大学物理

袁喆

2020, 39(12): 1-4. doi:10.16854 / j.cnki.1000- 0712.200278

摘要 ( 2078 )

PDF (570KB) ( 3345 )

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紧束缚近似是固体能带理论教学中的重要内容，其中包含很多重要的概念和物理图像.目前教材中的紧束缚近似多采用单轨道例子，导致教学中对哈密顿量、能带、布洛赫波函数等概念缺乏深刻理解.本文采用了一维双原子链模型，详细阐述了如何求解多轨道紧束缚近似下晶体的能带，并借助构建哈密顿量的数学过程，展示了紧束缚近似下原子能级微扰、近邻原子轨道交叠积分等物理图像，讨论了能带走势与布洛赫波函数的关系，以及影响能带个数与能带宽度的因素.

量子纯态正交化的一般方法和实例分析

徐学翔, 袁洪春

2020, 39(12): 5-7. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200069

摘要 ( 1200 )

PDF (510KB) ( 333 )

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本文介绍了量子纯态正交化的一般方法和一些技巧.以相干态为例，基于产生算符构造出相应的正交态，并研究了平均光子数、光子数分布和Wigner 函数3 种属性，且与原相干态和光子增加相干态进行了对比分析.

量子不确定关系

郑　晓, 马少强, 张国锋

2020, 39(12): 8-12. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.190541

摘要 ( 1651 )

PDF (284KB) ( 405 )

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量子不确定关系是量子力学和经典力学的本质区别，不确定关系分为熵的不确定关系和方差的不确定关系.本文主要回顾了两种类型不确定关系的发展历程，并介绍了不确定关系在量子信息科学中的应用.希望能对今后不确定关系的发展有所帮助.

利用Igor Pro 对最速降线问题进行数值求解

贾小文, 贺秀良, 范海英

2020, 39(12): 13-19. doi:10.16854 / j.cnki.1000- 0712.200038

摘要 ( 1223 )

PDF (1105KB) ( 437 )

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使用可视化和实验数据处理科学软件Igor Pro，从解析表达式、微分方程和定义这三个角度详细介绍了最速降线的数值求解方法，通过数值方法利用解析函数计算了小球沿不同曲线下滑所用的时间，详细讨论了每一种方法的求解过程和适用范围，并利用图和表直观地展示了数值求解的全过程.

浅谈微积分“抽水做功”相关物理应用问题

庞国楹, 刘　俊, 郭　彦, 刘　佳

2020, 39(12): 20-27. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200025

摘要 ( 3723 )

PDF (1621KB) ( 1476 )

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针对微积分中的抽水做功相关物理问题，结合实际生活场景和工程背景，以微元法和三重积分方法，考虑容器竖直

放置和倾斜放置两种情况，建立了容器竖直放置以及吸管不同位置的做功模型，容器倾斜液体未流出的做功模型，以及容器

倾斜液体流出情形的做功模型，并进行数值仿真，得出的相关理论具有较强的实际应用和理论参考价值.

媒质所受磁场力和磁力矩的分析

骆超艺

2020, 39(12): 28-31. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200101

摘要 ( 1272 )

PDF (362KB) ( 359 )

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指出现有方法计算磁力存在的问题. 推导了作用于媒质的磁场力和磁力矩计算公式，可用于分析媒质在磁场作用下的形变和运动趋势，并给出应用实例. 本文进一步完善麦克斯韦应力公式，在一定程度上弥补虚位移法的不足，同时为法拉第观点和等效磁荷法提供理论印证.

利用量热型激光功率计测量脉冲激光能量的实验研究

苗昕扬, 彭　雪, 路婉婷, 詹洪磊, 赵　昆

2020, 39(12): 32-35. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200026

摘要 ( 1125 )

PDF (920KB) ( 441 )

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本文提出了一种利用量热型激光功率计测量窄脉冲激光能量的方法. 测试了不同重复频率下脉冲激光的信号响应，结果表明，在脉冲激光重复频率不低于8 Hz、脉冲激光与功率计探头作用时间不低于4 s 的情况下，量热型激光功率计能够达到热平衡，利用读数能够计算出单个脉冲激光的平均能量.

