大学物理

刘小良, 李幼真, 孟建桥

2023, 42(3): 1. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220148

摘要 ( 313 )

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本文基于笔者多年大学物理及固体物理的教学经验以及观摩年轻教师大学物理课堂的心得体会，概括了因任课教师固体物理知识的缺乏而在大学物理教学中常出现的几个知识盲点，分析了产生这些概念上的模糊甚至科学性错误的根源，并从固体物理层面阐述正确的理解或表达.

一维有限深方势阱能量本征方程的泰勒级数解和二次近似解

徐聪, 陈鹏, 金光日

2023, 42(3): 4. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.220224

摘要 ( 337 )

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一维有限深方势阱能量本征方程的求解受限于超越方程，无法严格求解.本文将奇、偶宇称情况的超越方程归结为一个方程，自洽地给出两种近似解析解:一阶泰勒级数解和二次近似解.分析二者适用范围并做误差分析，发现泰勒级数解可以很好地理解能谱随量子数n平方变化的数值解 (即，所谓n平方律)，但在特定参数R下失效，该参数正比于势阱宽度乘以势阱高度开方.二次近似解对所有参数R都适用，能谱在大R极限下，可退化为精确求解的无限深势阱情况.对于任意参数R，二次近似波函数的保真度始终大于99.7%.

四维速度在狭义相对论中的承前启后作用分析

胡响明

2023, 42(3): 9. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.220428

摘要 ( 230 )

PDF (759KB) ( 245 )

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四维速度矢量在狭义相对论中具有承前启后的作用，一方面关联着光速不变原理决定的相对论四维时空，另一方面关联着相对性原理决定的协变力学定律和电动力学定律.长期的教学实践表明，重视和加强四维速度矢量及其承前启后作用的教学，可以更有效启发初学者理解狭义相对论的来龙去脉和理论体系，更有利于促进他们夯实物理基础.

纸张振动中的整数与分数振动

杨诗淇, 孙振宁, 庞远舒, 张润生, 李德安

2023, 42(3): 15. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220210

摘要 ( 242 )

PDF (843KB) ( 201 )

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本文使用微扰论方法对纸张振动建立非线性动力学方程模型，通过该模型预测纸张产生的低音与高音现象以及它们之间的联系，并通过实验验证.该模型的非线性动力学方程中存在与低音解相关的分数倍频解，这与实验中存在的分数倍频振动现象相吻合.该模型解释了整数倍频高音产生的非线性本征性以及分数频低音与分数倍频高音产生的衍生性，实验结果中的整数振动与分数振动现象满足理论预测.

β衰变的历史概述

何立, 孙铮, 宁长春, 次仁尼玛

2023, 42(3): 20. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220401

摘要 ( 456 )

PDF (985KB) ( 439 )

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β衰变的研究是一个探究物质深层物理原理的过程.它始于β放射性的研究，引导人类对物质的认识开始从原子深入到原子核内部.其能谱的测量，导致了泡利的中微子假设.在此基础上，费米第一次提出了关于β衰变的唯象理论并提出了弱相互作用的概念.此后发展出弱相互作用的中间玻色子理论，使得人类对物质的认识深入到核子内部，促进了电弱统一理论的发展，最终促成了标准模型的完成.文章回顾了β衰变这一横亘整个20世纪的重要物理学事件，对β衰变的研究历史中的关键事件进行了分析和介绍，对理解现代物理学中的标准模型的建立和发展有重要意义.

“创新驱动、优体强翼”的大学物理课程体系构建

闫珉, 史顺平, 张传瑜, 陈小凤, 雷丹, 宋永

2023, 42(3): 27. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220276

摘要 ( 337 )

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本文介绍了成都理工大学数理学院大学物理教学部“大学物理”课程体系的构建与实践，本大学物理课程依托中国大学慕课、超星学习通等在线平台，构建了以教师教学引导、学生自主学习、人才培养为核心的线上线下教学模式. 本文以育人创新为核心驱动力，优化了大学物理课程教学体系，强化了创新教学内容、创新教学模式、创新课程考核机制和创新能力培养方式，并对创新效果和存在的“痛点”问题进行了分析总结，探索并构建了“创新驱动、优体强翼”的大学物理课程体系.

