物理与工程

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  • 什么是ETA物理认知模型

    穆良柱

    本文将物理认知规律总结为ETA物理认知模型(即完整的物理认知过程由实验物理(Experimental Physics)认知、理论物理(Theoretical Physics)认知、应用物理(Apply-ing Physics)认知构成),并尝试从认知角度回答钱学森之问。

    2020年01期 [查看摘要][在线阅读][下载 586K]
  • “MPCCDIO教育教学模式”实施效果评析

    王芳;张瑛;刘建军;严彦文;郭绍辉*

    MPC CDIO(Mathematics and Physics Courses Conceive, Design, Implement and Operate)教育教学模式是在CDIO工程教育模式的基础上,由中国石油大学(北京)发起的将CDIO工程教育理念落实到理工科院校数理公共基础课程教育教学领域的一项改革举措,是针对低年级学生实施的教育教学改革。本文首先对MPCCDIO教育教学模式改革的概念、背景、内容和实施过程做了简单的介绍,然后对MPCCDIO教育教学改革自2011年启动以来的进展情况及改革实施效果进行了介绍和评析。主要围绕对比试点班与普通班的学习力、创新力、国际化视野、团队意识等卓越工程能力的获得情况来展示改革的效果。最后,指出改革过程中存在的问题,并展望提出改进和完善的建议及措施,旨在为MPCCDIO教育教学模式改革的继续进行和扩大奠定基础,也希望为理工科院校的公共基础课的教学和教学改革提供值得借鉴的建议和经验。

    年期 [查看摘要][在线阅读][下载 1152K]
  • THE INFRASTRUCTURE FOR AND IMPACT OF PHYSICS EDUCATION RESEARCH ON POSTSECONDARY PHYSICS INSTRUCTION IN THE UNITED STATES

    Charles Henderson

    The field of Physics Education Research has grown substantially in recent decades. This growth has resulted in significant knowledge about effective teaching and learning of physics at the postsecondary level in the United States and has been put into practice in the development and testing of a wide variety of curricular materials and instructional approaches. This knowledge and resulting materials has been widely disseminated to physics instructors in the US, resulting in widespread adoption of highly effective research-based instructional practices. The growth and positive impact of Physics Education Research would not have been possible without significant and ongoing government funding.

    年期 [查看摘要][在线阅读][下载 371K]
  • 交易效率、人口密度与厚实市场1——内生分工的经济分析

    庞春

    本文在分工经济与交易费用的权衡中,创新性引入人口密度的双重外部性和资源的竞争性,借助于产消合一的内生专业化模型,来分析影响人口密度的经济因素、解释人口密度在分工网络中的作用原理。均衡及比较静态分析显示:交易效率改进,将促进区域的最优人口密度增高,强化交易品的专业化水平,扩大分工网络,增强人口密度在分工网络中的正效应——放大技术生产力,节省学习投入,扩增产品的消费和交易种类,提高总产出量、市场容量和产销转化率,促成交易密集的厚实市场,从而减轻人口稠密和资源稀缺的负效应,导致人均真实收入上升。本文模型有助于破解人口、分工与增长之谜(1)。

    年期 [查看摘要][在线阅读][下载 1083K]
  • 做市商制度促进股票流动性了吗?——来自新三板市场的证据

    赵崇博;刘冲;钱留杰

    本文以2014年8月新三板引入做市商制度为拟自然实验,结合2014—2017年新三板挂牌公司数据,采用双重差分法检验了交易方式转变对股票流动性的影响。研究发现,从交易笔数、交易规模、换手率、价格冲击指标和价差等多个维度看,交易方式由协议转让转变为做市转让,均能显著提升公司股票流动性。上述结论在交易数据剔除大宗交易订单后依然稳健。进一步异质性分析表明,在交易方式转变后,初始流动性越差,公司股票流动性提升越明显;主办券商获取库存股的折价率越低,股票流动性提升也越明显。从机制角度分析,做市商制度一方面通过提升个人投资者的活跃度,提升了做市企业的流动性;另一方面通过缓解价格波动,稳定市场价格,带来流动性的改善。

    年期 [查看摘要][在线阅读][下载 737K]
  • T+1交易机制造成负向隔夜收益率变动

    张兵

    本文创新地发现了我国股票市场的T+1交易机制会造成负的隔夜收益的现象。T+1交易机制是我国股市独特的交易制度,运行中产生了较多的问题。T+1交易机制对于投资者意见分歧更大、风险更高、个体投资者占比更高、非流动性更强的股票影响更大,造成这些股票开盘跌幅更深。本文建议遵照国际通常做法,逐步恢复T+0交易机制。

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  • 基于我国国债市场价格偏离现象的探讨

    白颢睿;吕元稹

    提高国债市场的市场深度是完善国债收益率曲线的重点内容,而本文研究发现由于做空机制的不成熟和套利资本的缺乏,我国国债市场出现了个券收益率长期显著偏离市场收益率的价格偏离现象。该现象并不能完全由套利空间狭窄和市场流动性不足进行解释。基于该价格偏离构建投资组合持有一周,我们发现在2006年1月至2017年4月,该策略可以在银行间市场获得显著的正向平均周超额收益率55基点,在上交所市场获得显著的正向平均周超额收益率30基点,对应年化超额收益率达28.6%和15.6%。在控制债券市场风险、期限风险、违约风险以及流动性风险因子后,该策略在两市场依旧可以获得显著的超额收益率。该策略的因子调整后超额收益率主要由卖空组实现,做空机制的缺乏是产生风险调整后策略超额收益的关键。

