大学物理

固体物理教学的若干思考Ⅱ: 磁学前沿案例

袁喆

2021, 40(4): 1-5. doi:10. 16854 /j. cnki. 1000-0712. 200451

摘要 ( 1275 )

PDF (452KB) ( 772 )

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固体物理学是物理学本科教育的一门核心课程，其内容紧密联系凝聚态物理研究前沿. 在教学中引入适当的前沿

进展，可以拓展学生的学术视野，激发深入学习和参与研究的动力. 本文结合固体物理中的铁磁性章节，选择铁磁金属中磁畴

壁导致的电阻作为一个典型案例，引导学生整合能带论、微扰论和输运现象等基础知识，分析磁畴壁中的自旋相关输运问题，

从而将自旋电子学的前沿研究融入固体物理教学中，为打造具有高阶性、创新性和挑战度的固体物理课程提供参考.

对“入射粒子能量为阈能时的核反应是完全非弹性碰撞”的更一般性证明

苏国珍

2021, 40(4): 6-7. doi:10. 16854 /j. cnki. 1000-0712. 200221

摘要 ( 1378 )

PDF (218KB) ( 463 )

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给出“入射粒子能量为阈能时的核反应是完全非弹性碰撞”这一结论的更一般性证明

麦克斯韦速率分布的特色推导方法

冯仕猛

2021, 40(4): 8-10. doi:10. 16854 /j. cnki. 1000-0712. 200485

摘要 ( 2619 )

PDF (253KB) ( 1281 )

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大学物理教学的一个基本点是培养学生的空间想象力. 麦克斯韦速率分布律是气体分子运动论的中心内容，是大

学物理气体运动理论中讲授的一个难点，其公式抽象、繁难，学生不易理解. 本文根据速度空间概念，给出速度球的表面积相

当于气体分子微观状态数的观点，利用拉郎格日函数，推导理想气体平衡态下气体分子的速率分布函数. 这种推导方法相对

比较简单、易学，便于学生理解和培养学生的空间想象力.

原子质量对一维三原子链色散关系的影响

赵远, 胡建民, 王月媛, 牛丽

2021, 40(4): 11-14. doi:10. 16854 / j. cnki. 1000-0712. 200407

摘要 ( 1907 )

PDF (737KB) ( 485 )

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本文采用数值分析方法研究原胞中原子质量对一维三原子链色散关系的影响，建立了频谱宽度和频率禁带宽度随原子质量变化的基本规律.

结果表明，在原胞内只有一个原子质量发生变化的情况下，声学波频谱宽度随任一原子质量的增加而减小，光学波的频谱宽度随小原子质量的增加而增大，随大原子质量的增加而减小;两个频率禁带均随小原子质量的增加而变窄，随大原子质量的增加而增宽; 随中间原子质量的增加，低频光学波和声学波间的频率禁带逐渐变窄，而高、低频光学波间的频率禁带逐渐增宽.相关结果可为晶体带通滤波器设计提供理论依据.

横卧式杨氏模量与组装台秤实验仪的设计

李成龙, 常芳锦, 寿化杰, 沈祺凯

2021, 40(4): 15-18. doi:10. 16854 /j. cnki. 1000-0712. 200015

摘要 ( 1288 )

PDF (699KB) ( 373 )

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通过对横向放置的钢丝进行受力分析，推导出其杨氏模量的测量公式，进而运用该公式对其杨氏模量进行实验测

量. 再用该杨氏模量值作为已知参数，利用该钢丝作为压力的应变传感器件，反向设计出一款简易台秤，推导出其测量公式，

并用来测定未知物体的重力. 此设计将传统的验证性实验项目拓展改进成设计性实验项目，减小了原实验误差，丰富了实验内容.

器壁旋转模式下液体平衡状态的分析

雷奕, 石立红, 张俊成, 潘建澎

2021, 40(4): 19-21. doi:10. 16854 / j. cnki. 1000-0712. 200143

摘要 ( 1535 )

PDF (585KB) ( 243 )

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基于器壁带动液体旋转稳定后形成的抛物面，推导出器壁斜率为 K( K≠0) 时的恒等式. 得出 K→∞

时，随着转速增加，液位的变化是无限的，液位的上升高度与下降深度恒相等，旋转抛物体与同底同高圆柱体积关系为定值; 当 K>0

时，容器为上大下小的圆筒，旋转抛物面导致的液位变化是有限的，存在的极限值为槡3 +1，当液体旋转角速度超过临界角速度时，旋转

液面分为中部的抛物面和边缘增长的水膜两部分.

一种正三角形结构的双光束干涉装置

周国全

2021, 40(4): 22-26. doi:10. 16854 / j. cnki. 1000-0712. 200135

摘要 ( 2687 )

PDF (557KB) ( 874 )

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依据波动光学的原理，介绍了一种能产生双光束干涉现象的正三角形干涉装置，解析推导并分析了该干涉结构发生等倾干涉的条件及干涉斑纹的分布规律;

同时讨论了这一光学干涉结构的可能应用，及其对光学干涉的教学研究的补充与辅助作用.

