大学物理

白玲玲, 陈家雄, 邓伟英

2026, 45(7): 1. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250587

摘要 ( 30 )

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针对当前乡村物理实验教学存在的设备短缺、形式化严重及素养培养薄弱等问题，本文以中学物理教学法实验课程为载体，提出“双轨融合”教学策略．该策略通过“乡村调研-课堂实训-模拟教学”路径，培养师范生利用本土材料开发教具的资源转化能力；同时融合PhET、Algodoo等低成本虚拟平台，推动实验教学数字化转型．实践表明，该策略有效提升了师范生“用乡村资源教好实验”的实践能力，缓解了“重理论轻实践”的矛盾，为乡村物理实验教学的素养化转型提供了可行路径．

玻色气体各阶能量矩的通用表达式

凡志强, 潘欧思, 陈金灿, 苏山河

2026, 45(7): 7. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250498

摘要 ( 33 )

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玻色气体在统计物理和量子热力学中具有重要的研究意义，其能量分布特性直接影响系统的热力学行为.本文针对处于平衡态的理想玻色系统，根据玻色-爱因斯坦积分的特点，推导出其各阶能量矩（即能量的幂次平均）的通用表达式.该表达式在不依赖系统维度、亦不区分相对论与非相对论框架的前提下，实现了对玻色系统能量统计特性的统一刻画.所得结果为深入研究玻色系统中平均激发粒子数、平均能量及能量波动等物理量提供了一种简便而有效的分析方法.此外，通过具体模型对该表达式的正确性与适用性进行了验证，显示其在量子统计计算和热力学分析中的广泛适用性与推广潜力.

相框悬挂问题的剖析

莫哲, 马士全, 王俊, 朱经亚

2026, 45(7): 10. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250402

摘要 ( 33 )

PDF (717KB) ( 36 )

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本文以悬挂相框系统为研究对象，分别运用牛顿力学与拉格朗日分析力学方法，导出了系统的平衡条件和二自由度微振动的微分方程，讨论了简正频率的存在条件，并运用Mathematica数值求解微分方程，验证了相关讨论结果的正确性．

以麦克斯韦方程组为引导的电磁学演绎式教学方法探讨

李慧杰, 柴金华, 刘玉文, 吴永

2026, 45(7): 16. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250395

摘要 ( 28 )

PDF (348KB) ( 35 )

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探讨了以麦克斯韦方程组为引导的电磁学演绎式教学方法，包括：方程(I)引导电通量、电场强度、高斯定理和电场能量等内容；方程(II)引导静电场的功能特性和电磁感应等内容；方程(III)引导磁通量、磁场的高斯定理和毕奥-萨伐尔定律等内容；方程(IV)引导安培环路定理、磁场能量及位移电流等内容．教学实践表明，这种教学方法能够强化对麦克斯韦方程组的理解，增加电磁学知识的条理性．

二维半导体中的偶极相互作用及其影响

王银康, 欧阳钢

2026, 45(7): 22. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250324

摘要 ( 26 )

PDF (317KB) ( 32 )

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Janus 过渡金属硫族化合物范德华异质结中的偶极矩调控是当下凝聚态物理领域的前沿研究方向.本文从原子尺度构建了Janus MoSSe/MoS2范德华异质结中带隙与外电场和偶极矩相关的理论模型，并阐明了其潜在的物理机制.这不仅深化了对电场-偶极矩协同效应这一基础物理问题的理解，同时为相关教学提供了典型案例，有助于提升学生对电偶极子模型的理论认知及其在多学科领域应用中的理解深度.

阐释数理方程中解的“直和”与“直积”形式的物理内涵

黄万霞, 陈诺, 舒新文

2026, 45(7): 25. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250466

摘要 ( 18 )

PDF (193KB) ( 28 )

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本文系统分析了“直积”与“直和”两种分离变量法所设特解在偏微分方程求解中的物理意义. 以中心力场问题为例，介绍哈密顿-雅可比方程（HJE）和定态薛定谔方程中处理问题方法的异同，研究表明：“直积”形式特解引出本征函数系，解可展开为本征函数的线性叠加；“直和”形式特解给出的是哈密顿特征函数，它通过指数映射与本征函数关联. 实例证明，分离变量所引入的常数对应于体系的守恒量，其源于对称性. 本文建立了“对称性-守恒量-方程可分离性”的统一框架，明确了两种方法的物理实质与适用范围，为教学与研究提供了清晰的理论基础.

