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]
  • 电磁学先修课在人大附中高中物理选修课程体系中的实践

    张新义

    高中物理新课程改革更加强调物理素养的重要性,期望学生根据兴趣和实际情况构建适合自己发展的学习内容。相应地,高中物理课程应当使传统常规课程与丰富的选修课相结合,并建立大学与中学物理教学的衔接桥梁,满足不同学生的多样化需求,更好地发现和培养拔尖创新人才。为此可以考虑在中学和大学之间合作开设相关的大学先修课程,从而为物理学习有余力的优秀学生提供全面而有个性地发展的可能。电磁学先修课在人大附中高中物理选修课程体系中进行了大量有意义的实践和探索,收到了很好的效果。

    年期 [查看摘要][在线阅读][下载 386K]
  • CUPT模式在大学物理实验教学中的应用及分析

    蒲贤洁;吴小志;张选梅;李巧梅;郭莉杰;何光宏;韩忠

    在大学物理实验课程中开展研究性实验教学项目并以“中国大学生物理学术竞赛”模式进行答辩。借助“问卷星”网络平台,采用李克特七点量表形式设计调查问卷,在研究性实验开展前、后分别进行了前测、后测,考察学生通过研究性实验在知识获取运用、研究兴趣培养、文献查阅分析、实验设计操作等方面的学习成效,并对期末笔试成绩进行分析加以印证。统计结果表明,参与研究性实验项目的班级笔试得分率较普通班级高11%;实际的研究性实验参与将对所研究内容的理解有非常大的提升;旁听式参与研究结果的答辩与讨论,对相关实验内容能获得一定程度的理解;本次“研究性实验”项目可培养学生查阅、分析文献的能力,但在知识运用和实验设计方面却没有表现出明显作用,下一轮研究性实验或以这两方面作为目标。

    年期 [查看摘要][在线阅读][下载 1349K]
  • “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。

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  • 利用数字模拟预测干板全息成像质量的实验设计

    王卓1张泽华1王菁2

    文章设计了一种利用数字模拟预测干板透射式全息成像质量的实验方法。通过布置双凸透镜采集了干板实验的衍射再生像和数字模拟实验的物光信息,以曝光时间作为实验自变量,结合快速傅里叶变换(FFT)与博奇编码的算法,利用分段拟合、线性插值的方法进行数据分析。发现了两种成像模式下“清晰度曝光时间”曲线的良好相关性,相关系数接近或超过0.999,可实现干板全息成像质量的反演预测.进而提出一款查询软件,为实验教学和生产实践提供借鉴。

    年期 [查看摘要][在线阅读][下载 1848K]
  • 雨滴下落的形状和收尾速度

    高德文;赵昶

    雨滴收尾速度的计算是大学物理教学中的典型案例。一些文献给出了在空气阻力系数视为常数的情况下,球型雨滴下落时的收尾速度,但由此得出的结果与实验结果有较大差别。笔者认为,问题出现的原因包括两个方面:一是空气阻力系数选取问题,二是雨滴模型问题。本文采用空气阻力系数Park公式、Wallis公式,利用Matlab软件计算雨滴以球模型、近似椭球模型(以下简称PP模型)以及汉堡模型(即半球模型)下落时的收尾速度,并利用Origin Pro8.0进行绘图对比。结果表明本办法给出的雨滴模型和收尾速度计算值更接近实验结果。

    年期 [查看摘要][在线阅读][下载 716K]
  • 指南车控制理论的创建

    邓崇林

    本研究为建立指南车自动控制系统,乃依古典控制理论将分立各组成控制环节的数学模型整合成系统控制方框图,推导出完全补偿作用所需的设计规范,证明了指南车控制乃属按扰动补偿原理工作的开环前馈控制自动调节系统,更系统性盘查行星齿轮系设计文献案例,运用机械原理与控制观点,全面交叉核实了本文控制理论的正确性,且于推理过程并没发现所谓的反馈机制。由于所有差动机构的传动比都是比例常数,因此,本文所创建的控制理论其数学模型都通用,凡是线性构件所建的指南车都行。

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  • 特斯拉阀单向导通性研究

    刘海洋;马佳;王森;郑若雨

    为探讨大尺寸特斯拉阀的单向导通性,以放大100倍后且具有最高效率的特斯拉阀为研究对象,借助计算流体动力学软件,并结合实验,分别探讨了入口流量和单元个数两方面对单向导通性的影响。通过比较软件数值计算结果和实验结果,得出如下结论:数值计算与实验结果符合较好,经放大后的特斯拉阀依旧有着单向导通的特性,入口流量和单元个数会对特斯拉阀的单向导通性产生较大影响,单元个数的影响较为突出。该研究可为特斯拉阀应用领域的推广起到参考作用。