基于数码相机的新型分光计及其调节方法

王凤鹏, 李成兰, 刘道莲, 余良彬, 李　诚, 肖英珍

2020, 39(12): 36-40. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200214

摘要 ( 1203 )

PDF (820KB) ( 454 )

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提出了一种利用数码相机进行观测的新型分光计方案及其调节方法，并研制了实验样机.利用数码相机替代了传统分光计中的望远镜部分，可观察并记录相关光学现象.调节分光计时，首先利用数码相机镜头对焦于无穷远作为标准进行平行光调节，然后利用反射狭缝像的位置调节载物台与旋转轴的垂直，最后以载物台为基准调节数码相机及平行光管与旋转轴垂直.对新型分光计的特性分析及实验结果表明：该新型分光计具有调节难度低、测量误差小、能同时观测多条光谱线的特点.

参与式学习教学实践的模拟设计与分析———以拟建金课“大学物理”为例

李姣姣, 周雨青, 董　科, 张志红, 王佳宁

2020, 39(12): 41-49. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200028

摘要 ( 956 )

PDF (1029KB) ( 939 )

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课程教学是人才培养的核心方式和途径，建设高质量的本科课程是提升本科教育质量的重要环节，故金课建设势在必行. 本文立足于大学物理课程，探索参与式学习在大学物理金课建设中的作用. 针对特定课程内容，以“金字塔”模型为理论依据，模拟设计学生参与课程的方式，探索与分析参与式学习的形式、内容、方法和预期成效. 本文以一节示范性课程设计为例，展示参与式学习实践的过程性设计，探讨教与学的双重主体关系，在两性一度的金课思想指导下，完成课程从设计到实施的完整过程，为探索完整大学物理金课建设提供有益的尝试.

医用物理学线上线下混合教学模式的探索与实践及在疫情中发挥的作用

刘海兰, 顾牡, 倪忠强, 吴天刚, 宋志怀

2020, 39(12): 50-54. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200183

摘要 ( 974 )

PDF (1522KB) ( 304 )

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医用物理学课程时数少，教师往往讲授一些与医学专业相关的知识点，缺少系统的教学，很难达到课程所要求的教学目标.现代教育技术的发展为解决这个问题带来了希望.本文介绍了基于中国大学MOOC 平台而建设的SPOC 医用物理学在线课程，在此基础上开展了线上线下相结合的混合教学模式，取得了一定的成效，并形成了一整套具有医用物理学特色的教学模式.该教学模式的探索，在这次的疫情教学中发挥了积极有效的作用.

在线教学与线下教学质量实质等效措施研究

李翠莲

2020, 39(12): 55-60. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200259

摘要 ( 1405 )

PDF (237KB) ( 350 )

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本文介绍了新开发的“大学物理”在线教学的4 个100%( 学生出勤率100%，认真听课率100%，对学习困难学生帮助率100%，课后微信和微信群答疑率100%) 的教学设计，以及在在线教学中的执行情况. 将2020 年的在线教学与2019 年线下课堂教学对同一难度选择题的课堂测试进行对比，发现在新开发的在线教学设计基础上完成的在线教学，其质量实质等效于或大于线下教学质量. 但缺乏了面对面的师生交流、生生交流，在线教学育人效果还是未知的，有待今后调查研究.

打造有温度的大学物理在线教学

成鸣飞, 周玲, 彭菊, 杨建华

2020, 39(12): 61-63. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200246

摘要 ( 1080 )

PDF (1087KB) ( 486 )

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作为理工科的基础课程，大学物理传授基础知识及科学的研究方法，课程理论内容完备且教学形式多样. 本文主要介绍了在面对新冠肺炎疫情之时，如何基于优化组合的教育技术开展有效的在线教学. 本教学团队不仅通过中国大学慕课平台给学生创设了一个自主学习的空间，更通过有效的实施方案( 课堂派直播互动教学、QQ 答疑、慕课堂平台监控) 和多维度的评价方式( 课前预习、课中互动、课后自测) 让学生感受到一个有温度的大学物理在线课堂.