论三力平衡之拉密定理在静力学和运动学中的应用

张居敏, 杨锐, 李文成

2026, 45(7): 29. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250443

摘要 ( 24 )

PDF (636KB) ( 27 )

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本文讨论了三力平衡问题，主要涉及三力汇交平衡定理及相对应的拉密定理和三力平行平衡定理及相应的杠杆定律.拉密定理本质上属于三角形正弦定理.为简化三力汇交平衡问题的求解难度，本文拓宽了拉密定理使用条件.举例阐述了拉密定理及杠杆定律在静力学、摩擦等问题求解中的应用，并将拉密定理的适用范围首次拓展至运动学以及力偶与三力构成的平面平衡力系，在刚体平面运动、点的复合运动等问题中涉及速度求解时都可以使用拉密定理.研究结果有助于简化教学环节、提高教学质量、培养学生力学兴趣.

拉盖尔-高斯光束在分层界面的磁场传输特性

贺劲松, 王明军, 张颖, 车佳洋

2026, 45(7): 35.

摘要 ( 21 )

PDF (539KB) ( 21 )

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涡旋光束自身的螺旋相位，使其可以携带更多信息，满足人们在通信过程中扩大信道容量的需求，但目前基于电磁场与电磁波理论的研究主要针对其电场，对磁场的研究尚不完善.本文针对拉盖尔-高斯光束在分层界面上磁场的传输特性展开了讨论，推导了拉盖尔-高斯光束在静止分层界面、运动分层界面上入射波、反射波及折射波的磁场表达式，并对其二维、三维磁场强度图进行了分析，得到了拓扑荷数、相对运动速度对拉盖尔-高斯光束磁场强度的影响.

人眼变焦功能演示实验

黄斐君, 杨域博, 张文凯

2026, 45(7): 40. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250566

摘要 ( 20 )

PDF (321KB) ( 24 )

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人眼主要依靠睫状肌控制晶状体的曲率实现变焦. 现有对人眼成像与调节功能的演示存在无法准确反映过程的局限. 为了实现对晶状体的模拟，借助3D打印技术，采用透明软硅胶材质设计一款曲率可变的软透镜，并利用可调卡箍来改变软透镜的曲率，改变软透镜焦距，形成不同的成像效果. 当物距发生改变时，在像距不变的情况下通过调节软透镜的形状能够使得成像再次清晰. 实验装置对人眼成像与调节的相关知识进行了实验演示，能够帮助学生正确认识人眼的变焦方式.

单晶硅太阳能电池在复杂工况下的输出特性研究

关欣洲, 王昌欣, 罗云荣, 杨雨睿, 邓畅

2026, 45(7): 45. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250713

摘要 ( 17 )

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本文主要研究单晶硅太阳能电池在实际工作时温度波动与入射光角度变化对其输出特性的影响，通过建立载流子输运模型与等效垂直入射模型，实现光功率变量的有效分离，揭示了入射光角度与太阳能电池表面温差对其输出性能的主导作用. 实验结果表明，在垂直照射条件下，短路电流随太阳能电池温度升高先快速下降后线性上升，且负载功率随太阳能电池表面温差的增大而减小；当入射光角度为30°时，负载功率出现显著高于等效垂直照射的反常现象；进一步研究表明，该现象源于金属-半导体界面表面等离激元共振对光吸收的增强. 这些结果不仅加深了人们对太阳能电池工作机制的理解，也丰富了大学物理实验教学的内容.

自制Am-Be中子源教学实验设计

李若铁, 庞萱, 齐浩天, 孙艳梅, 周小朋, 孙保华

2026, 45(7): 54. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250540

摘要 ( 16 )

PDF (475KB) ( 22 )

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Am-Be中子源是实验室常用的中子源之一. 本实验采用241Am放射源与BeO陶瓷片制备简易Am-Be中子源，以聚乙烯管作为慢化体，并分别使用3He正比计数管和LaBr3:Ce探测器对产生的中子与γ射线进行测量. 结合Geant4模拟，计算中子的产额及与γ射线的计数比，验证该制备方法的可行性. 该实验装置简便、操作安全，有助于学生深入理解中子物理特性及相关探测技术，可为核物理实验教学提供良好实践基础.

基于HMC5883L传感器的微弱磁场测量

朱佳琦, 马凤翔, 彭春发, 魏立武, 张立

2026, 45(7): 60. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250303

摘要 ( 23 )

PDF (416KB) ( 17 )

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本文利用HMC5883L传感器提出了基于STM32的微弱磁场测量系统的设计方案，搭建了微弱磁场测量系统，系统分为硬件和软件两部分，硬件部分为仪器搭建，软件部分为数据处理，数据处理模型植入单片机，单片机将处理好的数据在显示器端显示.系统以官方公布的已知的空间某点磁感应强度为标定，对测量系统进行校准，校准后的测量系统可以用来测量空间任意点的磁感应强度.为了检验该系统测量结果的准确性，对通电螺线管轴线中点磁感应强度的测量值与对应励磁电流理论计算的磁感应强度值做比较和分析，结果表明，70个电流测点，相对误差随电流线性增大呈指数式下降，系统可以相对精确地测量微弱磁场.

