大学物理

利用费曼路径积分理论分析多光子干涉

王瑞敏, 刘丹东, 徐忠锋

2021, 40(5): 1. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200515

摘要 ( 1123 )

PDF (341KB) ( 608 )

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将费曼路径积分理论引入量子力学教学，用来分析光子干涉现象.对非简并的两光子和三光子干涉的关联函数进行了推导，并对干涉结果进行了模拟. 模拟结果显示，非简并的多光子干涉是多光子聚束和量子拍效应叠加的结果.

用电阻定义式求特殊电容器直流电阻

黄绍书, 冯俊杰

2021, 40(5): 5. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200429

摘要 ( 1058 )

PDF (576KB) ( 332 )

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在电子线路工程及其教学过程中，都需要对电容器的直流电阻进行计算.然而，对一些特殊形状的电容器的直流电阻计算，普遍采用的电流密度法是比较麻烦的.本文根据电阻定义式，结合电阻的串联和并联的简洁关系，简单明了地对球冠形电容器、柱冠形电容器和正多棱柱形电容器等的直流电阻进行了计算，并给出相应的定量表达式.

原子中电子的四个量子数

黄永义

2021, 40(5): 8. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200272

摘要 ( 2228 )

PDF (397KB) ( 780 )

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较详细地阐述了原子中电子的 4 个量子数的来源，简要介绍了原子的电子壳层结构和泡利不相容原理.

物理学中常用的高斯与类高斯型积分

王蒙, 陶俊琦, 程剑剑, 郑华

2021, 40(5): 13. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200268

摘要 ( 2735 )

PDF (317KB) ( 1191 )

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本文展示了基于大学数学基础对不同积分限的高斯与类高斯型积分的求解方法，并列举了高斯与类高斯型积分在“热力学与统计物理”、“光学”、“量子力学”、“量子光学”等物理学科中的若干应用实例.

利用箔式应变片测量金属丝杨氏模量

郑雪丽, 邱丽, 汪涛, 沈靖皓, 雷迪, 李巧梅, 杨骏骏

2021, 40(5): 20. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200334

摘要 ( 1412 )

PDF (737KB) ( 623 )

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杨氏弹性模量测量实验是各高校必开的经典物理实验之一. 现阶段各高校实验中大

都采用镜尺组测量杨氏模量，提出用箔式应变片测量杨氏弹性模量，该方法将电学和力学知识结合在一起，增强学生综合实验能力，提高创新意识.

在测量时先采用精密位移平台定标，然后测量加力后惠斯通电桥输出电压值. 测量数据和数据处理结果表明方法稳定性好、精度高，适合运用到实际教学中.

双差分霍尔法微位移测定金属线胀系数

张文昭, 唐鑫凌, 刘志壮, 王飞, 周旺, 李湘民

2021, 40(5): 24. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.190540

摘要 ( 1005 )

PDF (457KB) ( 420 )

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金属线胀系数是金属的重要性能参数，精密测定其线胀系数在机械制造方面意义重大.本论文采用 4 个线性霍尔元件和 3个仪表放大器构成双差分微位移传感器，采用该传感器测定金属的线胀系数.实验结果表明该传感器灵敏度高，线性度好，测量误差在±0.4%.

基于机器视觉的干涉条纹检测

王叶, 谢雷

2021, 40(5): 28. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200332

摘要 ( 1565 )

PDF (800KB) ( 794 )

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基于机器视觉系统 OpenMV，以迈克耳孙干涉仪干涉条纹为研究识别对象，根据光源相干性及干涉条纹动态特性，提出基于灰度采样统计的干涉条纹识别检测算法( 干涉条纹同心形态搜索算法) ，运用 MicroPython 或 Python 语言编制实时检测程序，运行结果表明仿真和真实干涉条纹都得到了可靠的检测，精度为 0.5个条纹，并且测量不确定度主要由算法制定的此条纹检测精度引起，证明了干涉条纹机器视觉检测方法和技术的有效性.基于机器视觉系统 OpenMV，以迈克耳孙干涉仪干涉条纹为研究识别对象，根据光源相干性及干涉条纹动态特性，提出基于灰度采样统计的干涉条纹识别检测算法( 干涉条纹同心形态搜索算法) ，运用 MicroPython 或 Python 语言编制实时检测程序，运行结果表明仿真和真实干涉条纹都得到了可靠的检测，精度为 0.5

个条纹，并且测量不确定度主要由算法制定的此条纹检测精度引起，证明了干涉条纹机器视觉检测方法和技术的有效性.

影响石英单模光纤数值孔径测量的因素及分析

廖红波, 李多

2021, 40(5): 33. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200395

摘要 ( 1290 )

PDF (899KB) ( 472 )

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本文采用远场光斑法和光强法测量了石英单模光纤的数值孔径. 实验结果表明，由光纤耦合条件不同导致的光斑形状变化，对数值孔径的测量影响不大，单模光纤的纤芯直径小，导致出射光存在较强的衍射现象，对数值孔径的测量造成较大的影响，无论采用光斑法还是光强法，需以衍射第 1 次极大为计算标准，尽量选择光斑中心为亮斑时测量其数值孔径. 此外，用远场光斑法进行测量时，观察屏到光纤的距离要合适，太短或太长都会增加实验误差.

