- 范乐乐;王锋;曾天海;
Bohr等人曾经认为，微观过程中能量和动量守恒是统计的守恒。Bothe等人用Compton散射实验验证了X射线的光子和电子的单次碰撞前后的总能量和总动量守恒严格有效，这样的结果也否定了统计的守恒。一些量子力学书的引言中，Compton散射实验的系统总能量和总动量严格守恒的表述还没用到量子力学概念。与此不同，本文目的是尝试用量子力学概念来表述。量子力学书中没有表述物理量的严格守恒和统计守恒。期刊文章中涉及的strict conservation(严格守恒)或conservation与我们的观点不同。我们的观点是，孤立复合系统内部交换能量和动量，在系统状态的演化过程中总能量和总动量严格守恒，而子系统的动量和动能(相互作用势能不完全属于哪个子系统)统计守恒。本文通信作者与合作者的文章(Int.J.Theor.Phys., 2020, 59:229)中用了物理量strict conservation和statistical conservation (统计守恒)的提法(本文又作了更确切的表述，与守恒量表述有所不同),加上纠缠态和本征值等概念提供了孤立复合系统的总动量严格守恒和子系统的动量统计守恒的表述方式。本文又尝试用这些概念及混合态来表述Compton散射实验的总能量及总动量的严格守恒，同时，也说明了子系统的能量(散射后无相互作用)和动量统计守恒。因此，可以用量子力学概念来表述孤立复合系统的一些物理量严格守恒、子系统的一些物理量统计守恒。
2024年04期 v.34;No.222 5-10页 [查看摘要][在线阅读][下载 1227K] [下载次数：42 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：67 ] - 闫述;
从Maxwell方程组导出的波动方程的解，代回Maxwell方程中去是否还能得到满足，是电磁场与电磁波课程学习中有时会遇到的问题。本文给出了由自由空间的无源Maxwell方程导出电场和磁场波动方程的过程，然后根据均匀平面波的定义，求得波动方程的通解。证明这些解满足Maxwell散度方程，但由于含有与源相关的待定常数，故无法判定它们是否满足Maxwell旋度方程。验证某个矢量函数是否满足波动方程和Maxwell方程的习题，并不具有波动方程的解不一定满足Maxwell方程的含义。教材中关于满足波动方程的场量不一定满足Maxwell方程的阐述，指的是未获得波动方程唯一性解的情形；所提出的由波动方程求出一个场量后，再由Maxwell方程求出另一场量的解题方法，目的是当无源时可获得更多的信息，有源时避免复杂源项降低求解难度。可以证明，电偶极子电场和磁场波动方程的唯一解，满足Maxwell方程组中的全部方程。根据电磁场的唯一性定理和宏观电磁场时空分布的确定性，无论求解空间有源还是无源，只要能够获得波动方程的唯一解，这些解必然满足Maxwell方程。
2024年04期 v.34;No.222 11-16页 [查看摘要][在线阅读][下载 1182K] [下载次数：30 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：40 ] - 陶杰;沈一洲;项俊贤;
晶体缺陷是影响材料性能的关键因素，位错理论是提高材料强度的重要基础，已成为当今晶体塑性理论和材料强化理论的基石。由于其概念复杂、理论抽象，学生在学习过程中往往无法建立完整的晶体缺陷和位错理论的认知体系，缺乏用位错理论解决复杂材料工程问题的能力。本文从晶体变形与位错运动的基本规律出发，抓住位错交互作用的难点开展教学过程设计，引领学生演绎点、线、面、体缺陷之间的相互转化过程，并结合前端科学研究与实际工程问题，深化学生对晶体缺陷知识和理论的掌握；围绕课程思政、答疑思辨、过程考核等教学环节，系统总结了晶体缺陷与位错理论的课程教学实践与创新教学方法。
2024年04期 v.34;No.222 17-24页 [查看摘要][在线阅读][下载 2543K] [下载次数：48 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：34 ] - 董校;王槿;刘子睿;惠王伟;孔勇发;宋峰;
第52届国际物理奥林匹克理论试题第一题为“Permanent magnets”,翻译为“永磁体”,主要考查偶极子之间及偶极子与其他磁体的相互作用。本文首先较全面地介绍了本试题的命题要点和背景知识，并分析了国际学生和中国学生的答题情况，同时对其开放性命题思路和答案做相关评述。