    年期 [查看摘要][在线阅读][下载 818K]
  • 文科物理课程中课程思政的教学探索与研究

    张加驰;慈志鹏;王得印;李颖弢;徐远丽

    本文结合物理课程特点和国情价值观,提炼出了物理课程思政教育的基本要素框架。同时,我们以《文科物理》为实践课程,根据要素框架设计了课程思政案例,并以趣味漫画为案例载体引入课堂教学,通过实验班和对照班的对比开展教学实验及研究。结果表明:在物理课堂教学中引入课程思政案例,不仅能有效提高学生的思想道德认知,也能提高学生的课堂注意力,从而提高学生对专业知识的学习兴趣及效果,但教师会付出更多的备课时间。

    年期 [查看摘要][在线阅读][下载 880K]
  • 精准对接,分层推进,促进产学研快速有效深度融合

    韩敬华;田丰;冯国英;吴俊;杨远东;雷印杰

    产学研结合是融合多方资源,提升创新创业能力,深化创新机制的重要途径。在高校、政府、企业、市场之间的产学研融合过程中,往往会存在技术需求信息不对称、对接合作不精准等问题,成为阻碍创新体制深化发展的瓶颈之一。如何快速突破以上壁垒,以市场需求激发高校的创新能力,成为当前一个亟待解决的问题。在江苏科技镇长团的积极推动下,四川大学电子信息学院与江苏省无锡高新区(新吴区)逐步从相互接触了解到精准对接合作,实现了分层推进、产学研快速融合的目的。本文对双方对接和融合过程中的实践经验进行了研究和总结,就双方如何打破产学研壁垒等问题进行详细的阐述,并对后续的推进工作进行了展望,可为高校与地区的产学研推进方式提供有价值的借鉴。

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  • 西藏高校物理课程思政初探

    王梓名;张为;杨晓荣

    课程思政是课程教学中落实立德树人宗旨的重要途径。针对西藏高校物理课程如何更好地发挥育人功能的问题,提出基于藏族优秀传统文化来开展物理课程思政建设。首先阐述了基于藏族优秀传统文化进行物理课程思政的必要性和可行性,其次挖掘了部分藏族优秀传统文化中的课程思政元素,最后简述这些思政元素如何与专业知识有机融合以形成物理教学资源,提高西藏高校人才培养质量,有效引导学生成长成才。

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  • 大学物理分层次在线教学的研究与探索

    张荣香;丁文革;代秀红;韩育宏;张建飞;袁小先

    基于在线教学在信息收集和学生学习行为记录方面的全面性和便捷性特点,对大学物理课程实施了班内分层次教学的研究和探索。主要基于“一中心四原则”的教学理念,根据课前调查问卷,课堂和课后的学习状态和学习行为记录对学生进行分层次教学。“一中心”指以学生为中心,“四原则”指个人定制原则、隐性分层原则、鼓舞激励原则和实时动态原则。首先依据学生的课堂响应和课后作业完成情况将学生分为A、B、C、D四个层次,每一层次学生的学习特点分别为积极主动型、被动响应型、内向自主型和消极怠慢型。然后结合课前对其进行的在线问卷调查结果,以及课中、课外在线学习行为的记录对不同层次学生进行有针对性的指导,从而真正做到“因材施教”,提高班级整体教学效果。

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  • 学生对刚体滚动过程中摩擦力作用的认识

    贾莹;朱广天

    刚体滚动是大学物理中的重点内容,学生在学习刚体滚动运动中存在诸多的困难,尤其是对摩擦力的作用认识不清。我们通过分析学生相关测试题目的结果,辅以出声访谈策略,深入了解了学生解决相关问题的思维过程。结果发现,学生会将平动中与摩擦力有关的前概念迁移到转动过程中,对摩擦力如何影响刚体滚动运动的过程、在功能转换中的作用和摩擦力自身性质的认识均存在一些典型的迷思概念。

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  • 涡流损耗与介质尺寸的关系

    熊永建

    本文讨论涡流热功率随介质尺寸变化规律。考虑圆柱和四方柱导体,受到均匀的正弦交变磁场,推导出涡流损耗的表达式,从而用定量的结果说明大块导体分割为相互绝缘的小导体可以减少涡流损耗。用Comsol软件做数值仿真,验证了理论结果。

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  • 《静电场中的导体》教学设计

    李慧;吴世永;周鸣宇;郭冰

    文章针对《静电场中的导体》这次课进行了教学设计,首先对教学内容和学员特点进行分析,并制定了教学目标。根据教学任务分析与教学目标做出了相应的教学策略选择与设计,主要的方法与手段有通过团队合作调动学员物理学习的积极性、利用教学互动反馈系统进行实时检测,随时了解学员的课堂掌握情况。采取过程性的教学评价方法,通过团队成绩督促每一位学员,共同进步。最后对本次课进行教学反思,希望和各位专家同行交流,相互借鉴。

