物理与工程

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教学研究

  • 大物理格局下现代公民的素质培养体系探索研究

    廖红;鄢丹;

    为实现2035年我国具有科学素质的公民比例达到全民的25%的远景目标,国务院相继颁发文件,指导各方提高公民科学素质。本研究立足理工高校(武汉理工大学)的教学实践,以物理课程为核心,提出构建大科学、大规模、多维度的大物理体系,培养大学生的科学素质,从而提高公民的科学素质。在思政教育上,大物理格局的课程群与三观培养契合,挖掘物理领域的隐性教育资源,结合教育理念和教学团队,构建大物理教学体系。

    2023年06期 v.33;No.218 3-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 1429K]
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  • 高校“强基计划”拔尖人才培养的探索与实践——以应用物理学专业为例

    杨超舜;田芬;李东;姚如贵;宋坤;翟薇;

    “强基计划”以服务国家重大战略需求为出发点,旨在促进基础学科拔尖创新人才培养,是高校招生自主化改革的重要探索。本论文研究了以培养拔尖人才为核心任务的高校,结合学校特色和专业特色,从培养定位、培养机制、培养环节等方面建立的“强基计划”拔尖人才培养模式。以应用物理学专业“强基计划”为期两年的培养实践为例,从学习学风情况、科研参与情况和竞赛获奖情况等方面分析应用物理学专业“强基计划”的育人初步成效。最后指出目前“强基计划”在推进过程中在政策定位、培养体系和拓展育人渠道等方面还应强化的方向不断推进基础学科的拔尖创新人才培养改革,为我国立足世界科技前沿领域提供强大的拔尖创新人才支撑。

    2023年06期 v.33;No.218 10-18页 [查看摘要][在线阅读][下载 1194K]
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  • 面向新工科建设 践行绿色工程理念——基于热学课程案例库的教改探索

    房毅;

    本文基于“新工科”对新形势下人才培养目标的要求,以“热学”课程为依托,进行“绿色工程”教育的教学改革探索。本文首先厘清“新工科”与“绿色工程”教育之间的关系。随后以此为指导,梳理“热学”课程教学内容,在遵循“完整性”“普遍性”原则的基础上,进行课程案例库的开发与建设。最后将案例库用于教学改革实践活动,经受学生的检验。教学效果表明,这一改革既符合“新工科”的宗旨,又践行了“绿色工程”理念,使学生持有获得感的同时,满意度也得以持续保证。

    2023年06期 v.33;No.218 19-24页 [查看摘要][在线阅读][下载 1044K]
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  • 基于不同教学策略的类比法在大学物理教学中的应用

    周爱萍;孙玉萍;张化福;周培喜;

    类比法教学由对旧知识的认识导出对新知识的认识,已在大学物理教学中得到了广泛应用。课堂教学是教与学的双边活动,为激发学生的探索欲望,本文针对大学物理如何将教学策略与类比法相结合进行教学作了实例分析:基于认知冲突策略,将圆周运动与直线运动类比;基于启发引导策略,将角动量守恒定律与动量守恒定律的知识结构类比;基于认知整合策略,将感生电场与稳恒磁场类比。教学策略的引入让学生们积极参与新知识的构建过程,实现了“填鸭式类比”向“主动类比”的转化。

    2023年06期 v.33;No.218 25-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 1160K]
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  • 微正则系综中理想气体能壳厚度问题

    侯吉旋;

    对于微正则系综中能壳的厚度,不同文献中有不同的表述。与以往的结论不同,本文利用理想气体的熵的详细推导,指出理想气体系统的能壳厚度必须大于系统中单个粒子的平均能量。

    2023年06期 v.33;No.218 30-31页 [查看摘要][在线阅读][下载 1006K]
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  • MBE理念在大学物理课程教学中的探索与实践

    吕浩;郭广海;

    本文基于大学物理的课程特点,分析了目前大学物理教学过程中存在的问题,基础学科地位不受重视,教师思想保守、不能与时俱进更新知识,学生学习惰性大、方法差,学习效果不佳,提出了基于思维导向的教学理念。在教学过程中以思维培养为导向、以知识框架重构为途径,打破学生旧的认知,形成新的知识体系。MBE理念的教育核心是:教师按照学科知识的特点,预先评估知识体系,对知识依托的思维模式进行分类,按照梯度逐级深入教学。结合大学物理具体内容,本文从设计知识结构、完善框架内容、推动逐级教学、联动要点脉络、健全完整体系五个方面深入分析了MBE教学理念的实施要点,为推动大学物理教学改革、促进理工类学生思维的培养提供了积极的思路。

    2023年06期 v.33;No.218 32-37页 [查看摘要][在线阅读][下载 1894K]
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  • COMSOL Multiphysics仿真软件在PT教学中的应用

    宋清卿;王晓杰;

