大学物理

肖国宏, 钟锡华, 刘萍

2021, 40(01): 1-6. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200283

摘要 ( 1289 )

PDF (967KB) ( 771 )

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本文以余弦光栅为模型，运用波前相因子分析方法，得到了有一定距离的双余弦光栅衍射斑的强度公式. 推导出了双光栅之一作纵向或横向微谐振动时，远场衍射光斑强度的变化公式. 这些公式呈现出复合余弦函数的变化规律，并且分析出了光强随时间的变化与光栅振幅之间的关系. 为微小振动的测量提供了一种新的方法. 最后，文章给出了衍射斑强度变化信号的数值计算结果.

化学势在钨表面氢平衡浓度计算中的应用

吕广宏, 李宇浩, 张雪松, 金硕, 周苗, 程龙

2021, 40(01): 7-11. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200136

摘要 ( 1337 )

PDF (931KB) ( 484 )

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化学势是热力学与统计物理中重要的物理量，能够表征系统中粒子转移的趋势.本文以钨材料表面氢平衡浓度这一实际问题为例，在氢平衡浓度计算过程中逐步引入化学势的概念，通过分析环境氢分子系统和钨表面系统中氢化学势的变化，给出不同温度、压强下钨表面的氢平衡浓度.在热力学与统计物理教学中，通过平衡浓度的计算促进学生对于化学势等概念的学习和深入理解

再谈“流浪地球” ———让地球脱离太阳系最少需要做多大的功?

于凤军, 田俊龙, 汤振杰, 鞠林

2021, 40(01): 12-16. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200049

摘要 ( 1559 )

PDF (901KB) ( 851 )

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从一部国产科幻大片《流浪地球》的一项宏大计划出发，针对该计划第二步———让地球脱离太阳系，利用动量守恒定律、动能定理和逃逸速度、有效反冲喷射速度概念，计算了在地球质量能够满足生命存在的需要的条件下，让它脱离太阳系所需的最少做功为2.72×1032焦耳，并从能源角度讨论让地球脱离太阳系的可能性问题.

非线性振动中周期与振幅和能量关系的级数表达式

郝继光, 黄亦斌

2021, 40(01): 17-20. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.180157

摘要 ( 1013 )

PDF (828KB) ( 646 )

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针对一般的一维非线性振动问题，讨论了周期与振幅和能量关系的级数解法，给出了直到4 阶的表达式和相关结果，并用单摆和中心力场的严格解进行了验证.

氦原子能级的变分微扰计算

白占武, 阎占元

2021, 40(01): 21-23. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200022

摘要 ( 1486 )

PDF (742KB) ( 3053 )

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用变分微扰论计算了氦原子1S2S 态两个能级的能量.先用单参数变分法计算，再进行二级微扰计算，改进了纯微扰论的结果，得到的能量值与实验数据较好相符.

基于NI-myDAQ 数据采集器的混沌电路实验系统

廖德驹, 沈韩, 冯饶慧, 崔新图, 黄臻成, 方奕忠,

2021, 40(01): 24-26. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200252

摘要 ( 1145 )

PDF (1476KB) ( 171 )

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混沌电路是大学物理实验课程中非线性系统教学内容的典型案例，为了提高学生对非线性实验内容的学习效率和自主学习能力，本文设计了一种基于NI-myDAQ 数据采集器和LabVIEW 软件平台的混沌电路实验系统.该系统可提高混沌参数微小变化的精密性，实时显示并记录不同参数下的混沌现象，能保存相图、时域图和数据.用该系统测量了蔡氏混沌电路，给出了一定参数下的混沌电路实测结果图，并和Multisim 仿真结果比较.结果表明，实验系统测量结果与Multisim 仿真结果相吻合.

利用智能手机居家测量声速和重力加速度

苗红梅, 杨智敏

2021, 40(01): 33-37. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200155

摘要 ( 3298 )

PDF (1138KB) ( 1218 )

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利用两部智能手机，借助手机软件phyphox 在家进行了多普勒效应实验. 两部手机分别作为接收器和声源，让接收器和声源分别做自由落体运动，测得了接收频率和运动速度随时间的变化曲线，通过对数据的处理得到了声速和重力加速度值，并和理论值进行了对比，验证了用手机进行多普勒效应实验的可靠性，为以后实验的进行以及数据处理提供了参考.