2024年04期 v.34;No.222 25-31+45页 [查看摘要][在线阅读][下载 1247K] [下载次数：25 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：35 ] - 许瑞;上官敏慧;张威;程志海;季威;王善才;卢仲毅;
为培养具有科学素养和创新能力的青年人才，构建一套针对本科学生的物理通识课程体系显得尤为重要。在推进实施教育改革和课堂改革中，中国人民大学物理学系近年来建设了以非理工科专业本科学生为受众的物理通识课程体系。该体系旨在提升学生的科学素养和创新能力，具体涵盖了物理理论、实验物理与前沿科技等方面内容，主要包含“概念物理”“人文物理通识与探索性实验”“诺贝尔物理学奖和现代物理学”课程。本文介绍了在该体系建设中的顶层设计思路，教学内容选择、课堂组织形式等重点举措。经过一系列的研究与实践，该体系取得了显著成效。学生们通过系统的学习，不仅掌握了物理学科的基本知识，还提高了科学思维能力和创新精神。后续我们将持续教改研究，不断优化课程内容，为培养创新人才、提高本科生科学素养提供支持。
2024年04期 v.34;No.222 32-40页 [查看摘要][在线阅读][下载 1456K] [下载次数：44 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：40 ] - 肖儿良;刘婉;周征洋;艾聪;
在大学物理关于电磁波辐射的教学中，重点讲解了电磁场在辐射近区和远区的特点。同学们认识到，对电偶极辐射，在辐射源附近，电场是与静场类似的纵波，而在远离辐射源的区域电磁波是横波。电场是怎样从纵波过渡到横波的呢?这个过渡区较为复杂，一般教科书上都没有仔细讲解，但这又是同学们非常关注的一个问题。因此，本文对电偶极、磁偶极和电四极辐射作了较完整的分析，并详细计算了电偶极辐射的电场从近区到远区的过程中，电场的纵向分量与横向分量的比值的变化，清晰地显示了从近场到远场的过渡过程。
2024年04期 v.34;No.222 41-45页 [查看摘要][在线阅读][下载 1261K] [下载次数：41 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：31 ] - 万巍;陈湛旭;
大学物理实验是一门高校理工科培养应用性、创新性人才的基础课程。在金课建设背景下，为切实提高实践类课程的高阶性、创新性和挑战度，课程采用线上线下混合式教学方法，构建基于BOPPPS教学模式的闭环实践教学流程，突出以学生为中心，强调学生全方位参与并反馈交流的教学理念。实践表明：基于BOPPPS模式的混合式教学，能够有效利用信息化教学平台和网络教学资源，突破实验课程的课时限制、场地限制以及人数限制。围绕物理实验项目进行线上线下“引导——目标——前测——参与式学习——后测——总结拓展”的闭环式训练，促进了学生分析解决问题能力、实践动手能力以及应用创新能力的多方面提升。
2024年04期 v.34;No.222 46-52页 [查看摘要][在线阅读][下载 2154K] [下载次数：79 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：24 ] - 韩星星;张安莉;刘会玲;谢檬;
本文针对培养“应用型人才”的教学目标，本文提出了以“四维”能力为导向的大学物理及实验课程改革的思路，构建了“四位一体”循序渐进的课程体系，实行分层次、分级的教学模式，对教学内容进行模块化、分层次重构，采用“问题+研究性”教学方式，为探索出有一定特色的应用型本科院校大学物理及实验课程的建设之路作出有益的尝试。近年来，我们进行了基于“四维”能力为导向的教学实践，在具有不同专业背景的本科生参与的学科竞赛方面取得了显著成效，在教学成果奖、教改项目、教学论文等方面也取得了系列成果。
2024年04期 v.34;No.222 53-59页 [查看摘要][在线阅读][下载 1513K] [下载次数：55 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：24 ] - 孟德忠;李庚伟;申坤;赵长春;郝会颖;
大学物理作为材料类专业学生的重要基础课程，在整个本科阶段的培养方案中起承上启下的作用。目前关于线上线下结合方式开展材料类专业大学物理课程建设方面的研究还鲜有报道，本文通过多年的教学实践，总结了针对材料类专业大学物理课程教学改革的教学内容体系、授课模式以及考核方式，教学效果得到学生的好评。希望该教学方法能够适应更多院校材料类专业学生的大学物理课程教学，推动大学物理课程在理工科专业学生培养中的显示度。
