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)。

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  • 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]
  • 物理教育研究中的实验/准实验研究

    DING Lin;张萍;徐祯

    应《物理与工程》邀约,2019年我们开始相对系统地撰写“物理教育量化研究入门”系列文章。目前已经发文2篇,分别是《物理教育研究中的量化研究方法》(总述,《物理与工程》2019年第3期第3-7页)和《物理教育量化研究方法:调查研究与描述统计》(《物理与工程》2019年第4期第3-6页)。本文是该系列文章的第三篇,主要介绍物理教育研究中的实验/准实验研究的基本概念和相关数据分析的入门知识,为有兴趣进入物理教育研究领域的教师展现出关于物理教育实验/准实验研究的一幅简图和路径方向。

    年期 [查看摘要][在线阅读][下载 370K]
  • 利用智能手机测物体转动惯量的居家DIY实验

    徐钱欣;丁益民;范兵;郭雪如;徐瑶;张玖琪

    基于传统三线摆测量刚体转动惯量的实验方法,选用居家物品自制三线摆,利用智能手机陀螺仪传感器和phyphox软件,通过绘制“角速度ω-时间t”图像,计算物体的转动周期,进而测得物体的转动惯量,同时验证平行轴定理。经过多次实验后,利用智能手机测量的结果与传统方法接近,与理论值比较其相对误差更小。居家实验自制三线摆,利用手机传感器提供测量数据,不仅为破解疫情期间实验教学困境提供可能,而且增加了实验的趣味性,激发学生的创新能力,为今后的创新性和开放性实验教学提供了新思路。

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  • “三根火柴吊八瓶矿泉水”的平衡分析

    周天弈;陈奎孚;陈雪冬

    中央电视台第二频道所演示的“三根火柴杆吊八瓶矿泉水”实验,其背后平衡原因引起了热议。笔者对此实验情景建立了简化模型,并进行受力分析,指出结构能保持平衡的关键为悬线上三角(由下火柴杆与其上方悬线所构成)看似在铅垂面内,但实际处于略略倾斜的面内,这导致系统重心位于桌缘里侧,从而桌面提供的支持力能与载荷平衡。笔者针对上述观点设计了实验,通过白色斜线(悬线上三角的侧向投影)与黑色铅垂线的位置对比,使上述观点得到了证实。

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  • 晶系,格子系,以及表示惯用胞参数关系的不等号

    吴鸿业;徐宝

    “晶系”,“格子系”,“晶族”这三个概念都被用于晶体分类。本文在厘清这三个概念之间的区别与联系之后,分述晶系和格子系划分中特征对称性与惯用胞参数之间的关系。又通过一个假想的例子和一个真实的例子,说明基于惯用胞参数划分晶系的缺点。最后指出,讲授“晶系”部分内容时最好指出,表示晶胞参数关系的不等号≠应该理解为“不必等于”,而不是“不能等于”。

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  • 热源温度和距离对红外热释电传感器的影响研究

    盛明远;赵敬之;刘锦;朱怡然;王昭杰;谢海芬

    热源温度与距离是影响红外热释电传感器的两个重要因素。为了探究两者对红外热释电传感器输出电压的具体影响,本文通过基于热释电效应设计的测量电路以及MSO2014B型示波器、PS-2125型温度传感器等器材对不同热源温度与距离下的红外热释电传感器输出电压进行了实验研究。本文建立了热源温度与距离对红外热释电传感器输出电压影响的相关模型,相关系数为0.978。该模型的建立对红外热释电传感器的应用具有一定的指导意义。结果表明:在调制频率一定情况下,红外热释电传感器输出电压与温度成线性关系;红外热释电传感器输出电压与距离成指数型关系。

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  • 合作或自主学习模式对不同学生成绩影响的差异分析

    寇桁菘;唐淦;韩笑;朱亚彬

    本文依据一份物理实验能力的测试卷,在自主学习或合作学习模式下,结合问卷调查数据,运用层次分析法和单因子方差分析,分别讨论在两种学习模式下不同层次学生之间的差异。结果表明,在显著性水平为0.05的情况下,两种模式的检验统计量F值均大于其相应的临界值,说明在自主学习模式或合作学习模式下对不同能力的学生成绩提升都存在显著差异性。本文依据合作自主学习理论和教育心理学理论,提出了合理化的教学建议。

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  • Cinema 4D动画模拟辅助物理教学的应用探索

