大学物理

郑贝宁, 张媛, 耿智彬, 韩梅

2026, 45(6): 1. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250086

摘要 ( 42 )

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随着材料科学、表面科学以及纳米科学的迅猛发展，人们对材料的认知已深入至原子层面，一系列原子级测试表征技术应运而生，其中超高真空扫描隧道显微镜（UHVSTM）颇具代表性.当前，国内诸多高校与科研单位虽引入了UHVSTM设备，然而因其造价高昂，且超高真空系统构造复杂，致使该设备在本科生与研究生教学实践中的应用极为有限.本文以UHVSTM为研究对象，从超高真空系统的结构设计及系统维护视角出发，深入探讨了将UHVSTM应用于研究生教学的必要性，并初步规划了具体的教学内容，涵盖最新科研成果的课堂引入、超高真空系统的结构设计解析以及系统维护要点等方面，旨在为充分发挥UHVSTM在研究生教学中的作用创造条件.

半无限大平行板电容器电场的深入研究和可视化

周群益, 刘天贵, 钟铮, 莫云飞, 陈传盛

2026, 45(6): 7. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250431

摘要 ( 32 )

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半无限大平行板电容器的电场是一个典型问题，可反映平行板电容器电场的基本特征.半无限大平行板电容器电场的求解需要利用施瓦兹-克里斯托弗变换.利用ζ平面与z平面的变换公式，推导了等势线与电场线的参变量方程，进而推导了显函数方程，绘制出等势线和电场线曲线族.求出了电场分量的隐函数及合场强和方向的公式，绘制了三维曲面，说明了电场分布的规律.

球域各种边界条件下的静电格林函数与镜像分布

胡哲文, 苗荣欣

2026, 45(6): 14. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250458

摘要 ( 74 )

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球域静电问题是电动力学教学的经典问题并广泛应用于工程技术中.开尔文首创的电像法，成为此类问题的重要工具.本文系统研究了球形边界的格林函数，针对狄利克雷、诺伊曼与罗宾三类边界条件，分别给出了球内外的格林函数解析解与镜像源构型.对于诺伊曼与罗宾边界，本文基于自由空间格林函数，通过勒让德多项式展开添加边界修正项，经积分得到闭式解，揭示出这两种边界条件下，诺伊曼线上的镜像源分别表现为均匀分布与幂律分布的射线或线段形式.

磁光克尔与法拉第效应的基础理论

杨平, 何伟岩, 韩彬, 冯万祥

2026, 45(6): 21. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250427

摘要 ( 38 )

PDF (1043KB) ( 24 )

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磁光效应在磁性材料研究中展现出日益突出的科学意义与技术应用前景.然而，由于其理论体系较为复杂，常难以在传统光学、电磁学和计算物理等课程中深入讲解，导致学生在学习过程中普遍面临物理图像不清晰、数学推导困难等问题.本文从菲涅尔方程出发，系统构建了从材料磁圆二色性到克尔角与法拉第角的完整理论框架，并结合磁畴成像与光隔离器等典型应用场景，将抽象理论与实际案例有机融合，为本科生深入理解磁光效应提供了兼具理论深度与实践价值的教学参考.

半导体物理学中态密度的教学研究

张炅韬, 罗小光

2026, 45(6): 26. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250343

摘要 ( 31 )

PDF (777KB) ( 22 )

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态密度作为半导体物理学的核心概念，是理解载流子统计、输运及器件性能的理论基础.针对态密度教学中存在的k-空间概念抽象、数学推导复杂及材料能带结构差异三大难点，本文提出“楼宇房间类比法”构建量子态物理图像，通过“椭球壳/椭球推导法”揭示态密度公式的物理本质并简化数学推导过程，并以硅为例阐明常见半导体中态密度的一般计算策略.研究旨在建立结构化教学框架，帮助学生跨越概念障碍，为载流子统计与器件性能分析奠定理论基础.

