大学物理

吴从军

2025, 44(11): 1. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250548

摘要 ( 21 )

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1927年，王守竞先生在《Physikalische Zeitschrift》发表论文，首次用量子力学的方法推导出两个距离较远的原子间存在着-1/R6的长程吸引势，揭示了由瞬时电偶极矩涨落导致的范德瓦尔斯相互作用机制.后续系统的研究是由F.伦敦在三年之后完成的，而且后者也引用了王守竞的工作.该研究是量子力学早期应用的重要范例，但长期因德文原文难获取、缺乏英文译本而被主流文献忽视.本文根据近期的英文译稿，将其转译成中文.值此量子力学创立百年之际，重新审视这一被低估的贡献，向如王守竞先生一样的中国物理学先驱者致敬．

基于phyphox的单缝衍射法测金属线性膨胀系数实验的方案设计

李可欣, 焦政翰, 但诗琪, 张鸿霖, 徐平川, 张志娇, 李勇强

2025, 44(11): 6. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240577

摘要 ( 16 )

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为优化传统实验中测量金属线性膨胀系数实验方案的不足，利用成一定比例的杠杆将夫琅禾费单缝衍射系统和金属受热膨胀系统相结合，使金属棒受热发生的微小膨胀现象转化为衍射条纹宽度变化的直观物理现象，并采用电动推杆机竖直匀速推动智能手机，使phyphox软件实时采集衍射条纹的光照度分布信息，进而实现金属线性膨胀系数的分析测量.该装置不仅可以得到高精确度的实验结果，且能有效降低实验成本；为提高学生实验创新能力、动手搭建能力提供了有效参考方案.

基于真空环境热学综合实验仪的研制

聂木香, 李嫚莎, 唐经龙, 夏湘芳, 祁飞扬, 徐志刚

2025, 44(11): 12. doi:10.1016854/j.cnki.1000-0712.250146

摘要 ( 15 )

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针对目前高校测量导热系数常用的实验仪普遍存在空气散热导致实验结果误差、铂电阻温度传感器接线处接触不稳定和实验周期过长的问题，本文研制了一种建立在真空绝热环境下可同时测量物体导热系数和比热容的热学综合实验仪. 实验在自主搭建的真空装置中进行，有效抑制了空气热对流.温度测量采用热电偶测温仪，相较于PT100传感器，消除了线路电阻导致的数据偏差；热通量控制由直流恒压加热源和恒温制冷装置协同实现，测量通过高精度电流表和电压表完成(傅里叶热传导理论中的dQ).该装置测得硅胶、铜和铝导热系数分别为0.1400、118.0、182.1 W/m·K左右，以及铜的比热容为0.347 J/(g·℃)左右，均处于材料标准值范围内，经评定测量结果的相对扩展不确定度(在95%置信区间内)分别为1.3%、0.25%、0.28%和3.74%，表明该装置在测量稳定性满足实验预期.

二维蜂窝晶格的格波偏振模式

彭胜瑜, 钱叶妩, 俞弘毅

2025, 44(11): 20. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240615

摘要 ( 11 )

PDF (382KB) ( 7 )

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本文探讨了二维蜂窝晶格的格波在不同波矢处的偏振模式，旨在为固体物理关于晶格振动的教学提供新的思路.通过分析蜂窝晶格的动力学模型，可写出晶格振动的动力学矩阵本征方程，并由此求解格波色散关系和偏振模式.利用对称性分析可知高对称波矢位置M和K处分别具有线偏振和圆偏振的格波振动模式，由此可简化晶格振动问题的求解.在此基础上可利用量子力学微扰理论来求解K点附近波矢的格波，其偏振模式为椭圆偏振.