2024年04期 v.34;No.222 60-64页 [查看摘要][在线阅读][下载 1209K] [下载次数：28 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：26 ] - 王潇;梁莹;罗锻斌;张孟;
“近代物理实验”是物理类专业的一门必修课程，结合近代物理实验课程的特点以及培养目标，将前沿的科学研究思想和方法引入到教学实践是实验课程改革的重要方向之一。本文介绍了我校在近代物理实验中开设计算模拟实验，以常规光电效应实验内容为基础设计物理建模和模拟内容，通过研究光电阴极材料的结构和特性增强基础实验的内涵和深度，加深学生对相关物理概念、计算模拟过程与思路的理解掌握，提高学生的科创水平，提升综合应用知识的能力，为高校实验课程改革提供一定的参考价值。
2024年04期 v.34;No.222 65-70页 [查看摘要][在线阅读][下载 1500K] [下载次数：31 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：37 ] - 张国锋;
充分考虑一流课程应具备的高阶性、创新性和挑战度的特点与要求，作者以北京航空航天大学(北航)电磁学课程建设为例，经过近四年在应用物理专业强基计划、物理学专业拔尖计划学生的教学实践中，提出并实施了问题驱动的类比法、互动型、研究性的教学模式，使电磁学课程的教学质量、学生综合素质和创新能力得到持续提升。
2024年04期 v.34;No.222 71-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 3610K] [下载次数：45 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：33 ] - 王辉;覃埌;谢东;吴平;朱浩;
本文通过在大学物理教学中引入基于数值仿真的科学研究方法，创新大学物理教学内容和教学模式，以深化学生对物理基本概念的理解，培养学生的创新意识和创新思维。在教学过程中，结合大学物理典型知识点设计数值仿真研究案例，并通过实践教学的方式，引导学生积极参与数值仿真实验，深入探索物理现象的规律和原理。通过科学、系统地引入基于数值仿真的研究方法，创新了大学物理的教学内容和教学模式，有效提升了学生的科学素养和创新能力，充分发挥了新工科背景下物理基础课程在创新人才培养中的地位和作用。
2024年04期 v.34;No.222 76-81页 [查看摘要][在线阅读][下载 1457K] [下载次数：130 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：32 ] - 曾代敏;陈圆;
基于大班教学存在的问题，很多学者提出了不同的解决方案，但鲜有互动合作教学在大班理科课程中的对比实证研究。通过在两个大学物理课程中人数较多的班级进行对比教学实践，检验其有效性。互动合作教学班将学生分成多个小组，有利于进行小组讨论和合作学习。互动合作教学融入了多种课堂互动环节，实现良好的师生互动和生生互动。互动合作教学还非常注重过程评价，使成绩构成更加合理。实践表明，互动合作教学班学生的课堂表现和各项考试表现都明显优于传统教学班，互动合作教学在大班理科课程中是适用的，是有效的。
2024年04期 v.34;No.222 82-86页 [查看摘要][在线阅读][下载 2114K] [下载次数：12 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：16 ] - 许玉龙;郭丽;张美娜;任向河;高兴国;冷建材;
本文以光的干涉和衍射为例，具体阐述了对分课堂的教学目标、教学过程、教学评价等方面，并探讨了对分课堂的优势和局限性。本文的创新点在于：(1)将对分课堂教学模式应用于光的干涉和衍射这一具有较强抽象性和难度性的物理内容中，探索了一种有效的教学方法；(2)设计了一些具有实际意义和创新性的讨论题或项目题，激发了学生对光的干涉和衍射在各个领域的应用和发展的好奇心和求知欲；(3)采用了多种方法对对分课堂教学模式进行客观和全面的评价，发现了优势和不足，进行了改进和完善。
