大学物理

提高线上物理教学质量需“钩玄提要”

包景东

2021, 40(6): 1. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210117

摘要 ( 850 )

PDF (782KB) ( 226 )

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本文以热力学与统计物理课程为例，探讨了线上教学这个挑战性问题.分为动机导向、案例探微、摘出纲要等三个进阶层级.学习和融入了费恩曼物理教育思想，分享了新近出版的《热力学与统计物理简明教程》(第二版) 的编写经验.

一道常见力学题的解

苏国珍

2021, 40(6): 5. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200346

摘要 ( 1014 )

PDF (861KB) ( 786 )

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对一道与简谐振动有关的力学题作深入分析，得到了之前文献中较少考虑到的一些解.

中子星的形成机理在固体物理教学中的应用

王拴虎, 田颖异, 王民, 代富平

2021, 40(6): 8. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200413

摘要 ( 903 )

PDF (805KB) ( 644 )

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本文在固体物理学关于电子色散关系和态密度讨论的基础上，研究了其电子在相对论和非相对论下色散关系的区别，正是这种区别导致了超大质量天体最终演化出现截然不同的结果. 该理论推导过程可以与固体物理学中电子行为的研究紧密联系起来，将之引入到固体物理的教学中，不仅可以加深学生对固体中电子行为的认识，还能拓展学生的知识，让其对电子的相对论行为有一定的认识.

利用速度相图法求解多次连续碰撞问题

李开玮

2021, 40(6): 11. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200420

摘要 ( 1330 )

PDF (764KB) ( 553 )

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在两物体连续发生多次弹性碰撞的问题中，分析与计算十分复杂，本文应用速度相图法探讨这一类问题，让物理过程清晰直观图像化，简化了这类问题的分析计算过程.

四个平行共轴等大载流方线圈磁场的均匀性分析

昝会萍, 张引科

2021, 40(6): 14. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200373

摘要 ( 1175 )

PDF (2511KB) ( 320 )

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匀强磁场广泛应用于科学研究和工程技术. 以毕奥-萨伐尔定律和磁场叠加原理为基础，建立了 4 个平行共轴等大载流方线圈磁场磁感应强度的表达式;

用泰勒级数展开方法，发现了线圈系统磁场均匀性最好的条件; 借助于数值计算，讨论了 3 种具体情况下线圈系统磁场的均匀性. 结果表明: 在最佳状态下，线圈系统能够在较大空间区域产生相对偏差小于0.01%、方向偏差小于 0.01 度的均匀性极高的磁场，并且磁场的均匀性和空间范围都明显优于方形亥姆霍兹线圈的磁场.

MATLAB 在量子力学学习中的应用

周群益, 莫云飞, 周丽丽, 侯兆阳

2021, 40(6): 19. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200527

摘要 ( 1726 )

PDF (1079KB) ( 834 )

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指出了《工科量子力学学习中的常用数学工具》一文中的一些差错，列出了正确的公式. 量子力学的公式比较多，解决计算问题的最佳工具应该是 MATLAB.用 MATLAB 说明了极限的算法，积分的算法，常微分方程的解法，狄拉克函数的表示和算法，伽玛函数和贝塔函数的用法，特殊函数的算法. 以一维线性谐振子为例，说明了 MATLAB 在量子力学中的应用. MATLAB 还能计算氢原子中电子出现的概率密度，并用图形表现出来.

时空图法在狭义相对论教学中的应用

许广智, 李一杰

2021, 40(6): 26. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200417

摘要 ( 1116 )

PDF (876KB) ( 491 )

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介绍狭义相对论中应用“闵科夫斯基时空图”进行定量计算的方法.导出速度叠加、多普勒效应、光行差等公式.

狭义相对论中质量与速度关系的特色推导方法

冯仕猛

2021, 40(6): 32. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200506

摘要 ( 2434 )

PDF (616KB) ( 689 )

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质速关系是相对论的一个重要结论，大多数教材均采用两个物体在发生完全非弹性碰撞的过程中，从不同参照系去看其速度变化来推导质速关系.本文利用狭义相对论时空的洛伦兹变换证明运动方向上力在两个惯性参照系中的不变性，然后直接利用牛顿第二定律推导出质量与速度的关系，这种推导方式相对比较简洁，利于低年级大学生的理解.