    吴品璋;俞晓明

    计算机已经成为科学研究、生产实践、教育教学的重要工具,运用计算机技术辅助课程教学有着重要的认识论和教学论意义。Cinema 4D动画模拟软件可以模拟简单的物理模型并生成可视化三维动画,拥有操作简单、调整方便、结果直观等突出优点,在辅助物理教学上有巨大潜力。文章介绍了Cinema 4D动画模拟软件建立物理模型的主要功能菜单,并通过三个教学案例介绍如何应用软件制作直观物理模型以扩充多媒体教学资源,丰富教学过程,激发学生对科学研究的兴趣。

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  • 运动电荷的电/磁场高斯定理的直接验证

    周国全;祁宁

    尽管麦氏方程组的张量协变形式已然揭示了高斯定理的相对论协变性,但在大学物理的教学中仍然缺乏对运动电荷的高斯定理的切身体会与直接验证。本文首先运用电磁场张量变换的方法推导出运动电荷的电场与磁场强度,再运用积分及矢量运算的若干技巧,直接而简单地验证了高斯定理对于运动电荷的电场与磁场仍然满足,从而直接验证了电场与磁场的高斯定理对于不同惯性系的相对论协变性。

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  • 参考点变更时的角动量定理

    吴洵;黄亦斌

    本文在不变换参考系的情况下考虑参考点变更而导出了角动量定理的一个新形式,并由此导出了做平面运动的刚体绕瞬心的转动定律,还对“瞬心”的可能含义进行了辨析。最后通过例题比较了角动量定理的各种形式的运用。

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  • 项目反应理论在课程教学质量评价中的应用

    崔文倩;张睿;张志华;吴天刚

    测试是测量学生学习效果的重要手段,基于测试结果的教育数据挖掘有助于了解课程教学质量。本研究以大学物理课程为例,根据项目反应理论中的三参数逻辑斯蒂模型,计算出不同教学班级选择,填空与计算三种题型的难度系数,区分度和猜测系数,通过分析结果发现填空题猜测系数能较好的反映班级教学质量。研究表明无论是采用箱图法还是聚类分析法,通过填空题猜测系数这一指标都能发现教学效果出现异常的班级。通过精准化的教学质量管理,将有利于提高教学的整体质量。

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  • 将LED光谱测量引入大学物理实验

    张师平;吴平;闫丹;裴艺丽;李莉

    “新工科”的建设要求我们培养具有面向未来的跨领域、跨学科的综合创新型人才。在这样的背景下,在大学物理实验教学中引入高新技术相关实验内容就显得尤为重要了。本文从LED领域的相关发展、LED发光原理及其光谱特性等几方面入手,给出了光栅光谱仪在LED发光光谱实验中的几个实验相关内容。希望通过本文,给出适合于大学物理实验的LED发光光谱实验内容,以实验内容为基础,给学习大学物理实验的学生更宽的视野,并打好未来工作的基础。

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  • 雪糕棒多米诺连锁反应的研究

    李文华;颜实;王晓杰;陈宗强

    本文研究了第32届国际青年物理学家锦标赛(IYPT)的第17题:雪糕棒多米诺连锁反应。使木质雪糕棒轻微弯曲连接在一起形成互锁的网格状的链式结构。当把这种链式结构的一端释放后,链式结构受的反作用力将抬起该链式结构,雪糕棒会被连续弹出,形成一个波阵面,即“眼镜蛇波”。通过改变雪糕棒的几何参数、性质和摆放角度,对形成“眼镜蛇波”的波阵面高度和波速进行了研究。结果发现,要想使“眼镜蛇波”波阵面弹起更高、传播更快,需要增大雪糕棒的厚度、杨氏模量,减小雪糕棒的长度和密度,并以尽可能大的角度摆放。

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  • 基于电磁感应的新型汽车速度检测装置研制

    杨家赫;周欣鹏;朱宜昌;董亚萍;张亚萍

    为减少超速汽车使用“电子狗”提前减速以逃避惩罚的现象,基于动生和感生电动势的产生原理,设计了一种利用汽车压力作为测速启动信号的新型汽车速度检测装置,并进行了理论分析和实验验证。有压力作用于压电换能模块上时,该模块会通过永磁铁与金属线圈的电磁感应,将压力转化输出为类正弦交流电。该交流电经过降压稳流电路后,驱动红外发射电路编码后发射红外信号。信息采集部分接收到红外信号后,对其解调、解码后计算得到速度。模拟实验结果表明,该装置测量速度的准确度在95%以上,并可以拓展应用于检测具有一定重量任意物体的平移速度,是一种具有较高实用价值的新型测速装置。