以科学认知能力培养为核心的大学物理课程思政探索——以光的偏振为例

张伶莉, 王晓鸥, 黄喜强, 刘志国, 曹永印, 王先杰

2023, 42(3): 33. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220179

摘要 ( 905 )

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本文以光的偏振为例介绍基于物理过程的研讨式大学物理课堂教学和课程思政模式，探索以科学认知能力培养为核心的大学物理课程思政策略. 以偏振现象为引线探究其物理原理，进而给出光的偏振相关理论知识，最后拓展偏振器件、偏振光天文罗盘等方面的应用，以及中国天眼对偏振光的观测等科技前沿. 整个教学过程符合科学认知的顺序，在潜移默化中培养学生科学思维和科学研究的能力，体现出理工类大学物理课程思政的核心.

利用线性变换方法求解稳态受迫振动

宇文天浩, 郝思洁, 金文涛

2023, 42(3): 37. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220111

摘要 ( 286 )

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物体的受迫振动是大学物理力学部分基础且重要的内容.受迫振动在一定时间后会达到稳定状态，而该稳态下受迫振动方程的解是理解后续课程内容——共振现象的基础，具有重要的意义.本文利用线性变换方法详细求解受迫振动稳态解，相比于常规解析法，更加简洁和直观，且有助于学生深入理解线性代数在解决物理问题中的应用.

随机游走概率密度函数的一种推导方法

赵天润, 韦纪霆

2023, 42(3): 41. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220167

摘要 ( 352 )

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随机游走模型是一类经典的物理模型，能应用在诸多物理场景之中，甚至在很多其他领域也能找到它的身影.但一般教材中对这个问题的计算较为复杂，或使用到过于高深的数学工具，或使用了没有必要引入的近似.本文在多步数的近似之下，应用中心极限定理，推导出随机游走问题在某一方向分量的概率密度函数.接着利用随机游走问题的球对称性和上一步中得到的结果，推导出径向的概率密度分布函数.

基于智能手机的振动现象研究及应用

唐昱, 王凯, 何彪, 李幼真, 肖佳珣, 徐富新

2023, 42(3): 45. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.220129

摘要 ( 327 )

PDF (1040KB) ( 156 )

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本文利用智能手机内置传感器与Phyphox软件，探究了简谐振动的周期公式和耦合双自由度振动的规律，测量了多自由度振动系统（人行天桥）的固有频率. 实验结果表明，用手机和Phyphox得出的简谐振动周期公式与理论公式非常接近. 对双自由度系统，验证了简正模思想在分析耦合振动系统是可行的. 对于桥梁这样复杂的多自由度振动系统，运用手机就可以很方便地测量其固有频率.

磁铁在无限大薄导体板上方低速运动的磁阻尼探究

韩润泽, 陈稼洲, 张婷, 陈可鉴, 李京祺, 傅莉, 景鹏飞

2023, 42(3): 50. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220320

摘要 ( 324 )

PDF (980KB) ( 290 )

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本文基于麦克斯韦涡流镜像理论，定量计算了在无限大薄导体板上方低速运动的磁铁所受阻力的表达式，其正比于运动速度、磁矩的平方和导体板厚度，并以磁铁离导体板距离的4次方关系减小. 用改进单摆法构建了磁单摆-铝箔系统进行实验，控制其他变量不变，改变磁铁离铝箔的最小距离并进行多次实验，发现理论与实验符合较好.

基于Matlab GUI落球法测液体黏度的虚拟仿真设计

刘毅恒, 陈一凡, 盛文博, 王恒通

2023, 42(3): 55. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220135

摘要 ( 358 )

PDF (1121KB) ( 326 )

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针对传统落球法测液体黏度实验的局限性，基于MATLAB GUI设计了虚拟仿真实验. 该虚拟仿真实验直观给出小球在液体中的运动规律，提供了液体温度对黏度的影响、无限广延条件的实现、不同直径小球匀速下落的起点以及生活常见液体的黏度等实验探究模块. 另外，该虚拟仿真实验还结合实体实验设计了实验预习、实验探究和实验考核等学习模块. 在不同的实验模块均设置了可调节的参数，允许操作者根据需要进行相关规律的探究，并且该虚拟仿真实验能够自动分析实验结果、可视化生成实验变量关系图.

探究复变函数的连续幂次展开式

刘懿文, 吴小山

2023, 42(3): 61. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220327

摘要 ( 296 )

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本文发展了使用幂次式展开收敛域中含有支点的复变函数的方法.在无穷阶支点下，函数的展开式化为积分的形式，称之为洛朗变换.文章还探讨了部分典型函数的展开结果及其完备性问题，并提出了使用连续复幂次代替实幂的方法.最后，举出一例简释了该方法在信号系统中的实际应用，展望了应用前景.

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