物理与工程

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特约稿件

  • “大学物理”课程在线混合式教学的改革与实践

    刘海兰;顾牡;吴天刚;倪忠强;宋志怀;

    为了做好新冠肺炎疫情防控期间"大学物理"课程的教学,实现"停课不停学""教学质量实质等效"的教学目标,依托同济大学云课堂(https://courses.tongji.edu.cn/)所用的ZOOM系统和在中国大学MOOC(https://www.icourse163.org/)上所建设的国家精品在线开放课程"大学物理(系列)课程",从多个教学环节开展了"大学物理"课程在线混合式教学模式的改革。经过一段时间的教学实践,取得了积极的成效。本文主要介绍我们教学团队在"大学物理"课程在线混合式教学方面的改革方案和具体做法,以利于相互启发、共同提高。

    2020年04期 v.30;No.198 3-11+25页 [查看摘要][在线阅读][下载 3058K]
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  • 光学工程与脑科学的交叉融合教学——以“神经光子学”课程为例

    孔令杰;

    当前世界各国掀起了"脑科学热",大力推进脑科学研究,其中发展新型神经技术成为其重要内容。在"脑计划"的推动下,"神经光子学"应运而生,并得到迅速发展,成为一门新兴的前沿交叉学科。然而,目前国际上鲜有相关专著或课程系统地介绍该新兴学科,难以满足培养兼具脑科学与仪器科学等跨学科复合型人才的迫切需求。本文以清华大学研究生专业课"神经光子学"为例,介绍光学工程与脑科学的交叉融合教学探索。通过多项改革措施,使本课程取得了显著的教学效果。

    2020年04期 v.30;No.198 12-16+19页 [查看摘要][在线阅读][下载 388K]
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  • 一类平面几何问题与静电场镜像法的联系

    王伟良;许绍群;邓文基;徐湛;张宏浩;姚道新;

    我们指出一类中学平面几何问题与大学静电学的镜像法存在相通的数学本质:由于球对称性以及相似三角形的性质,除球心之外的球内任一点在球外都存在对偶点,这两点到球面上任意点的距离之比都不变。这个范例对中学数理化与大学物理之间衔接的教学实践具有一定的启发意义。

    2020年04期 v.30;No.198 17-19页 [查看摘要][在线阅读][下载 119K]
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教学研究

  • 球壳质心位置的另一种解法——兼谈研究性教学的元素选择

    周雨青;

    大学物理教材上,有一道半球壳质心位置计算题,是质心教学的典型例题。教材以最方便和直接的方式,展示了质量元选取的最佳方案。本文换一种思路来解答相同问题,给出了一个虽显复杂,但更具训练价值的解法,它对空间想象能力和数学处理能力都有着较高要求,不失为一种思维训练的好方法。

    2020年04期 v.30;No.198 20-22页 [查看摘要][在线阅读][下载 247K]
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  • 三维空间中由坐标和电势确定匀强电场矢量的矩阵公式

    李力;

    已知匀强电场内点的电势求解场强矢量,通常的方法往往限于平面问题,而且需要寻找等电势点和某些几何关系,当所给位置关系或电势数值比较一般化甚至为一系列已知字母时,这种几何方法相当复杂甚至不能求解。本文用线性代数方法,导出三维空间中由点的坐标和电势确定匀强电场场强矢量的矩阵公式,并用来处理空间问题和平面问题。此方法无需寻找等势点,直接求出场强矢量,明显优于通常的几何方法。

    2020年04期 v.30;No.198 23-25页 [查看摘要][在线阅读][下载 120K]
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  • 基于蒙特卡罗方法的速率分布函数演化过程研究

    尹增谦;武丽姣;

    本文利用蒙特卡罗方法和方均根速率数值修正方案,对分子速率分布函数、平均速率随时间的演化过程进行了研究。数值模拟结果表明:随着碰撞次数的增大,速率分布函数逐渐趋向于相应的麦克斯韦分布函数,分子的平均速率也逐渐趋向于相应的确定值。

    2020年04期 v.30;No.198 26-30页 [查看摘要][在线阅读][下载 405K]
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  • 素养指向下的物理科学真实数据教育转化

    邓先君;乔翠兰;