贝里相位一题多解和一题多问

任玲清, 梁兆新

2025, 44(11): 27. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250034

摘要 ( 15 )

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贝里相位是量子系统在其参数空间中经历绝热演化后波函数所累积的几何相位，其在拓扑物态研究、量子计算、材料科学等领域展现出广泛的应用前景.贝里相位涉及量子力学中的态矢量、参数空间、绝热演化等多个复杂概念，因此在量子力学教学过程中，如何理解这些概念并建立起它们之间的内在联系是教学难点和重点.本文采用一题多解和一题多问的教学方法，首先，在绝热近似条件下，通过六种不同的解析方法求得二能级模型的贝里曲率以及贝里相位的解析解，其次，通过求解该模型的精确解，得到了任意时刻的波函数，并据此研究了非绝热情况下的几何相位；满足绝热条件时该几何相位过渡到贝里相位；最后，从多个角度对贝里相位进行深入解析，并比较各个求解方法之间的优缺点，从而加深了对贝里相位的理解和认知.

一维振动问题的复数求解方法

陈乐乐, 罗覃

2025, 44(11): 36. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250038

摘要 ( 24 )

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本文采用复数形式对一维谐振子系统的运动方程进行了全面求解.采用复数与微积分结合的方法，本工作开展了对大学物理教材中的一维简谐振子模型求解方法的研究，针对不同阻尼及驱动力条件下的运动方程形成了统一的求解方法.此外，本文的方法还适用于非周期性外界驱动力作用下的一维阻尼振子的运动方程求解.

人龟赛跑佯谬与黑洞时间

王怀玉

2025, 44(11): 39.

摘要 ( 17 )

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This paper introduces the explanation of Zeno’s paradox from the perspective of physics. Zeno proposed a new kind of time called Zeno clock. There is a transformation relationship between Zeno’s time and our time. The infinite time on Zeno’s clock corresponds only to the finite time of our world. After the infinite time on Zeno’s clock, there is still time on our clock.

对论文“自由空间中平面电磁波的电场和磁场总是同相位吗？”的再讨论

宋立涛, 何杰, 王杰芳

2025, 44(11): 44. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250167

摘要 ( 14 )

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本文对《大学物理》论文“自由空间中平面电磁波的电场和磁场总是同相位吗？”中讨论的问题进行了重新讨论.结果表明关于平面电磁波的电场强度E、磁场强度H可能反相位的观点是没有必要的，“同步”和同相位亦无本质区别，传统教材中认为自由空间中平面电磁波的电场与磁场总是同相位的观点并无问题.

激光频率牵引效应的物理图像及内涵拓展

汪之国, 谭中奇, 肖光宗, 罗晖

2025, 44(11): 46. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250022

摘要 ( 14 )

PDF (176KB) ( 10 )

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频率牵引效应是激光理论中非常重要的内容，在经典激光理论中通常利用谐振条件与增益介质色散进行推导和讨论，理解难度较大.而在半经典激光理论中，通过将增益介质的色散按激光频率做一阶展开，可以得到类似“质心公式”的表达式.本文基于这个表达式，建立和讨论频率牵引效应的物理图像，并扩展到更一般的“激光”理论，结合环形激光陀螺和主动光钟两个重要应用案例，帮助学生理解频率牵引效应的物理图像，抓住其物理本质，对提升激光理论中频率牵引效应的教学效果具有一定意义.

浅析本科力学课程体系中虚功原理的脉络

李永胜, 闫晓鹏, 李志刚, 陈静

2025, 44(11): 50. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250064

摘要 ( 15 )

PDF (374KB) ( 7 )

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虚功原理是本科力学教学的重要内容，加深对该原理的理解对掌握固体力学的能量原理有重要意义.本文对不同课程阶段虚功原理的表达进行了归纳总结，给出了对该原理的若干认识，主要内容如下：（1）给出了一种由质点系虚位移原理过渡到变形体的定性说明，厘清了内力虚功和虚应变能的关系；（2）阐明了杆系结构与一般弹性体在虚功原理表达上的区别和联系，对现行教材中杆系结构虚功原理容易混淆的地方进行了辨析；（3）从整个课程体系的角度总结了质点系和变形体的虚功原理，给出了课程体系中原理的总体脉络，最后通过简单例题对虚功原理的应用加以说明.本文旨在理清虚功原理在各课程阶段的关系，厘清一些相关的概念，以期有助于读者形成对虚功原理的总体认识，加深对该原理的理解.

