大学物理

张晓光, 席丽霞, 崔楠, 张虎, 肖晓晟, 唐先锋

2023, 42(05): 1. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.220373

摘要 ( 410 )

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借用量子力学中的表象与表象变换概念，本文系统地提出了偏振光学中的偏振表象和偏振表象变换理论，可以加深对琼斯空间的琼斯矢量、琼斯矩阵描述偏振光和偏振光变换的理解，更加深刻认识其中的物理机理. 本文还利用偏振表象和表象变换理论解读了光纤通信中的光纤偏振模色散和偏振相关损耗对传输的偏振光的作用和影响.

非线性动力系统在分岔点处的临界慢化行为

张杰, 杜瑶, 李晴, 于一真, 李海红, 王新刚

2023, 42(05): 9. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220240

摘要 ( 655 )

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Lyapunov指数是定量描述非线性动力系统轨道稳定性的主要方法之一，同时也是分析系统分岔行为的常用手段．实际应用中，人们通常只关心Lyapunov指数的正负，并以此来判断系统轨道是否稳定，而对于Lyapunov指数为零，即动力学分岔点处系统的行为特征讨论甚少．本文以几类经典的非线性动力系统为例，针对系统在分岔点处的轨道稳定性进行理论和数值分析．研究发现，不同系统在分岔点处其微扰后的轨道均以幂律，而非指数的形式收敛，呈现出经典物理系统在相变临界点处的慢化行为．通过理论分析，我们解析得到分岔点处计算临界指数的一般公式，并通过数值模拟对理论公式的准确性进行了验证．临界慢化是物理系统在相变点处的普遍现象，文中关于非线性系统在分岔点处临界慢化行为的发现将加深人们对于动力学分岔本质的认识，同时也是对现有教材中关于Lyapunov指数相关知识的有益补充．

基于高斯基展开法研究氢原子能级和波函数

潘亚文, 耿立升

2023, 42(05): 18. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220263

摘要 ( 612 )

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本文采用高斯基展开法精确求解氢原子能级，并且研究高斯基展开法中变分参数的选取对于结果精确度的影响.程序采用Python语言编写，这一求解方法为计算物理、量子力学等课程的教学提供了参考.

太空液桥实验的理论研究——由太空课堂引起的又一教学案例

于凤军, 鞠林, 张希威, 汤振杰, 田俊龙

2023, 42(05): 22. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220293

摘要 ( 405 )

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本文针对天宫课堂第二课中的液桥实验进行理论研究. 基于液桥的对称性和体积不变性,根据最小势能原理,我们获得液桥形状的几何方程，据此探讨液桥形状随其长度的变化规律和最大长度. 发现一个描述液桥形状的特征参数R, 并揭示该参数与液桥内部压强的关系.

玩具抛绳枪稳态构型的动力学分析

郑子君

2023, 42(05): 28. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220332

摘要 ( 328 )

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玩具抛绳枪通过迫使绳环高速切线运动，创造出柔绳悬浮在空中的错觉. 利用动静法进行力学分析，推导了稳态悬浮时绳环的形状方程，给出了抛绳枪能够正常工作的条件. 研究表明，发射角度使绳环上下对称时，水平跨度最大；最大跨度与阻力和重力之比正相关.

阻力对下滑时间影响的动力学分析

张会均, 张艳, 吴杰, 冯学超, 王世卓

2023, 42(05): 31. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220280

摘要 ( 421 )

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本文主要讨论了滑动摩擦、风阻对物体沿斜面、圆弧和最速降线等轨道下滑时间的影响，定量分析了下滑时间与阻力相关参数的依赖关系，以及圆弧轨道半径最速优化的相关问题. 最速降线是基于物体在无阻力条件下得到的最快下滑轨道，而考虑滑动摩擦力和风阻的数值结果表明，下滑时间与摩擦系数、风阻表达式、始末位置连线的斜率都有关，当风阻大小与速度平方成正比时，圆弧或直线轨道在一定条件下更快. 另一方面，以圆盘和球壳为例，定量讨论了滚动和质量分布对下滑时间的影响，滚动下滑总时间与物体沿光滑轨道下滑总时间的比值决定于圆环和球壳的质量密度分布函数和内外半径之比，与半径的绝对大小无关.