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  • 基于电晕放电原理的电动机特性研究

    何羽;陈霖涛;张娴;刘科

    在电极两端施加高压时,电极附近的气体介质就会被局部击穿而产生电晕放电现象,在曲率半径特别小的电极上尤为明显。电晕放电在除尘器、高速打印机等装置上有较广的应用,但在高压输电等特殊场合也带来不利影响。因此,研究高压放电电晕的放电规律及放电特性具有重要的研究意义。本文采用控制变量法,主要通过改变高压电动机的定子个数、电极倾角、电极间隙等系列参数,对高压电动机转子转速的变化进行了系统研究,进而探究电晕放电现象的影响因素。论文对高压电动机的设计和电晕现象的防范具有指导和借鉴意义。

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  • 量子力学的基本对易关系

    黄永义

    较详细地阐述了克喇默斯色散理论,量子力学的基本对易关系发展的三种形式:库恩-托马斯求和规则的萌芽形式,海森堡量子化条件的过渡形式和玻恩-约当、狄拉克的现代形式。这些内容有助于人们理解量子力学产生背景和海森堡、狄拉克对量子力学的原创工作。简要介绍了矩阵力学求解氢原子的过程,阐述了波动力学和矩阵力学的等价性。

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  • 冰的熔解热测量装置的改进

    黄嘉泰;文小青;王槿;李文华;张旭华

    混合量热法测量冰的熔解热是大学物理中一个经典实验。使用传统测量装置易出现温度记录不准确,搅拌不均匀,散热修正不精确,实验耗时长等问题。本文应用STM32单片机、DS18B20传感器、TFT液晶屏改进冰的熔解热测量装置,实现了温度和时间的自动记录,采用辛普森公式精确计算了散热补偿面积。运用现代电子技术更新冰的熔解热测量装置,克服了传统实验方法中通过人工反复对时间、温度进行测量记录的重复性工作,有助于学生在课堂上增加实验次数,提高实验效率,并有更多的时间和精力关注更有物理意义的内容,同时提高实验结果精度。该装置易于制作,便于推广应用。装置的制作过程也是对学生实践能力的培养和锻炼过程。

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  • 均匀带电介质球空间电场及极化电荷分布解析

    邢杰;郝会颖;赵长春;吴秀文;李庚伟

    静电学中导体与电介质在某种程度上具有一定的相似性,比如:它们都可以带电,并且都会受到外电场的影响,并随之产生感应电荷。学生在学习过程中往往没有充分认识到它们之间的差别,容易产生混淆。并且现有大学物理教材中很少涉及电介质带电的情况,将带自由电荷的电介质放置于外电场中的问题几乎没有讨论过。本文针对这一现状,特别设计了三个问题,讨论了均匀带电的介质球在三种不同情形下空间电场分布的问题,详细给出极化体电荷和极化面电荷的分布,并进一步计算了空间电场能量密度分布以及总能量的大小。

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  • 基于费马原理的三维空间反射定律探讨及其应用

    叶井飞;陈玉林;赵德林

    费马原理是阐述光线传播的基本规律,是几何光学的一个重要原理,其核心内涵是光沿着光程为极值的路径进行传播。在几何光学教学过程中,通常分析或求解的光线传播过程及其几何现象是在二维平面内,且仅定性地认识费马原理的物理含义,这会使得学生形成一定程度的思维定势。为增强学生的发散性与创新性思维,提升对费马原理的一般性认识,本文基于费马原理探讨并推导了三维空间的反射定律,并应用于三维空间反射光线位置的计算。

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  • 物理教育研究中的量子力学教学研究简述

    王思悠;朱广天

    量子力学长期以来一直是物理学类本科生的重要基础课程之一,在物理专业教学中处于核心地位,也是物理教育研究领域的热门主题。本文从Physical Review Physics Education Research等英文期刊中选取了具有代表性的26篇文献,对其进行梳理分析之后发现,目前有关量子力学教学的研究主要集中在这三个方面:(1)学生在学习量子力学的过程中遇到的困难及困难成因;(2)针对研究中发现的困难点,对已有教学策略进行改进,并对新的教学方式进行评估,或是借助多媒体手段开发新式学习教程;(3)着眼于量子力学教学研究本身,对现有测试及评价工具进行完善,或是自主开发新的测试及评价工具。

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  • 电偶极子在生命科学中的应用

    许嘉靖;刘玉颖

    电偶极子是电学中基本的概念,它是电介质理论和原子物理学的重要模型。随着电偶极子研究的不断深入,电偶极子模型的应用使很多理论有了更加科学合理的解释。特别是电偶极子在生物大分子中化学键的形成,维持DNA分子稳定的双螺旋结构,刺激改变蛋白质的结构和功能,决定物质的可溶性以及在心脏电活动等生命活动领域均起到重要的作用。为了更深入具体地了解电偶极子的作用,本文对以上几个方面做以详细介绍,以飨读者。

