大学物理

量子速率极限时间

徐凯, 张国锋

2021, 40(10): 1. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210015

摘要 ( 1035 )

PDF (174KB) ( 750 )

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系统从初始态演化到目标态所需要的最短时间被定义为量子速率极限时间. 此概念可以被用来估量由给定量子态到期望目标态的最大演化速率. 本文主要回顾了从封闭系统量子速率极限时间过渡到开放系统量子速率极限时间的发展历程，并讨论了非马尔科夫环境对开放系统量子速率极限时间的影响. 希望能对今后量子速率极限时间的发展有所帮助.

参量改变对正方晶格纳米岛极化强度的影响

陈胜, 卢俊邑, 滕保华

2021, 40(10): 5. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210233

摘要 ( 718 )

PDF (299KB) ( 191 )

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基于横场 Ising 模型，利用费米型格林函数的通常退耦合近似( MFA) 和高阶退耦合近似，研究了自旋为 1 /2 的正方晶格纳米岛的相变性质.极化强度计算表明: 在初始自旋取向随机时，可能产生多解及伪解，从而展现出非常规结果，即可重入现象.而利用高阶退耦合近似不但可以解释更为丰富的相变现象，同时绝大部分情况下高阶退耦合近似方程组仅有唯一解，可以很好地避免伪解的产生.另外 JS / J 是造成极化曲线出现阶梯形状的主要原因，但高阶退耦合近似加大了各参量之间的联系.

时空图法解运动介质表面的反、折射问题

许广智, 李一杰

2021, 40(10): 9. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210074

摘要 ( 800 )

PDF (584KB) ( 388 )

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应用时空图法研究光以任意角入射到运动介质表面时沿光线方向的反、折射规律.讨论介质运动速度、界面角度、入射角度对反、折射光线方向的影响.给出低速近似下，反、折射光线方向、频移大小的普遍公式.

KF 分子在外电场中的物理性质研究

郑敬严, 布玛丽亚·阿布力米提, 向梅, 王兴晨, 安桓

2021, 40(10): 14. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210177

摘要 ( 824 )

PDF (317KB) ( 132 )

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为了研究氟化钾的物理性质，本文采用密度泛函理论和含时密度泛函理论 LSDA 方法在 6- 311G 基组水平上，研究了KF 分子在不同外加电场( -0.02 ～ 0.02 a.u.) 下的键长、能量、电荷分布、能级分布、能隙、红外光谱以及激发态的变化规律.结果表明，外加电场对 KF 分子的结构有较大影响，随着 Z( F-K 键) 方向外电场的增加，KF 分子的键长以及电偶极矩一直减小，总能量一直增大，能隙 EG 先增大后减小，同时 KF 红外光谱的最强峰发生蓝移，前 10 个激发态发生红移，另一方面，随着电场强度的增大，KF 分子解离能增大，反之解离能减小.

论角动量的态空间

闫二斌

2021, 40(10): 18. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210071

摘要 ( 967 )

PDF (182KB) ( 1989 )

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对于自旋量子数为二分之一的自旋角动量态空间中的任何一个纯态，皆可找到自旋角动量在某一个方向上的分量算符，使得此纯态是这个分量算符的本征态.但是对于量子数为 1 或更大的角动量的态空间中的纯态，发现只有一部分态有相应的结论.由此便可把纯态分为两类.进而可对这两种不同的纯态的存在性、制备方法进行探讨.发现对于不能成为角动量某一方向上分量算符的本征态的态，没有很好的试验方法对其进行制备，这便为实验物理学家提出了一个棘手的问题.

若干 delta 势的薛定谔方程的傅里叶变换求解

熊路淋, 谭鑫, 罗光

2021, 40(10): 22. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210075

摘要 ( 1044 )

PDF (361KB) ( 607 )

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若干 delta 势约束下的薛定谔方程的求解问题，求解过程往往很繁琐.本文研究基于傅里叶变换法求解了若干 delta势作用下的定态薛定谔方程.首先针对单 delta 势约束下的薛定谔方程进行讨论，然后讨论双 delta 势下的方程的求解，进而讨论三 delta 势的方程的求解，最后分别针对奇数个和偶数个 delta 势阱讨论了若干 delta 势约束下的薛定谔方程的求解问题.