    基于物理科学真实情景和真实数据的教育转化工作在我国尚未引起足够的重视,物理教材和教学实际中的科学探究由于缺乏科学真实数据素材往往偏于狭隘,流于形式,教学资源的引领示范效应或可加强。文章从物理科研的教育意义切入讨论了物理科学真实情景和真实数据教育转化所面临的观念问题和实际问题,从教育内容和教育理念之间的讨论物理教育素材更新对于课程改革的积极意义。在此基础上,文章对美国基于重大物理科研项目的探究教学案例也作了相应介绍和评述。

    2020年04期 v.30;No.198 31-37+47页 [查看摘要][在线阅读][下载 427K]
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  • 利用天然放射性核素无损检测板材密度

    马洁;宋建军;孙新祚;于华伟;刘超卓;

    传统γ射线实验和应用中放射源会对人体和周围环境产生一定的辐射危害。为减少放射源的使用,同时不影响实验的进行,尝试用天然放射性核素~(40)K代替传统放射源开展相关实验。利用NaI闪烁探测器测量了1.46MeV能量γ射线的能谱,求得γ射线在铝板中的线性吸收系数为0.144±0.008cm~(-1)。利用蒙特卡罗程序建立1.46MeV能量的γ射线与铝板相互作用的模型,计算得到了铝对该射线的质量吸收系数0.0523cm~2·g~(-1)。利用实验测量得到的线性吸收系数和蒙特卡罗模拟得到的质量吸收系数,求得了铝板的密度2.753±0.153g·cm~(-3)。这一方法与传统体积质量法测得的铝板密度2.654g·cm~(-3)相比,误差小于5%,说明利用天然放射性核素~(40)K作为放射源,并借助蒙特卡罗模拟方法,测量板材密度的方法是可行的。该方法也可用于板材厚度的无损检测,且不需放射源防护措施。

    2020年04期 v.30;No.198 38-41页 [查看摘要][在线阅读][下载 200K]
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  • 课堂教学方法改革是创新教育的关键

    杨兵初;徐富新;周聪华;

    高等学校承担着培养创新型人才的重任,课堂教学是本科教育的主渠道。以教师为主的传统知识教育的教学方法不能适应创新型人才的培养,课堂教学方法改革成为影响人才培养质量的关键。本文在阐明知识教育与创新教育区别的基础上,引述了多位国内外学术大师对创新教育的论述;介绍了几种行之有效的课堂教学方法,其共同特点是重视学生在课堂教学中的主体作用,教师要从"教会"学生转变到让学生学会创造上来。近几年的教学实践证明,这几种教学方法是符合创新教育大趋势的。

    2020年04期 v.30;No.198 42-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 150K]
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  • 医学技术类专业物理基础课程学时的比较分析

    童家明;喀蔚波;王晨光;邓玲;韦相忠;江键;屈学民;储信炜;吉强;

    基于2016年的调查及2004年的资料,比较分析了普通高等学校的医学检验技术、医学实验技术、医学影像技术、眼视光学、康复治疗学、口腔医学技术、卫生检验与检疫、听力与言语康复学等医学技术类专业的物理基础课程的学时情况。五年制改为四年制后,医学技术类各专业的物理基础课学时数普遍减少,不开设物理实验课的学校数大幅增加。分析了学时变化的原因及对医学技术类专业人才科学素养培养的影响。期望随着首个高等教育教学质量国家标准的发布执行,广大教师转变教育教学理念积极改进教学模式,将学时减少带来的不利影响降为最低。

    2020年04期 v.30;No.198 48-53+62页 [查看摘要][在线阅读][下载 154K]
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  • 信函在物理学史研究中的特殊作用之例证

    厚宇德;孙婧;

    著名物理学家、重要物理学事件是物理学史研究者的主要研究对象。著名物理学家的思想情感有时难以把握;重要物理事件的发生过程曲折、微妙,而世人所传往往是真伪交织。多位科学史理论家高度肯定,科学家之间信函的重要史料作用。这一观点尤其适用于物理学史研究。本文以物理学家之间的重要信函为主要依据,展示信函在解决物理学史问题时的特殊作用,有助于深入理解信函的史料价值。在此过程中,水到渠成地解决了几个较为重要的物理学史具体问题。