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  • 化学热机的广义卡诺效率

    苏山河;陈金灿

    在热机和化学机模型的基础上,建立工作在具有不同温度和化学势的两个热物质源间的化学热机模型,导出效率的一般表示式(即广义卡诺效率),由此推出一系列有意义的结果。发现化学热机的效率即可大于工作在相同温度跨度下热机的卡诺效率,又可大于工作在相同化学势跨度下化学机的可逆效率。进而阐明这些结果不违背卡诺定理,符合热力学第二定律。

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  • 永磁结构下的涡流制动参量研究

    曹仪;张巧玉;唐明君

    本文通过实验研究非铁磁性圆盘在磁场作用下的减速现象,自主设计了涡流制动仪实验装置,运用控制变量法探究影响减速效果的因素。分别探究了磁场强度、永磁铁的位置分布(即磁体中心投影与盘心的相对距离)、不同种类和大小的非铁磁性圆盘等实验参数对高速旋转圆盘的减速制动效果的影响。同时,通过建立涡流制动仪的理论模型,进行了永磁结构下的涡流制动力矩的分析与理论推导,并进行理论计算模拟。结果表明,实验得出的永磁结构的涡流制动仪在不同实验参量环境下的制动规律与理论模拟计算符合得很好。

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  • 分子束方法的发展历史概述

    芮静怡;汪亚平;宁长春

    分子束方法是指研究几近无相互作用的粒子束通过相应的作用装置,获得有关粒子信息的实验方法。经由杜诺依尔之开创,斯特恩之重视和改造,在斯特恩—盖拉赫实验当中显示出神奇之力量,成为20世纪研究微观粒子的重要手段。此后,经拉比、拉姆齐等人的传承与发扬,对物理学的发展产生了重要影响。本文在文献调研的基础上,以分子束方法传承的关键人物为线索,简要分析了分子束实验方法的演进过程及其相应的学术贡献,并讨论了将其引入大学物理教学中所起的作用。

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  • 量子力学的哥本哈根解释

    黄永义

    较详细地阐述了量子力学的哥本哈根解释,包括玻尔并协性原理和海森堡不确定原理,经典仪器,波函数坍缩,哥本哈根解释视角中的因果律。列举了基于该解释的两个典型的测量实例:惠勒延迟选择实验和没有相互作用的相互作用,简要介绍了其他有影响力的量子力学解释:多世界解释,自洽历史理论,量子贝叶斯模型等。

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  • 细绳牵引条件下二体弹性碰撞的分析与讨论

    张孟;陆慧;吴赵龙;钟菊花

    针对物理竞赛中出现的细绳牵引条件下小球碰撞问题,引入能量耗散,建立相应的谐振子模型,求解得到其运动学方程。结合数值计算进一步探索完全与非完全弹性牵引碰撞的动力学演化和规律,得到弹性牵引碰撞后两物体运动呈现非线性特征,并随着时间演化两物体速度趋于一致的结论。同时对质心系和其它非惯性系中分析该牵引碰撞过程也做了讨论。本文对牵引过程的动力学方程和物体运动状态随时间的演化给出了具体的定量分析,为深入研究牵引碰撞的本质规律提供一定参考价值。

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  • 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。

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  • 界面反射光的偏振态分析

    丁文革;王崇;张荣香;代秀红

    首先利用菲涅尔反射公式,给出界面反射光s分量和p分量的光强反射率公式。然后分析并推导出自然光和部分偏振光分别入射介质界面时,反射形成的部分偏振光偏振度的一般表达式。对反射光偏振度的模拟分析表明,当自然光入射时,随入射角增加反射光的偏振度先增大后减小。当部分偏振光入射时,若I_s>I_p,随入射角增加反射光的偏振度也是先增加后减小;若I_s<I_p,则随入射角增加,反射光的偏振度呈现两次减小、两次增加。在正入射和掠入射的情况下,反射光的偏振度均与入射光的相同;在布儒斯特角入射的情况下,反射光的偏振度均为1,即线偏振光。最后,对线偏振光入射的情形进行了理论分析和模拟。结果表明,从光疏入射光密介质时,反射线偏振光的振动方位角随入射角增加单调增加。从光密入射光疏介质时,若入射角小于全反射临界角,反射线偏振光的振动方位角也随入射角增加而增加;若入射角大于全反射临界角,则随入射角增加,反射形成的椭圆偏振光的椭圆率先增大后减小。反射光偏振态的这些变化规律,对改造光的偏振态以及反射光偏振态信息的应用具有实际意义。