    PT(Physicists'Tournament)作为一种启发学生物理思维、锻炼学生动手能力、培养专业素养的创新型赛事类物理科研活动,越来越多的学生在参与过程中选择使用仿真软件作为辅助工具进行模拟计算,以完成较为复杂的开放性研究问题。由于PT实验探究具有局限性,利用软件仿真能够突破苛刻的实验条件和复杂的操作过程等限制,将实验现象转变为可视的数据结果,既是对传统实验的拓展,又能继续指导实验的开展。相比于其他软件,COMSOL Multiphysics具有易于上手、可视性强、计算功能强大等特点,对于本科学生而言具有独特的使用优势。本文从三道具有代表性的不同类型PT赛题入手,利用COMSOL Multiphysics软件进行仿真模拟,发现其具有将抽象结果可视化、弥补实际实验不足、增强探究性等应用价值。本文的研究结果为基于COMSOL Multiphysics软件开展PT问题分析与探究和培养学生创新能力提供了有益的借鉴。

    2023年06期 v.33;No.218 38-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 2390K]
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  • 论大学物理专业知识教学与思政教育的协同性

    付召明;刘应开;

    物理专业的课程思政创新已受到广大教师的关注,但由于理科课程的自身特点,教师在融入课程思政时往往因方式欠妥而给人以“违和感”。本文分析了产生这一问题背后的深层原因,并结合教学实践和具体教学案例,对物理学专业的课程思政提出了若干建议。这些建议对更好地在物理课堂上开展思政教育具有一定的意义和价值。

    2023年06期 v.33;No.218 48-53页 [查看摘要][在线阅读][下载 1165K]
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物理实验

  • 基于Arduino单片机的金属杨氏模量测量实验

    马淋漓;王晓杰;

    杨氏模量测量是大学物理实验中很重要的基础实验。本论文基于Arduino设计了一种利用光杠杆放大法测量金属杨氏模量的实验装置及方法,引入光敏电阻测量黄铜棒在不同受力情况下产生的微小形变,结果表明实验测量精度相对较高。通过该实验设计,能够有效激发学生实验兴趣,锻炼学生动手能力,培养学生创新能力。

    2023年06期 v.33;No.218 54-59页 [查看摘要][在线阅读][下载 1196K]
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  • 声源定位方法与装置的设计和研究

    刘权毅;闫思哲;刘博一;陈铭军;胡从霖;惠王伟;李文华;

    综合考虑声音信号的时延和多普勒效应,设计出一种七元非对称麦克风阵列声源定位装置。将该装置应用于对静止声源、不同运动状态的声源的定位,探究了装置对不同声频、三维空间不同位置以及不同运动状态的声源的定位效果。对于静止声源,装置的定位精度约为±2cm,定位范围约为0~70cm。对于运动声源,装置可以得到不同时刻声源的位置和速度,进行拟合后得到的运动参数误差约为3%。以声源定位测量重力加速度为例讨论了声源定位在实验上的扩展。本工作有助于帮助学生理解声学的相关知识,具有很大的实际应用与实验教学价值。

    2023年06期 v.33;No.218 60-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 1683K]
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  • 基于电流变液结构的光栅衍射实验研究

    伍卓柱;薛治平;周昱萱;魏华;

    电流变液作为一种智能材料,在外加电场作用下其物理性质会发生改变,并从液态转变为类固态。电流变液颗粒在均匀电场下形成偶极矩并导致链状结构的产生,在宏观上聚合成不透光的柱状条纹。在特定条件下,不透光的链状结构形成周期性排列,类似光栅的结构。我们设计了相应的实验,研究了基于电流变液结构在匀强电场下的光栅衍射现象。研究结果表明,电流变液浓度作为主要因素,影响条纹结构清晰程度、光栅常数、狭缝宽度、衍射主极强间距并决定了衍射图样是否明显。

    2023年06期 v.33;No.218 70-73+79页 [查看摘要][在线阅读][下载 1234K]
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  • 光源尺寸对迈克耳孙干涉条纹可见度的影响

    曾孝奇;邵明珍;杨珺;张欢;张贤高;

    在大学物理中,通过迈克耳孙干涉仪,学生可观察到点光源和扩展光源产生的各种类型干涉图案,并且理解非定域干涉与定域干涉的形成条件及特点,加深对光的波动性的认识。分析光源尺寸对可见度的影响有助于更好地理解非定域和定域干涉。为此,我们将扩展光源等效为无数个不相干的点光源,得到了可见度公式,数值模拟结果展示了可见度随尺寸的变化。据此容易理解光源尺寸的变化怎样导致条纹观测区域的改变。同时,分析结果还表明,要在观察屏上得到干涉条纹,光源的尺寸应小于某个临界值。

    2023年06期 v.33;No.218 74-79页 [查看摘要][在线阅读][下载 2324K]
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  • 投篮中的篮球运动轨迹分析

    项姿睿;桑芝芳;

