大学物理

杨师杰

2024, 43(06): 1. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.230330

摘要 ( 183 )

PDF (443KB) ( 170 )

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本文通过对比经典扩散方程和量子力学薛定谔方程的相似性,讨论了物理方程的时间反演不变性.尽管量子波包扩散与经典粒子扩散的行为具有某种共同特征,但本质上仍然是不同的.扩散的量子波包在时间反演下仍然是呈现为扩散,而时间反演不变性依然成立.当两个量子波包交叠时,会出现干涉现象.

论能斯特定理与绝对零度时的热容量表述

苏山河, 陈金灿

2024, 43(06): 3. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.230208

摘要 ( 104 )

PDF (438KB) ( 86 )

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本文证明由能斯特定理可直接推出绝对零度时的热容量表述，即当温度趋近绝对零度时，热力学系统在不同约束条件下的各种热容量等于零.进而指出一些文献在讨论相关问题时所出现的不妥之处.所得结果有助于深入理解能斯特定理与绝对零度时热容量表述之间的关系.

谈波速与波长变换及其物理意义

周强, 申庆徽, 刘静

2024, 43(06): 6. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.230413

摘要 ( 169 )

PDF (476KB) ( 178 )

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关于波速与波长变换，一些文献中虽有论述，但所得表达式太复杂而不宜记忆，且未涉及其物理意义．本文由四维波矢的洛伦兹变换来分析这一问题，通过引入波速因子和综合速度因子的概念，得到容易记忆的简单表达式，并力求阐明其物理意义，最后说明其应用．

自旋1／2的两比特海森伯模型的热纠缠

马凌宇

2024, 43(06): 9. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.230218

摘要 ( 83 )

PDF (623KB) ( 78 )

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量子纠缠逐渐作为一种最为基本也最为重要的物理资源，在量子计算和量子信息方面展示出了巨大的实际应用前景，是现代量子计算机的基础.在纠缠态的获取上，一些诸如电磁场、温度等的外部因素，都会对纠缠态造成不同程度的影响.本文就是利用并协度和负性纠缠度两种不同的纠缠度量对自旋1/2的两量子比特海森伯模型的热纠缠进行计算，得出其热纠缠与温度的关系.

狭义相对论教学中事件绝对性辨析——以“同时佯谬”为例

刘可, 李春燕, 邓志姣, 余同普

2024, 43(06): 12. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.230176

摘要 ( 111 )

PDF (469KB) ( 107 )

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相对论时空观是狭义相对论教学的核心内容. 物理事件是讨论相对论运动问题时的抽象概念，对事件及其绝对性的认识程度将影响学生狭义相对论时空观的建立. 本文通过在狭义相对论教学中介绍一个具体的“同时佯谬”案例，强调事件本身不依赖参考系，参考系用于事件的时空坐标描述，帮助学生认识事件的绝对性，建立相对论时空观.

连续波核磁共振实验中外扫描测量法的改进

黄水平, 钱小青

2024, 43(06): 16. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.230374

摘要 ( 87 )

PDF (719KB) ( 66 )

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本文对连续波核磁共振实验中外扫描法测横向弛豫时间误差的主要来源进行了分析，对系统误差的大小进行了定量估算．在此基础上，对外扫描法中横向弛豫时间的测量提出了相应的改进措施，通过计算确定了共振信号半高宽测量时共振信号应在的位置．结果表明，外扫描法测量中，通过x方向的相位调节把共振信号移到偏离中心适当距离的位置上来测量其半高宽，可有效降低非线性扫描电压引起的系统误差．此外，通过对误差大小及共振信号测量位置的计算，能加深学生对横向弛豫时间及外扫描测量法原理的理解．

基于LabVIEW的迈克耳孙干涉仪虚拟仿真平台

郑文礼, 崔继朝, 陈硕, 杨雨润, 赵仪涵, 王文录

2024, 43(06): 19. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.230280

摘要 ( 153 )

PDF (966KB) ( 136 )

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本文基于LabVIEW软件开发了一个迈克耳孙干涉实验的虚拟仿真平台，可以对真实的迈克耳孙干涉实验进行模拟仿真，并允许用户进行参数调整以实时可视化仿真结果. 同时，为验证虚拟仿真实验平台的准确性，分别在真实的迈克耳孙干涉仪和虚拟仿真平台上完成测量光波波长实验，对二者实验结果进行对比分析. 此外，还可采用该平台模拟探究光波波长、光波强度、空气薄膜厚度等因素与干涉条纹分布和光强分布的关系. 在迈克耳孙干涉实验教学中，可以直接用该平台进行教学演示，并展示出不同条件下条纹分布的情况和光强分布的特点. 该平台实现了实验与理论相结合，帮助学生学习基本光学仪器的使用方法，掌握光学实验操作规程，进而达到了提升教学效果的目标.