变电站接地网导体埋深检测方法与技术

刘洋, 孙文杰, 付晓东

2021, 40(01): 33-37. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200171

摘要 ( 741 )

PDF (1589KB) ( 274 )

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为了获得变电站接地网导体的实际埋设深度( 埋深) ，通过对变电站接地网注入一定频率的励磁电流，利用电磁感应方法测量地表面两个不同位置的磁感应强度，根据两个磁场与测点的位置信息，得到接地网导体的具体埋设深度。理论分析了检测方法的可行性，设计研制了检测装置，实验室实验和站内现场试验测试，验证了方法的正确性。理论分析和测试结果表明，该技术方法操作简便、检测结果准确可靠，可以用于接地网运检维护的工程实际，也体现了物理学和电路理论在工程技术领域的具体应用.

量子算法核磁共振实现脉冲序列设计程序问题研究

彭永刚

2021, 40(01): 38-47. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200052

摘要 ( 1123 )

PDF (1481KB) ( 555 )

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从两量子位核磁共振量子处理器物理模型出发，利用Raedt 小组提出的自旋-1 /2 代数理论，根据量子控制非门的定义及Grover 量子算法原理，介绍了量子控制非门的4 种不同脉冲序列及两量子位Grover 量子算法的两种不同脉冲序列的设计过程，通过数值求解含时薛定谔方程模拟量子控制非门和两量子位Grover 量子算法，等价于执行量子控制非门和两量子位Grover 量子算法运算，演示和分析量子控制非门及两量子位Grover 量子算法核磁共振脉冲序列设计呈现的量子程序问题.

“大学物理”网络教学的实践与反思

李瑞山, 张培增, 冯有才

2021, 40(01): 48-50. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200265

摘要 ( 1121 )

PDF (1211KB) ( 348 )

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近期由于受到疫情的影响，全国高校在网上大面积进行网络教学. 本文对“大学物理”网络教学中的一些实践经验进行了总结，包括教学沟通形式，网络教学优势，网课中的思政等，并探讨了网络教学与课堂教学的区别与联系. 长远来看，网络教学已经成为一种与课堂教学并行的教学方式或者课堂教学的辅助手段，对网络教学实践的深入思考，将为提升“大学物理”教学效果提供有价值的想法和思路.

从解题到研究———“计算物理”案例式在线教学举例

陆爱江

2021, 40(01): 51-54. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200248

摘要 ( 1095 )

PDF (1116KB) ( 346 )

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“计算物理”因其课程特点适合引入案例式教学，同时发挥在线教育优势，可通过课程设计实现，由传统课堂讲

授———做题———考查的学习模式向发现问题———研究问题———解决问题的教学模式转变. 教师提出实际问题，通过课堂启发、引导学生，针对具体问题建立模型，并通过调研、数值计算层层深入，在不断改进模型的过程中，对物理问题/过程做出系统性研究. 这样的课程给学生创造了综合运用物理知识的机会，也对学生进行初步的科研训练，对提高学生综合能力具有积极的意义.

外力驱动下耦合弹簧振子的法诺共振

郑子睿, 卢思伟, 廖晨昊, 杨坤, 葛昱骅, 高华, 黄昊翀

2021, 40(01): 55-59. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200287

摘要 ( 1856 )

PDF (1296KB) ( 822 )

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法诺共振是物理体系中普遍存在的一种非对称共振现象，它最早起源于量子物理，其微观图像是原子谱线中窄的分离态与宽的连续态之间的相干干涉.本文利用经典力学体系中两个弹簧振子的耦合，使其中一个弹簧振子受到周期性外力的驱动，成功类比了量子力学中的法诺共振现象.通过分析每个弹簧振子的动力学方程，严格求解它们的振动公式，从而得到每个弹簧振子的振幅和位相与外部驱动力频率之间的关系.结果表明，耦合体系中受外力驱动的那个弹簧振子既可以发生非对称的法诺共振，又可以发生对称的洛仑兹共振，而另一个弹簧振子只能发生洛仑兹共振.本文的推导与分析能够使读者更好

地理解法诺共振现象及其激发条件.

