大学物理

关于量子力学原理的注记

杨师杰

2021, 40(11): 1. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210122

摘要 ( 1077 )

PDF (244KB) ( 662 )

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本文从高等量子力学的角度，讨论介绍量子力学的基本原理、基本概念、经典对应等，讨论了普朗克常量与表象变换的关系.

无限大非接地导体平板的静电感应

付全红, 郑建邦, 樊元成, 张富利

2021, 40(11): 5. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210041

摘要 ( 1212 )

PDF (239KB) ( 700 )

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利用静电场边值问题的唯一性定理，严格分析无限大非接地导体平板的静电感应问题，利用 COMSOL 多物理场仿真软件对理论计算结果进行验证.

单轴晶体中非寻常光的折射关系式及其应用

邢容, 朱湘萍, 韩鑫

2021, 40(11): 9. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210150

摘要 ( 961 )

PDF (205KB) ( 470 )

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本文利用惠更斯原理推得了光线自各向同性介质入射到单轴晶体边界面上时所产生的 e 光光线的折射关系式，并给出了相关各角度的符号规则.该关系式适用于光轴位于入射面内的各种情形. 运用此关系式，本文讨论了几种特殊情况，结果发现，与 o 光类似，若入射光线在入射面内绕入射点转动，那么 e 光也会发生相同方向的转动; 在特定条件下，e 光可以和入射光处于法线的同侧; 当光线垂直界面入射时，e 光光线存在最大折射角.

一维受迫谐振子的几何相位

孙玉明

2021, 40(11): 12. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210231

摘要 ( 911 )

PDF (197KB) ( 508 )

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结合幺正变换法和李代数法给出了一维受迫谐振子的一种简洁求解方法，并且简单讨论了量子态循环和非循环演化时的几何相位.

“韦氏摆”振动规律研究

姜付锦, 韩灿

2021, 40(11): 15. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210083

摘要 ( 2588 )

PDF (685KB) ( 1755 )

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本文先根据韦氏摆振动特点猜想其一种可能的振动模型，再由这种模型写出韦氏摆的动力学微分方程组，然后求解出振动的简正频率和振动的解析解，最后对解析解进行数值模拟并与实验数据进行比对，证明了猜想的合理性.

磁场安培力综合实验仪的研制

黄运米, 蔡建秋, 罗海军

2021, 40(11): 21. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210254

摘要 ( 844 )

PDF (638KB) ( 440 )

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传统磁场测量和安培力测量实验仪器是完全独立的，本文将 Arduino

单片机与霍尔传感器应用于大学物理实验，设计并制作一种可以测量载流圆线圈、亥姆霍兹线圈、螺线管等产生的磁场空间的分布且可对安培力大小进行定量研究的综合实验仪.磁感应强度和安培力大小可通过显示屏直接读出，方便快捷.

该综合实验仪拓展了研究磁场分布和安培力大小影响因素的实验教学内容，有利于加深学生对物理知识的理解，培养学生创新思维，激发学习物理的兴趣，培养创新型人才.

基于便携式课堂演示实验的大学物理教学探索与实践

秦哲, 杨广武, 胡雪兰, 陆小翠, 马增红

2021, 40(11): 26. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210026

摘要 ( 767 )

PDF (367KB) ( 617 )

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本文首先通过高校演示实验使用现状调查与分析，发现大部分理工类高校演示实验课时少，利用率低，达不到应有的教学效果.

其次提出一线教师应不断进行教学理念创新和实践，根据各院校自身教学特点，开发和设计便携式随堂演示实验仪，构建便携式课堂演示实验仪器体系，提升学生物理课堂学习效率.最后以笔者在波动光学“单缝衍射”教学过程中随堂使用便携式波动光学演示仪做为教学案例展示，阐述物理演示仪器在日常教学中对培养学生物理思维和创新能力的作用.