利用光纤马赫曾德干涉仪对金属腐蚀速率进行测量

刘晓颀, 高艺, 刘海锋, 张勃, 刘波

2021, 40(5): 37. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200211

摘要 ( 1139 )

PDF (1028KB) ( 334 )

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为了提高对金属腐蚀过程的监测精度，缩短腐蚀过程的实验时间，本文利用所设计的光纤马赫曾德干涉仪( MZ) 的高灵敏度，对 0.5wt% 的 NaCl

溶液在腐蚀不锈钢材料过程中等效折射率的变化进行分析，得到 2 mL 0.5wt% 的 NaCl 溶液，检测到条纹移动的最快速率为-9.32 $10-² nm / s，产生的光谱峰值变化为 -3.93 $10-² dB / s，腐蚀速率呈现先增加后减小的趋势.由于采用电化学方法加速腐蚀过程，可在一分钟内对腐蚀过程进行监测，并可推广至其他金属材料.本实验可以作为金属线胀系数实验的延伸实验或创新设计实验.

回音壁模式光学谐振腔研究进展

杨柳, 庄永勇, 刘阳, 胡庆元, 徐卓, 魏晓勇

2021, 40(5): 41. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200209

摘要 ( 1663 )

PDF (2486KB) ( 1671 )

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近些年来，回音壁模式光学谐振腔因其超高的品质因数、极小的模式体积，引起了各国学者的广泛关注，在民用以及军用器件方面都发挥了重要的作用.目前，对回音壁模式光学谐振腔的研究主要包括微波光子学，非线性光学以及惯性导航器件等.本文对当前各国学者在回音壁模式谐振腔方面的研究情况进行了汇总和总结，将从 6 个方面对其进行论述: 特性参数、材料选择、光耦合、形状、应用以及展望.旨在给出回音壁模式光学谐振腔发展到今天取得的成果、遇到的挑战及今后的发展方向.

大学物理随堂教学效果评价实用方法

张峰强, 高翔, 张红洋, 李贵安

2021, 40(5): 55. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200256

摘要 ( 1061 )

PDF (166KB) ( 703 )

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当前的线上教学暴露出在线教学的形成性评价亟需完善等问题，学生课前预习和课上学习的情况不能得到及时反馈，阻碍了教师针对性教学和学生自主学习.本文提出一套随堂教学效果评价实用方法. 通过设计客观合理的课前、课后测试卷，借助“雨课堂”在线平台进行简便高效的随堂测试，帮助教师及时掌握每位学生的预习和课上学习效果，从而有助于教师在课上、课后的针对性教学.同时也帮助学生及时发现各自预习和课上学习的不足，有利于学生针对性地听讲和复习，激发自主学习的动力.

停课不停学上好每节课

陈伟丽, 慕利娟, 牛金艳, 刘佳, 武晓霞

2021, 40(5): 60. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200250

摘要 ( 719 )

PDF (1333KB) ( 264 )

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疫情防控期间，以“停课不停学、学习不延期”为目标，研究制定以学生为主体、以网络平台为载体的教学计划，上好每一堂课，达到促学、督学及乐学的目标.

刚体一般运动的描述

邵瀚雍

2021, 40(5): 62. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200405

摘要 ( 1484 )

PDF (543KB) ( 584 )

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刚体的一般运动是刚体运动学中最复杂的一类运动，其求解通常需要借助欧拉定理或沙勒定理. 通过这两个定理，我们可以把刚体的一般运动分解成较简单的定轴转动和平动. 本文主要应用代数理论中的正交矩阵描述刚体的运动，并用代数语言分析了定点转动的本征问题，证明了欧拉定理. 随后，将刚体的定点转动进行分解，并给出了物理图像和推导结论，完成了对刚体复杂的一般运动的简单描述.

北航沙河校区土壤中⁴⁰ K、²³⁸ U、²³² Th 相对含量的实验测量

司大伟, 孙保华

2021, 40(5): 67. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200325

摘要 ( 1202 )

PDF (607KB) ( 334 )

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环境中天然伽马射线主要来源于⁴⁰ K 以及钍系、铀系和锕系. 通过探测伽马射线来识别放射性核素并得到它们的相对含量，是核科学与核技术中的一个重要方法. 利用高分辨的高纯锗探测器，北航以及国内部分高校已开设了鉴别环境中放射性核素的实验. 在此基础上，本文进一步利用特征 γ 射线与递次衰变规律，对北航沙河校区土壤中的⁴⁰ K、²³⁸ U 和²³² Th 的相对含量进行了测量，结果与普查数据一致.

托马斯效应的简单诠释

杨一, 李秀玲, 罗成林

2021, 40(5): 71. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200466

摘要 ( 2738 )

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托马斯进动的发现对电子自旋概念的确立有重要意义. 然而，其物理图像及结论多是采用洛伦兹变换进行连续微分推导而出，过程较为繁杂，掌握难度也较大，在原子物理学教学过程中很难描述. 本文通过狭义相对论中长度在运动方向缩短的概念，从电子绕行原子实一周时，在原子实坐标系和电子随动坐标系中最终角度差的积分效应出发，非常简单的论证了 1 /2 的托马斯进动因子，其物理图像清晰，易于被学生理解和掌握.

再谈“PT 对称的非厄米体系的能谱性质”

闫茂玉, 陈兵

2021, 40(5): 75. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200360

摘要 ( 1419 )

PDF (662KB) ( 430 )

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本文详细讨论了具有 PT 对称的一维量子系统虚数势对能谱的影响，补充了《大学物理》2018 年第 3 期《PT 对称的非厄米体系的能谱性质》一文在系统维度为奇数情况下的结论.

封面说明

陈晓林, 田光善

2021, 40(5): 78.

摘要 ( 542 )

PDF (955KB) ( 133 )

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开普勒诞辰

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