广义傅科摆及其进动转角：直接计算的方法

柳飞, 庞刚强, 金硕

2026, 45(6): 30. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250481

摘要 ( 32 )

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本文将教科书中的傅科摆模型推广至球面约束的小振动系统，其振动中心沿球面任意闭合轨道缓慢运动．从该广义傅科摆的拉格朗日函数出发，推导得到绝热近似解及进动转角．结果表明，在绝热近似条件下，进动转角与运动细节无关，仅为闭合轨道的泛函，且几何上起源为闭合轨道所围球面区域的立体角．本文规避了直接应用曲面矢量平移等微分几何理论．

基于经典模型的一维无穷深势阱教学三维探索

孙磊, 吴克迪

2026, 45(6): 35. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250336

摘要 ( 11 )

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本文针对本科量子力学一维无穷深势阱教学中重数学推演、轻物理图像的普遍问题，提出以“物理图像—数学形式—经典极限”三维架构重构教学.核心方法是引入经典碰撞模型建立认知桥梁.物理图像维度：模型直观展示动能势能转化守恒，阐明无穷深势阱边界来源，纠正“经典深井”认知偏差；数学形式维度：模型通过量纲分析及概率密度类比，赋予能量参数与边界条件物理实质；经典极限维度：模型通过平均概率密度、零点能对比，加深理解量子体系本质特征.实践表明，该策略在多数情况下能有效帮助学生克服认知偏差，深刻理解波函数统计诠释、能量量子化等概念，成功构建量子思维范式.

强激光场中自由带电粒子的Volkov描述

刘士炜, 孙立平, 张欣, 吴斌兵

2026, 45(6): 40. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250660

摘要 ( 14 )

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Volkov态作为描述自由带电粒子在平面电磁波背景下量子动力学的精确解，是强场电离和非线性散射等理论框架中的核心要素．本文从Dirac方程出发推导Dirac-Volkov解，并在非相对论与固定自旋近似下获得显式包含非偶极修正的Schrdinger-Volkov态．进一步利用Hamilton-Jacobi方程给出对应的经典作用量与经典物理图像，阐明不同理论框架下的Volkov描述在相位结构上具有内在统一性，揭示了粒子在强激光场中的横向振荡、纵向漂移和有效质量增加等效应的物理机制．

从频率到概率：平均自由程公式的推广

宋一丹, 王翊钧, 郝恩渲, 刘翊

2026, 45(6): 46. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250298

摘要 ( 29 )

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平均自由程是物理学中的基本概念，揭示了微观粒子运动的统计规律，在气体动力学、凝聚态物理、粒子物理与原子核物理等领域具有重要的应用．本文基于不同物理模型对平均自由程公式进行分析和推广，旨在引导学生在已有知识框架中发现新问题，并通过探究问题加深对物理图像的理解．在教学过程中，强调知识和方法的应用及迁移，可以激发学生的学习兴趣，培养其科学思维和物理探究能力．

弹性力学中的对称性思想及其教学应用

袁学波

2026, 45(6): 49. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250444

摘要 ( 14 )

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以弹性力学教学为背景，探讨对称性思想的内涵及其在典型问题中的应用．通过平面应变问题、直角坐标下简支梁弯曲问题以及极坐标下轴对称问题展示了对称性思想在具体求解中的应用方式与教学价值．对称性不仅能够有效降低求解复杂度，使学生更易掌握问题的数学结构，有助于学生从几何、荷载和边界条件等直观角度理解应力与位移分布规律．在教学实践中，将对称性作为分析问题和讲解案例的主线，可以增强学生的逻辑思维能力、建模意识及力学直觉，为课堂教学和典型问题讲解提供一定指导．

无限深方势阱中不确定性关系的讨论

祁保山, 程剑剑, 车俊岭, 张云光, 郑华

2026, 45(6): 54. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250387

摘要 ( 0 )

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理解量子力学与经典物理之间的联系是物理学的重要课题．玻尔的氢原子理论，特别是其定态量子化思想和对应原理，为研究这种联系提供了基础．本文基于玻尔的思想，将其应用于一维无限深方势阱模型．通过比较经典统计物理与量子理论对势阱中粒子位置与动量统计分布及不确定性的描述，重点考察了不求解薛定谔方程而利用量子化驻波条件和经典统计分布推导不确定性关系的半经典方法．通过对比分析这种方法导出的结果与严格量子力学精确解在大量子数极限下的表现，验证了玻尔对应原理在该模型中的有效性，从而加深了对量子统计行为向经典行为过渡机制的理解．

三个关于质点系的动能定理及两例应用

邵云

2026, 45(6): 57. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250365

摘要 ( 22 )

