大学物理

熊永建

2023, 42(2): 1. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712. 220367

摘要 ( 559 )

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本文建立拉格朗日陀螺运动方程的解析方法．导出拉格朗日陀螺做规则进动的条件，用级数展开技术得到规则进动附近的小角度章动和进动的解析解．给出陀螺自转轴运动的简明图像，即重力引起绕竖直轴的规则进动和无重力的自由进动的叠加．利用解析结果对陀螺不倒之谜给出解释.

橡皮筋热力学性质的教学探讨

屠飞泉, 杨友昌, 万猛, 孙斌, 黄启洪

2023, 42(2): 6. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220088

摘要 ( 699 )

PDF (231KB) ( 774 )

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本文基于热力学第一、二定律及麦克斯韦关系，系统讨论了橡皮筋的热力学性质，并简单介绍了橡皮筋弹性的微观模型.与传统热学教学中以理想气体为例相比，这些方法与结论既有利于学生理解与掌握热力学基本知识与研究方法，又有利于学生自主设计实验去验证这些结论的正确性.

无限深势阱中粒子动量概率分布的数值分析

陆法林, 陈昌远

2023, 42(2): 10. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220343

摘要 ( 849 )

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一维无限深势阱中本征态粒子的动量呈现负无穷到正无穷且有无数个节点的对称连续分布.本征态粒子的无量纲动量概率密度分布一般由两个主峰和无数的次峰组成,经典动量和最概然动量都分布在主峰区域内.数值计算结果表明动量谱在两个主峰区域内的概率极限值约为0.902 8,测量所包含的次峰数量越多则粒子出现的概率越接近1.粒子经典动量分布是量子动量分布在高测量精度和大量子数条件下的极限.

理解相对时空观的一个简单例子

陈宏斌

2023, 42(2): 15. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220282

摘要 ( 668 )

PDF (174KB) ( 280 )

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绝对时空观正确则伽利略速度变换公式成立. 本文从世界观角度分析一个常见的伽利略速度变换不成立的例子，指出其中世界观的冲突，引导重建自洽的包含相对时空观的世界观.

处理谐振电路的三角函数方法

刘志国, 赵景庚, 张耀辉, 王先杰, 张伶莉, 黄喜强, 王晓鸥, 张宇

2023, 42(2): 18.

摘要 ( 377 )

PDF (371KB) ( 274 )

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在电磁学教学中，谐振电路的处理通常是用矢量图解法和复数方法，这需要了解振动的旋转矢量和复数表示. 本文介绍一种直接的处理方式，即对振动函数（三角函数）进行运算，就可以得到最终的结果. 这种处理方法还可以推广到一般的交流电路. 该方法对预备知识的要求较低，适合在一些非物理专业大学物理课程中使用.

从晶体的对称性中理解自由能极小原理

范宝路, 章倩文, 邵珊珊, 刘阳

2023, 42(2): 24. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220283

摘要 ( 567 )

PDF (292KB) ( 322 )

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自由能和晶体是基础物理教学的重要内容. 晶体是固态的热力学稳定系统,是大量原子的三维周期性堆积. 原子间相互作用的多样性,表明原子的三维周期性堆积应该是普遍因素决定的,是自然界的规律. 本文重点论述了原子的三维周期性堆积是体系自由能极小原理的几何等价物. 本文诣在培养学生自主发现事物的内在联系、探索自然现象背后蕴含的物理学规律的能力.

外推法计算冰的熔解热的理论依据及Matlab实现方案

凤飞龙, 黄育红, 金蔚, 王公正, 崔致远

2023, 42(2): 28. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220377

摘要 ( 750 )

PDF (253KB) ( 652 )

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本文基于牛顿冷却规律给出了“冰的熔解热实验”中用外推法修正温度的完整的理论依据. 采用Matlab编程实现了修正温度时面积补偿的要求，将其用于数字温度计所得实验数据的处理，计算得到的熔解热值基本符合预期. 通过理论分析和数值计算发现，采用外推法处理实验数据基本上不依赖于冰、水质量以及投冰时水温等实验参数的设置，而环境温度测量虽然影响散热系数的计算，但对温度的修正与熔解热的计算影响很小，因此，基于该方法的熔解热测量很适合在实验条件要求不高的物理实验教学中推广应用.