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  • 玻尔共振实验相空间拓展研究装置设计

    陈褚鸿续;张亚萍;王书磊;梁燕旋

    本文针对玻尔共振实验设计了一套基于电子陀螺仪和三轴加速度计,配合Arduino的振动角度和角速度采集装置。本装置可以对玻尔共振仪摆轮的运动状态进行测量,并在此基础上绘制相图。实验分析了多个稳定受迫振动周期下使用该装置测量的振动角度,角速度数据。实验结果表明测量角度的相对误差在0.8%以内,测量角速度的相对误差在0.5%以内。本装置采集数据间隔较短,误差小,绘制的相图精度较高且连贯性好,可以满足实验拓展需求。这项功能改进提升了实验数据采集的信息化程度,增加了原有实验项目的实验内容,可为玻尔共振实验的拓展研究和教学创新设计提供一定的借鉴和技术支持。

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  • 理工融合协同育人建设一流应用物理学本科专业

    文德华;邓文基;杨中民

    在国家启动一流本科专业建设“双万计划”的大背景下,如何在粤港澳大湾区建设国家级一流应用物理学本科专业?这是本文将要重点探讨的问题。我们将借鉴国内外一流高校应用物理学专业建设经验,对接国家和区域的经济、社会发展需要以及战略新兴产业的需求,结合粤港澳大湾区的地缘优势及大科学装置群集优势,通过深度的理工融合,全方位的协同育人,加强专业建设,优化培养方案,提升培养质量,从而实现“做优理科”战略,建成国家级一流应用物理学本科专业。

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  • 热学中统计熵的一种理论解析

    冯仕猛

    大学物理教学过程中,适当给出一些有特色的数学推导,有利于学生理解相关的物理内容和构建相应的物理图像。理想气体的统计熵是热力学中一个重要概念,它与理想气体的体积和温度有关。本文根据测不准关系,提出理想气体分子最小空间概念。利用概率统计的基本知识,通过一定的数学处理,推导出一个统计熵的表达式。这个表达式包含了温度和体积对统计熵的贡献,与统计物理上经典表达式基本相同。这种方法比较简单、直观,有利于低年级理工科学生理解统计熵的物理意义。

    年期 [查看摘要][在线阅读][下载 388K]
  • 将科学研究融入大学物理教学的探讨——以宇宙射线研究为例

    刘茂元;高启;陈天禄;单增罗布

    科学研究与教学工作相辅相成,互相促进,文中我们依托宇宙线教育部重点实验室,结合多年来从事大学物理教学工作及西藏宇宙射线实验研究的经验,将大学物理中的粒子作用、光电效应、康普顿散射与宇宙射线科学研究的相关知识进行了融合。虽然目前宇宙射线并未全面进入教育视野,但宇宙射线研究是物理界非常重要的一项课题,为人类认识粒子及宇宙起着非常重要的作用。如果将两者有机融合,既能激发学生学习大学物理的兴趣,为大学物理教学打开新窗口与对接接口,又可以同时宣传宇宙射线知识,使大学本科生了解宇宙射线,为拔尖学生的培养开创新的渠道。

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  • 懂几何者,在物理学中无往而不利

    刘全慧

    统一物理学中四个基本相互作用的理论基础是规范场论,即一种近代几何理论,一些物理学理论的建立,借助的是并不深奥的微分几何,因此物理学离不开几何。但是大学物理系的课程中,极少有微分几何的位置。把导数引入几何中即微分几何,最简单的微分几何即古典微分几何,仅仅包括曲线与曲面论,而且这些知识非常容易入门和掌握。本文在量子力学和热力学课程的基本内容中撷取了几个点,指出它们和曲面论微分几何的联系,包括动量算符、量子态在曲面上的平行移动、自旋和空间拓扑结构、热力学函数曲面和尚在发展中的热力学几何等等。说明如下道理:不管是物理的学习者还是研究者,几何能使他们独辟蹊径,无往而不利。

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  • 超导电路的量子化方法

    宿非凡

    超导量子计算是当下世界范围内被广泛关注的研究课题之一,近年来许多文献报道了利用超导量子比特对特定物理过程的研究和仿真,在新近的一些工作里其应用范围已经超出了物理学研究范围,在化学、信息学等领域也得到了很好的结果。超导量子计算器件首先要对超导电路进行量子化。本文针对超导量子计算芯片(量子比特)中的超导电路总结了一套规范、实用的量子化方法,并以此方法对位相量子比特超导电路进行了量子化并给出了其哈密顿量。本文思路与方法对新型量子比特或其他超导电路的设计与研究也有一定帮助。