声速测量实验驻波法和相位法深度比较

贾小文, 范海英, 尹霖

2025, 44(11): 56. doi:10.16854 /j.cnki.1000-0712.240252

摘要 ( 13 )

PDF (372KB) ( 4 )

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通过行波法结合数值计算给出驻波法和相位法测量声速的原理，比较了驻波法和相位法测量声速的区别，讨论了空气吸收系数和反射系数以及测量距离对声速测量准确度的影响.理论分析和实验表明，驻波法应在距离声源稍小处测量更准确，相位法应在稍大距离处测量更准确.无论是驻波法还是相位法，实验测量结果总是偏大于真实值，总体而言相位法准确性优于驻波法.换能器间声场分布是一种介于驻波和行波之间的混波，在反射系数较大时驻波效应明显，空气吸收系数较大时行波效应明显，测量距离较小时驻波效应明显，测量距离较大时行波效应明显.

匀速运动带电粒子产生辐射电磁场的COMSOL仿真

黄忠, 陈青

2025, 44(11): 61. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250126

摘要 ( 16 )

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切伦科夫辐射和Smith-Purcell辐射是指匀速运动带电粒子向外辐射电磁场的现象，常用于设计制造高效可控的太赫兹光源.由于复杂的理论推导和实验探索的受限性，学生在课堂学习中较难形成清晰的物理图像.本文使用COMSOL软件对上述两种现象进行了研究，定量给出了带电粒子速度大小对辐射电磁场功率、方向以及频率的影响，模拟仿真结果与理论预期吻合.此外本文还通过仿真计算给出了一种在0-60W的功率范围和1.2-1.8THz频率范围内，连续调控Smith-Purcell辐射功率与辐射频率的简单方法，并阐述了其原理.本工作有助于学生形成关于带电粒子电磁辐射的物理图像，同时也可以作为相关物理教学定量实验设计的补充.

基于杨氏条纹对比的折射率测量

窦玲玉, 张雨航, 任立庆, 李洪国, 宋新兵

2025, 44(11): 67. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240557

摘要 ( 19 )

PDF (251KB) ( 3 )

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干涉现象是奠定光的波动性的基石，在度量学和光谱学等领域具有重要应用．双缝干涉现象作为波动光学中的重要内容，被人们在各个领域进行广泛讨论．本文理论上分别利用波的叠加原理和标量衍射理论对双缝干涉现象进行讨论，分析显示在其它变量相同时，介质折射率与干涉条纹宽度乘积不变．实验上利用空气中和水中的双缝干涉结果对此结论进行了验证．通过对比实验结果发现，双缝干涉实验可以用于介质折射率的测量，并且测量结果对双缝放置的角度等变量具有极高的鲁棒性．

基于物理诺奖背景的医学和物理交叉人才培养

董仕练, 宁志芸, 秦鹤洋, 马良

2025, 44(11): 72. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240580

摘要 ( 16 )

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以具备典型物理-计算机学科交叉特色的2024年诺贝尔物理学奖为背景，将大学物理实验涉及到的表面增强拉曼散射（SERS）光谱技术作为切入点，引导医学本科生借助物理光谱学技术对比健康对照组与肝癌组的血清SERS光谱差异并进行振动键归属溯源，探索出两类人群血清中的肝癌标志物AFP及CA19-9含量差异.进一步探究这种“医学-物理-计算”学科交叉型案例对交叉物理人才培养的作用，对于拓宽创新交叉型物理人才培养模式的改革思路极具借鉴性.