梯度进阶-自主创新-反溯驱动的物理实验课程生态构建与实践

邱红梅, 吴平, 张师平, 李莉, 陈森

2026, 45(7): 64. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250473

摘要 ( 20 )

PDF (578KB) ( 23 )

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团队以学生发展为中心构建了“梯度进阶-自主创新-反溯驱动”的物理实验创新能力培养生态体系．通过创新闭环教学链、动态内容更新机制及双元师资协同，破解了传统实验教学轻思维、内容滞后、理论与实验割裂三大痼疾，为新时代理工科创新型人才的培养提供了可借鉴的实践范式．这种教学模式专注于培养学生的创新思维和解决复杂问题的能力，这些能力是学生未来职场中不可替代的核心竞争力，具有跨学科推广的价值．

“工程教育认证”背景下大学物理实验课程目标达成评价

刘德弟, 何洋洋, 张萍, 关寿华, 徐会静, 于乃森

2026, 45(7): 72. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250277

摘要 ( 15 )

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本研究在工程教育认证背景下聚焦大学物理实验课程目标达成评价体系的构建与实践.针对当前课程评价中存在的问题，提出“价值塑造-能力培养-创新驱动”三维协同框架，形成层次化、可量化的教学目标体系.基于成果导向(OBE)理念修订教学大纲，设计并构建多元化过程性评价模型.以大连民族大学功能材料专业2023级为样本，进行课程目标达成情况分析，发现教学改革后的达成评价值均超预期(0.7以上).针对评价统计中呈现出的问题，提出优化评价标准、开发虚拟仿真平台、引入前沿实验及分层教学等持续改进策略，以促进“评价-反馈-改进”闭环生态的形成，为工程认证背景下实践课程的质量提升提供参考.

多传感器协同的小型自动化杨氏模量拉伸测量系统研究

常露情, 金睿鳕, 俞静雯, 吴雨果, 刘向, 彭小牛

2026, 45(7): 77. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250282

摘要 ( 21 )

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拉伸法测杨氏模量是大学物理实验教学中的经典实验.但现存实验方法存在操作复杂、不易调控、实验耗时久等问题.本文对拉伸法测量杨氏模量实验仪器进行了改进.通过将金属丝与数显千分表连接测定金属丝形变长度，并利用拉力传感器测量拉力大小，设计了一套小型化自动化的测量装置.改进后装置操作便捷、显示效果直观，相较于传统光杠杆法，本实验相对合成不确定度降低至2%左右，达成测量目标的同时精确度更高，可检测弹性极限，且实现了自动化数据采集，提高了实验效率.

二维驻波可视化仿真和实验研究

杨润佳, 鲁广铎, 樊帅伟

2026, 45(7): 81. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250267

摘要 ( 58 )

PDF (513KB) ( 38 )

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波动是自然界中普遍存在的物理现象，由于二维的波动的抽象性和不易直接观测性，在多数教材中未能得到详尽而深入的讲解.本文基于Python开发了一款能够对二维机械波与二维驻波进行可视化呈现的程序，该程序具有人机交互功能，而且可以通过改变参数生成二维驻波静态图像、驻波振动的动画和机械波传播的动画；并设计和搭建实验装置进行验证,实现了理论仿真与实验验证的研究闭环.本研究有利于学生们加深对二维驻波各项性质的理解；也有助于培养学生的思维能力与想象能力，为学生未来的学习和科研工作打下良好的基础.

在能带理论中引入角分辨光电子能谱实验教学的探索

刘中灏, 甄洪润, 刘艳辉, 汤世伟

2026, 45(7): 86. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250327

摘要 ( 19 )

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材料的宏观物理性质主要由其电子结构决定.能带理论作为《固体物理》本科教学中的核心内容,是连接电子微观运动与材料宏观性质的重要理论基础,其理论教学体系已相当成熟和完善.然而,现行教材中普遍缺乏相应的实验教学环节,导致学生难以直观理解如费米面、态密度、费米速度、有效质量等关键概念.角分辨光电子能谱(ARPES)作为凝聚态物理研究的重要实验手段,能够直接观测材料的电子能带结构,为能带理论教学提供了直观的实验支撑.本文提出在本科教学中引入ARPES实验的基本原理与简化实验模块,构建“理论—实验—应用”一体化教学体系.通过实验演示、数据分析任务和理论拓展相结合的方式,激发学生学习兴趣,加深其对电子结构和能带理论的理解,促进理论与实验的深度融合.此举不仅拓宽了教学内容的广度和深度,也为探索前沿科研与本科教学的协同育人机制提供了实践路径.