欧洲大学非物理专业的大学物理教学

李祖斌, 鄢小卿, 宋峰

2021, 40(11): 31. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210136

摘要 ( 756 )

PDF (228KB) ( 675 )

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在新时代新要求下，大学物理课程亟待改革. 欧洲作为现代大学的发源地，其课程设置是应予参考的范例.

本文调查了欧洲高水平大学中物理课程的设置和学分情况，统计结果显示，物理课程仍然是大部分学校、大部分理工类、学科的基础通识课程.针对不同学科，更加灵活、合理多样的课程设置可能是未来大学物理改革的方向.

课程思政在电磁场与电磁波课堂教学中的设计与实践

宋玲玲, 黄文

2021, 40(11): 36. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210201

摘要 ( 2130 )

PDF (448KB) ( 899 )

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本文基于专业基础课程“电磁场与电磁波”中高斯定理这一内容，开展了以“教”为主的教学活动设计，提出了引、立、破、拓、结 5 个教学环节，实现了知识传承、能力迁徙的教学构想.同时，从 3 个维度有机融入课程思政元素，不仅破解了决定立体角的大小、正负的关键要义、闭合曲面立体角的计算等教学难点，而且还引导学生多角度看问题，助推学生正确的人生观、价值观和世界观树立，实现了“在价值传播中凝练知识底蕴，在知识传播中实现价值引领”的课程育人目标.

疫情期间线上教学对混合式一流课程建设的启示———基于对学生学习体验数据的分析

车骁骑, 黄安平, 金硕, 陈子瑜, 叶展鸿

2021, 40(11): 41. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210209

摘要 ( 883 )

PDF (313KB) ( 466 )

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新冠肺炎疫情期间，线上教学作为应急教育策略，保证了教学工作的稳步开展.本文总结了北航物理学院在疫情期间线上教学的实践经验，分析了“学生线上学习体验”的调研数据及访谈内容.结果表明学生对线上线下两种学习模式的学习体验存在显著差异( 如师生互动频度、学习压力) ，并且这种差异会随着学习时间的推移发生变化. 学生高度认可线上教学交互环节的设计以及论文式等科学评价手段，并对返校后线上线下混合式教学模式充满期待.这场大规模线上教学实践在创新教学方法、提升学习挑战度、帮助学生实现自主学习的高阶目标等方面，都与一流课程建设的基本原则相契合，学生的反馈也为后续混合式一流课程的建设提供了重要参考.

利用手机传感器测定刚体的惯性张量

楼晨煊, 周婧琳, 郑雪瑶, 刘珂溦, 罗丹楠, 白在桥

2021, 40(11): 48. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210079

摘要 ( 965 )

PDF (375KB) ( 494 )

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利用手机陀螺仪传感器和 phyphox 软件，记录手机在空中自由旋转时的角速度曲线，根据质心系中的总角动量和机械能守恒，可以确定手机惯性张量的相对值. 在惯性张量的非对角元素为零的假设下，得到了对角元素相对值的解析表达式.如果考虑非对角元素，则可以用梯度下降算法求解，将结果代入欧拉动力学方程，验证了其正确性.

具有能量子库的活性布朗粒子的动力学研究

邱星, 杨紫贝, 夏诗琪, 王海燕

2021, 40(11): 53. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210014

摘要 ( 751 )

PDF (438KB) ( 294 )

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本文通过数值模拟研究了具有能量子库的活性布朗粒子动力学.首先，在自由场中，我们的计算表明活性布朗粒子不存在定向运动，而且均方位移随时间非线性变化. 其次，在谐振子势中，我们发现粒子的自由扩散受到了限制，但相同时间内，活性布朗粒子的扩散区域比被动布朗粒子大.最后，在非对称周期势中，我们计算了活性布朗粒子的位置分布，同时计算不同势垒高度下，活性布朗粒子平均速度随时间的变化，结果表明活性布朗粒子能否将储存子库的能量转化为定向运动依赖于势垒高度.