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  • 应用型院校大学物理课程线上教学探索与实践

    竹有章;韩星星;牛海波;王小力

    线上教学及线上线下混合式教学是当前普遍开展的教学形式,突如其来的疫情致使线上教学得以全面铺开,并在实践中凸显了线上教学的特点,锻炼了教师的教和学生的学。本文对应用型院校大学物理线上教学的组织与实施进行了探索和实践,并进行了课程教学质量问卷调查分析。实践表明,线上教学基本保证了教学目标和教学效果,具有手段丰富、互动便利、有效调动学生积极性、促进教师改革教学方法等优点。同时,也反映线上教学存在不容易及时、全面和准确掌握学生的学习状况、教学效果不易准确把握等问题,对于部分自律性较差的同学还需要加强有效引导,加强思想引导和学习管理,并通过师生的广泛交流加强教书育人。充分发挥线上教学的优势和特点,补齐教学短板,构建线下和线上融合的复合型教学新模式、新方法,对于进一步深化课程教学改革、提高教学质量具有积极意义。

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  • 一种精确的超声波定位系统

    胡森康;徐铮;刘伟;史庆藩

    随着物联网等技术的不断发展,对于室内环境下目标的精确定位的需求越来越大,本文提出了一种基于超声波技术的定位方法,此方法利用了GPS三角测量定位原理,并基于此原理搭建了由四个超声波接收器和一个超声波发射器以及计算机等组成的定位系统,并在此基础上编写了程序,实现了对物体的实时定位以及位置的可视化显示,同时也构建了实验平台并以此验证了系统定位的准确度。

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  • 解析验证b→sγ单圈图中的Ward恒等式

    柳国丽;别素雅

    Ward恒等式是量子场论中的重要关系。本文以b→sγ为例,在费曼规范下,利用维数正规化方案,以圈图函数展开的方式验证了一圈图领头阶满足Ward恒等式。这个验证方法可以作为场论课程的实例,其中使用的一些技巧也可以应用到其他物理过程中。结果表明,不但发散项之和在一圈水平上自动相消,Ward恒等式在一圈水平上也是成立的,此性质是检验计算结果是否正确的一个重要依据。该验证不仅仅适用于标准模型,也可在具有相同性质的各种新物理模型中应用。同时,在其他类似的过程中,也可运用同样的验证技巧。

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  • 迎面观察时游泳池壁和池底虚像位置的解析结果及实验验证

    唐星

    文章主要研究了人眼在游泳池边迎面所看到的水下池壁和池底虚像位置的解析结果。首先,根据平面界面折射成像的像点坐标公式,推导出以折射点横坐标为唯一参量的池壁和池底像点的轨迹方程;然后借助于Excel软件,计算并绘制出当泳池宽度、人眼高度和泳池深度这三个变量分别独立变化时,池壁和池底的虚像曲线;最后,通过人眼观察和手机拍照,验证了以上理论推理结果,并指出诸虚像曲线共同点背后的视角因素。

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  • 利用傅里叶变换的可分割性计算夫琅禾费衍射图样

    张敬雯;王文玲;黄安平

    本文揭示了由傅里叶变换模拟夫琅禾费衍射图像的过程具有可分割性与可加性,将衍射现象的物理过程与其傅里叶变换的数学表现相统一。通过对比基尔霍夫公式与二维傅里叶变换,验证了夫琅禾费衍射图像与衍射孔的二维傅里叶变换等价。类比夫琅禾费衍射是无数个子波的相干叠加,具有可分割性与可加性,得到由二维傅里叶变换模拟衍射图像这一过程也具有可分割性与可加性。这表明夫琅禾费衍射图像等价于其衍射孔任意分割后各部分傅里叶变换的叠加,且分割后各部分的衍射图像与其傅里叶变换一一对应。以正n边形为例,我们使用本方法推导出的衍射图像的MATLAB仿真结果与现有文献中其他方法给出的结果一致。最后,我们给出了衍射现象与傅里叶变换等价的物理解释。

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  • 利用突变弦线探究波速与线密度之间的函数关系

    郑庆跳;陈少华;王芳

    针对均质弦线中波速随线密度变化不易直观观察的问题,本文设计了基于突变弦线的驻波装置。实验发现,线密度较大的弦线中,波速较小。同时,测量两部分弦线的线密度之比和波速之比,拟合得到了波速随着线密度变化的函数关系。相比均质弦线,突变弦线的驻波装置具有较小的系统误差,同时具有使用方便、现象直观和数据丰富的特点。

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  • 原位X射线衍射探究结构相变的研究性实验——以钴酸锂的脱嵌锂相变行为为例

