大学物理

混合式教学策略研究———以疫情期间教学现状为例

王祖源, 张睿, 张志华

2020, 39(9): 1-5. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200162

摘要 ( 1735 )

PDF (921KB) ( 858 )

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本文结合近年来对大学物理混合式教学实践的教学反思与疫情期间的教学观察，分析了不同模式下混合式教学的特点和学习效果. 对在线教学与混合式教学中容易出现的问题也进行了分析与讨论，并对疫情期间的混合式教学提出了建议.

非相对论极限下Pauli-Fierz 哈密顿量形式浅析

张俊, 朱占武, 贺泽东

2020, 39(9): 6-8. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190536

摘要 ( 1746 )

PDF (213KB) ( 1018 )

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长度规范下的哈密顿量在讨论量子化电磁场( 光子) 与原子( 或分子) 相互作用时有着明显优势，即没有物理上不可观测量矢势A，而是电场与偶极矩的乘积.但是不同的文章中出现的长度规范哈密顿量似乎不一样.在本文中，我们从速度规范下的Pauli-Fierz 哈密顿量出发，分别得到坐标和动量表象下的长度规范哈密顿量，从而证明它们的等价性.澄清学生在初次学习时的疑惑.

大学物理中波动问题的关键点分析

李均, 钱程屹, 马墨南, 袁承勋, 孟庆鑫, 田浩, 王晓鸥, 张宇, 霍雷

2020, 39(9): 9-16. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190550

摘要 ( 2297 )

PDF (3134KB) ( 597 )

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波动是大学物理中非常重要的一部分知识，既是对电磁波学习的延伸，又是波动光学和量子力学学习的基础，学习大学物理课程的同学们需要在波动问题上下足功夫. 通过调研哈尔滨工业大学的大学物理课程中波动问题的学习状况，本文提出波动问题中的四个关键点，分析了关键要素，给出了克服关键点的解决方案，便于同学们掌握波动问题.

球形液滴表面形状形成与自由能最小化原则关系的证明

金康, 王心怡, 归凯航

2020, 39(9): 17-22. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190512

摘要 ( 1445 )

PDF (1375KB) ( 733 )

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真空中的液滴表面形状由表面自由能最小化原则所决定.忽略液滴重力的情况下，最小自由能对应于液滴最小表面积.我们推导出固定体积约束下的最小曲面所满足的方程，并运用线性化迭代法数值求解方程，从而证明该曲面为球面.此外，我们证明在超铺展效应中，当液膜的最终厚度一定时，液膜铺展形状也是由最小自由能原则决定，其形状为圆形.

电源功率的物理分布机理

尹海峰, 曾春花

2020, 39(9): 23-26. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190415

摘要 ( 1166 )

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本文主要分析两电源线性电路，该电路共有三种类型，分别是流控型双口网络、压控型双口网络和混合型双口网络.通过测量等方法，在已知双口网络VCR 的情况下，可以得到两个电源功率各部分的物理分布.每个电源的功率包括两部分，一部分等于该电源单独接入电路时，所提供的功率; 另一部分是由于两个电源共同接入电路时，相互作用而增加的功率，取决于两个电源的大小，以及电路参数.根据互易定理，对于不含受控源的流控型双口网络和压控型双口网络，每个电源由相互作用而增加的功率相等，即电路增加的损耗功率，由两个电源平均分摊.对于不含受控源的混合型双口网络，由于相互作用，一个电源增加的吸收功率大小与另一个电源增加的提供功率大小相等，即两个电源功率之和等于每个电源单独接入电路时的功率之和.这种情况下，相互作用的效果是一个电源在对另一个电源进行充电.该研究结果具有普适性，可以辅助解决电网功率来源问题，并可以解决其他电子电路中功率的来源问题.

相对论性流体的拉格朗日密度与运动方程及连续方程

梁桂雄

2020, 39(9): 27-30. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190307

摘要 ( 2144 )

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本文从相对论性理想流体的能量动量张量出发，在合理的假设之下给出了相对论性流体的拉格朗日密度函数，并以此为基础在最小作用量原理下导出了相对论性流体的运动方程. 在低速低压下，本文所得的运动方程可退化为纳维-斯托克斯方程. 本文还讨论了流体的连续方程，本文发现，即使是在平直时空的低速下，牛顿力学下流体的连续方程也只有在压强及外力的影响可以忽略时才能成立.

无穷求和与留数定理

邱为钢

2020, 39(9): 31-33. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190431

摘要 ( 1739 )

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复变函数在无穷远处围道上的积分值趋近于另一复变函数的积分值.应用留数定理，得到了一类对超越方程所有根无穷求和的解析表达式.数值计算验证了解析表达式的正确性.

金属高频电阻及测量修正方法

周荣浩, 杨勇, 张庆, 田发宝

2020, 39(9): 34-40. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200001

摘要 ( 1372 )

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电阻是金属材料的重要物理参数，高频电阻的测量会受趋肤效应、分布电感和电容的影响，少见专门的实验测量报道.本研究从实验角度证明，对于可以主动改变的测试对象，选用金属细丝进行高频电阻测量能较好的抑制趋肤效应的影响; 同时通过对固定形状非铁磁性金属细丝样品的电阻、电感和电容等效电路的分析，采用与扫频锁相放大器矢量电压分析数据进行最优化匹配的方法，从工程实践角度较成功地修正了高频分布电感和电容对金属高频电阻测量的影响，进而提出改进铁磁性金属高频电阻测量的方法.实验测量结果确认在较高频时金属电导率依然维持不变，这与理论分析结果一致.本研究为更高频电阻测量提供了思路，还对改进电磁无损检测和电磁兼容研究和设计具有意义.