相对论感应电动势及其在参考系变换下的计算

李一杰, 张成园, 石薇, 许广智

2023, 42(05): 38. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220206

摘要 ( 449 )

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本文考察相对论情况下动生、感生电动势之间的相对性.分析不同参考系总感应电动势数值改变的原因.给出参考系变换下计算总感应电动势的普遍公式.计算了无线长直导线电流外运动矩形及圆形线圈的感应电动势.最后指出运动观者测出的总感应电动势等于静止观者不同时刻在导体不同位置测量电动势的总和.

新冠疫情下留学生智慧教学模式的探索——以大学物理实验为例

周磊, 罗浩, 邝向军

2023, 42(05): 41. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712. 220411

摘要 ( 325 )

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近年来，由于全球新冠疫情的影响，造成部分国外留学生无法正常来华求学.基于此，西南科技大学物理实验教学中心通过结合各种教育信息化手段，如网络视频教学、线上师生互动、虚拟仿真实验，探索了“现实平台、虚拟平台、交互平台相互融合”的智慧教学模式在留学生大学物理实验课堂上的应用，解决了本科留学生不能正常完成线下实验课程的问题，同时也让留学生对实验内容的物理本质有了更深入、更全面的理解.

新工科背景下产学协同育人模式对大学物理资源库建设的作用

高博, 张倩, 张俊武, 张沛, 李蓬勃, 高宏

2023, 42(05): 46. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220444

摘要 ( 320 )

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新工科聚焦卓越工程技术拔尖创新人才的培养，产学协同育人是其培养过程的关键环节之一. 本文以大学物理资源库建设为目标，全面探讨了产学合作协同育人的支撑作用及成效. 通过多角度多层次教学资源库建设的手段和模式，对面向新工科的大学物理资源库建设给出了新的教学流程、模式以及内容，并取得了积极成效. 创新性地整合与延展了当前大学物理资源库的建设及推广，为大学物理课程的产教融合、综合实践贯通提供了坚实基础.

融合IYPT赛题的大学物理教学新模式

潘刚, 陈文娟, 方莲

2023, 42(05): 51. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220456

摘要 ( 430 )

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传统的大学物理教学以教师讲授为主，学生的学习主要靠记忆与理解，这导致教学过程单向化. 学生由于缺少有效载体进行互动，缺乏对物理知识的个性体验，从而逐渐丧失对大学物理的学习兴趣. 本文将IYPT赛题融入到大学物理课堂，引导学生在解决问题过程中领悟知识、运用知识，形成大学物理教学新模式. 通过4年的教学实践，发现该教学模式对学生在统考、竞赛等方面的能力提升具有一定的推动作用.

基于PNK理论的颗粒群Boycott效应研究

邵恩浩, 帕尔哈提江·吐尔孙

2023, 42(05): 61. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220363

摘要 ( 598 )

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科学家Boycott发现草酸化或去纤维化血球沉降在倾斜容器中比在垂直容器中更快，这就是所谓的Boycott效应.本文衍生探究不溶固体颗粒在装有蒸馏水倾斜容器中的沉降是否也会产生Boycott效应以及相关参数影响.利用PNK理论推导出颗粒沉降速率关系式，研究其中影响体系的3个变量，分别为竖直沉降速率、容器底部直径、容器倾斜角度.同时，通过实验探究改变单一变量对沉降速率的影响，与理论计算结果基本吻合.结果表明，不溶固体颗粒也会产生Boycott效应；随着容器倾斜角度增大，颗粒在其中沉降速率先加快后减慢；随着容器底部直径增大，沉降速率与之正相关；随着颗粒垂直沉降速率增大，倾斜沉降速率也与之呈正相关.

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