    余卿;范昕玥;陈寅;陈越;庄彬;姚胡蓉;黄志高

    X射线衍射是近代物理学最经典实验之一,开发原位X射线衍射探究材料结构相变过程是一个研究性实验。LiCoO_2作为一种应用广泛的锂离子电池正极材料,其脱嵌锂过程伴随着晶体结构变化,因此钴酸锂是一个很好的应用范例。本文以LiCoO_2在脱锂过程中材料相变行为作为研究对象,利用原位的X射线衍射仪测量分析LiCoO_2作为锂离子电池正极材料在充电过程中两相区的晶粒尺寸变化规律、单胞晶格常数变化趋势以及两相转变过程中相成分比例变化.实验结果不仅证实了脱锂过程中的两相转变,而且表明了原位X射线衍射法可以实时表征锂离子正极材料充放电过程中晶体结构的演化。实践结果表明,该研究性实验有助于学生了解X射线衍射应用的研究前沿,不仅可以激发学生的科研兴趣,同时提升了学生的实践能力和创新能力。

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  • 简论系统学习基础物理的重要性

    董科;周雨青

    大学物理作为一门基础物理课程,长期被弱化。很多工科大专院校要么从课时角度给予消减,要么从模块方面限制物理授课内容,不管哪种方式,最终影响的都是系统化的基础物理教学。本文以速度测量这样一个非常基础的工程应用,简单论证一个事实,即基础物理学应该系统学习,而不能压缩或模块化物理学习内容。

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  • 浅论均匀带电球冠和相切平面的电场等价性

    朱中凯;刘亲博;王睿博;朱钦圣;吴明和;滕保华

    大学物理中不同带电体的电场等价性,能够较好的训练物理学习者的分析和解决复杂实际问题的逻辑思维,从而提高物理知识的具体应用能力。本文首先讨论了均匀带电球冠面和与之相切的均匀带电平面在球面北极点的电场等价性,然后证明了均匀带电圆弧和与之相切的均匀带电直线在圆环顶点处的场强是不等价的,并且指出只有引入随角度变化的电荷线密度才能使两者等价。

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  • 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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  • 结合物理教学传授唯物辩证思想和科学方法初探

    张映辉

    物理学充满了唯物辩证思想,承载着大量精妙绝伦的科学方法。笔者贯彻习总书记关于解决好“总开关”问题的要求,着眼“在知识传播中强调价值引领”和教师“传道、授业、解惑”天职,以哲学眼光审视物理学,提出结合教学内容传授辩证唯物主义原理及相关科学方法的教改观点和实际案例。文章具有一定的引领作用和推广价值。

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  • 直线拟合的技术综合法及稳健性判据

    郭旭波;肖志刚;朱美红;常缨;朱鹤年

    直线拟合常用的最小二乘法使残差平方和极小,然而稳健性(抗粗差性)较差,直线两端的数据的误差对拟合斜率的影响大。最小一乘法使残差绝对值之和极小,但算法较复杂。本文提出技术综合方法,力图部分综合几种直线拟合方法的特点,不作粗差剔除,仅在求斜率时适度降低大于临界系数的个别数据的权重,以达到如下效果:稳健性显著优于最小二乘法,也优于最小一乘法;残差绝对值和、标准偏差近似与最小一乘法相同;计算过程比最小一乘法简单,适用范围广。

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  • 陀螺仪特斯拉计的相关讨论

    姚尧;李文华;王晓杰;王槿;潘崇佩;文小青

    当一个由非铁磁性导体制成的陀螺仪,被放置在磁场中时,其由于旋转切割磁感线会受到制动力矩的作用,从而会发生减速。首先将此模型简化为非铁磁性导体圆盘在磁场中的运动,通过求解体系所满足的麦克斯韦方程组,结合实验现象进行了解释。再总结出导体圆盘的角速度变化与外界磁场大小的关系,并将其用于制作一个陀螺仪特斯拉计,对其测量结果进行了讨论与分析。

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  • 基于Compact DAQ的多通道温度测量实验及COMSOL模拟

    方奕忠;沈韩;崔新图;白爱毓;黄臻成;廖德驹;冯饶慧

    本文设计了一个适用于本科教学的虚实结合物理实验。将四个不同阻值的金属膜电阻串联,包裹海绵保温材料。将电阻通电加热,利用NICompact DAQ机箱和NIC系列热电偶模块设计多通道温度数据采集系统,测量四个电阻侧表面的温度随时间的变化关系。构建电阻加热的物理模型,利用COMSOL多物理场耦合软件的固体传热模块进行定量仿真,模拟结果与实验结果符合得很好。模拟和实验过程中均发现,当从初始温度(室温)开始加热时,经过约两分钟后,温度会趋向于平稳而不再上升,这与单实心圆柱体电阻模型的理论结果趋势相符合。但本文采用金属膜加热模型,更为接近真实电阻。