洛伦兹变换的低速近似

魏益焕, 齐晓华

2021, 40(10): 28. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200540

摘要 ( 1022 )

PDF (129KB) ( 515 )

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洛伦兹变换是狭义相对论的重要内容.一般认为，在低速条件下洛伦兹变换会化为伽利略变换.本文的研究表明，除了低速条件外，还需要对空间坐标加以限制条件 x＜＜ct·c /v．

由光速不变原理直接导出光行差公式

刘家明

2021, 40(10): 30. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200513

摘要 ( 1009 )

PDF (190KB) ( 377 )

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本文不使用洛伦兹变换，直接由光速不变原理导出光行差公式.此推导方法，与光速不变原理直接导出钟慢效应、尺缩效应有一些共通之处，可作为光速不变原理教学中的扩展讨论或课后练习.

凯特摆测重力加速度实验中的误区———以虚拟仿真实验为例

盛妍

2021, 40(10): 32. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210066

摘要 ( 2049 )

PDF (260KB) ( 395 )

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凯特摆测重力加速度是一种精确而巧妙的实验方法，本文从原理出发，以虚拟仿真实验为例，介绍凯特摆模型，归纳实验方法，指出一些常见的实验错误操作，并给出分析说明，旨在指导实验者重视实验原理的理解，避免走入实验误区.

大学物理设计实验: 李萨如图形演示装置研究

吴晗, 于瑶, 游胤涛, 唐永军, 张锦龙

2021, 40(10): 36. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210147

摘要 ( 2904 )

PDF (276KB) ( 1131 )

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本文介绍了一种大学物理综合设计性实验，自制李萨如图形演示装置. 首先理论上分析了由薄膜受迫振动形成李萨如图形的原因.

实验结果表明，李萨如图形的形状和大小会随着驱动声源频率的增加做周期性的变化; 最后根据测得的共振频率值计算出乳胶气球表面积扩大一倍时的等效表面张力值约为 46.00 N /m，表明该装置具有一定的实际应用性

基于 Tracepro 的周视瞄准系统虚拟仿真

徐海斌, 顾菊观

2021, 40(10): 40. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200547

摘要 ( 857 )

PDF (588KB) ( 221 )

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为了提升工程光学中棱镜、透镜转像功能知识的教学质量，本文利用 Tracepro 光学设计软件，对周视瞄准光学系统进行建模，实现了等腰直角棱镜和道威棱镜联合转动下图像的追踪，对图像在光学系统中传递的各个位置进行了观察，所获得图像与理论结果一致.

该虚拟仿真实验可以加深学生对棱镜、透镜转像功能及周视瞄准系统光学结构和工作原理的认识，提升课堂教学质量和效率，激发对光学系统设计研究的兴趣.光学虚拟仿真的广泛开展可以为丰富光学类课程线上线下教学提供有益的补充.

弗里曼·戴森: 不只是物理学家

胡雨宸, 陆建隆

2021, 40(10): 45. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210178

摘要 ( 1131 )

PDF (296KB) ( 543 )

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概述了美国物理学家弗里曼·戴森的生平经历和他作为物理学家、科普作家以及物理教育家的贡献与成就.戴森一生跨越物理、文学与教育三个领域获得沃尔夫奖、托马斯奖以及奥斯特奖，他是量子电动力学奠基人之一，他的科学自传《宇宙波澜》风靡世界，他将家庭与子女教育视为生命中最重要的事.本文通过介绍戴森的人生经历，概括他一生的荣耀与成就，纪念这位刚刚逝去的传奇大师.

解析游泳池中泳者“身首分离”的折射现象

邵云

2021, 40(10): 52. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210102

摘要 ( 1116 )

PDF (305KB) ( 241 )

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文章首先提出一种游泳池中泳者“身首分离”的折射现象，然后介绍了水下物点经水面折射成像的严格位置作为铺垫，利用平面几何与三角函数知识，推导出水下物点的像与物( 即泳者“身首”) 在观察者眼中的视觉分离距离函数，代入数据验证了实际观察.文章利用所推得的几个函数辅以作图，分析出水下像与物的视觉分离距离将随视角及观察者距离的增大而增大，但却随物点深度的增加先增加后减小直至趋于零.文章又对几个特殊的情形进行了讨论，同时指出本文中视觉分离距离的解析结果与数值求法各有其优势和局限性.