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  • 基于虚拟仪器构建新型物理虚实结合教学模式

    郝军华;王云峰;王士福;王玉芳

    基于当前社会发展以及教育应用型和职业化的特点,物理教学应侧重于提高学生创新能力和动手能力,其中,将物理理论教学和实验教学相结合可作为途径之一。以此思路为基础,文章融合现代仪器技术和计算机技术,在调整物理理论和实验课程设置的基础上,以虚拟仿真实验为纽带,将物理理论教学与实验教学无缝衔接在一起,加深学生对物理原理及适用范围的理解,提高其实验技能和创新能力,从而增强物理教学效果,为培养应用型和职业化人才提供支持。

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  • 基于手机的随机误差统计规律实验数据处理方法

    徐强;罗丽峰

    大学物理教学中包含的随机误差统计规律实验项目要涉及大量的数据处理,本文介绍了如何基于智能手机的节拍器、秒表以及WPS软件,加快时间测量中随机误差的统计规律实验进程。针对经典的数据处理软件Origin和Excel大多只能够在PC端运行的限制,结合自身的教学实践,利用智能手机中WPS软件,对手动采集的大量时间测量实验数据进行自动处理,快速得到实验结果。学生无需到实验室进行实验,实验效果明显,实验效率显著提升,激发了学生学习兴趣。在移动学习模式广泛应用于教学,且智能手机普及的今天,具有较强的推广价值。

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  • 在线教学多维互动策略的探索与实践

    孙燕云;徐利华;何钰;吴平;欧凯

    在线教学互动面临着信息交流渠道扁平化和学生学习状态不可知化的双重挑战。探讨如何突破在线教学互动的时空壁垒具有非常重要的现实意义。多维化的在线互动策略由基于社交软件的日常互动策略、基于直播课的在线互动策略和基于线上学习平台的其他互动策略构成。基于社交软件的在线互动不宜过分强调互动的同时同步性以便给更多的学生创造自由探索的机会。直播课的在线互动包括基于线上学习平台的预习评估交互和基于直播平台的夯基础、拓广度、求深度的教学交互。基于线上学习平台的其他互动主要聚焦在以同伴互评推动多人互动和以思维导图激活自我互动两方面。线上教学互动是有机整合各教学实体的关键要素,多维互动突破了时空的局限,它强调讨论,更强调主动建构、自我反思。关于多维互动策略的探讨不仅对在线教学非常必要,也对传统的课堂教学也具有积极意义。

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  • 在大学物理力学中的课程思政实践

    蒋最敏;魏心源

    课程思政建设是为了在尊重课程自身建设规律的前提下,实现价值引领、知识传授、能力培养三位一体的课程目标。课程思政建设和课程质量提升的内在目标应是一致的。我们以“大学物理A:力学”课程中变质量体系和角动量守恒定律的教学实践为例,对教学内容深化、拓展,结合中国火箭技术发展和矢量发动机研制成果以及在脉冲星导航技术研究方面的探索,把课程思政教育自然融入专业教育。无论在知识内容的深度和广度上,还是在知识内容实际应用的感性认识方面,课程质量和育人效果都得到了明显提升,实现课程思政教育和课程质量相互促进、相得益彰。

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  • 工程仿真软件在大学物理课堂教学中的运用

    张亮

    工程仿真软件的应用对于提高大学物理课堂教学感受性具有积极的推动作用。传统大学物理课堂教学环节中,使用仿真软件进行演示的目的较为单一,缺乏对课程基础性、外延性的突出以及与教学内容实践意义的联系。为了进一步贴合“新工科”的教学需求,丰富课堂教学手段,凸显大学物理课程基础性和延拓性,提升课堂教学质量,本文以电磁工程仿真软件在麦克斯韦方程组课堂教学中的运用为例,从教学内容设计、教学效果和教学要求等方面分析探讨了工程仿真软件在大学物理课堂教学中运用的潜力和可行性,为探索提升大学物理课堂教学效果方法提供了一种新思路。

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  • 利用几何知识求解天体运动轨道

    李开玮

    本文提出一种构造椭圆的方法,并利用该方法结合开普勒第二定律求解在万有引力作用下的天体运动轨道形状,该方法抛开了复杂的数学积分,只利用简单的几何知识使求解过程简洁化,图像化,能够加强学生对天体运动的理解。

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  • 统计熵一定正比于体积吗?

    陈玲;张保成

    一直以来大家都认为物理系统的热力学熵或统计熵与该系统所占的空间体积成正比,特别是微观体系的统计计算为这一结论提供了可信的基础。事实上,最近的研究发现,即使采用几乎同样的统计计算方法,当研究对象变成黑洞的时候,统计熵不再正比于体积,而是正比于面积。这样新颖而有趣的结论不仅对理解统计计算方法本身,而且对理解热力学量之间的关系都有极大的帮助。

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  • 角谱法数值再现离轴菲涅耳数字全息成像的物理机制探讨

    赵洁;王大勇;王云新;戎路;李平雪

    本文以离轴菲涅耳数字全息实验为基础,探讨了基于角谱衍射传播方法进行数字全息图重建的成像性能,重点挖掘数值计算背后的物理机理,帮助学生更好地理解所涉及的信息光学知识点。首先,介绍了离轴菲涅耳数字全息图常用两种再现方法的原理,分别是频域滤波方法和空域直接回传方法;然后,利用模拟实验分析了这两种方法在实现成像分辨率和视场方面的特征,把全息理论与仿真现象充分地联系起来,揭示隐藏在数值计算之后的光学原理。本文通过对数字全息图前向和后向传播获取再现像的对比分析,加深对傅里叶变换、衍射传播、频谱滤波等基本物理概念的理解和掌握。