几何理解洛伦兹变换的时空内涵

张亮

2021, 40(6): 36. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200490

摘要 ( 1571 )

PDF (885KB) ( 585 )

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洛伦兹变换是狭义相对论的核心内容.理解并掌握其内含的时空变换规律，对进一步理解狭义相对论时空观具有十分重要意义.本文基于时空图的二维旋转变换，从几何上对洛伦兹变换中所包含的“钟慢尺缩”时空变换本质和光速不变性等条件进行解析.使学生能够更加直观去感受并理解洛伦兹变换，为后续课程学习打下基础.

物理摆系统大摆角运动的阻尼研究

康秀英

2021, 40(6): 41. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200529

摘要 ( 898 )

PDF (1313KB) ( 262 )

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本文从理论和实验探究了物理摆在大摆角情况下的非线性动力过程，考虑摩擦阻力和空气阻力的影响，研究了不同初始摆角和不同配重的物理摆的摆角和机械能随时间的衰减过程，对比数值模拟结果，给出了本物理摆系统转轴的摩擦系数为 0.025，空气阻力系数为 0.68. 研究结果将为轴承或铰链等类物理摆结构的动力学建模问题提供参考.

磁场强度波形畸变对交流磁滞回线形状的影响

吕庆荣, 冯双久

2021, 40(6): 45. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200424

摘要 ( 1984 )

PDF (1464KB) ( 464 )

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测量了软磁铁氧体环形样品在不同条件下的交流磁滞回线，发现磁滞回线形状随交流磁场强度 H 的幅值、频率而变化. 交流磁滞回线形状的变化是由于磁场强度 H 波形畸变造成的，在弱交变场下，当磁感应强度 B 作正弦变化时，磁场强度 H 也作正弦变化，此时磁滞回线形状为椭圆; 当磁场增强时，H-t 曲线发生了不同程度畸变，且磁场强度越强，H-t曲线畸变程度越严重，此时磁滞回线变弯变尖，呈胖 S 形. 通过理论分析及实验拟合对磁滞回线形状变化做出了解释.

斜航向上舰船感应磁性磁场分离方法讨论

郭成豹, 胡松, 王文井, 殷琦琦

2021, 40(6): 48. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200341

摘要 ( 906 )

PDF (1464KB) ( 393 )

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斜航向上舰船感应磁性磁场分离是舰船磁场分析中的一个难点. 针对舰船龙骨下方典型测量点上的磁场特征特殊形态展开分析，可方便明晰地解决这一问题. 根据相差 180°的两个航向上的磁场测量数据，可分离出舰船纵向和横向感应磁性磁场的总和.在舰船龙骨下典型测量点上，舰船纵向和横向感应磁性磁场总和的纵向和垂向分量来源于纵向感应磁性，横向分量来源于横向感应磁性. 最终，实现了斜航向上舰船纵向和横向感应磁性磁场的分离.

“电动力学”课程思政建设的思考

王振林

2021, 40(6): 53. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.210010

摘要 ( 1904 )

PDF (1283KB) ( 912 )

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本论文从“电动力学”理论建立的历程，诠释科学发展得益于社会整体的创新文化氛围，以及原始创新给科技带来

的巨大影响力和推动社会发展的现实意义，展示了“电动力学”所包含的探索自然科学精神和服务社会价值取向等丰富的思

政内涵. 最后，者从“传道、授业、解惑与立德”四个方面，着重阐述对“电动力学”课程思政的认识与体会.

思政教学结合同伴教学法融入大学物理实验的探索

陈峻, 朱道云, 庞玮, 吴肖, 唐靓

2021, 40(6): 57. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200371

摘要 ( 1161 )

PDF (835KB) ( 722 )

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本文将思政教学结合同伴教学法运用到大学物理实验课程之中，新的教学法能有效改善思政教学融入基础实验教

学难的问题，变传统灌输式教学为自主讨论式学习，大幅度提升学生的兴趣和学习效果. 这种思政教学结合同伴教学法问题

导向式教学，把社会主义核心价值观自然贯穿于整个教学之中，真正做到“润物细无声”.