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  • 关于半壁无限深势阱束缚态存在条件的讨论

    王凯枫;时彦朋;刘建强

    一维无限深势阱问题是量子力学中的经典问题,也是国内外量子力学初学者必学内容之一。一维半壁无限深势阱作为一维无限深势阱的变形,也是量子力学教学中常见的物理模型。然而关于半壁无限深势阱这一模型,许多教学和科研工作者甚至教材之中,都存在不严谨之处。尤其是对于束缚态存在条件的求解,许多教材与习题册没有对临界条件进行讨论验证。本文借助图解法对半壁无限深势阱束缚态存在条件进行了讨论并给出了严格解,纠正了长久以来人们对该问题的错误认识,对量子力学领域本科教学与实际科研工作会有帮助。

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  • 径向摆的运动状态及其混沌状态的研究

    陈宗强;王远;余华

    本文研究了第31届国际青年物理学家锦标赛(IYPT)中径向摆问题.我们对弹性杆和小球组成的径向摆体系进行研究。利用弹性理论对体系进行了分析并进行实验检验,结果发现,通过改变摆的悬挂位置、弹性杆长度等参数可以改变摆球的运动轨迹。结果表明:弹性杆与摆球运动的牵连是径向摆摆的运动轨迹会发生转变的原因,而弹性杆的受迫共振是摆径向摆体系存在混沌现象的原因,混沌现象产生的条件是发生在弹性杆杨氏模量或截面积极小的情况。

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  • 论专业选修课中的“公能”教育

    赵丽娟

    “公能”思想源于南开大学校训“允公允能,日新月异”。“公”是指培养学生具有公德心、社会责任感和使命感。“能”是指知识和能力,通过知识和技能的传授使学生具有报效祖国之能力。“公能”教育思想与国际视野下的通识教育具有相通性,与国家层面的思政教育具有高度一致性,都是强调教书育人并重。专业选修课是为高年级本科生设置的与专业相关的选修课程,知识进展的时间跨度大,知识更新节点和涉及的物理学史内容较多,为教学中融入“公能”教育提供空间。本文从专业选修课的科学设计、教学方法和考核方式等方面论述如何在专业选修课中融入“公能”教育思想,培养“允公允能”的高层次人才。

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  • 基于双三角测距原理的双线激光三维扫描系统的研制

    迟克浩;陈梦雯;胡姗姗;陈文娟;徐志杰

    针对市面上大多数三维扫描仪结构复杂,操作繁琐等问题,设计了一套基于双三角测距原理的双线激光三维扫描系统。系统主要基于双三角测距原理,利用线状激光器采集目标物的点云图像,并利用计算机图像处理软件进行点云的二次处理,生成三维模型。基于点云的位置数据和摄像头的图像信息可以快速重构出目标物的三维模型,实现了利用低成本设备进行高质量扫描工作的目的。相比同类的其他设备,本系统的成本低廉、体积轻巧、操作简单,可在小型工程项目中高效工作。

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  • 利用非线性动力学系统研究混沌现象

    李明达;董乔南;杨亚利;李鑫;罗锻斌

    以相图和庞加莱点作为表征手段,本文对受外力驱动的一种非线性动力学系统混沌摆的摆动行为进行研究,考察了该混沌摆系统的运动状态随驱动力频率变化的特征。同时我们建立了该系统的理论模型,通过数值计算模拟该混沌摆运动状态来验证实验结果。实验和仿真结果均表明,随着驱动力频率的增加,混沌摆会有周期和混沌运动状态交替出现的情况,且这种变化近乎为突变的。同时,也从数值仿真结果中观察到了混沌摆运动状态对驱动力频率这一参数的敏感性。本文阐述的仿真和测量研究可以作为本科生的大学物理实验课程中混沌摆实验项目的拓展内容,使有兴趣和能力的同学对非线性动力学系统的混沌现象有更深入的理解和认识。

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  • 基本粒子和相互作用的标准模型简介

    王丝雨;熊兆华

    本文对粒子物理理论中的粒子及其相互作用做了较为全面的综述。笔者尽可能不用物理公式来说明相关物理规律和思想,通过对称性与对称性破缺对粒子物理理论涉及到的量子力学的解释、以及对组成物质基元的理解进行描述。本文也对目前标准模型存在的问题进行了讨论。

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  • 大学物理教学中促进学习的评价策略研究

    段志刚;熊艳娇;付勇智;李清玉

    文章介绍为改善目前大学物理教学评价中重甄别轻反馈的现象,以素质教育为核心目标,在大学物理教学中引入了促进学习的评价体系,以学习目标编制、学习证据使用、反馈促进学习等3个阶段编制了适合于大学物理的教学评价策略,总结了大学物理教学中促进学习课堂评价策略的实施原则,并在教学中实践了该评价策略。该策略提高了学生的综合素质,并用相应的评价指标证实了该策略的效果。该研究拓展了促进学习评价策略的外延,并对大学物理评价方式进行了新的探索。