“提趣味、融思政、增资源、强应用”大学物理教学改革与实践

朱保华, 郑远蕾

2025, 44(11): 77. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240474

摘要 ( 7 )

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针对大学物理教学过程中出现的传统教学方法效果不佳、学生能力提升不足等问题，提出“提趣味、融思政、增资源、强应用”的教学改革方法．教学过程中坚持以“学生为中心、实践导向、合作与互动”教学理念，利用线上-线下混合式教学，通过增加与时代同步的教学内容，融合实践应用与最新的科研进展的真实案例，增强课堂吸引力，提高学生学习兴趣和主动性．教学评价体系中融入课程思政评价体系，贯彻实施德智情同育，保证教学目标与育人目标的同步达成．

高等职业院校大学物理与实验中的课程思政模式——以深圳职业技术大学为例

田红梅

2025, 44(11): 81. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.240587

摘要 ( 12 )

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本文基于职业院校大学物理与实验教学实践，对课程思政要素和资源进行了挖掘、梳理和优化，形成了“德+理+行+创+赛”三段五步六阶的课程思政模式，构建了包含大国重器、时代楷模、物理实验规范、科学品质等内容的课程思政教学资源库．在此基础上，形成了一系列将思政教育有机融入课堂教学的策略与方法，包括在课程中设置“讲好中国科技故事”这一主线、倡导科技审美观念，以及在科学素养教育中强化中华优秀传统文化的融入等．实践说明学生从实验规范、求真精神、创新作品、物理大赛、学业水平等各方面获得实效，课程思政目标落到实处．

大学物理实验课程思政元素挖掘及实施策略研究

封顺珍, 刘孜珍, 屈双惠, 东艳晖, 纪登辉, 李金花

2025, 44(11): 86. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250269

摘要 ( 9 )

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大学物理实验是理工科大学生必修的一门专业基础课程，在培养学生的动手能力、分析能力、科学素质和创新能力等方面具有不可替代的作用. 将思政教育融入大学物理实验课程中，对于提升实验教学的育人效果和推动物理教育与思政教育的有机结合具有重要意义.文章从爱国情怀和民族自豪感、科学精神和科学态度、团队协作和社会责任、生态文明和可持续发展四个维度结合大学物理实验实例介绍了思政元素的挖掘.并给出了在大学物理实验教学中融入课程思政时要遵循的5个原则以及实施课程思政的策略.

与狄拉克不同的创造模式——一个值得思考和评论的问题

赵松年, 于允贤, 王川

2025, 44(11): 91. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250099

摘要 ( 16 )

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20世纪初期，爱因斯坦和泡利、海森伯、薛定谔、德布罗意、波恩、约尔丹等量子精英一起，为量子论的建立做出了卓越的贡献，他认为这些精英是量子力学的奠基人，肯定其成果，多次提名他们为诺贝尔物理学奖候选人；尽管狄拉克在量子力学与相对论结合方面，做出了重大贡献，物理学界也已公认是比肩牛顿、麦克斯韦和爱因斯坦的伟大科学家，只是他预测反物质特别是正电子的存在，引起包括爱因斯坦在内的众多理论物理学家与实验物理学家的怀疑和激烈反对，爱因斯坦也并未将狄拉克看成是量子力学的奠基人，狄拉克和爱因斯坦同处于这一时期，可是二人在科学活动和学术交流方面却没有交集，除了狄拉克沉默寡言，不善交流，惜言如金的个性之外，爱因斯坦对狄拉克的重大研究成果并不认可，从未提名他为诺贝尔物理学奖候选人.本文作者从量子物理学史的角度初步思考和分析当时的情况，认为爱因斯坦与狄拉克各自取得了重大成果，但是其研究过程表现出显著的、不同的创造模式，其中包括成长环境、知识背景和科研经历，即使在主张科学美的观点上相似，也具有深层次的区别；其实，这才是主要原因，因此，本文拟以这二位科学家具有不同的创造模式为中心，进行思考和探讨，分析爱因斯坦为什么会反对和由此延缓了量子力学的发展，特别是分析和比较了这两种不同的创造模式在数学推理方面的差异与优劣，希望由此能够得出一些对读者有益的新颖的结果.

