大学物理

李轲, 毛婧一, 汪涛, 张学锋

2024, 43(12): 1. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240140

摘要 ( 337 )

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目前的大学物理教材中，关于阻尼振动部分的编撰方式给缺乏微分方程理论背景的学生带来了一定的认知负荷.以面向物理学专业本科生的普通物理课程为例，其教学方法虽然通过演绎推理降低了一定的数学要求.然而，临界阻尼形式解的特殊性，使其仍无法较好地、自然地融入教学过程中.本文首次提出了一种利用极限法求解临界阻尼状态的新颖推导方法及相应的教学思路.这种创新的求解过程及教学思路，不仅有助于培养物理学专业本科生的科学思维与创新能力，同时也可作为面向非物理专业理工科学生在阻尼振动部分进行拓展教学的补充素材.

光子的量子隧穿新研究

王智勇, 贾志国, 汪相如, 吴双红

2024, 43(12): 5. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240168

摘要 ( 370 )

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对于光子的单势垒量子隧穿效应，传统中是将波导内或全内反射下电磁波的亥姆霍兹方程与实物粒子穿过单势垒时的定态方程进行形式类比，直接给出光子的量子隧穿概率公式，没有结合电磁场自身的物理特征，该结果既不严格也不完整.更为重要的是，到目前为止，关于导波光子的多势垒量子隧穿效应，尤其是其中的量子共振隧穿效应，尚未得到系统研究.本文结合电磁场自身的物理特征，为光子的单势垒量子隧穿建立一个严格理论，获得了一些新的结果.同时还研究了导波光子穿过多势垒时的量子隧穿行为，给出了此时的光子隧穿概率公式，着重研究了光子的量子共振隧穿效应及其物理特性，初步探讨光子的共振隧穿效应在光控制光技术中的应用.

考虑空气阻力的斜抛运动

杨阳

2024, 43(12): 11. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240086

摘要 ( 429 )

PDF (902KB) ( 209 )

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在考虑空气阻力与浮力的情况下通过数值求解的方法研究了物体斜抛运动的规律，包括射程随出射角的关系、最优出射角随初速度的关系，另外研究了运动最大高度及运动时间随出射角变化的规律.

面心立方晶格紧束缚电子能带结构分析

王畅, 胡建民, 李林, 高峰, 王月媛

2024, 43(12): 15. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240091

摘要 ( 278 )

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紧束缚电子模型是固体物理学能带理论的教学重点，面心立方晶格紧束缚电子能带结构分析则是教学难点. 本文通过数值拟合，提出图示法分析面心立方晶格紧束缚电子能谱的特征. 研究结果表明，面心立方晶格紧束缚电子能谱沿不同方向变化规律不同，能带底位于简约布里渊区中心，两个高能量极值点则分别位于简约布里渊区的四方面面心和六方面面心. 沿简约布里渊区中心分别到四方面面心和六方面面心轴线方向，能带宽度分别为16倍和12倍交叠积分. 本文的相关研究结果既可为晶体能带结构分析提供有效方法，也可为固体物理教学提供重要的理论指导.

倾斜量子摆本征问题的数值讨论

王世卓, 翟学珍, 冯世全, 吴杰

2024, 43(12): 19. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.230429

摘要 ( 251 )

PDF (468KB) ( 50 )

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从整数阶角向Mathieu函数的特征值与特征函数出发，讨论了量子摆、谐振子和平面转子本征能量的区别与联系，分析了能级、摆面倾角和无量纲参数U0对概率密度分布的影响. 低能级的量子摆是非简并的，较高激发态能级的简并度为二，低能级量子摆的能量虽然与谐振子的接近，但概率密度的分布范围通常超过了经典单摆的情况，有多个因素影响倾斜量子摆的概率密度分布.

在固体物理中引入分形概念的教学实践

刘玉真, 卢礼萍

2024, 43(12): 24. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240075

摘要 ( 274 )

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在固体物理教学中，纳米颗粒的凝聚、多孔材料孔洞、准晶体形态的描述较为抽象，通过引入分形实验可以更直观地呈现相关内容. 基于简单的手指分形实验，研究墨水和酒精混合物滴在稀释的丙烯酸涂料上的分形结构和维数. 通过探讨混合物配比、丙烯酸涂料浓度、外加电场和温度与维数的变化关系，提出影响手指分形结构的因素，有助于学生更好地理解分形理论. 最后基于COMSOL软件对枝晶生长进行模拟，结果表明分形结构与各向异性和冷却温度有关. 引入与课程相关的趣味性实验，培养学生的创新意识和自主探索能力，是新工科背景下实践教学的重要环节.