论向心力概念的发展

刘宁

2023, 42(2): 32. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220227

摘要 ( 645 )

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向心力是力学中的重要概念，本文通过分析三个不同的历史时期对于向心力的认识，清晰地展示出向心力概念伴随着人们对于运动学和动力学定律的理解，经历了曲折却又不断深入的历程. 我们展示了向心力作为一个桥梁概念，强调其在运动学向动力学的发展中起到的重要作用. 尤其从离心力到向心力概念的发展是革命性的突破，促进了惯性系下力学三大定律的建立，是牛顿发现万有引力定律的关键一步.

量子力学中波包散射的可视化数值实验设计

邓志姣, 曾俊翔, 姜月千, 陈平形, 刘伟涛

2023, 42(2): 36. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.210615

摘要 ( 626 )

PDF (339KB) ( 389 )

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考虑到常用量子力学教材中缺乏对波包散射问题的讨论，本文以一维δ势阱为例，介绍我们在研讨课教学中如何针对波包散射问题设计数值实验，以帮助学生自行建立量子散射的物理图像．

论太阳轨道运动不绕过太阳系质心的准2400年周期成因

刘复刚, 姚允龙, 鲍锟山, 王卫民

2023, 42(2): 40. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220262

摘要 ( 465 )

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K指数越大表明行星系统在某一径向方向会合的程度越大. K指数极值标定的太阳轨道运动半径的变化具有凸显的准20 a、179 a、2 400 a周期嵌套关系.随时间尺度的增大，K指数极大值不但呈现出显著的准2 400 a周期，而且太阳系质心在太阳本体内外持续的时间长度的变化也具有准2 400 a周期.这其中隐含太阳轨道运动不绕过太阳系质心的准2 400 a周期特殊规律.本文以木星和太阳连线为基准方向，创建了行星会合向量指数K.K向量指数图像清晰地呈现出由13~14个准179 a包络线周期（其中3~4个周期谷值出现K<0）构成的太阳轨道运动不绕过太阳系质心的准2 400a周期.这一发现为科学辨识太阳轨道运动特征的复杂性又向前推进一步.

公选课“神奇的量子世界”教学实践与探索

李杰森, 朱传云, 林洁丽, 刘玉华

2023, 42(2): 46. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220087

摘要 ( 427 )

PDF (412KB) ( 845 )

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随着量子技术逐步进入公众视野，人们对量子理论的关注不断增加．高校大学生也普遍对量子物理有一定的兴趣．因此，佛山科学技术学院开设了面向非物理专业的量子力学相关课程，以此拓展学生的视野，培养学生严谨的科学态度和创新思维．本文以佛山科学技术学院“神奇的量子世界”课程的教学实践为例，阐述对课程建设的尝试与探索，提出了课程教学改革与创新，深入浅出地引导学生进入量子世界．调查表明有90%的学生对课程内容感兴趣，由此可见这些教学尝试取得了一定成效．

线上线下协同教学和多模态数据评价体系

辛俊丽, 李永宏, 王小平

2023, 42(2): 52. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220134

摘要 ( 455 )

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本文在智教时代背景下,探索了教学模式和教学评价改革，提出了基于雨课堂线上线下协同教学和多模态数据评价体系，并以运城学院力学课程教学实践为例，介绍了教学过程管控和教学效果. 研究发现线上线下协同教学实现了课前、课中、课后和课程评价层层递进的教学设计理念，使知识、能力和素养达到有机融合. 多模态数据评价体系全周期管控学生学习行为，为多维度分层次教学和多样化成绩评定提供了可靠数据支撑.

基于有限元的钢丝绳漏磁检测定量仿真分析

郏荣荣, 杨舒佩, 郭泽虹, 李国烜, 黄铠杰, 彭力

2023, 42(2): 59. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220117

摘要 ( 521 )

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漏磁检测法是钢丝绳无损检测中的常用方法．基于漏磁检测基本原理和三维磁偶极子模型，本文利用By-Bz图实现了对钢丝绳直观的在线检测，运用有限元仿真的方法，得到了不同长度、宽度、深度缺陷的漏磁特点，构建了By-Bz图中漏磁圆与缺陷程度之间的定量关系，讨论了钢丝绳内、外缺陷产生的漏磁场的区别，并进行了实验验证，以期为钢丝绳损伤的定量识别以及内外缺陷的判定提供新思路．

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