2024年04期 v.34;No.222 87-90页 [查看摘要][在线阅读][下载 1107K] [下载次数：41 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：20 ] - 姜永静;武晓霞;郑月峰;那日苏;
ETA物理认知模型是关于物理认知规律的研究总结。根据ETA物理认知模型，完整的物理认知由实验物理(Experimental Physics)认知、理论物理(Theoretical Physics)认知和应用物理(Applying Physics)认知构成。按照ETA模型的认知规律教学为ETA物理教学法。本文以“弦振动与驻波实验”为例，根据ETA物理教学法的思路构建教学内容和教学过程，对理论、实验、应用及其之间的关系进行深层次的理解，以提升大学物理实验教学的深度和广度，培养学生的物理认知能力，养成其物理精神。
2024年04期 v.34;No.222 91-97页 [查看摘要][在线阅读][下载 1379K] [下载次数：46 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：27 ]
- 陈正宇;宁传刚;
缪子是粒子物理标准模型中的基本粒子，对其研究不仅涉及基础物理的前沿，还包括相关技术在工业民生领域的应用。对缪子寿命的测量涉及时间膨胀、费米耦合常数和原子核俘获等众多近代物理知识点，在大学本科物理课程中开设相关教学实验具有重要意义。通过运用信号判选电路甄别以及数字示波器触发记录，分别用塑料闪烁体和NaI(Tl)闪烁体探测器测量缪子衰变事件，由测量结果的差异得到俘获效应对缪子寿命测量的影响。
2024年04期 v.34;No.222 137-140页 [查看摘要][在线阅读][下载 1422K] [下载次数：18 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：14 ] - 安泱屹;欧阳希昶;姚雨欣;骆彦;高扬;
本文是专题“面向天文、物理和多个工科专业的射电望远镜实验平台”上篇，内容包括望远镜基本参数和实验设计，以及天文源跟踪、数据文件生成两个实现望远镜天文观测功能的选做实验。太阳是距离我们最近的较强天文射电源，本文基于实例介绍了太阳射电流强时域变化实验。
2024年04期 v.34;No.222 141-150页 [查看摘要][在线阅读][下载 1595K] [下载次数：23 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：37 ] - 曲绎伯;刘伟;史庆藩;
RLC电路是大学物理及电路分析等课程中的重要内容之一，更是电子仪器及通信设备中的基本单元。当RLC电路处于工作状态时，电容两端电压会出现超过电源电压的过充现象。然而，现有的教科书中对此现象缺少必要的原理阐释。实际上，过充现象蕴含了丰富的物理图像。本文在实验观测与分析暂态过程中各元件物理量依赖关系的基础上，从微观和宏观两个方面进行了定量研究，解释了过充现象是源于电感的存在影响了电流变化方式，当电容电压达到电源电压时，电流并未到零点，充电过程的继续导致了电容电压过充现象。本文结果有助于广大学生更深刻地理解RLC电路的暂态过程。
2024年04期 v.34;No.222 151-155页 [查看摘要][在线阅读][下载 1935K] [下载次数：58 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：28 ] - 钱庆余;方爱平;范富豪;段玉文;吴一粟;蒋臣威;冯俊;张修兴;王小力;
贝纳德对流是在从下方加热的流体的平面水平层中发生的一种自然对流现象。研究此现象对于深刻认识耗散结构的物理图像以及流体在混沌系统中的运动具有重要意义。为研究其产生的条件以及物理特性，本文建立流体模型，从基本控制方程组出发，导出在固定边界条件下物理量满足的特征方程，利用重要的无量纲数——瑞利数R_a来表征是否发生对流，并推导出从静态突变至稳定对流的临界值R_(c1)=1708。在理论结果的基础上，使用COMSOL Multiphysics~?进行了仿真模拟，所得结果符合理论预言，且通过导出运动动画进一步分析了液体的运动特性。为考察温度梯度较大时对流的第二次失稳，引入洛伦兹方程组理论求解，获得了第二个临界值R_(c2)=46177。据此得到贝纳德对流的产生条件为R_(c1)<R_a<R_(c2)。