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文章回顾性地证明得出三个关于质点系的动能定理，即惯性（或地面）参考系下质点系的动能定理、关于质心的动能定理、质心参考系下质点系的动能定理，指出它们之间的相互关系，并将它们应用于两个实例，揭示出滑动摩擦力对边滑边滚小球做负功的某些特殊机制．文中还顺带证明了其他的一些熟知的关系式．文章的内容对于基础物理教学、研究、考试，或均有一定的参考和利用价值．

面向新工科建设的光通信课程科研反哺和课程思政融合教学设计

刘启发, 孙科学

2026, 45(6): 61. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250442

摘要 ( 12 )

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为培养符合时代发展的又红又专的高素质复合型“新工科”人才，本研究将与课程相关性强的科研内容融入到光通信课程课堂教学中，以提升教学质量和效果，同时为了正确引导和塑造学生们的世界观、人生观、价值观，引入了课程思政的内容．本设计将课程内容、思政元素和科研内容进行有机融合相依而生．我们提出了具体化的科研内容引入和相应的教学内容，且两者之间具有密切的理论知识关联，为课程提供具体化实物化的内容，形成新的兴趣激励点；开展理论融入和实验融入相结合，整体提升的方法，并在此基础上提出创新性课堂；提出了明确的思政目标和与课程内容和科研内容紧密相连的思政元素；提出采用同时纵向和横向评价的策略，更加准确的反映教学效果，近三年总评结果显示，项目实现了有效的教学效果改善．

基于AF理念的“高等半导体器件物理”教学改革实践

张盼盼, 何雨

2026, 45(6): 67. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250275

摘要 ( 13 )

PDF (695KB) ( 5 )

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为加强集成电路领域的研究生培养，解决面向先进制程对器件物理的深层理论需求，本文聚焦于解决“高等半导体器件物理”课程“内容设置分散缺乏逻辑建构、教学内容未能触及产业前沿、传统教学模式缺乏实践导向、评价体系难以判断实施效果”的现状问题，探索了基于AF理念的“高等半导体器件物理”课程教学改革实践，从重构教学大纲、深化课程思政、构建知识图谱、引入前沿技术和递归修正教学模态等方面总结实践案例，实现了教学效果的有效提升，为新形势下集成电路领域半导体器件物理方向的研究生培养提供了可以参考的新范式.

基于光电类课程的“光创融合”教学创新研究——以“物理光学”为核心示范#br#

陈文浩

2026, 45(6): 74. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250313

摘要 ( 8 )

PDF (523KB) ( 4 )

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基于“光创融合”教学模式，探索其在以《物理光学》为代表的光电课程群中的应用.通过“案例引导”教学法，结合理论讲解与创新实验，推动学生自主学习和实际操作技能的提高.模式涵盖四个主要部分：第一，通过理论讲解传授基础知识；第二，通过案例驱动引发学生对实际问题的兴趣与探索；第三，结合创新实验增强学生的实际操作能力；第四，利用项目学习提高学生的团队协作与工程实践能力.研究结果表明，该模式能有效激发学生的学习兴趣，提高其综合能力，且能促进学术研究与创新实践的结合.

物理课程与神经网络融合的教学设计

孙林锋, 李军刚

2026, 45(6): 79. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250368

摘要 ( 8 )

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近年来，人工智能技术迅速发展，2024年诺贝尔物理学奖授予在人工神经网络与机器学习领域做出开创性贡献的科学家，进一步凸显了物理学与前沿科技之间的深刻关联.本文探索将神经网络技术引入物理课程的教学设计路径，旨在丰富教学内容，增强课程前沿性与科技关联性，激发学生学习兴趣，从而提升物理课程的教学质量与育人实效.本研究强调神经网络与物理知识体系的可结合性，为物理课程教学内容的创新与拓展提供了借鉴.

基于知识图谱的大学物理AI+课程个性化教学实践

黄厚伟, 邱晓燕

2026, 45(6): 84. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250407

摘要 ( 10 )

PDF (5460KB) ( 7 )

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本文利用《普通物理学教程力学》课程知识图谱和人工智能(AI)工作台开展个性化线上线下混合式教学.笔者系统梳理课程知识点层级关系后，利用图形工具生成可视化课程知识图谱并关联整合相关课程教学资源.以课程知识点为切入点开展线上线下混合式教学，利用AI生成课前预习检测题和课堂实时检测卷实时掌握班级学情；系统分析学生线上学习记录并AI生成学生个人学习报告.针对不同层次学生设置个性化课后学习方案:为学有余力的学生开设拓展练习；为学习达成度不高的学生定制个性化作业，强化薄弱知识点学习.教学实践证明“AI+课程知识图谱”教学模式是可复制的高校个性化混合式教学参考案例.