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  • 大学物理类课程思政融合的探索与实践

    杨玮枫;池凌飞;张宏丹;吕秀品;林舜辉;陈敏

    物理学是研究物质世界最普遍、最基本的运动规律及其相互联系的科学,是人类认识自然和改造自然的有力工具,是自然科学的基石。学习物理学的过程对学生世界观、人生观、价值观和科学素质培养起着重要的作用。物理学也是多学科交叉、转移和渗透的支撑点,其中大学物理类课程(含实验课)更是高等学校理工科各专业最重要的必修基础课之一。本文的主要目的是以唯物主义的世界观与用物理学研究问题的方法和手段相结合,通过具体实例展示如何将思政教育融入物理类课程指导讲解课程中的基本原理和规律,为学生今后从事科学研究工作和工程技术工作打下坚实的基础。

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  • 弥合与超越——基础教育阶段物理学科项目化学习的普及化路径构思

    王思慧;王烨飞

    基础教育阶段的物理教学中,传统课堂授课方式和项目化学习长期以来被当成两种独立的教学模式,各行其道,两者之间存在观念和方法上的鸿沟。本文试图寻找一条途径,弥合其间的分歧。通过过渡性的探究性物理实验课题,让学生学会分解、还原复杂问题,打破对未知的恐惧、树立信心。进而引导学生进入项目化学习,实现对学习能力、知识技能以及科学精神的全面培养。

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  • 大学物理在线教学中非标准化考核模式的探索与实践

    张晓锋;王青;戴剑锋

    非标准化考核是对传统考试的改革创新,可以打破传统的标准化考试的刻板与僵化,能够更为真实和全面地反映学生对知识的掌握和运用能力,有利于培养学生的创新能力、创新意识和创新精神。本文针对大学物理课程传统考核模式的现状和问题,结合兰州理工大学大学物理课程非标准化考核模式探索与实践,提出将非标准化考核模式应用于大学物理教学,以培养学生的自主学习能力和实践创新能力。实践表明,非标准化考核模式的实施为大学物理课程提供了更加全面合理的课程评价体系,对切实提高教学质量非常重要。

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  • 利用分子动力学模拟研究气体双向泻流过程

    李之夏;姚宇辰;章盛;侯吉旋

    本文利用分子动理论从理论上推导了理想气体的双向泻流过程。即在一个绝热容器中加入一绝热隔板,在隔板两边分别设置初始条件不同的理想气体。在两子系统达到平衡时开放隔板上一小孔,使两子系统进行双向泻流。除了理论推导,本文也引入分子动力学模拟计算了温度随时间变化曲线。这种双向泄流可能会产生一些违反常识的有趣的现象,我们发现在满足特定条件下,初始温度高的气体会先升温再降温,而初始温度低的气体会先降温再升温,直至温度相等为止。

    年期 [查看摘要][在线阅读][下载 940K]
  • 彩色单像素相机实验研究

    陈奕鸿;崔佳琪;杨初平

    近年来频谱重建的单像素成像技术的独特性质得到人们的普遍关注,它不仅提出一种新的成像方式,而且揭示了物体空域信息与频域信息的逆傅里叶变换关系,为了在实验教学中研究这个问题,本文在理论和实验上研究了单像素彩色成像问题。首先,分析了单像素成像的物理基础:频谱重构;接着,考虑了环境电磁辐射、探测器位置和探测器有限面积等因素后,建立了单像素探测辐射度量公式;然后,依据三步相移法导出了频谱重建公式,提出单像素彩色成像的三种实现方案,并比较了它们的优点和缺点;最后在实验上建立了彩色单像素成像装置,并采用分色照明结合分时探测的方法,实现了单像素彩色成像。本研究在物理实验教学上展示了一种新的成像原理:频谱重构结合逆傅里叶变换成像;在技术上提供了实现单像素彩色成像的一种低成本实验方案,让学生在成像过程中实时理解物体空域信息与频域信息的对应关系,并定量研究不同频谱范围对成像质量、不同探测器位置对成像效果的影响。

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  • SketchUp软件在物理教学中的应用

    陈茂洲

    在物理教学过程中,经常会使用到各类物理模型的示意图,传统的模型示意图多为二维平面样式,其中的物理信息有时无法得到充分直观地展示,这会给学生的学习带来些许不便。为了解决此类问题,本文将Sketch Up软件应用于物理教学,绘制三维的物理模型示意图,力求充分展示模型中的物理信息,帮助学生更好地理解相关的物理学知识。通过与教材中示意图比较可以发现,Sketch Up绘制的三维示意图对物理模型的描绘更加直观,蕴含的物理信息也更加丰富,同时三维示意图的绘制过程也十分便捷。将Sketch Up引入物理教学当中去绘制模型示意图,有助于学生对物理模型的深入理解,同时可以提升教师备课效率,改善课堂教学效果。