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  • “教研室”管理体系:物理学“课程群”管理

    罗洪刚;王建波;刘玉孝;吴国军

    本文探讨物理学“课程群”的教研室管理模式。根据物理学基础课程的内在联系,我们提出了建设数学物理基础、力学基础、热学基础、电磁学基础、光学基础、量子基础以及计算物理基础等七个“课程群”的建设方案[罗、王、刘.物理与工程,2019,29(2)?-?]。每个“课程群”从基础到高级,涵盖若干内在关联课程。以教研室为管理单元对这些课程实施管理,一方面可以对“课程群”的内容进行系统的梳理,使教学内容更加系统,相互衔接,避免不必要的重复。另一方面,这样的教研室也便于教师之间的交流讨论,形成高水平的教学团队,为教学质量的提高提供有力保障。此外,该教研室管理模式也可扩展至专业教研室,扮演专业学科组织建设的功能,可为学生出口提供更加适合专业发展和国家需求的课程设置。本文以兰州大学物理科学与技术学院的教学管理为例,提供教研室管理的一个具体例子,并简述最近一年开展的活动及取得的初步成效。

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  • 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.

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  • 黑洞的前世今缘

    席特;鲁同所;孙敏;胡婧

    自从2015年9月14日科学家首次探测到引力波信号以来,2015年12月26日,2017年1月4日,2017年8月14日,2017年10月16日又分别再次探测到来自宇宙空间的引力波信号,其中前四次都是由两个较小质量的黑洞合并成较大质量的黑洞后,损失的质量变成能量以引力波的形式释放了出来。这些成果都成为黑洞存在的无可置疑的明证,那么究竟什么是黑洞?它是怎么形成的?有哪些性质和特征?人类又怎么去探测它?文章给出一些主流的解释,进一步开阔人们的视野,使得人们更深刻地感受宇宙的神奇和魅力。

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  • 基于知识可视化的物理实验课程导学教学设计研究

    张慧;姚琴芬

    知识可视化在教育技术实践领域有广泛的研究和应用,本文的研究重点是通过知识可视化的思维模型,应用相关软件技术工具Mindmanager和Xmind,构建和优化大学物理实验课程的导学和内容设计,同时结合科学数据可视化软件Mathematica辅助实验数据的可视化呈现和处理分析,并进行了相关案例设计研究探索。本文研究工作的目的是通过可视化的导学资源组织形式和内容,提升实验教学信息传达的结构性、丰富性和有效性,辅助学生利用思维和数据可视化工具增强学习与思维的能力。

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  • 散射介质对强度关联成像影响的教学实验研究

    杨照华;李旺

    根据北京航空航天大学本科生专业课程有关新型探测实验的教改要求,设计了散射介质对强度关联成像影响的教学实验,该实验基于主动式强度计算关联成像原理,采用激光光源,经准直扩束照射到数字微镜器件(Digital Micromirror Device, DMD)进行空间光场调制,用聚苯乙烯胶体粒子模拟雾霾散射介质,利用CCD探测器作为桶探测器,对振幅型物体进行探测,结合空间光场调制信号完成关联运算,并通过衬噪比分析散射介质对关联成像的影响。实验结果显示关联成像具有抗散射介质的特性。旨在通过实验中一系列实验现象激发学生的思考能力,培养学生科学的创新思维,促进实验教学的变革和发展。

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  • 从模型构建的角度深度窥视空气阻力

    应发宝

    文章指出,如果运用2019年北京理综试卷第24题题干条件“大量气体分子在各方向运动的几率相等”(即考虑气体分子热运动)进行建模,可得出雨滴在任意下落速度时所受空气阻力的表达式都为f=k1v+k2v2,而非标准答案中的f=k2v2,更不是参考文献[1]中所说的“利用传统的分子碰撞模型计算出的空气阻力为f∝v”。而对于真实的雨滴下落情景,如果从分子自由程的视角分析,恰恰是“不计气体分子热运动”进行建模,才能得出标准答案中的f∝v2的结论,题干中“由于大量分子在各方向运动的几率相等”确为多余条件。

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  • 热力学相变理论的发展

    柳福提;张声遥

    相变理论是热力学课程中的重要内容,一般教材中都会对克拉珀龙方程、爱伦费斯特方程和朗道的有序相变理论进行介绍,内容体系庞大,方程较多,缺乏逻辑主线。如果在教学过程中从一级相变、二级相变的定义出发,沿着理论发展脉络,分别推导描述相变平衡曲线的方程,介绍理论发展的历史过程,理清不同方程之间的逻辑关系,有利于学生科学思维能力的发展,提高热力学教学效果。

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  • 什么是ETA物理教学法

    穆良柱

    本文根据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(Applying Physics)认知构成),介绍了ETA物理教学法,并分析回答了物理教育中一些常见的问题。

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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。

    年期 [查看摘要][在线阅读][下载 591K]
  • “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。

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