试析科学家成功所需之驱动力——以彭堃墀院士为核心的叙述

厚宇德

2026, 45(7): 93. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.260007

摘要 ( 20 )

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物理学家惯于从各种力的角度去关注决定成功的要素，杨振宁、周光召、彭堃墀等几位著名院士都曾基于自己的经历和体会对此做过阐释说明.本文基于访谈及其他著述，概括、总结并分述了促使或保证彭堃墀院士在普通地方高校等不利条件下取得成功的主要驱动力或能力.结论表明，科学家要在科研领域取得非凡的成功，简言之要求他身体健康、心理自信、专业能力过硬，具有极强的上进心、事业心以及良好的与人沟通能力等等.其中任何一个环节存在问题，都会对他的科学事业形成直接影响.然而在科研实践中，取得成功是困难的，但是又往往把决定成功的因素想得过于简单，比如为数不少的人将成功或失败只归于科研条件和智力的好与坏.这二者固然重要，但却不能决定科学家必然成功或失败.本文的主旨在于通过彭堃墀院士的真实事迹再次说明一个道理：除这二者之外，成功还需要留意诸多其他方面的协同作用.

仿真-实验”协同优化的全反射液体折射率测量装置#br# 设计与实现#br#

杨志文, 杨琳, 段朝米, 毛祥睿, 向文丽

2026, 45(7): 101.

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本文提出了一种基于全反射原理的液体折射率测量新方案，通过数值仿真与实验验证协同优化的研究路径，实现了折射率测量装置的优化设计与性能验证.基于MATLAB仿真模拟，系统分析了液体槽顶角参数对折射率测量范围的影响规律，构建了关键参数的调控机制.基于仿真结果研制了集成共轴旋转双刻度盘读数系统与智能手机光传感器的实验装置，其可调平台设计显著提升了系统适应性和精确化需求.实验验证表明：对去离子水及不同浓度NaCl溶液的折射率测量中，相对误差均远远低于5.00 %，证实了方法的可靠性和装置的精确性，为透明液体折射率的测量提供了一种可视化、精确化的新方案.

室温光子计数与光子数分辨实验装置

房晓龙, 吴云, 张国青

2026, 45(7): 108. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250347

摘要 ( 19 )

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具有单光子灵敏度与光子数分辨能力的光子探测器在量子通信、激光雷达、荧光测量、核辐射探测、天文探测、生物医学等微弱光探测领域具有重要应用.传统单光子计数实验仪只具有光子计数能力，不具有光子数分辨能力.本文展示了基于多像素光子计数器探测模块的室温光子计数与光子数分辨实验装置，该装置可演示光子计数与短脉冲光的光子数分辨实验，直观地展示光的“粒子性”，替代传统的单光子计数实验仪.

力学”课程中切伦科夫效应的前沿案例分析#br# ——基于倾斜波前相位匹配光整流的强场太赫兹波#br#

贺赠谕, 毛婧一, 李轲, 汪涛, 张学锋

2026, 45(7): 113. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.250449

摘要 ( 16 )

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近年来，随着超快领域的迅速发展，太赫兹辐射在科学研究、生物医疗、材料科学、通信技术、成像领域等方面都展现出越来越广泛的创新应用．然而，基于倾斜波前相位匹配光整流的强场太赫兹辐射的物理机制实则由来已久，即早在百年之前就已经发现的切伦科夫效应．物理学相关专业的本科生在力学“波动”板块的“多普勒效应”章节中第一次接触到切伦科夫效应，长期以来，作为选学内容的切伦科夫效应并没有得到足够的重视．作为一个物理学概念，切伦科夫效应涉及多门课程，可由力学的马赫锥现象出发，进而深入联系到电动力学的切伦科夫辐射．在应用层面上，切伦科夫效应在现代社会的科技领域中扮演着重要的角色．本文通过将切伦科夫效应与基于波前倾斜相位匹配光整流的太赫兹辐射的物理机制进行对比分析，不仅能够加深学生对于基本物理概念的理解，还能引导学生探索科技前沿，真正践行“科技扎根理论，理论引领科技”的教育理念．

格物求真明德笃行——北京师范大学物理与天文学院#br#

侯卫娜, 桑海波

2026, 45(7): 119. doi:10.16854/j.cnki.1000-0712.260132

摘要 ( 16 )

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北京师范大学是教育部直属重点大学，是一所以教师教育、教育科学和文理基础学科为主要特色的著名学府.北京师范大学物理与天文学院是物理学、天文学及核科学与技术领域重要的教育和科研基地，其历史可追溯至1904年京师大学堂师范馆开设的物理学课程，历经百年积淀而弦歌不辍，2024年合并形成覆盖物理学、天文学、核科学与技术等学科方向的综合性科学研究与人才培养重镇.学院秉承“格物求真，明德笃行”的院训精神，注重“四有”好老师和拔尖创新人才双重育人，面向国家重大战略需求与科技前沿，着力培养具有全球视野的复合型创新人才，矢志成为支撑科技强国建设的世界一流科教平台.

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