宇宙线相关的诺贝尔物理学奖

杨瑞, 宁长春, 李泽琴, 冯有亮

2024, 43(06): 25. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.230371

摘要 ( 103 )

PDF (770KB) ( 126 )

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20 世纪初，物理学家在对大气导电性的研究中发现了宇宙线，时至今日，宇宙线的发现已过百年.宇宙线是指来自宇宙空间的高能粒子，是人类能够获得的来自太阳系以外的唯一物质样品，包括原子核、电子、光子和中微子，以及其它目前尚未被探测到的未知粒子，它们主要来自宇宙空间中的宇宙线源或者是宇宙线在传播时与空间物质相互作用的产物．在现代物理学发展史中，宇宙线的研究占有重要地位，许多新粒子都是首先在宇宙线研究中发现的，且目前人类已知的最高能量的粒子也来自于宇宙线的观测.作为联系微观粒子和宏观宇宙的桥梁，宇宙线研究既对粒子物理也对天体物理做出了重要贡献．本文重点梳理了在宇宙线研究过程中，荣获的诺贝尔物理学奖，详细介绍了其实验原理、实验仪器和实验成果．

热电器件性能的权衡优化研究

白龙, 张荣, 张雷, 唐军

2024, 43(06): 36.

摘要 ( 76 )

PDF (628KB) ( 58 )

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热电器件能够实现热能与电能的直接转换，在废热利用和发展洁净能源技术方面具有特殊优势，而增强热电器件的热力学性能更具有实践性意义.本文利用权衡优化方法（也称Ω判据）研究了热电器件的热力学特征，在构建权衡优化目标函数的基础上，得到了权衡优化判据下的效率和制冷系数表达式，详细阐释了热电品质因子对于效率和制冷系数的影响.与最大功率（最大制冷功率）方法进行比较，发现权衡优化下的热电器件容易实现热力学性能的提高.

“奇妙的声音”课程建设中的思政实践

章东, 郭霞生, 邹欣晔, 屠娟

2024, 43(06): 40. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.230305

摘要 ( 86 )

PDF (701KB) ( 85 )

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本文以“奇妙的声音”新生研讨课为例，探讨将课程思政融入教材编写和课堂讲授的过程，激发学生对声学应用的兴趣和对学习现代声学、助力科技强国的紧迫感. 课程融入中国古代在声学应用中表现出的智慧，引导使学生对中国传统文化和科学研究有深刻的认识，激发学生肩负的民族传承的骄傲感. 课程强调现代声学在科技发展中的作用，培养学生的责任感，实现以课程思政为纽带，真正做到课程育人. 通过课程的设计与实施，深入探讨了学术和思政的融合，厚植学生的创新精神和爱国情怀，为学科教学提供参考，推动学生全面发展.

思政背景下大学物理课程翻转课堂教学模式的探索与实践——以光学仪器分辨本领为例

张颖, 刘文泼, 刘鸿鹏, 杨雄

2024, 43(06): 46. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712. 230342

摘要 ( 123 )

PDF (1216KB) ( 127 )

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本文针对翻转课堂教学模式，结合三段式教学手段，围绕课前学习、课中讨论、课后拓展开展教学设计，对课前学习线上内容设计思路以及与实体课堂对接方式进行了深入探讨．通过传统文化、生活案例和热点事件将思政元素有机地融入到课程中，将抽象的物理概念变得更加鲜活直观、贴近实践．采取这套方案，课堂抬头率、学生参与度、问题答对率均有较大改善，通过调查问卷的形式，从教学模式可行性、教学方式可行性、内容可行性三个方面对学生认可度进行调研，发现学生认可度极高，此方案对教学质量的提高具有一定的参考价值．

辅助大学物理课程及思政建设的教学实践——搭建网络媒体新平台

王彩霞, 田杨萌, 马余全, 谢司, 王小宝, 于肇贤, 解炳昊, 夏丽莉

2024, 43(06): 54. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.230319

摘要 ( 78 )

PDF (653KB) ( 120 )

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加强科普教育和思政建设是高校创新人才培养的重要内容，大学物理课程是良好载体，网络媒体是目前流行的信息传播模式. 基于此，通过搭建网络媒体新平台，对大学物理辅助教学进行设计，融入思政教育，达到教学辅助、思政育人、广泛科普的目的. 现已开设微信科普公众号，发布媒体超110个，关注人数超800人，浏览次数达数万次，并举办了科普知识竞赛和开放话题热点讨论等，媒体新平台的搭建和运行良好，较好地达到了预期目标.