光学望远镜关键技术及台址发展简介

鲍华, 姜蔚, 李迎港

2024, 43(12): 28. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240093

摘要 ( 266 )

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随着光学望远镜的口径不断增大，新技术的不断发展，现代天文学科取得了许多重要进展.此外，良好的台址对于天文学地面观测也具有重要意义.本文对光学望远镜一些关键技术进行讨论，例如，光学拼接技术、自适应光学技术等.同时，对国内现有的光学台址和代表性望远镜进行了概述.

神奇的磁性液体链状结构

刘嘉伟, 李德才

2024, 43(12): 33. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240014

摘要 ( 213 )

PDF (934KB) ( 53 )

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在现代物理和材料学研究中，智能材料扮演者重要角色. 磁性液体是一种智能材料，具有高磁化强度、低粘度和长期稳定性等独特的性质，因此在工业上有重要的应用价值. 本文重点探讨了磁性液体的磁链结构形成机制及其对磁性液体性质的影响. 研究表明，磁链结构的形成不仅影响了磁性液体的磁性能和流变性能，还对其在磁性液体密封、减震和传感器的应用产生了重要影响. 本文的研究为深入理解磁性液体的磁链结构形成机制和性质提供了参考，未来的可以进一步探讨磁性液体的磁链结构的应用和如何避免链状结构带来的不便，以拓展其在不同领域中的应用.

基于CiteSpace的我国物理课程思政研究可视化分析

杨语嫣, 李贵安

2024, 43(12): 37. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240042

摘要 ( 322 )

PDF (643KB) ( 56 )

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近年来，物理课程思政教学改革已成为学界研究热点. 本文以CNKI数据库中690篇文献为样本，借助CiteSpace软件可视化功能，分析了我国物理课程思政研究的发文量、机构和作者，从“为什么—是什么—怎么做”的逻辑主线剖析研究热点，最后对该领域研究进行小结并提出展望：凝聚育人合力、促进理论深化、提升师资素养、提高教学实效、完善评价体系.

唤醒学生学习内驱力的教学实践与探索

李晓欣, 屈秀云

2024, 43(12): 41. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240079

摘要 ( 254 )

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大学物理为学生后续专业课程奠定科学基础，在培养学生能力方面具有不可替代的核心作用. 学生是学习的主体，其学习的主动性决定了学习效果. 鉴于学生缺乏学习的主动性的现状，本文借鉴心理学中“内驱力”的内涵，运用形成性考核评价，融入吸引学生的教学内容，遵循物理认知规律，设置不同层次的问题，关注学生发展设置实际应用情境，运用多种方法唤醒学生学习的内驱力，以提升学习效果。

困境与出路：部属师范大学非公费师范生学业现状研究——基于H大学的考察

丁又也, 尹亚玲, 刘金梅, 陈丽清, 徐敏

2024, 43(12): 49. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240048

摘要 ( 195 )

PDF (1006KB) ( 49 )

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作为同属于师范生、但无法享受公费师范政策优惠的非公费师范生，在人数扩大的同时，诉求也逐渐强烈，但其诉求尚未被完全揭示. 研究表明，非公费师范生学业成就显著优于公费师范生，学业动机主要来自于内生动机，学业压力主要来自于课程竞争，学业规划受到内外两方面影响. 在分析原因的基础上，本文从学生层面、管理层面、政策层面提出了相应的建议.

校地互动、案例教学——助力卓越中学物理教师成长

成鸣飞, 王全, 李祥彪

2024, 43(12): 49. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240036

摘要 ( 165 )

PDF (715KB) ( 29 )

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南通大学的物理学(师范)专业全面落实国家质量标准和卓越教师培养计划，遵循用人单位和学生发展需求，形成以“专业理念与师德、专业知识、专业能力”为基本内容的课程体系. 采用“UGS”联合实践体系，即政府、高校、地方中学协同育人，注重下沉和联系中学物理基本概念与规律，达到学生对学科及师范生技能的深度理解和融会贯通，并通过案例教学模式，拓展了师范生培养的教学空间，且实现优质的教学资源共享.