旋转纸牌轨迹的近似理论计算

朱世栋, 黎秋航, 侯吉旋, 陈乾

2021, 40(10): 56. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210097

摘要 ( 788 )

PDF (613KB) ( 770 )

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从刚体力学和空气动力学的角度，对 2020 年国际青年物理学家锦标赛的第 17 题“玩纸牌( Playing Card)

”进行了理论分析和一定的实验验证，计算出了一个水平扔出旋转纸牌的轨迹方程，并通过参数分析讨论了纸牌运动的一些规律.研究发现，影响纸牌运动的主要力是下表面的空气阻力，它一方面导致了纸牌的进动，一方面通过进动产生了三个方向的分力，从而影响了纸牌的轨迹.本文最后通过自主设计的纸牌发射器验证了理论的合理性.

基于蒙特卡罗方法模拟球面上 60 个点电荷的稳定态结构

周正, 严正, 李炜

2021, 40(10): 62.

摘要 ( 621 )

PDF (245KB) ( 174 )

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一般性地说，根据数学对称性可知，60 个带正电的点电荷在球面上所可能形成的数学结构有: 截角二十面体，即足球烯 C₆₀ 结构，小斜方截半二十面体结果和扭棱十二面体结构. 然而，在本文中，通过基于蒙特卡罗方法模拟，计算结果表明 60个带正电的点电荷在球面上所形成的结构并不是早先数学上根据对称性所给出的预期结构，而是一种全部由三角形组成的新的结构，它在能量上比其它 3 种结构的能量均要低. 因此，通过本文的研究，计算结果展示出 60 个点电荷在球面上可以形成另外一种新的结构，同时该计算模拟方法也可为后续利用基于蒙特卡罗模拟方法探索研究不同的分子结构的模拟提供一种新的技能以寻找可能存在的新的结构.

无力条件下的磁陀星扭曲磁场

张铭浩, 余聪

2021, 40(10): 66. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200542

摘要 ( 853 )

PDF (667KB) ( 725 )

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磁陀星是一类拥有极强磁场的特殊中子星，也是目前人类发现的宇宙中磁场最强的一类天体. 由于其磁场足够强，可以对壳层施加足够的应力导致壳层剪切，从而使磁场发生扭曲. 磁陀星外部磁层的行为由磁压所主导，等离子体压强可忽略不计，从而静力学平衡关系退化为洛伦兹力为零.本文尝试用无力磁场模型研究磁陀星磁场的扭曲，包括求解磁陀星外部磁场的变量分离的流函数解，给出磁感线的数值模拟结果以及磁感线偏转角、磁能的数值计算.

居家实验:“ 揉纸团”中的分形现象

罗洁, 钱钧

2021, 40(10): 73. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200522

摘要 ( 2578 )

PDF (267KB) ( 1091 )

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在疫情期间，我校大学基础物理实验课程开设了学生居家实验，其中“揉纸团”实验由于制备简单、测量容易，选做的同学较多.

本文讨论了“揉纸团”实验中的分形现象，引入内部无规则纸团中分形维数的定义，并通过实验测量了普通 A4 打印纸的分形维数，研究了不同纸张硬度以及纸张层数等因素对纸团分形维数的影响.

基于树莓派的单像素成像系统

何自豪, 韩佳成, 王琳淼, 赵天赐, 张素恒

2021, 40(10): 77. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210024

摘要 ( 1036 )

PDF (434KB) ( 367 )

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本文提出了一种基于树莓派的单像素成像系统.该系统以基扫描单像素成像技术为基础，以树莓派为核心，结构简单，成本低廉，可操作性强，非常适合应用于实验教学中.本文首先给出了基扫描单像素成像的原理，然后分别从硬件和软件两个方面对系统结构进行了详细介绍，最后展示了哈达玛和傅里叶单像素成像实验结果.本工作为开展光信息处理实验提供了一个新思路.

介子部分子分布函数的统计模型研究

谢修鹏, 吕准

2021, 40(10): 83. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.200537

摘要 ( 613 )

PDF (180KB) ( 155 )

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本文利用统计模型研究了K 介子和 π 介子的部分子分布函数. 通过从费米统计模型得到的介子中夸克分布函数的参数化形式，结合介子诱导的 Drell-Yan 实验数据抽取了 K 介子中 u 夸克的分布函数，获得了相应参数的取值. 抽取结果发现统计模型可以很好地描述 K 介子-核子 Drell-Yan 和 π 介子-核子 Drell-Yan 过程截面的比值，同时得到 K 介子中正螺旋度 u夸克的化学势小于 π 介子中正螺旋度 u 夸克的化学势的结论.

封面说明

陈晓林, 田光善

2021, 40(10): 86.

摘要 ( 387 )

PDF (955KB) ( 137 )

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开普勒诞辰

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