结合有效介质理论的乳状液太赫兹光谱分析

李超, 秦凡凯, 孟昭晖, 陈儒, 杨颀, 杨义勤, 苗昕扬, 赵昆, 詹洪磊

2021, 40(4): 27-31. doi:10. 16854 / j. cnki. 1000-0712. 200314

摘要 ( 1459 )

PDF (1477KB) ( 361 )

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原油乳状液对原油的长距离输运具有重要影响，乳状液的油、水状态及相互作用机制还需新理论和新方法获得新认识，基于有效介质理论，本文研究了原油乳状液太赫兹光谱响应特征. 通过太赫兹时域光谱系统测试得到了含水率为 0 ～ 28 % 的原油乳状液的太赫兹时域光谱，结合傅里叶变换计算了吸收系数和介电常数等光学参数，同一频率下吸收系数等光学参数随含水率增加而增大. 样品的实际介电常数与 Bruggeman 理论计算的介电常数一致，最大误差率低于 3 % ，说明含水率较小时，水分散在原油中，微粒间的距离较大，微粒间的相互作用力较小，随着含水率增加，水相和油相混合分布，微粒间的距离会变小，微粒的相互作用力会变大. 因此，有效介质理论对乳状液的太赫兹光谱研究具有重要意义.

大学物理“对分课堂”教学模式实践探索

秦丹, 邢娟, 李光仲, 花贵原, 战丽波, 闫鹏

2021, 40(4): 32-36. doi:10. 16854 / j. cnki. 1000-0712. 200276

摘要 ( 1466 )

PDF (353KB) ( 647 )

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随着社会发展对人才需求的变化，许多高等院校结合专业胜任能力培养，修订了人才培养方案. 学时、学情等变化使传统的大学物理教学模式难以有效保障人才培养质量. 本文针对教学中存在的问题，尝试运用对分课堂教学模式，改革大学物理课程教学，从教学内容、教学目标、教学资源和手段、教学活动、教学评价等方面设计了多项教学措施，并采用调查问卷对教学效果进行了评估，结合教学反思，展望了后续改革方向.

电动力学课程思政建设的思考与实践

刘晓军, 张鑫悦

2021, 40(4): 37-39. doi:10. 16854 / j. cnki. 1000-0712. 200251

摘要 ( 2170 )

PDF (120KB) ( 539 )

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开展专业课程的思政建设是当今教育领域的一个重要的研究问题，本文结合物理学专业的电动力学课程进行课程思政建设的研究和实践，有机结合课程内容和特点，挖掘课程思政元素和切入点，通过教学实践初步取得教学效果，对理科专业课程思政建设起到积极的借鉴和推动作用，真正做到课程育人，发挥课程应有的作用，并提出总结和展望.

“物理学史和物理学方法论”课程思政教学探索

张晓磊, 张乐, 张钰伊, 卞亚杰, 尹亚玲

2021, 40(4): 40-44. doi:10. 16854 / j. cnki. 1000-0712. 200340

摘要 ( 2047 )

PDF (207KB) ( 362 )

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本文从华东师范大学“物理学史和物理学方法论”课程的教学出发，立足“科学精神和人文素养”的课程基础，通过涵盖“学科历史与思想方法”的教学章节，以期达成“授业解惑和传道育人”、融合思政意识的教学目标. 本文希望基于科学与人文的融合，来实践“立德树人”的理念，对于理科院系开展课程思政的建设具有一定的参考和借鉴价值.

新工科背景下的大学物理课程建设与实践

王晓鸥, 张伶莉, 袁承勋, 王先杰, 靳辰飞, 张宇

2021, 40(4): 45. doi:10. 16854 / j. cnki. 1000-0712. 200412

摘要 ( 1922 )

PDF (837KB) ( 995 )

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大学物理作为工科专业的重要基础课程，在发展“新工科”教育，培养“新工科”所需的具有国际竞争力的复合型人才方面具有重要的不可替代作用. 哈工大大学物理教研室于 2018 年秋季学期开始按照“新工科”建设人才培养工作的新要求，对大学物理课程，从课程体系、教学内容、教学模式等方面进行了全面深入的改革，经过近 2 年的教学实践取得了良好的效果.

基于现代信息技术的大学物理形象化教学

覃方丽

2021, 40(4): 50. doi:10. 16854 / j. cnki. 1000-0712. 200200

摘要 ( 1348 )

PDF (1567KB) ( 266 )

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现代信息技术为实现大学物理形象化的课堂教学提供了手段. 本文给出了手机、数值模拟、现代智能设备、动画制作平台等相关现代信息技术形象化表达物理知识的实例. 这有利于提高学生学习大学物理的兴趣，为大学物理形象化的课堂教学提供了参考.