与时俱进，牢记初心———关于《物理学》第7 版电、光、热学、相对论等内容的修订

解希顺

2020, 39(12): 64-66. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200082

摘要 ( 1382 )

PDF (990KB) ( 1937 )

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《物理学》( 马文蔚等主编，高教出版社出版) 第7 版已经完成改编. 本文作者对电磁学、光学、热学、相对论等内容进行了修订. 在此次修订中，作者从实际出发，认真考虑了教材中物理内容的科学性、时代性、应用性以及教学性等诸多的方面. 在保证历次版本特点的前提下，进一步增加了反应物理学最新发展及成果的内容; 注重物理学原理在现代工程技术中的应用，以及日常生活中大量的应用案例; 并结合相关内容，适当介绍了近年来诺贝尔物理奖及物理学的发展. 此外，有关物理学知识在交叉学科中的体现和应用，在本次修订中也进行了一些拓展. 在教材内容的呈现方式上，《物理学》第7 版利用现代信息技术发展带来的方便，不仅利用二维码扫描将主教材与教学辅助教材相关内容链接起来，也将许多电子文档、动画和视频配合应用到主教材中. 能满足不同层次、不同学时的使用需求.

单缝衍射仿真实验设计及分析

陈嘉富, 王智勇, 于斌, 林丹樱

2020, 39(12): 67-74. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200160

摘要 ( 2632 )

PDF (1305KB) ( 969 )

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针对现有教材或参考书中鲜有对单缝的菲涅耳衍射图样及其到夫琅和费衍射图样之间的过渡情形进行详细分析

和阐述的问题，本文提出在学习衍射理论和开展实验验证这两个环节之间，设计一个衍射仿真实验环节. 据此，本文从衍射理

论出发，推导用于实现仿真的表达式，然后以单缝衍射为例，利用Matlab 编程并结合其图形用户界面( GUI) 模块，设计衍射仿

真实验，通过对仿真实验的结果进行分析，详细阐述了两种衍射现象及其过渡情形的特征，最后通过实际实验装置进行验证，

　　证明仿真实验的可靠性和增加仿真实验环节的优势，旨在为更好地引导学生深入学习光的衍射提供一种有益的辅助手段.

基于耗散结构的贝纳德对流研究

李睿航, 方爱平, 陈子龙, 齐颢然, 张笑儒, 程涵宇, 冯乐, 罗禧祯, 田蓬勃, 刘萍, 王小力

2020, 39(12): 75-80. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200145

摘要 ( 1519 )

PDF (1690KB) ( 453 )

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贝纳德对流作为一种常见的流体自组织现象，常常具有难以预测的特点，本文从耗散结构入手，以流体力学的手段

研究并模拟了特定边界条件下的贝纳德对流. 首先，根据不可压缩流体满足的连续性方程，能量守恒方程和纳维-斯托克斯方

程，引入Boussinesq 近似和流函数方法化简贝纳德对流的控制方程，结合理想流体的边界条件，对得到的方程进行变量分离，

并引入洛伦茨系统以及瑞利数无量纲数以描述流体的控制方程.其次，利用有限差分法求解贝纳德对流的控制方程，分析不同

参数时对应的相空间轨迹，并给出一定条件下的贝纳德对流的转变温度. 最后，使用计算机模拟计算，基于格子玻尔兹曼方法

处理流体微元间的相互作用，将体积为0.008l m3的三维立体容器按正立方体等体积划分为106个小立方体进行模拟，分析模

拟得到的贝纳德对流，验证了这种方法的可行性.

《大学物理》2020 年总目次

2020, 39(12): 81.

摘要 ( 617 )

PDF (182KB) ( 1553 )

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封面说明

陈晓林

2020, 39(12): 82.

摘要 ( 540 )

PDF (59KB) ( 138 )

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奥斯特|安培|毕奥|萨伐尔|定律

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