    本文考虑了投篮运动中空气浮力、空气阻力和马格努斯力对篮球的作用,建立了投篮过程中篮球运动的动力学模型,计算了前旋、后旋等多种情况下的篮球运动轨迹方程,借助Matlab软件对篮球的运动轨迹进行求解与绘图,结合图像分别讨论了空气阻力、马格努斯力、角速度、抛射角等因素对篮球射高、射程和轨迹的影响。在理论分析的基础上,借助Tracker软件进行实验以获取真实投篮过程中篮球的运动轨迹与相关参量,说明理论分析与实验数据符合得较好。

    2023年06期 v.33;No.218 80-84页 [查看摘要][在线阅读][下载 1486K]
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  • 一种利用通电线圈测量风速的方法

    林品臻;江云坤;冯柏赫;黄碧华;

    当冷空气流过一个通电的发热线圈时,线圈的温度会降低,其最终的温度取决于空气流速。对一个钨线圈通以恒定电流,将其置于风场中,用台式万用表测量线圈两端电压而得到其电阻,再利用电阻-温度特性测得线圈温度,以此达到测量风速的目的。本文将详细探究这一物理过程,从实验进行验证,最终得到一种可靠的测量风速的方法。研究表明:该方法具有较高的测量精度和较短的响应时间,对流场干扰小。

    2023年06期 v.33;No.218 85-89页 [查看摘要][在线阅读][下载 1368K]
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前沿物理与工程

  • 非线性光纤光学中非线性薛定谔方程推导逻辑的探讨

    肖晓晟;刘欣格;张晓光;

    非线性薛定谔方程是描述光脉冲在光纤中非线性传输的基本方程,广泛应用于光纤通信、光纤激光器等领域。在现有的非线性光纤光学的经典教材中对非线性薛定谔方程的推导,采用的是直接在非线性介电常数中引入非线性折射率效应。本文指出了该方法对于传输方程非线性项处理的局限甚至不妥之处,给出了一种非线性薛定谔方程较严格的推导方法,即从非线性的波动方程出发,讨论不同非线性效应的非线性极化强度驱动源的不同表现形式,并将方程作横向积分处理。本文详细阐述了从非线性源的角度出发推导非线性薛定谔方程的方法,并以四波混频等非线性效应为例,帮助读者理解非线性效应对于传输方程的影响;此外,还探讨了在推导非线性薛定谔方程中的正负频表示等问题。

    2023年06期 v.33;No.218 90-97页 [查看摘要][在线阅读][下载 1111K]
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  • 面向新一代存储计算的二维铁电半导体

    屈贺如歌;王铁军;

    存算一体化是后摩尔时代突破性能与功耗瓶颈的一个潜在发展方向。近年来兴起的二维铁电半导体由于兼具非易失性铁电极化和半导体特性,适合用于存算一体器件,因此在短短几年内迅速成为研究热点。本文作为“先进算力技术”的第一篇,介绍了存算一体化的历史背景、二维铁电半导体的物理图像以及典型器件的作用机制。本文不仅可以作为未来计算技术领域的一般性了解,本文附录给出的PPT课件也可以作为大学物理等课程中“电磁学”相关篇章的有益补充。

    2023年06期 v.33;No.218 98-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1787K]
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大中衔接

  • 高中物理与高中数学的协调性

    郎君轶;

    笔者在工作中发现高中生的“应用数学工具解决物理问题”的能力逐渐下降,通过分析实例,发现高中物理与高中数学的协调性发生破坏是其产生的重要原因,包括物理中对数学应用水平的要求降低,物理和数学教学进度、教学内容上的不协调以及教材符号使用的不统一。本文还探讨了解决问题的方法,以促进高中物理的教学。

    2023年06期 v.33;No.218 105-109页 [查看摘要][在线阅读][下载 1073K]
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  • 第52届国际物理奥林匹克竞赛理论第3题介绍与解答

    李文华;王槿;宋峰;张天浩;孔勇发;

    第52届国际物理奥林匹克竞赛理论试题共三道,分别为永磁体(Permanent magnets)、詹姆斯韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)和比例法则(Scaling laws)。考试采用远程线上形式进行。文章主要对理论第三题的命题和解答进行介绍,并对题目间的联系以及所有获奖选手的答题情况进行了简要分析。

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  • 深化大学物理基础班建设

    李翠莲;

    新高考模式给大学物理教育提出了新的课题。面对不同基础的大学新生,部分高校采用开设大学物理预修班来弥补中学物理基础的缺失。上海交通大学设计一套分类、分级并增设暑期大学基础班的教学模式来尽可能地满足不同层级学生学习物理的需求和弥补大中物理衔接中的漏洞。该大学物理基础班已经在2022年暑假开始教学活动。本文在去年的论文《大学物理基础班建设初探》的基础上深度介绍上海交通大学大学物理基础班的教学方式和取得的初步成效。在教学内容上,我们放弃“大而全”、选取“少而精”;在教学方法上放弃“快而歪”,采取“慢而稳”的教学方法,重演示、重练习,少讲解和少推理。在2022年的暑期班学习的学生中,90%的学生重考合格,教学取得初步成效。

    2023年06期 v.33;No.218 116-120页 [查看摘要][在线阅读][下载 1201K]
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