大学物理

光电专业光子气体黑体辐射理论的教学实践

陈培锋, 王铭海

2023, 42(9): 1. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220530

摘要 ( 323 )

PDF (750KB) ( 636 )

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黑体辐射和受激辐射等概念对于光电专业的学生是非常基础的概念，通过统计物理课程光子气体章节的讲授，系统地引入这些概念对于光电专业的学生系统掌握专业知识非常重要.笔者介绍了通过实践总结的讲授过程，对其中一些细节的把握进行了详细分析.

六角密积晶格中紧束缚电子的能带结构

于凤连, 胡建民, 王月媛

2023, 42(9): 5. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220595

摘要 ( 410 )

PDF (684KB) ( 561 )

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本文采用紧束缚电子模型计算六角密积晶格的能带．结果表明，六角密积晶格的能带为特殊的复数形式，产生复能带的原因是由于其独特的晶格结构导致近邻原子的对称性破缺造成的．在倒空间kz=0的平面上，实部关于kx轴和ky轴对称，而虚部则只关于ky轴对称，关于kx轴不对称，这是由直角坐标空间六角密积晶格中次近邻的两个密排层原子的不对称性决定的．本文相关研究结果既是固体物理教学内容的拓展，同时也可为分析晶体材料相关物理性质提供理论依据．

齿轮传动中节点加速度的一个性质

陆海翔, 苏振超

2023, 42(9): 8. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220614

摘要 ( 312 )

PDF (869KB) ( 536 )

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引用了一个含齿轮啮合传动的运动学习题，指出了原题解中的错误，并分别用几何法和解析法给出了问题的解，所得结果一致. 首次提出平面齿轮传动中节点加速度的一个重要性质：不管齿轮或齿条是作定轴转动还是作平面运动，节点的加速度在节点公切线方向的投影相等.

用复数矢量方程分析行星运动

彭定辉

2023, 42(9): 12. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220604

摘要 ( 393 )

PDF (736KB) ( 562 )

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对有心力场中的行星轨迹问题，通过建立以复数矢量为变量的方程进行求解．在求解过程中不仅得到了行星运动的一般性规律，还推导出行星的速度公式和哈密顿定理，同时发现行星轨道的第二焦点位置及基于拉普拉斯-隆格-楞次矢量的轨迹方程，并由此求出不同方向发射卫星的轨迹包络线．

用指标表示法推导电磁场的守恒律

李照宇

2023, 42(9): 16. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220460

摘要 ( 300 )

PDF (517KB) ( 411 )

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本文利用指标表示法推导了电磁场的能量、动量和角动量守恒定律，其特点是：物理思想清晰，推导目的明确；物理量引入自然、意义明了；数学运算方便，难度相对较低．

坐标算符在动量表象中表示式的一种引入方法

丰秀蓉, 王锋

2023, 42(9): 20. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220523

摘要 ( 584 )

PDF (492KB) ( 571 )

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在量子力学教材中，坐标算符在动量表象中的表示只是给出最终的结果，很少提及其详细的推导过程，这将使学生在学习量子力学过程中产生相应的疑惑.还有的是利用自由粒子是平面波的基本假设和狄拉克δ函数来推导坐标算符在动量表象中的表示，比较抽象和复杂，在教学中不利于学生的深入理解.本文另辟新径通过在泰勒展开的基础上引入了泰勒平移的概念，最后根据对易关系和泰勒平移来推导坐标算符在动量表象中的表示.该方法在教学过程中具有启发性，更有利于学生对这部分内容的理解.

量子非定域性与贝尔不等式

周江

2023, 42(9): 23. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220517

摘要 ( 371 )

PDF (646KB) ( 365 )

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2022年诺贝尔物理学奖授予非定域量子纠缠和贝尔不等式基础检验的研究. 以此为背景，本文分析量子力学中的各种非定域性，推导条件概率满足的贝尔不等式，进一步理解量子力学违反贝尔不等式的本质．

自准直法测量薄凸透镜焦距实验中的干扰像分析

于翠玲, 姜向前, 姚凤凤, 骆素华, 林珊, 乌大琨

2023, 42(9): 28. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.230070

摘要 ( 441 )

PDF (688KB) ( 763 )

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自准直法测薄凸透镜焦距实验中会出现多个干扰像，其中包括凸透镜后表面反射成像. 实验发现，通过调控凸透镜和平面镜的位置，可以得到等大倒立的干扰实像，但其亮度明显弱于自准直法成的像. 本文通过多次成像过程分析，给出了此干扰像的成像原理.