一维谐振子的量子蒙特卡罗模拟

刘鹏程, 傅俞钧, 孙俊松, 朱兴川, 郭怀明

2024, 43(12): 53. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240088

摘要 ( 311 )

PDF (573KB) ( 96 )

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一维谐振子是量子力学中的一个重要模型.本文介绍了解决谐振子问题的量子蒙特卡洛模拟方法，推导了配分函数的路径积分公式，并使用量子蒙特卡洛方法计算了一维谐振子在有限温度下的能量、位置、动量、位置平方和动量平方等物理量，得到了与解析解一致的结果.本研究有助于学生加深对量子力学的理解，并且是Holstein电声子模型的量子蒙特卡洛数值模拟的基础，从而有助于开展相关科学研究.

全息成像的影响因素探究

张凌翔, 高健智, 付正坤, 高洁

2024, 43(12): 57. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.240045

摘要 ( 189 )

PDF (572KB) ( 33 )

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激光全息成像实验是大学近代物理实验中的重要内容，利用光的干涉原理，将满足相干条件的物光和参考光以干涉条纹的形式记录在全息干版上，形成全息照片.全息照片能将物体所反射物光波的振幅相位信息记录下来，形成立体生动的三维影像.由于实验复杂性高，成像效果往往受到诸多因素的影响而导致实验失败率较高.本文从物光与参考光的光强比、光程差和光源参数特性这三个因素对成像效果的影响进行分析，同时提出了一种通过设计光路获得同条件下干涉条纹的新方法，使全息成像结果得以量化描述.最终得到了成像的最佳参数，对实验成功率的提高和成像效果的改进有较好的参考意义.

基于光盘衍射分光现象的光程差场理论研究

郭开元, 卜静宜, 田楚玥, 李怡宁, 陆颖熙, 王小力

2024, 43(12): 61. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.240122

摘要 ( 318 )

PDF (776KB) ( 47 )

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光盘反光面的彩色条纹为人们所熟知，可背后的物理原理却鲜有人挖掘. 本文从生活中观察到的现象出发，设计实验对光盘背后彩色线条纹特征进行了系统研究，发现了与传统经验规律不同的条纹弯曲现象，创造性的提出了光程差场理论,并结合光盘特有的结构特征予以解释，通过MATLAB仿真与实验结合进行了定量验证. 最后从对称性角度丰富了传统光栅的概念，深化了光栅衍射经验规律的物理内涵，为光栅衍射分光效应研究提供了一种新的思路，并丰富了教学内容.

基于迈克耳孙干涉光路测量涡旋光拓扑荷数

李墨轩, 王彦皓, 谢小娜, 曾梓蒙, 王兆娜

2024, 43(12): 67. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240100

摘要 ( 327 )

PDF (656KB) ( 57 )

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涡旋光因其不同拓扑荷数光场之间的正交特性在光通信、光镊等领域展示出极为重要的应用价值.其中，拓扑荷数是描述涡旋光相位分布的重要参数，对其进行调控和探测是涡旋光通讯中信息加载和提取的基础.本研究基于迈克耳孙干涉光路获得花瓣状干涉图样，并根据干涉图样和参考光场逆向恢复涡旋光场的相位分布，探测涡旋光的拓扑荷数.并考虑空间光调制器像素尺度带来的系统误差对结果进行修正，测量结果和理论结果基本一致.在此基础上，展示了分数拓扑荷光场和双奇点涡旋光场的相位恢复结果，研究结果为复杂光场中相位恢复和信息提取提供了一种可行的方法.

两根手指找出棍状物体的质心

赵涵熙, 彭士香

2024, 43(12): 72. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240092

摘要 ( 233 )

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本文介绍了一种快速寻找棍状物体质心的方法.通过两根手指在棍状物体上缓慢移动，在支持力与摩擦力的调节下，可以便捷地找到棍状物体的质心位置.利用从笔中抽象出来的理想模型，本文由简到难地逐步分析了该方法的物理原理.通过半定量的实验，与传统的寻找质心的方法比较，本文阐述了该方法的优缺点.该方法及其原理在教学、科普、生活、生产等方面具有一定的应用价值.

利用转动惯量探讨对轴上的附加压力

曹阳明, 苗秀娟, 李培芳, 冯立芹, 马新军, 孙勇

2024, 43(12): 76. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240207

摘要 ( 265 )

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本文利用转动惯量，分析了不同质量分布和不同厚度的圆盘在定轴转动过程中的轴上的附加压力的大小，并研究了轴上的附加压力的原因.理论分析表明,圆盘的质量分布和厚度的变化与轴上的附加压力之间存在密切的定量关系，这些结果对工程设计和机械力学研究可提供一定理论参考.

《大学物理》2024总目次

2024, 43(12): 81.

摘要 ( 196 )

PDF (773KB) ( 113 )

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