    2020年04期 v.30;No.198 54-62页 [查看摘要][在线阅读][下载 490K]
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  • 混合教学模式在大学物理课程教学中的应用研究

    刘金梅;王向晖;尹亚玲;邓莉;

    本文根据大学物理生成的、互动的、建构的课程论理念,在大学物理课堂教学过程中采用混合教学模式,在一学期的大学物理课程教学过程中穿插了力学阶段报告、电磁学预习报告、电磁学演示实践课与振动与波阶段报告,并且采用综合评定成绩的方式给学生进行形成性评价。学期末对学生进行问卷调查的反馈结果表明,学生对混合教学模式认可度很高,普遍认为课堂内容形式丰富,大学物理课堂不再刻板。

    2020年04期 v.30;No.198 63-68页 [查看摘要][在线阅读][下载 136K]
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  • 讲授力学原理统一性——以弹簧振子为例

    刘建林;

    对一个系统进行力学分析可以运用不同的力学原理而得到相同结果。本文以弹簧振子为例,详细阐述了牛顿第二定律、机械能守恒定理、拉格朗日方程、哈密顿正则方程、哈密顿变分原理这五种力学原理之间的相互关系。其中牛顿第二定律是从受力角度进行分析,而机械能守恒定理、拉格朗日方程、哈密顿正则方程则是从能量角度出发。哈密顿变分原理则为更为普遍的力学原理,通过对其变分可以推导出拉格朗日方程、哈密顿正则方程以及运动微分方程。弄清楚这五种力学原理的统一性,有助于我们更加合理地选择运用它们去解决工程问题。

    2020年04期 v.30;No.198 69-72+83页 [查看摘要][在线阅读][下载 193K]
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大中衔接

  • 也谈桌边滑链的飞离问题

    汤幼强;黄亦斌;

    本文仔细研究了三种代表性情形下桌边滑链的飞离问题,给出了详细讨论这类问题的框架。结果表明链条是可能飞离桌面的。

    2020年04期 v.30;No.198 73-76页 [查看摘要][在线阅读][下载 207K]
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  • 上行与下行人腿膝部受力问题分析

    卢冠辰;

    腿部运动是人体活动的最基本方式,人腿的上行与下行是人体活动的核心组成要件。本文理清了腿关节受力与基本腿部运动的关联因素,围绕人腿上下行运动建立简化模型,推导出实际过程腿部的运动状态与受力间的稳定态方程,从而以明确的数据说明腿部上下行活动中的受力量化问题。同时,结合膝部损伤问题,文中提出了缓解腿部损伤的方法;通过本文所建构的下肢运动模型,有助于推动人们对下肢健康运动方式的理解和认识,并引发同类问题的迁移性思考,所讨论模型可在步行式机器人的入门认识方面引发有价值的讨论。

    2020年04期 v.30;No.198 77-83页 [查看摘要][在线阅读][下载 1758K]
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物理实验

  • 第一主族元素原子光谱精细结构强度比值计算

    王陆君瑜;谭志阳;陈康宁;吴平;陈森;

    氢原子及碱金属原子光谱是近代物理实验教学的重要内容,现有的实验教学中往往主要关注谱线的波长,而忽略了谱线的强度比,谱线的强度比可以反映跃迁速率、布居数等信息,因此具有一定的研究价值。本文基于爱因斯坦辐射理论,采用电偶极辐射近似,在上下能级均存在由于精细结构而产生能级分裂的情况下,提出了一种更为精确的对第一主族元素原子光谱不同线系精细结构强度比值进行计算的方法。计算结果形式简单,与已有理论吻合很好。计算方法逻辑性更强,更具有普适性。

    2020年04期 v.30;No.198 84-87+95页 [查看摘要][在线阅读][下载 191K]
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  • 知识图谱技术在物理实验教学中的应用探讨

    林子舰;冯超超;王廷振;王槿;

    目前,在新工科建设和课程思政建设的背景下,物理实验课的教学设计也需要不断提升。不同于传统搜索方式,科学知识图谱技术采用对分析对象的共词进行分析并找到它们之间的亲疏关系,从而揭示相关学科的演进关系。本文以声速的测量、转动惯量等物理实验为例,利用引文可视化软件CiteSpace进行科学知识图谱分析,并结合目前物理实验课程标准化的具体要求,探讨其对实验课程标准化的辅助功能及在基础物理实验教学中的应用。