从物理学大师的失误中我们能获得的感悟和启迪是什么？

赵松年, 于允贤

2023, 42(9): 31. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220534

摘要 ( 391 )

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在物理学发展过程中,常有一些科学名人面对新概念、新发现出现判断失误的情况，这给年轻一代科研人员带来难以弥补的损失，有的误判也会阻碍当时科学的发展。通常对这种在科学史中并不少见的情况，有关文献或传记主要是从方法论、认识论方面进行剖析，有时还囿于对名人忌讳的潜在心理与习惯等因素，很少进行深刻的分析，其实我们不能奢望通过所谓方法论或心理学的分析试图改变科学大师、名家或权威的行为或习惯、思维定势；而是希望年轻的科技人员感悟出面对这类失误时，需要采取什么样的方式是可取的，以便至少减少可能造成的损失.与此不同，本文遴选了从量子力学创立以后,几位物理学大师由于个人的风格与专业背景的原因,对新概念和新的实验结果做出误判，使其共事的年轻人错失重大发现的机会, 这不能不说是非常遗憾的事.现在论述这些事例有无现实意义呢？科学在发展,新现象、新概念也会不断涌现，很难避免出现类似情况，它对当事人会有什么启迪？我们能从这样的失误中学到什么？无论是已经处于科研高位的科学家、导师还是青年一代的科研人员，读一读物理大师的失误，一定会从中感悟出宝贵的教训，得到深刻的启迪；从中感悟出坚持真理，修正错误的科学作风的重要性，并贯彻在自己的科研工作中.

可逆简单空气制冷循环品质因子优化

伍博文, 陈林根, 殷勇, 戈延林

2023, 42(9): 40. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220304

摘要 ( 212 )

PDF (622KB) ( 218 )

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本文利用经典热力学理论，以可逆简单空气制冷循环为研究对象，借用有限时间热力学提出的品质因子作为优化目标，通过理论分析和数值计算，推导出了品质因子与影响参数间的解析式.通过优化压比给出了制冷循环的最优性能，分析了循环温比对制冷循环最优性能的影响.结果表明，选用品质因子作为优化目标进行性能优化，存在最佳压比使得品质因子取得最大值，而且优化结果保证了制冷率和制冷系数之间的协调，是一种较优的折衷方案.

浅谈热学课程思政的探索与实践

韩文娟, 刘海, 强睿

2023, 42(9): 44. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220489

摘要 ( 466 )

PDF (899KB) ( 959 )

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本文介绍热学课程思政的探索与实践. 先介绍热学课程思政建设的背景，再介绍本课程的思政理念及目标、以往的教学问题、所做的教学策略、课程思政元素的挖掘与融入以及教师如何做好热学课程思政育人的主体. 最后介绍热学课程思政的实施效果，为教师们做好专业课程思政提供一些借鉴.

基于坐标变换的引力透镜模拟

陈品健, 刘海程, 李向华

2023, 42(9): 52. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.220382

摘要 ( 366 )

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光线在引力场中会发生偏折是广义相对论理论所预言的现象之一.而引力透镜效应则是指，当观测者与背景光源之间存在较大质量的前景天体时，大质量天体的引力场使背景光源发出光线的传播方向发生改变而导致的一系列观测效应，在天体物理、宇宙学等方向的研究中具有重要意义.本文主要介绍了基于坐标变换的引力透镜模拟，对于前景天体考虑了两种透镜模型，并推导了相应的透镜方程及光线偏折角表达式.然后对于同一类透镜模型下背景光源三种不同的表面亮度分布进行研究，通过计算机生成了相应的引力透镜成像结果.

超声波空化效应冲流压的模拟分析

高金泽, 黄斐君, 韩润泽, 张昊, 景鹏飞

2023, 42(9): 60. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.230012

摘要 ( 425 )

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本文主要探究了插有细管的超声波水浴内的冲流压分布，对超声毛细现象进行了解释.管内液面上升的原因有表面张力与空化效应生成的空化泡溃灭时产生的冲流压.我们通过COMSOL模拟了水浴内超声波声压分布，并基于MATLAB计算了不同声压幅值条件下空化泡半径及其变化率随时间的变化情况，积分计算了冲流压的大小.实验中通过改变细管底部位置，探究冲流压大小对液面上升高度的影响，与理论曲线相比较，很好地解释了超声毛细现象，实验结果与超声空化理论相符合.

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