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  • 二维曲面理论引入数学物理方法的探讨

    陈起辉;黄飞杰;傅永平;祝凤荣

    本文探讨如何将二维曲面理论引入到数学物理方法的教学当中,目的在于沟通从高等数学到一般微分几何知识之间的“鸿沟”。使得本科生在学习更抽象的微分几何前,具备一些直观的图像。文中主要利用嵌入到三维空间的曲面参数方程,计算给出二维曲面理论的第一、二基本形式,并且基于它们,建立起曲面上线元、面元、曲线夹角、曲率、测地线、平行移动的概念。运用这些概念,我们直接推导出在二维曲面上梯度、散度、旋度的数学表达式及对应的高斯、斯托克斯定理。这些式子经过简单推广便可以得到更高维曲线坐标系中梯度、散度、旋度的表达。作为曲面理论的一个直接应用,我们也讨论了如何将所得到曲面理论运用到肥皂膜上的流体,得到二维固定曲面上流体所满足的动力学方程,从而可以解释皂膜上的等厚干涉条纹的变化。最后我们介绍了二维曲面理论到高维黎曼内蕴几何的推广以及在广义相对论上的应用。

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  • 浅析课题研究性学习在课程教学中的作用——以自制电容雨量计为例

    高华;李洁;董爱国;郑志远;董敬敬;黄昊翀

    课题研究性学习(Student Project),是美国高校课程教学中常用的一种提升学生学习兴趣、培养学生创新能力的教学方法。作者作为访问学者对被访高校开设的课程《Fundamentals of Physics2》进行了全程旁听,观察和体验,特别就Student Project在教学过程中的实施进行了全面跟踪和深入的分析。本文以课题“自制电容雨量计”为例,深度剖析了Student Project在传授知识以及培养学生能力两个方面所起的积极作用。结果发现学生课题研究性学习与传统的课堂讲授相比,能够更有效的促进学生的自主学习,更好的激发学生的学习兴趣以及培养学生的各项能力。我国的高等教育在条件允许的情况下,也应尝试或加大课题研究性学习在合适课程中的开设力度。

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  • 中美高校物理本科教育模式的比较与分析

    姜寒玉;何军;黄虹霞;平加伦;郭立波

    建设具有中国特色的世界一流大学既要充分借鉴西方教育的发展经验,又要结合中国实际。多层次的立体式、融合性创新发展模式是高等教育发展的必然趋势。物理学是诸多学科与技术发展不可或缺的基础,物理教育是全球技术经济发展的主要驱动力。因此,本文以6所中美著名大学为研究对象,分别从物理专业本科教学理念、体制特点、课程设置、教师职称结构和师生比等多方面进行比较分析,以期引发我国高校物理本科教育模式的思考,也为建设中国特色的世界一流大学提供有价值的参考信息。

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  • 再谈拉格朗日函数非唯一性的物理意义:广义规范变换和正则变换的等价性证明

    韦联福

    关于力学系统拉格朗日函数非唯一性问题所蕴含的物理意义,各种教学研究期刊都刊发了不少论文进行论述,但仍存在某些争议。本文从拉格朗日函数非唯一性等价于动力学系统广义规范(以下仍简称规范)选择的任意性这一基本性质出发,证明无论是拉格朗日方程还是哈密顿正则运动方程都具有这种规范变换的协变性。由此,澄清了近期一些文献和网络上关于文献中规范变换是否可以看作是一种正则变换的争议,供教学参考。

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  • 智能手机运用于折射率测量实验

    靳又嘉;马世红

    为探究智能手机在大学物理实验中更广泛的应用,在布儒斯特角法测折射率的实验方法基础上进行改进。将手机的环境光传感器作为测量工具,智能软件作为数据记录工具,测量不同入射角度下p波的反射光强。之后通过拟合反射率曲线和菲涅尔公式的方法,得到ZF1棱镜的折射率为1.63±0.01。反射光强的误差分析得到传感器和光学实验中存在不同原因的误差因素,包含传感器自身的系统误差、反射角度的误差、偏振片的不消光影响。结果显示手机的光传感器测量特性良好,拟合菲涅尔公式测量结果更为准确。

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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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  • 基于通用设备和Multisim的虚实结合电学实验教学模式