基于 LabVIEW 的电位差计虚拟实验系统

李文韬, 孙茜茜, 陆辰凌, 余茗舟, 张红光, 王增旭

2021, 40(11): 59. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210194

摘要 ( 978 )

PDF (791KB) ( 1252 )

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为了帮助学生进行线上物理实验课程的学习，同时实现实验操作的上机考试，在 LabVIEW平台上设计开发了“十一线电位差计测量电动势”的虚拟仿真实验软件，它完全仿真实际仪器，虚拟实验仪器的操作步骤与实验精度与教学使用的实验仪器一致，同时虚拟仪器配有操作提示和说明，帮助学生在电脑上进行实验原理和实验过程的预习和复习. 软件可完全脱离编程平台，可以在不需要预装软件的情况下在其他计算机上使用. 本文详述了虚拟仪器的设计方法和参数的选择依据，并提供了系统的编程框图.

相位型光栅的衍射及分光功能

邹意蕴, 林佳丽, 卢悦媛, 阎晓娜

2021, 40(11): 64. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210104

摘要 ( 3850 )

PDF (407KB) ( 1450 )

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利用相干叠加思想推导了平面波通过相位型光栅的衍射表达式. 结果表明，相位光栅衍射可以实现将最大衍射光强集中在具有分光功能的±1 级，克服了振幅光栅衍射中具有最大衍射光强的 0 级无分光功能的缺陷. 讨论了相位层引入的相位、光栅占空比对±1 级衍射光强的影响. 利用相干叠加思想得到的衍射公式物理意义明确，便于掌握，并可应用于其他衍射结构.

从波动光学角度解析彩虹

贾嘉琪, 黄振, 许清滢, 吴青林

2021, 40(11): 69. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210114

摘要 ( 1578 )

PDF (883KB) ( 717 )

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彩虹是一种常见的自然现象.在光学教学中，通常用费马原理推出彩虹角.而本文从波动光学出发探究彩虹的原理与特征，运用菲涅耳公式定量计算出主虹与副虹的光强，从而给出彩虹角的理论解释，并利用计算结果证明彩虹是高度偏振的部分偏振光.

蜃景形成的原理及实验验证

韩润泽

2021, 40(11): 74. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210046

摘要 ( 789 )

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本文研究了非线性折射率梯度流体中蜃景形成的原理. 基于菲涅耳定律建立了光路模型，在此模型基础上借助 Matlab 模拟出光路以及蜃景成像规律.配置了一种竖直方向上折射率负指数梯度变化的溶液，用激光照射该溶液得到实际光路; 借助 Tracker 软件提取光路数据点，利用 Matlab进行数据分析，实验光路函数和成像位置与菲涅耳定律预测结果一致.我们还分析了在实验中忽略掉次要因素的合理性，说明了菲涅耳定律解释蜃景形成的正确性.

探究撒克逊碗的下沉: 对简谐振动的修正

王幸, 黎秋航, 侯吉旋, 陈乾

2021, 40(11): 80. doi:10.16854 / j.cnki.1000-0712.210095

摘要 ( 1339 )

PDF (654KB) ( 1035 )

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本文从简谐振动的修正出发，对 2020 年青年物理学家锦标赛( IYPT2020) 的第六个课题“撒克逊碗( Saxon Bowl)

”进行了理论分析和实验探究.该课题描述了古代撒克逊人利用底部有孔的碗计时这一史实，且这样一个碗下沉的模型可以作为生动案例，增强学生对简谐振动、阻尼振动的理解.本文的研究方式避免了冗杂的公式推导，得到了简洁方程，利用计算机求解微分方程，并用实验结果验证，证实了理论的可行性，并定性研究了若干因素对下沉时间的影响.

封面说明

陈晓林, 田光善

2021, 40(11): 81.

摘要 ( 397 )

PDF (955KB) ( 154 )

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开普勒诞辰

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