繁星无法超越———三体问题溯源

邵瀚雍

2021, 40(01): 60-65. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200077

摘要 ( 2251 )

PDF (1915KB) ( 893 )

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三体问题是一个困扰学术界多年的难题. 自牛顿在《自然哲学的数学原理》中首次定义三体问题开始，人们已经在

这个问题上努力了300 年之久. 欧拉和拉格朗日先后研究了一些较为简单的三体系统问题，而庞加莱首先考虑了限制性的三

体问题，但发现其轨迹十分复杂而无法描绘. 他转而证明了三体问题不存在解析解，并着手创立了一门崭新的学科———非线性动力学. 充满生命力的非线性动力学或能为人们解决这个问题提供不同的思路.

论范德瓦尔斯a 和b 参数与温度的关系

张子奕, 李心宇, 王鑫, 刘全慧

2021, 40(01): 66-69. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200208

摘要 ( 3584 )

PDF (1103KB) ( 2244 )

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范德瓦尔斯方程中a、b 参数是否与温度相关，不但不同文献中的说法互不相同，而且有同一文献前后的结论相互矛

盾.本文分析了这个令人迷惑的问题.在热力学中a 和b 参量被处理为与温度无关，它仅仅在临界点附近有效并可以把范德瓦

尔斯方程表述为对应态定律; 在更加广泛的温度区间a、b 参量和温度有关，但是范德瓦尔斯方程却丧失了其独特性.统计物理

文献把a 和b 参量处理成为位力展开的一种拟合方程，发现一般情况下两个参数都依赖于温度，仅仅在特殊情况下和温度无

关，以说明对应态定律成立的条件.热力学和统计物理关于a 和b 参量是否依赖于温度相互矛盾的表述，源于这两个理论中范

德瓦尔斯状态方程适用范围不同.

C₆₀ 点阵结构排列的三维点电荷系中心轴线上电场强度

金丽珍, 吴显丽, 王行乐, 陈昊, 谢建平

2021, 40(01): 70-74. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200280

摘要 ( 951 )

PDF (1100KB) ( 328 )

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通过叠加性原理计算了采用富勒烯C60点阵结构排列的三维点电荷系中心轴线上电场强度分布.计算分别给出以下

两种电场强度分布情况: 1) 选取中心轴线从C60点阵结构中心指向顶部的五边形中心; 2) 选取中心轴线从C60点阵结构中心指

向顶部的六边形中心.计算结果表明，球心( 原点) 处电场强度为零，两种情况下中心轴线上电场强度分布不同，但两者轴向上

电场强度极大值距中心的距离相等.

项目化学习下CUPT 备赛模式与实践 ———以南京师范大学队为例

周洋平, 钟鸣, 陆建隆

2021, 40(01): 75-79. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200030

摘要 ( 1433 )

PDF (1271KB) ( 495 )

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在中国大学生物理学术竞赛( CUPT) 10 年的关键性时间节点，本文介绍了以南京师范大学CUPT 代表队10 年备赛

经验所形成的备赛模式，论述了南京师范大学以项目化学习理论( Project Based Learning) 为基础、依托CUPT 培养本科创新性

人才的实践探索，对备赛模式中的特色进行详细阐释，以期在已有模式及成果的基础上继续发挥CUPT 对本科创新性人才培养的积极作用.

光学萌芽时期的科学思维与中西文明对比

高绮妮, 郭政鑫, 邓浩仪, 欧阳敏

2021, 40(01): 80-84. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200210

摘要 ( 1580 )

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围绕科学教育的目的，通识课程“众说有光”模块基于中西方光学萌芽时期的发展史实现教学设计，引导学生了解

人类历史早期不同社会群体对光学基本问题从主观认识向客观理解的演变过程，探究该时期光学理论体系的发展状况，思考

中西文明对科学思维形成、研究方法演变等方面的影响，并从多学科的视角了解光学发展与人类文明的联系.

封面说明

陈晓林, 田光善

2021, 40(01): 85.

摘要 ( 658 )

PDF (955KB) ( 177 )

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今年是伟大的德国天文学家和数学家开普勒诞辰450 周年。本刊特以他的肖像和以他的名字命名的描述太阳系行星运动的三大定律作为封面，致以

敬意。

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