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  • 复色光光栅衍射实验的MATLAB仿真

    陈蕾;余丽芳;霍童

    光栅衍射光谱在单缝衍射因子和缝间干涉因子的共同作用下,随着缝的宽度,光栅常数以及缝的数目都会发生各种变化。本文基于光栅衍射原理,利用衍射光强公式,运用MATLAB编写程序,模拟复色光光栅衍射实验,生动清晰的呈现光栅的分光作用,通过改变仿真中的参数值,研究了复色光光栅衍射光谱随缝宽,光栅常数以及缝数等参数的变化,分析了影响光栅分辨本领的因素。计算机仿真可以快速准确的显示实验结果,对加深教学中重点难点知识的理解,提高教学和学生学习的效果有重要意义。

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  • 对分课堂在应用型院校基础物理实验中的探索与实践

    赵丽华;牛海波;王小克;刘会玲;雷玉明;韩星星

    针对应用创新型人才培养突出能力培养的要求以及应用型高校基础物理实验教与学中的问题进行了分析,提出将对分课堂引入基础物理实验教学,构建了讲授-内化-讨论-操作(PADO)线上线下混合的实验对分课堂模式,并建立量化评价体系全方位评估了PADO模式在课前预习、课堂讨论、实验操作、课后报告环节中的应用效果,结果显示对分课堂能显著提高学生能动性,提高学生学习兴趣以及教学效果,真正使教师变成引导者,有效破解了当前教学难题,具有推广价值。

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  • 基于复杂网络的本科应用物理学专业课程相关性分析

    肖子曦;胡海云

    本文主要研究本科应用物理学专业课程之间的关联情况。成绩作为量化学生对课程掌握程度的一种方法,当课程内容具有相关性时,课程的学生成绩也会具有一定的相关性。本文以北京理工大学应用物理学专业2014级学生各门课程的成绩数据和试卷内容为例,将课程视作复杂网络中的节点,课程之间的关联系数转化为节点之间的连线距离。采用复杂网络与统计学中的工具与方法,“逆向”推出课程之间的关联。运用关联系数和可视化工具,以最小生成树和网络图的方式形象描述课程之间的结构关系。从而建立应用物理学专业的相关性课程网络,说明核心课程和难点课程。结合试卷考察的内容,重点分析热学与热力学统计物理、电磁学与电动力学、固体物理学与其他课程等课程内容聚类性,对课程设置提出参考意见,以完善现有的课程设置方案。

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  • 中国科技前沿元素在大学普通物理教学中的渗透

    刘作业;丁晶洁;王集锦;张鸿飞;杨毅;胡碧涛

    如何在理工科专业课的活动教学中有效地开展思政教育,润物无声成为了新时代大学教育教学工作值得深思的一个问题。我们在大学普通物理的课堂教学中进行了新的尝试:在进行基础物理理论讲授的同时,引入了最新的中国科技前沿成果,渗透进了中国科学家故事。有机融合课程思政教育和创新能力培养,在激发了他们的科研兴趣、培养创新能力的同时,使学生对中国科技发展现状有了全新的认识,“不经意间”激励学生的家国情怀、提升民族认同感,树立正确的人生观。

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  • 高中物理“光谱和光谱分析”教学问题的相关澄清

    黄开智;乔翠兰

    澄清了“光谱和光谱分析”教学中出现的几个问题,其一是光谱从分布上来看,不仅有连续谱和线状谱,还应有带状谱,然后对这三种光谱分布的产生机制进行了说明;其二是利用原子发射光谱定性分析物质成分时,一般采用的是标准光谱图法,并且依靠特征谱线组及最后线的鉴定手段;其三是说明了太阳光谱为什么分析的是太阳大气层成分而不是地球大气层成分。最后,介绍了当前光谱分析领域的主流技术和各自最适宜的应用范围。

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  • 混合气体分子速率分布函数的演化过程研究

    尹增谦;武丽姣;王永杰

    利用蒙特卡罗方法,对混合气体分子速率分布函数的演化过程以及不同成分间的能量转移过程进行了研究。数值模拟结果表明,随着碰撞次数的增多,速率分布函数逐渐趋向于相应的麦克斯韦分布函数,而弛豫过程的快慢与各成分的分子质量有关。

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  • 若干重要积分的间接方法

    周国全;曾伟豪;喻成城

    本文1)将两个复杂而重要的含参无穷积分视为其参变量的函数,运用一致收敛的含参积分对于参变量的可导性质,从而设法将问题转化为关于参变量的简单微分方程,间接而巧妙地求出积分结果;2)对于n维空间的球体体积与表面积的问题,本文介绍一种移花接木的方法,巧妙地推导出n维球体的体积与表面积公式。

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  • 同伴教学对男女生物理学习态度的影响

    胡禔臻;张谷令;邹斌

    同伴教学法(Peer Instruction)能促进学生物理学习态度发生积极改变,为进一步探究同伴教学法对男女生物理学习态度的影响,在教学实践中更能因材施教。本研究立足于同伴教学的设计与实践,探究实施传统教育和同伴教学前后,男女生物理学习态度的变化。统计结果分析发现,在同伴教学后男女生的物理学习态度均具有积极增长,传统教学容易改变男生的物理学习态度发生负向迁移,同伴教学更容易促进女生的物理学习态度积极变化。教师在教学实践中应注意高中生物理学习态度改变的男女差异性,需要有针对性的教学,因材施教。