    2020年04期 v.30;No.198 88-95页 [查看摘要][在线阅读][下载 1913K]
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  • 浅议滚动摩擦及轿车最大速度的估算

    邵云;窦瑾;

    文章依照等效功的思路由滚动摩擦力矩引入等效的"滚动摩擦力"的概念,并通过例题揭示出该"滚动摩擦力"与静摩擦力的本质差别;指出在通常的负载下可以忽略车轮的转动惯量而认为"滚动摩擦力"就等于从动轮的静摩擦力,即前者可以替代后者;介绍了滚动阻力因数与路面类型及车速的关系;利用"滚动摩擦力"和"牵引力"估算了普通轿车在良好路面上行驶时的最大速度,并指出传统教材中的不足之处;最后简要介绍了滚动摩擦的一般物理机制。文章为传统的力学教材中滚动摩擦这部分内容提供了有益的诠释与补充。

    2020年04期 v.30;No.198 96-101页 [查看摘要][在线阅读][下载 343K]
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  • 以衍射实验为例谈虚实结合实验教学模式

    冯饶慧;沈韩;高凤彬;崔新图;黄臻成;廖德驹;方奕忠;赵福利;

    互联网、云计算、大数据等新网络信息技术不断更迭,催生了许多新的教学形态。作为一种新的教学形态,虚拟仿真实验依托虚拟现实、人机交互等信息化技术,在增强学生实践和科研能力、提高人才培养水平方面有着独特的优势。为发挥虚拟仿真实验的优势,我们构建一种结合成熟软件的适用于非物理类本科专业低年级的虚实结合实验教学模式,并以光学衍射实验为例,详细介绍这种模式的教学应用。实践表明,这种基于科学模型的可精确调节参数的定量仿真可有效提升传统实验教学的效率,拓展教学内容的广度和深度,提升实验教学的质量。

    2020年04期 v.30;No.198 102-107页 [查看摘要][在线阅读][下载 770K]
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  • 部分相干光的相干性参数简易测量方法

    姜笑攸;戴晨;尹亚玲;李晓云;郭超修;

    本文基于旋转的有机薄膜制作的相干衰减器产生部分相干光源,对杨氏双缝干涉实验进行拓展,采集部分相干光的光斑图样和干涉条纹图样,利用计算机程序处理图像,实现了对部分相干光的相干度和相干长度的快速测量。

    2020年04期 v.30;No.198 108-111页 [查看摘要][在线阅读][下载 385K]
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  • 功率型LED结温测量方法的实验研究

    何潜翔;黄建宇;陈乾;

    本文基于东南大学物理实验中心研发的LED热学特性实验仪,在仪器原有的脉冲电流法基础上,进一步拓展了小电流法测结温的实验内容,并利用这两种方法研究了LED灯珠在升温与降温过程中的结温变化。此外,实验还通过引入光谱仪测量了不同结温灯珠的发光光谱,探索了利用LED光谱测量结温的方法。该实验引导学生围绕LED结温测量这一工程技术问题,对原有的实验仪器和测量方法进行了开放性的拓展,是将传统验证性实验改造成综合性实验的一个成功案例,有效地激发了学生进行实验物理研究的兴趣。

    2020年04期 v.30;No.198 112-115+120页 [查看摘要][在线阅读][下载 959K]
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  • 基于BP神经网络的光纤陀螺误差补偿方法

    贾朔;车昊;李洋;黄云川;张博闻;刘炳杰;刘子溪;朱宏娜;

    光纤陀螺技术发展迅速,已成为研究热点,且在惯性导航系统中应用前景广阔,光纤陀螺的特性研究实验对提高大学生的物理实验能力有重要实践意义。但在实验中,光纤陀螺性能容易受到环境因素影响,而影响测量精度。本文采用BP神经网络模型,针对光纤陀螺因实验环境的影响而产生的误差进行补偿研究。通过BP神经网络训练实验数据样本,对误差进行补偿。实验结果表明,优化的模型提高了光纤陀螺输出光强的测量精度,减少了实验误差,补偿后的相对误差和方差均得到了有效降低。

    2020年04期 v.30;No.198 116-120页 [查看摘要][在线阅读][下载 287K]
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