“材料模拟与计算”教学模式改革实践

张鹏

2021, 40(6): 62. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.210007

摘要 ( 933 )

PDF (852KB) ( 186 )

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建设创新型国家，需要大力培养创新型人才.本文在物理专业课教学中探索出实践-理论-创新，简称PTI 线下教学

模式.该模式让学生从实践应用中感受理论的意义，然后通过理论学习提升实践的能力，再回到实践，做出创新成果.培养过程

不仅要关注课堂教学的形式和内容，还要将理论探讨拓展到第二课堂的科研训练，以二者的紧密互动实现学生创新能力质的

提升.自2017 年施行教改以来，本科生已在该模式下在校发表第一作者SCI 论文14 篇.实践证明，PTI 教学模式可快速提升大

学生的创新能力，为基础学科专业课教学指出了一条新的路径.

大学物理教学中思政要素的挖掘与融入

朱宪忠, 陈飞明, 冯存芳

2021, 40(6): 66. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200423

摘要 ( 2333 )

PDF (805KB) ( 962 )

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大学物理蕴含丰富的思想政治教育资源，如何挖掘这些资源并以潜移默化的方式作用于学生思想政治教育工作，

是物理教师迫切需要解决的问题. 本文根据大学物理课程内容，梳理了思政内容体系及其结构关系，体现了思政教育的政治

性和时代性. 提出了思政素材的两种挖掘方法，分析了物理学知识体系中重要思政素材的育人功能，为构建思政素材资源提

供基本思路. 本文还讨论了教学实施环节思政要素的融入方法，为实施隐性教学策略提供支持.

高频驱动条件下法拉第斑图生成的临界参数探究

严涵, 王伟, 周路群

2021, 40(6): 71. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200520

摘要 ( 780 )

PDF (1054KB) ( 292 )

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本实验研究在高频周期外力驱动下的黄原胶溶液系统中法拉第斑图的生成过程.实验结果表明，斑图生成的临界参

数最大驱动加速度Acc与驱动频率f 成准线性关系.进一步的半定量理论分析表明这一结果可能与粘滞导致的能量耗散以及外

界驱动的能量输入达到平衡有关. 溶液表面最大速率可能是影响斑图生成的关键特征量.

有限长螺线管磁场均匀性分布的理论分析和可视化研究

周晓妍, 刘世鯤, 张树甜, 孙敏, 陆健, 黄德财

2021, 40(6): 76. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.200496

摘要 ( 2515 )

PDF (1533KB) ( 1824 )

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采用毕奥-萨伐尔定律，应用矢量叠加原理，具体讨论了长度为L= 200 mm 的螺线管的磁场分布.首先推导了单个圆

形载流线圈的磁场在空间分布的积分公式，然后，利用Python 软件求解绘制出了磁感应线，与经典物理教材进行了对比，验证

了理论公式和数值计算的正确性.基于单个圆形载流线圈的结果，得到了有限长载流螺线管磁场全空间分布的理论公式，绘制

了相应的磁感应线分布图，详细讨论了线圈匝数密度、螺线管长度对磁场空间分布均匀性的影响.发现匝数密度大于1000 m-1

时，螺线管在-74 mm ≤ z ≤ 74 mm 范围内的磁场可视为均匀磁场.本文的结果为大学物理和大学物理实验教学提供了可靠、

直观清晰的素材.

推介两本科普著作

2021, 40(6): 81.

摘要 ( 496 )

PDF (676KB) ( 261 )

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晶体电光效应实验中偏振光干涉原理的定量诠释

杜博皓, 林星雨, 王菁

2021, 40(6): 82. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.190574

摘要 ( 936 )

PDF (1128KB) ( 488 )

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本文对晶体电光效应实验中偏振光干涉原理进行定量诠释. 借助折射率椭球和小角度近似，总结出会聚光入射下

相干级次与条纹位置和加载在晶体上的驱动电压之间的定量关系. 通过实验采集干涉条纹提取数据，验证了干涉级次和暗纹

与干涉中心距离平方的线性关系，不同驱动电压下，两者相关系数均高于0.99; 利用驱动电压和干涉级次的变化规律测得晶

体电光系数，与公认方法所获结果的误差约为1.45%. 本实验设计可加深低年级本科生对偏振光干涉理论知识的理解，丰富实

验内容.

封面说明

陈晓林, 田光善

2021, 40(6): 83.

摘要 ( 473 )

PDF (955KB) ( 143 )

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开普勒诞辰

当期目录