathematica 拟合推算出地球内

部的压强，为地球的内部压强的研究提供了一种全新的思路和方法，对误差产生的来源也做了相关分析和探讨.

大学物理实验混合式教学模式的探讨与实践

李硕, 何越, 王志军, 张金宝, 李守春, 孙超, 倪牟翠

2020, 39(8): 39-42. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.190577

摘要 ( 1366 )

PDF (441KB) ( 594 )

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对大学物理实验教学情况的分析发现，混合式教学在减轻教师工作压力之时，对培养学生学习能力、动手能力和创

新能力有一定的优势. 通过分析吉林大学公共物理教学中心传统教学和混合教学模式下培养的学生成绩，得到混合式教学模

式的成绩明显高于传统教学模式，这说明混合式教学模式对教师的教和学生的学都有益处.

理实交融赋能“金课”建设

卢荣德

2020, 39(8): 43-47. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190492

摘要 ( 1156 )

PDF (684KB) ( 443 )

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本文针对目前大学物理在教学内容、教学模式、课堂定位、教学评价等方面凸显的问题，提出了大学物理课堂应该

体现以核心素养为导向的内容设定、原始物理问题创设、创意设计与制作展示、多元化反馈评价体系等“金课”特质，着重在内

容重构、回归现实、审辨思维、过程数字化等方面进行推进. 大学物理的理论性和实践性强，拓展深、广度的空间大，“金课”建

设迫在眉睫. 为切实提升大学物理教学质量，本文给出了建设性的赋能“金课”策略: 通过无缝衔接转换、提升自主能力、促进

思维提升、创造三动课堂、建设智慧教室等改进措施，以增强大学生的自主性和探究性，夯实后续学习的基础.

大学物理教学中融入物理海洋学知识的实践探索

姚陆锋, 杨海彬, 陈聪

2020, 39(8): 48-50. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190453

摘要 ( 1219 )

PDF (423KB) ( 398 )

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以学科交叉融合的教学理念开展大学物理教学改革是值得深入探索的教革思路. 本文介绍了在大学物理教学中融

入物理海洋学知识，将海水运动、压强梯度、速度梯度、切应力、引潮力、海水电导率和大学物理教学进行有机结合，有利于激

发学生学习兴趣，开阔学生海洋视野，培养创新能力.

对称陀螺在重力场中定点转动的分析

刘贤雨

2020, 39(8): 51-57. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190525

摘要 ( 1321 )

PDF (972KB) ( 564 )

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基于拉格朗日力学方法，分析了重力场中的对称陀螺在六种初始条件下的运动模式，并利用其结果讨论了几个经典的对称陀螺问题. 最后，就竖直陀螺转动稳定性问题给出了数学上的看法.

基于双光栅夹角变化测量金属丝杨氏模量

王文硕, 田星雨, 严琪琪, 董国波, 熊畅, 胡浩哲

2020, 39(8): 58-63. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190539

摘要 ( 969 )

PDF (1368KB) ( 592 )

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本文提出了一种利用双光栅夹角变化测量金属丝杨氏模量的方法. 该方法利用莫尔条纹宽度对双光栅夹角变化的

高度敏感性，将动光栅放置在杠杆平台上，将不同拉力下金属丝的微小线位移转化为由双光栅夹角变化而引起的莫尔条纹宽

度的变化，进而计算得到金属丝的杨氏模量. 实验表明，该方法操作简单，数据准确，精确度高，实验结果符合预期.

自由粒子在μ空间的运动描述

班世豪, 张子奕, 王鑫, 刘全慧

2020, 39(8): 64-67. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190515

摘要 ( 2271 )

PDF (316KB) ( 352 )

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对一维自由粒子在μ 空间的运动，经典力学和量子力学各自提供了看似不同、实则等价的两种描述.一些经典教材

对这个问题的表述有误或者不完整. 本文首先通过分析经典力学中自由粒子在一维盒子中和在全空间的运动，画出了μ 空间

的轨迹; 然后通过分析量子力学中自由粒子在无限深势阱中和在全空间周期性边界条件下的运动，画出μ 空间每个量子态占

据的面积元.最后本文讨论了周期性边界条件下动量为零的态存在性，一个量子态在相空间中的体积元和不确定性关系之间

的区别等问题.

基于偏振摄影技术和MATLAB 实现对物体表面粗糙度的检测

吴蔷, 白睿洁, 高红, 王玫

2020, 39(8): 68-72. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190393

摘要 ( 1112 )

PDF (1290KB) ( 537 )

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本文将偏振摄影技术与Matlab 结合实现了对物体表面粗糙度的检测. 对照片进行镜面反射和漫反射的分离，当表

面粗糙度增大时，经过特定光学器具后镜面反射与漫反射的减少量的比值降低，从而实现对物体表面粗糙度的检测. 通过实

验得到了样本的粗糙度，并对其可靠性进行了检测，确认了该项技术的可行性. 对应于整体的粗糙度和小面积的破损程度可

以通过改变数据处理区域大小来实现，较大区域的截取能够体现整体的粗糙度，较小的区域能够检测破损的程度.

工科量子力学学习中的常用数学工具

朱涵睿, 张瀛月, 陶辉锦

2020, 39(8): 73-77. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190427

摘要 ( 1538 )

PDF (264KB) ( 451 )

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数学是学习量子力学必不可少的工具，本文主要介绍了工科学生在学习量子力学过程中常要用到的数学工具，为

学习该课程的工科学生提供查阅和使用的便利.由于本课程是基础教程，本文主要方便工科学生查阅使用和更好地学习量子

力学，对书中涉及的数学知识未进行详尽展开介绍.

封面说明

陈晓林

2020, 39(8): 78.

摘要 ( 242 )

PDF (59KB) ( 161 )

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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.

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