    廖德驹;沈韩;崔新图;冯饶慧;黄臻成;方奕忠

    实物实验与虚拟仿真实验,特别是基于物理模型的定量仿真实验同步有序进行,是当前提升实验教学效果的有效手段之一。这种教学模式既优化了教学资源,丰富教学方法和手段,又体现了物理学是实验科学的本质。结合基础物理实验教学需要,设计了包含RLC串联电路实验、交流电桥测电容电感实验、混沌电路实验和Multisim电路仿真等教学内容的虚实结合电学实验模块。将实验研究和定量仿真两种研究方法在实验课程中相结合,让学生从低年级就开始采用科研和工程设计的思维方法完成教学实验,有效培养其对知识的综合应用能力和创新能力。

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  • CUPT 2019循环摆研究

    钟粤文;刘姝含;孙宇飞;房毅

    2019年CUPT第14题“循环摆”描述了一个在生活中常见却物理原理深刻的现象。所谓循环,指的能够旋转一周以上,因此约定轻物体绕杆旋转一圈以上,就形成了循环摆。实验中观察循环摆的轨迹,发现其必然会过渡到渐开线。利用拉格朗日方程可得描述轻物运动的非线性常微分方程组,据此方程组分析过渡到渐开线时刻的各物理量的变化规律、确定形成循环摆的判据;同时,通过实验,探究不同初始条件下对过渡到渐开线时刻的各物理量的影响,并与理论分析所得比较。结果表明,随着初始条件的改变,过渡到渐开线时:轻物绕杆角速度与轻物到杆的线长的变化趋势总是相反,且两者随着初始角度的改变必有一极值,而该极值总是在相同的初始角度下取得;轻物与水平面的夹角总与初始条件正相关。

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  • 基于柯西色散公式测量费尔德常数的方法

    叶昱成;梁小冲;蒋昕

    柯西色散公式是法国数学家柯西发现媒质的折射率与真空中入射光的波长的数学关系。由此可以提出一种在分光计实验平台上利用柯西色散原理测量费尔德常数的新方法,通过分光计测量汞灯发出的光线在三棱镜及三棱镜容器中发生色散时,每种特征谱线对应的折射率,进而计算出晶体的费尔德常数。此方法实验周期短,成本较低,可适应于多种环境下,使得测量更加简便。

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  • 高中学生物理模型建构能力发展趋势分析

    陆玫琳;桑芝芳

    模型建构是科学思维的重要方面,本文建构了模型建构能力的表现框架,通过某中学学生高中三年的追踪研究,探讨了高中学生物理模型建构能力的发展趋势。分析发现,高中生的物理模型建构能力在高中三年间呈现线性增长的发展趋势;男女生的能力发展存在差异,男生的模型建构能力的初始平均值高于女生,但是经过高中三年的物理学习,女生能够不断进步并缩小差距;对于成绩排名靠后的学生,基础知识的学习和训练对建模能力的提升有较大促进作用。该分析对了解高中学生物理模型建构能力,培养学生核心素养具有重要意义,同时对大学物理教学的学情分析有一定的参考价值。

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  • 高层建筑物内紫外火焰探测报警器的研制

    程杨;王悦;李庚伟

    近年高层建筑物火灾事故发生率明显上升,市面上多种报警器常见,而检测精度高的紫外火焰探测器和能够及时报警的物联网报警器较为少见,故本文基于紫外火焰探测、短信报警等原理,设计制作了一款紫外火焰探测报警器。选用紫外光电管作为火焰探测传感器,设计自锁电路转为稳定的电信号,并利用短信模块实现远程报警,一旦检测到火焰可在第一时间通过短信远程通知用户。本紫外火焰探测器可检测到5米内、高度大于0.5厘米的火焰,精度可达99.9%,并可瞬时蜂鸣报警,在3秒内发送短信到用户手机。本报警器可应用于家庭、商场、办公室等多种高层建筑的环境中,在火灾初期,及时将消息发送,规避火灾。

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  • 一种新的Glauber公式的证明方法

    陶俊琦;王蒙;程剑剑;郑华

    Glauber公式在量子力学中有着重要的应用,在教科书中证明它的方法可以分为两种。一种是构造一个含有参变量的算符指数的函数,然后对参变量微分并利用Baker-Hausdorff公式,最后得到微分方程并积分求解得证。此方法存在一点瑕疵,因为在积分的过程中需要将算符放在分母,然而算符所对应的矩阵是没有除法的。另一种是先证明考虑算符对易性质的两个算符相加的二项式定理与不考虑算符对易性质的两个算符相加的二项式定理之间的关系,然后直接将Glauber公式中两个算符和的指数做展开并利用上述关系直接证明。此方法的证明过程略显复杂。本文通过构造,利用Baker-Hausdorff公式和算符的指数展开公式,给出了一种新的Glauber公式的证明方法。

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