利用手机CMOS图像传感器测弹簧弹性系数

韩晓雯, 蔡根旺

2024, 43(06): 58. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.230298

摘要 ( 131 )

PDF (674KB) ( 90 )

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测量弹簧劲度系数一般有两种方法：拉伸法和简谐振动法.在传统拉伸法测量中，大多通过增减砝码来间接测量，在传统简谐振动法测量实验中，大多采用光电门对弹簧振子周期进行计时.本文主要利用智能手机CMOS图像传感器来测量简谐振动的振子位置随时间变化图像，从图像中提取周期和阻尼信息，进而得出弹簧的弹性系数.改进后，实验数据测量的标准偏差和相对误差较小，分别为0.003 7 N/m和0.26%.本实验能够详细地观察到弱阻尼简谐振动的物理图像，测量出空气和水中的弱阻尼系数.

含反馈电路的n阶电阻网络的新理论

刘雅慧, 陈芸, 檀钰, 王慧莹, 孙雯雯, 谭志中

2024, 43(06): 63. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.230362

摘要 ( 85 )

PDF (617KB) ( 68 )

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研究了一类含有外接电阻的n阶电阻网络模型，给出了一个任意2节点间的等效电阻解析式，解决了一个电阻网络难题.文章研究所采用的方法主要是利用支路电流建立差分方程模型以及边界条件约束方程模型，然后求解差分方程组, 由此导出等效电阻解析式. 文章最后讨论了一些特殊情形的问题，并且将特殊情形的结论与其他相关结果进行了比较与验证. 本文的研究工作对物理教育工作者开展实践创新研究具有比较好的示范作用.

损耗介质中电磁波折射规律分析

孙浩译, 谢德俊、刘港成、钟方川、伍滨和

2024, 43(06): 68. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.230282

摘要 ( 97 )

PDF (577KB) ( 85 )

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本文在研究各向同性介质的基础上，分别对复折射角和复波矢两种方法进行考察，并从折射角和菲涅耳系数方面证明了这两种方法的等价性. 我们进一步利用时域有限差分法数值模拟了损耗介质中的电磁波传播过程，验证了理论分析结果的可靠性.更有趣的是，与无损耗介质折射不同，电磁波在斜入射到损耗介质后可能存在不改变传播方向的情况，即折射角可以等于入射角.这些分析不仅有利于理解电磁波在无损耗介质-损耗介质中的传播规律，也对电磁学知识的学习与应用有所帮助.

弗兰克-赫兹实验理论曲线推导

陆可嘉, 王双

2024, 43(06): 73. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.230240

摘要 ( 165 )

PDF (683KB) ( 198 )

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弗兰克-赫兹实验中的板极电流的理论预测模型亟待建立，现有相关理论工作侧重于对实验结果的分析和阐释，而少数理论计算模拟的工作或未展现理论曲线全貌，或运算耗时较长．本文基于两条引理和三条假设，将解析与编程结合，在1秒内给出理论曲线全貌，并分析其与实验值偏差的原因，据此引入电子运动轨迹和通过率修正，给出修正曲线全局预测，其与实验结果的符合度较高．这不但检验了玻尔理论的正确性，也表明理论成果可用于一定范围内板极电流的预测．

基于光盘衍射系统的衍射效应及其现象探究

刘俊然, 康秀英, 景鹏飞

2024, 43(06): 79. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.230297

摘要 ( 136 )

PDF (817KB) ( 106 )

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本文基于光栅方程矢量化，将传统二维平面光栅衍射的二维作用域延拓至三维空间，并定量分析了三维欧式空间中入射光经光盘衍射后方向具有可预测性.本文通过将光栅方程矢量化，定量解释了在远距条件下光盘表面彩色线状结构出现的必然.引进空间光锥对衍射主极大的上确界进行了定量计算，并将衍射光方向进行了很好的可视化描述.最后结合色散本领、重叠现象、深阱效应和视差角，较好地解决了如何经光盘衍射后得到更纯的彩色线，并给出了CD和DVD两种常见光盘的共性和差异性，发现理论和实验符合较好.

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