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  • 三维打印技术在柱状晶体结构研究中的应用

    王家毅;吴钦杰;廖彬;吴红凯;韩志洋;陈浩基

    等积球体在无限长圆管中的周期性最密堆积结构,可称之为柱状晶体。这类系统的最密结构种类繁多,并随着圆管与球体的直径比D连续变化。在一些较大D值的情况下,晶胞的颗粒数较多,晶胞结构在空间限制的影响下也变得异常复杂。要理解晶胞中每一个球体的排布和它怎样受到其他球体与圆管壁的影响,是一大挑战。本文提出,我们可以通过打印三维实物模型,去窥探复杂晶体结构中球体的空间排布以及球与球之间的接触网络。本文展示,这类柱状晶体结构可以通过熔融沉积成型、光固化快速成型、粉末烧结这三种不同的技术进行三维打印,并仔细讨论每种技术的流程、注意事项、利弊。

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  • 异步与同步学习相结合的大学物理在线教学实践

    葛美华;于淑云;姜丽丽;滕振珍;刘建强

    本文介绍了特殊时期山东大学采取异步学习和同步学习相结合的大学物理在线教学方式有效提升学习体验的教学实践。异步过程促使学生学习事实性知识和概念性知识,同步学习则侧重于程序性知识和元认知知识的构建。在保证学习效果的基础上,以学生为中心,关注学生的情感体验,尊重学生的学习习惯,充分发挥网络优势,加强与学生之间的即时、有效地交流、互动和反馈,更加注重形成性的评价。测试和反馈结果表明,大部分学生已经基本适应并接受在线学习方式,学生的学习体验良好,教学效果也比较令人满意。

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  • 康奈尔大学的“实验室中的批判性思维”开放课程简介

    王槿;惠王伟;朱闻睿

    2020年秋季,受新冠疫情影响,康奈尔大学的基础物理实验课程通过远程方式实现。本文介绍了康奈尔大学的“实验室中的批判性思维”(Thinking Critically in Physics Labs)开放课程。该课程包括远程力学实验室(Remote Mechanicslabs)、远程电磁学实验室(Remote E&M labs)和课后作业(Lab homework)三个模块。除了课程内容,我们还将简要介绍其在疫情期间的教学实施,并与南开大学基础物理实验课程概况做对比分析。希望这些探讨能为基础物理实验教学提供参考。

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  • 工质气体振动自由度对热机效率的影响

    许恒瑞;李列明

    国内典型的工科大学物理教材和工程热力学教材在计算内燃机循环效率时,都假设工质气体分子是刚性的而忽略其振动自由度对比热容的贡献。本文修正了这个假设,使用理想气体严格的比热容温度关系考虑了振动自由度的贡献,对萨巴德循环、狄塞尔循环和奥托循环这三种常见的内燃机循环,进行了数值模拟。与前述教科书的简化结果比,我们计算得到的循环效率,在常见参数下,下降了6~12个百分点,而且循环中工质组分、燃烧做功过程的温度等重要因素对循环效率的影响被呈现。这样的修正幅度说明大学物理和工程热力学教材中忽略振动自由度对比热容的贡献是合适的。同时,我们认为,在进行半定量热机效率的理论计算时,工质气体振动自由度的影响是一个值得考虑的因素。

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  • 蒙特卡罗模拟在物理与生物学中的应用

    郭竞达;史旭光

    本文使用计算机MATLAB编程,用蒙特卡罗数值方法对“正方形内任意两点的平均距离”、“伽尔顿板”、“传染病的传播”三种情况进行了模拟分析。其中,“正方形内任意两点的平均距离”与“伽尔顿板”两组实验结果与常规实验得到的结果相符合,从而验证了蒙特卡罗方法在物理研究中是有效和可靠的数值方法。而后将这一方法用于分析“传染病的传播”问题中,蒙特卡罗数值模拟方法对于在不同条件下传染病的扩散进行了分析。该模型对于对传染病的防控措施具有一定的借鉴作用。

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  • 立足思维培养基于“问题导向”理念的实验教学新尝试——以测量钢丝杨氏模量实验为例

    王才林;邵明珍;张欢;刘丽莎

    在“拔尖计划2.0”和“强基计划”的背景下,为引领本科生建立良好的思维模式,助力拔尖创新人才培养,本文以测量钢丝的杨氏模量为例,在“问题导向”理念的指导下,基于“如何准确测量钢丝在特定拉力下的伸长量”这个问题,首次在同一上课时间段内,分别采用光杠杆法和光栅尺法测量同一根钢丝的杨氏模量,结果表明两种方法测量结果高度一致,误差仅为0.6%。学生在同一上课时间段内通过两种不同方法的对比,不仅能加深对问题的理解,强化问题导向,同时也有利于开阔解决问题的思路,达到培养拔尖创新人才思维模式的目的。