《量子理论中的定性方法》中译本序

刘寄星

2025, 44(11): 99. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250464

摘要 ( 18 )

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米格达尔（Arkadii Benediktovich Migdal）是世界著名的理论物理学家，《量子理论中的定性方法》来自于他给莫斯科工程物理学院学生讲授量子力学的讲义.俄文原著出版于1975年，英译本出版于1977年，这本书分为6章，介绍了理论物理学家们在实际工作中采用的工作方法. 令人高兴的是2025出版了该书的中译本,本文为此写序介绍.

《量子理论中的定性方法》译后记

姬扬

2025, 44(11): 101. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712. 250463

摘要 ( 12 )

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米格达尔（Arkadii Benediktovich Migdal）是世界著名的理论物理学家，《量子理论中的定性方法》来自于他给莫斯科工程物理学院学生讲授量子力学的讲义，俄文原著出版于1975年.英译本出版于1977年，中译本出版于2025年.这本书分为6章，分别以量纲和模型方法、不同类型的微扰法、准经典近似、物理量的解析性质、多体问题中的方法、量子场论中的定性方法为题，介绍了理论物理学家们在实际工作中采用的工作方法.

聚焦核心内容的多元化《光学》“AI助教”的建设与分析

伍俊豪, 李润泽, 罗霖, 崔新图, 庞晓宁, 赵福利

2025, 44(11): 106. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250011

摘要 ( 7 )

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在智能化和数字化教育的背景下，为了满足学生自主学习和探究的需求，基于大模型和知识库建设《光学》AI助教多元化平台，基于OBE理念建设平台框架，分为知识图谱，AI问答模块和MOOC学习平台三个部分，并在此基础上建立后台数据分析．内容上，知识图谱绘制教学框架并进行掌握程度评定，AI问答模块引入具有《光学》课程特色的工具插件进行专业的检索回答，MOOC式平台整合视频课件的学习资源，AI助教后台则分析学生的学习进度和掌握情况．“AI助教”在教学上的应用，满足学生碎片化学习的需求，促进课程教学智能化数字化发展．

基于地方高校的《大学物理》混合式教学创新与实践

许瑞珍, 林欢, 杨雄波, 杨先卫

2025, 44(11): 110. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250080

摘要 ( 9 )

PDF (442KB) ( 3 )

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地方高校面临着大学物理内容抽象难懂与学生基础薄弱且差异性大的矛盾．本文介绍了《大学物理》课程采用混合式教学模式，通过构建视频库、案例库和习题库等数字资源，结合数字化教材和演示实验，以“会学、会想、会用”为核心理念，线上自主学习基础理论，线下通过研讨互动深化知识，配合多元化评价体系，有效解决传统教学中内容抽象、案例不匹配、支持学术成长方法不足等问题，显著提升了学生的学习成效和综合素质，为应用型人才培养提供了有效范例．

基于断点检查的虚实结合式实验教学创新实践

张士元, 姚丽双, 谢向生, 池凌飞, 周雅琴, 吴永华, 吕秀品

2025, 44(11): 115. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250029

摘要 ( 6 )

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本文以《信息显示技术实验》为试点课程进行了教学实践，从计算机程序编辑与运行调试中借用“断点检查”概念，提出通过合理设置检查断点、丰富教学资源，并采用雨课堂平台，进行虚实结合的数字化教学与考核方法，致力于精确评价学生的知识水平和能力水平．同时，通过推动科教融汇和产教融合，融入思政元素，推动学生对所学知识进行再创造．本文所提出的创新方式有望为实验类课程的建设提供经验和参照．

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