物理学教材演化与科学前沿的关联

常家怡, 曹庆宏, 刘佳, 刘言东, 王小平

2026, 45(6): 90. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250521

摘要 ( 17 )

PDF (611KB) ( 11 )

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本文探讨了物理学教材演化与科学前沿之间的内在关联，重点分析了19世纪和20世纪两个时期的特点及其对教材演化的推动作用.在19世纪，物理学教材初具雏形，主要聚焦基础理论，内容较为简洁，未充分涉及科研前沿.进入20世纪，物理学快速发展，量子力学、相对论等物理学前沿的突破促使教材内容迅速更新，逐渐融入新兴领域的研究成果，并随着教育目标的变化，开始注重跨学科融合和创新人才的培养.同时，数学与信息化教学手段的革新也为教材内容与形式的更新提供了新的动力.本文详细论述了科学前沿如何推动教材的更新与结构调整，并展望未来人工智能在教材智能化与个性化方面的潜力.

水瓶火箭垂直发射的加速度研究

王琛辉, 李显荣, 李刚涛, 晏翠琼, 陈莉娟, 王月明

2026, 45(6): 104. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250434

摘要 ( 18 )

PDF (607KB) ( 9 )

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本文主要研究了垂直发射水瓶火箭的动力学属性，通过理论建模与实验相结合，深入探究其垂直发射过程中加速度的变化规律.基于变质量运动属性，考虑水的喷射反冲、空气阻力、重力等因素，理论推导水瓶火箭发射加速度的解析公式，利用加速度传感器测量发射过程中的瞬时加速度，通过理论与实验结果对比，分析影响水瓶火箭垂直发射加速度的主要因素，包括初始装水量、瓶内初始气压、瓶体体积、喷口截面积等.研究结果表明在不同气压下，理论结果与实验数据高度吻合，证明了理论模型的正确性与合理性.本结果为优化水瓶火箭发射性能提供了理论与实验依据.

PT育人模式融入大学物理研究性实验教学

卢芳, 丁春颖, 武颖丽, 吴兴林

2026, 45(6): 110.

摘要 ( 10 )

PDF (500KB) ( 7 )

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在教育强国战略推动高等教育内涵式发展的背景下，针对传统大学物理实验课程存在的实践创新能力培养不足等问题，以西安电子科技大学物理菁英拔尖班为例，探索将中国大学生物理学术竞赛等赛事题目转化为研究性实验内容引入课堂，通过增设研究性实验模块，构建了贯穿“实验设计 – 操作 – 报告 – 汇报”的闭环教学体系.实施结果表明：该模式有力提升了学生的科学探究能力与创新实践素养，学生在实验设计规范性与学科竞赛获奖率等方面均大幅提升，实验报告与汇报质量在理论正确性、方案合理性、操作规范性等核心评价维度均获得显著优化，为拔尖创新人才培养提供了可推广路径.

从隐性到显性：基于Hestenes建模理论的力学教学衔接研究

李霖, 胡海云, 冯万祥

2026, 45(6): 114. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250484

摘要 ( 5 )

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本研究以Hestenes建模理论为框架，剖析了大学物理在数学工具、模型构建与演绎验证等方面对思维能力的更高要求.通过引入“电磁撬”等前沿物理实例，本文具体展示了如何引导学生认识到微积分等高级工具的必要性，旨在为教学衔接提供实质性策略，促进学生科学思维的平稳过渡与建模能力的提升.

稳态平板法测试盐水浓度对于导热系数的影响

黄禹然

2026, 45(6): 118. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250234

摘要 ( 7 )

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本文旨在利用稳态平板法，通过构建液体热传导的测试装置，改变水和氯化钠盐的混合比例，观察热传导和散热达到稳定时温度的数值和变化速率.实验使用质量浓度为0%、4%、8%、12%以及16%的氯化钠盐水溶液，测量以上不同浓度盐水溶液的导热系数.实验结果表明，随着盐水浓度的增加，溶液的导热系数呈先增加而后趋于平稳的趋势.

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