星芒现象的理论与实验研究

王莹, 周渝涵, 夏往所

2020, 39(9): 41-46. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190476

摘要 ( 2222 )

PDF (1618KB) ( 993 )

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本文对有趣的物理现象———星芒现象进行了理论与实验探究.通过对相机拍摄成像过程建立物理模型，利用夫琅禾费衍射理论对星芒产生的过程行了理论分析.然后从理论和实验上对比探究了相机光圈形状、光圈大小、入射光波长、相机和光源的距离等因素对星芒形成的影响.最后给出了在夜晚拍出明显星芒的建议.

基于以“学生为中心”的医学院校物理实验课程设置的思考

李辉, 王春凤, 孙大公, 喀蔚波, 苑桂红, 张思齐, 高嵩

2020, 39(9): 47-50. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190573

摘要 ( 1164 )

PDF (413KB) ( 382 )

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北京大学医学部开展了物理实验教学( 包括教学内容、教学方法等) 的一系列改革. 经过十余年的改革建设，物理实验课程实现了强调物理基础知识，结合现代技术，注重医学应用.基于以“学生为中心”的教学理念，调研了学生对物理实验课程内容的评价，对学生反馈结果进行了分析与反思，为后续进一步的教学改革提供参考.

混合气体中异种分子之间的平均相对速率

海文龙, 庞丹阳

2020, 39(9): 51-52. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200041

摘要 ( 1788 )

PDF (152KB) ( 531 )

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从相对速率的定义出发，结合两气体分子所满足的麦克斯韦速率和速度分布率，导出了混合气体中异种气体分子之间的平均相对速率.

金属线膨胀系数模拟计算与实验

刘锦, 张孟, 罗锻斌

2020, 39(9): 53-58. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200085

摘要 ( 2014 )

PDF (867KB) ( 556 )

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本文采用以量子力学为基础的密度泛函方法，通过计算金属铝和铜两种金属的晶格常数、结合能和德拜温度来推导金属热膨胀系数，并进行实验设计与数据测量.对理论模拟计算值与采用光杠杆原理实验测量结果进行对比，并分析误差来源，提出改进实验误差的方法，为将来在大学物理课程中开展金属热膨胀系数测量的相关实验设计和理论模拟计算提供参考.

镜像法求解平面上球形突起电场方法探究

詹研, 刘锦, 常悦悦, 王文静, 张先梅

2020, 39(9): 59-65. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200019

摘要 ( 1831 )

PDF (2280KB) ( 531 )

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镜像法可以用来求解高对称性系统中的静电场.本文讨论这样一种模型: 在无穷大的接地导体平面上有一个球形的

突起，点电荷位于系统的对称轴上，与导体面没有接触.通过对球的半径、球心与平面距离、电荷到球顶的最短距离三者关系的

讨论，推导出了三种收敛的情形.前两种情况下，无论点电荷处在何种位置，总能得到稳定的解，并且结合MATLAB 模拟，给出

了空间的电场电势分布.第三种情况无法用镜像法求解，体现了镜像法的局限性.

电磁场的普遍对称性与磁荷和磁单极子———浅谈大学电动力学课程中的对称性及其应用

袁明月, 李彤, 黄小燕, 林方, 张志友, 聂娅, 王磊, 余天, 龚敏

2020, 39(9): 66-71. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190486

摘要 ( 1853 )

PDF (320KB) ( 2722 )

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对称是现代物理学中位于基础地位的重要概念. 电动力学教与学中应用对称开展分析，不仅仅有助具体问题解析，

更有助于深化对电磁场宏观性质的认识和理解. 电动力学研究对象———宏观电磁场不具有实物物质形态，故其对称性并不是

显而易见的. 本文从麦克斯韦方程组出发，采用非相对论形式的语言介绍宏观电磁场具有的普遍对称性，分析居于经典宏观

电磁场理论基础地位的规范不变性是如何引起宏观电磁场对偶性破缺，并在此基础上探讨电动力学教与学中易混淆的两个

概念———磁荷与磁单极子.

静电场及电荷运动的VPython可视化模拟

王瑶, 刘玉颖, 朱世秋

2020, 39(9): 72-77. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190463

摘要 ( 1868 )

PDF (1475KB) ( 1253 )

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本文基于库仑定律和场强叠加原理，利用计算机软件VPython 模拟不同电荷分布的静电场，并利用Plotly 软件分析各点电场强度大小; 研究了点电荷和电偶极子在静电场中的运动轨迹及其能量特征，实时三维可视化电偶极子的运动过程，并探究其运动规律.教学实践表明: 基于VPython 和Plotly 的静电场及电荷运动可视化模拟，能使学生更好地理解和灵活运用静电学相关知识，是对传统物理教学的有益补充.

封面说明

陈晓林

2020, 39(9): 78.

摘要 ( 262 )

PDF (59KB) ( 193 )

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