“一核三阶六化三省”的大学物理在线教学设计与实践

姜海丽, 赵文辉, 孟霆, 赵言诚, 孙秋华, 刘艳磊

2021, 40(4): 53. doi:10. 16854 / j. cnki. 1000-0712. 200247

摘要 ( 1523 )

PDF (4105KB) ( 196 )

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本文对大学物理在线教学的设计进行了探索和实践，我校的大学物理在线课程依托雨课堂、智慧树等教学平台，构建了基于自主学习、以人才培养为核心线上教学模式. 通过课前预习、课中翻转、课后巩固三阶段，实现了育人同向化、教学精准化、难度阶梯化、研讨开放化、思维独立化、互动全员化的培养过程，通过平台数据、督学和学生反馈、教师互评进行反思和提升，形成基于自主学习的 “一核三阶六化三省”的在线智慧教学，实践证明这种教学设计推动了将课内和课外分开的教学格局转变成依托网络信息技术手段的课堂内外一体化建设.

大学物理线上教学经验总结及效果分析

徐义爽, 王刚, 徐婕, 穆春燕, 李徽, 杨广武

2021, 40(4): 60. doi:10. 16854 / j. cnki. 1000-0712. 200369

摘要 ( 2348 )

PDF (1047KB) ( 1128 )

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本文基于模块化思想，分七步设计教学环节，加强课堂互动、学生应用知识能力的培养和思政教育. 采用腾讯课堂和云班课相结合的方式进行网络直播授课. 课堂管理采用多元模式，通过邀请辅导员共管、引入容错机制、关注学生情绪变化等措施提高学生的课堂参与度，平均出勤率达到 98% . 考试基于超星学习通，以大题量开卷考试的形式进行. 将近三年线下考试与本学期线上考试的学生成绩进行对比，发现本学期学生的成绩分布更合理，说明线上教学具有一定的优势.

三线摆的运动方程、周期及角位置概率分布

吴明珏, 王顺宇, 李俊, 夏雪连, 章礼华

2021, 40(4): 64. doi:10. 16854 / j. cnki. 1000-0712. 200296

摘要 ( 3916 )

PDF (434KB) ( 1991 )

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基于保守系统拉格朗日方程给出三线摆在大摆角运动时的微分方程，以及小摆角线性振动近似处理方法，在考虑三线摆的结构尺寸取相应近似条件下，讨论了三线摆在大摆角和小摆角两种不同情况下的运动微分方程、周期及角位

置概率密度分布情况及其在实验中的应用

驱动马达定向运动的随机动力学模型

杨紫贝, 邱星, 陈巧妮, 王海燕

2021, 40(4): 68. doi:10. 16854 / j. cnki. 1000-0712. 200244

摘要 ( 1523 )

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本文在非对称周期势中考虑驱动马达的机械化学耦合，基于布朗马达的工作原理，利用 MATLAB 数值模拟驱动马达在一定实验条件下的运动特征.

我们首先模拟了单个驱动马达的位移和速度随时间变化的图像，然后分别计算了多个驱动马达运动的平均速度，最后计算了不同负载力条件下马达运动速度的系综平均值.模拟结果表明驱动马达在定向运动中存在等待态和行走态，行走步长约为 8. 2nm，且马达运动具有一定的随机性. 通过与实验比较，发现模型计算结果与实验吻合.

从简单模型入手探究陀螺仪在磁场中的减速问题

冯鑫, 范弘杰, 程玉锟, 赵伟, 陶小平, 浦其荣, 赵霞, 张增明

2021, 40(4): 72. doi:10. 16854 / j. cnki. 1000-0712. 200254

摘要 ( 1490 )

PDF (1763KB) ( 718 )

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2019 年中国大学生物理学术竞赛中，非铁磁性导体材料制的陀螺仪在磁场中减速问题的研究没有限定任何具体参数，不易根据麦克斯韦方程得到全面统一的答案. 本文从无限长导体圆柱模型入手，通过合理的近似，推导得到了陀螺仪转轴与磁场方向垂直和平行两种条件下，电磁阻力矩与磁感应强度、角速度、电导率等参数依赖关系的表达式，进而给出了磁场方向相对陀螺仪转轴任意取向时陀螺仪减速阻尼系数满足的一般关系，并通过量纲分析验证了公式的合理性. 实验部分设计引入直流电动机提供驱动转矩，分析测量数据可以证明，基于基本模型得到的电磁阻力矩公式可以较为准确的描述实际的陀螺仪减速过程.

低功率激光热透镜效应的模拟及研究

郭政鑫, 高绮妮, 范紫萍, 陈清楠, 郑博为, 彭力

2021, 40(4): 79. doi:10. 16854 / j. cnki. 1000-0712. 200306

摘要 ( 1127 )

PDF (1647KB) ( 153 )

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与高功率激光相比，低功率激光更安全，其热透镜效应对激光功率变化更敏感，更适合用于实验教学. 本文利用有限元法模拟低功率激光的热透镜效应，模拟介质温度场和等效热透镜焦距，定量探究低功率激光热透镜焦距与激光功率以及介质热吸收率、厚度的关系. 模拟结果与实验数据符合良好，为探究低功率激光热透镜效应实验提供理论依据.

封面说明

陈晓林, 田光善

2021, 40(4): 80.

摘要 ( 543 )

PDF (955KB) ( 95 )

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开普勒诞辰

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