2024年04期 v.34;No.222 156-168页 [查看摘要][在线阅读][下载 3981K] [下载次数：137 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：17 ] - 聂彬彬;赵子涵;罗艺豪;王旨;孟祥谦;惠王伟;钱钧;王槿;
根据电磁学的基本原理，永磁体或载流线圈在外磁场中会受到磁力的作用，当磁力完全克服重力时便达到磁悬浮状态。基于磁悬浮的基本原理，本文设计制作了一种新型的磁悬浮实验教学装置，利用一套装置有机地将磁场、电流与力结合起来，实现了直流和交流磁悬浮以及内磁悬浮和外磁悬浮。利用该装置，可以开展基于磁悬浮的磁力秤和磁力电流计等实验内容，定量地探究磁场、电流和力之间的关系。该实验教学装置结构简单，成本低，实验内容丰富，可以很好地锻炼学生的动手能力和创新能力，非常适合在大学物理实验教学中进行推广。
2024年04期 v.34;No.222 169-175页 [查看摘要][在线阅读][下载 1803K] [下载次数：277 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：31 ] - 曹本澍;左宇轩;贺禹哲;张博宇;喻有理;王小力;
本文旨在研究Cantor条幅、Cantor地毯、Sierpinski垫片三种自相似分形结构的Fraunhofer衍射场在屏上的光强分布以及自相似分形结构的几何规律.通过复数积分法和位移-相移定理，得到了屏幕上不同位置相对光强的数学表达式。随后，使用MATLAB进行数值计算和后处理，以直观的方式呈现出衍射图案.结果显示：衍射光强分布主体对称性由母代衍射图样的对称性确定；随着分形子代的增多，衍射图样在母代对称结构图样上逐渐分支复杂，最终收敛于类母代衍射图样，并满足衍射反比律.内容为光栅衍射和位移-相移定理的教学拓展提供参考案例。
2024年04期 v.34;No.222 176-182页 [查看摘要][在线阅读][下载 2072K] [下载次数：15 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：25 ] - 石嘉舜;刘振宇;周子翔;王凤龙;徐春龙;
本文以蜡烛自燃空气对流与平板大攻角绕流为理论基础，对2022年青年物理学家锦标赛(IYPT2022)设计题“蜡烛动力涡旋机”(Candle Powered Turbine)针对性地开展了理论分析、实验研究和数值模拟分析。本文根据蜡烛燃烧的纹影法图像对蜡烛流场进行简化，建立了蜡烛自燃空气对流模型，并将平板大攻角绕流模型进行推广应用，得到了纸螺旋在蜡烛流场中所受扭矩的理论公式；通过实验探究了环带宽度、轴向倾角对纸螺旋扭矩的影响规律，并获得了最优化参数；对最优化装置进行了CFD数值仿真分析和实验研究，仿真结果和实验结果较好地吻合，验证了本文所提出的纸螺旋在蜡烛燃烧形成的空气对流场中运动的扭矩理论的准确性。本文的贡献是，把燃料燃烧形成的自然对流作为动力应用在旋转装置，对余能利用具有潜在的应用价值；三维平板大攻角绕流模型的建立为雷诺数在10~4～10~6范围内时三维平板类大攻角低速绕流的总压力计算提供了简便的计算方法。
2024年04期 v.34;No.222 183-190+198页 [查看摘要][在线阅读][下载 2138K] [下载次数：10 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：29 ] - 刘兆梅;刘希涛;鹿佳煜;樊济尧;雷玉明;
本文研究了三种典型结构的丝袜在不同外力作用下的显微结构和衍射图案，希望为光子晶体结构色织物的研究提供参考。基于实验结果建立了三种复杂结构模型，本文从理论上推出其衍射光强表达式，并利用软件编程仿真了衍射图案。研究发现：(1)包芯丝短袜的网格结构可以视为大、小圆孔周期性排列的复杂结构；天鹅绒短袜的网格结构可以视为大、小矩型孔周期性排列的复杂结构；水晶丝长袜的网格结构可以视为三角孔和小矩孔周期排列的复杂结构。(2)当丝袜均匀受力时，在力比较小的情况下，只改变孔径的大小，对孔的形状和衍射图案的形状没有太大影响；对织构松散的水晶丝长袜来说，力较大时对孔的大小和孔的形状都有较大的影响。(3)仿真结果和实验结果吻合较好。本研究对织物组织结构对织物结构色的影响以及织物自身结构色的研究有一定参考价值。
2024年04期 v.34;No.222 191-198页 [查看摘要][在线阅读][下载 2783K] [下载次数：64 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：23 ]