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  • 聚合物分散液晶光电器件实验设计与制备

    李珂;蔡文锋;李烨;唐宗元;马宗俊;刘言军

    本文以“聚合物分散液晶光电器件设计与制备”实验为例阐述了将经典光学实验与前沿内容结合在教学中的运用。通过本文的实验设计可使学生了解聚合物分散液晶材料,掌握基于激光曝光技术制备包括智能窗、全息光栅、叉形光栅的方法和过程,重点引入涡旋光这一前沿光学研究课题,掌握利用叉形光栅产生涡旋光的原理与过程,并学习利用光学基础中的马赫曾德尔干涉仪检测涡旋光拓扑核的方法。通过实验,使学生意识到科学前沿并非空中楼阁,而是与基础理论密切相关。进而激发学生学习探索的热情,加强其基础知识储备,培养其创新型思维,为将来进一步的科研及工作打好基础。

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  • AR技术在物理实验教学中应用与实践

    刘昊;郑志远;张自力;董爱国;李传涛;黄昊翀;梁勇;任佳;王春艳

    物理实验教学在各级学生教育与培养中都占据了相当重要的地位。但是,仅依托于实验器材进行教学,存在着实验室资源有限、预习效果不佳、不利于器材维护与增加运行成本等诸多不足之处,通过引入AR等虚拟仿真实验可以有效解决这些问题。鉴于此,我们将AR技术与传统纸质教材和实验仪器或实验装置实物进行结合,学生通过手机等移动端就可以观看实验仪器或装置的内部三维模型和三维动画等内容,实现了仪器或实验现象的可视化和交互化操作,打破了实验仪器“黑盒子”或实验现象不可见的限制,大大提高了学生对物理实验的学习兴趣与热情,提高了预习和教学效果,增强了实验资源对课内课程、课外实践的支撑力。同时,该方法不需要专门配备VR眼镜等装备,易于大规模应用和推广。

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  • 求真,至善,唯美——对大学物理课程思政的思考和实践

    吴王杰

    本文结合物理学简要论述了课程育人的核心是世界观、价值观和人生观的培育,真善美的理想境界对于世界观、价值观和人生观的培育具有引领作用。通过分析大学物理课程知识传授与能力素质培养的基本要求,提出课程的育人范畴就是世界观、价值观和人生观,育人目标是求真、至善、唯美;据此进一步将大学物理课程思政元素分为世界观、价值观和人生观三类,使思政元素紧扣课程育人核心。介绍了世界观求真范畴的课程思政案例“光的波粒之争”的教学实践。

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  • 基于MOS场效应晶体管的高精度可变电阻器

    霍显杰;田力学;李永刚;李颖弢

    本文介绍了一种有源可变电阻器的实现方法,该电阻器使用MOS场效应晶体管作为开关器件,通过控制MOS场效应晶体管是否导通来控制与之并联的电阻是否接入电路,电阻逐个使用2~nΩ。基于电阻分压定律,微控制器(MCU)控制电压控制的电压源(VCVS)的电压来等效模拟电阻分压达到模拟电阻的目的,本设计引入了比例积分PI控制,很好地消除了误差电阻的影响,提高了电阻精度,且具有良好的抗干扰性能和温度补偿性能。相较已有的一些变阻器,该变阻器具有体积小、精度高、易集成和电阻连续可控等优点,可以广泛应用于电路设计、通信工程、控制工程等领域,在大学物理实验中亦有广泛的用途。

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  • 从正侧面较远处俯看水碗中筷子的偏折角随筷子倾角及视角的变化

    邵云;唐星;严庆

    文章首先介绍了从正侧面较远处俯看时,盛满水的碗中斜插筷子的虚像为一空间直线段,同时也介绍了水下物点的虚像点位置;然后计算出筷子虚像在竖直平面(Oyz平面)内的投影位置,以及所谓“主观意识”中筷子的偏折角∠CAD,进而将∠CAD在垂直于视线的平面内投影,从而得到人眼实际看到或相机拍到的筷子虚像的横向偏折角度,并在60°的视角下做了4次实验予以验证。根据理论结果,文章分别作出视觉中筷子的最大(或极大)偏折角及其倾角θ随视角r的变化曲线,以及几个典型的视角下偏折角随倾角的变化曲线;对筷子在特殊倾角、视角下的偏折角度分别进行讨论,指出一种奇异的突变现象。

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  • 新工科项目引领下大学物理及实验课程体系的改革与探索

    戴玉蓉;董科;周雨青

    在全球经济一体化、技术智能化、资讯网络化的时代,社会产业亟待升级,进而导致各产业领域对交叉型、应用型、创新型等综合性优秀人才的需求十分迫切。“新工科”概念正是在这种背景下应运而生了。高等学校、工程教育是人才队伍的培育引擎和输送源头,其中大学物理及实验课程是工程类各专业的基础,肩负着新工科人才培养中“排头兵”的重要使命。本文从“新工科”概念入手,分析和探讨“新工科”的特点以及课程建设的理念与路径,并以东南大学的大学物理和大学物理实验这两门基础课为例,展示了契合新工科内涵的大学物理及实验教学改革与实践探索。

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