物理与工程

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特约稿件

  • 物理教育量化研究方法:调查研究与描述统计

    DING Lin;申亚琴;张萍;

    调查研究是物理教育量化研究的3种主要类型之一,这类研究通常是用描述统计的方法将物理教育研究中大量零散的、杂乱无章的数字资料进行整理、归纳、分析和概括,从而清晰、明确地描述出物理教育的现象,显示其分布特征。本文以物理教育研究新手的需求为导向,介绍调查研究与描述统计的基础知识。

    2019年04期 v.29;No.192 3-6页 [查看摘要][在线阅读][下载 108K]
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教学研究

  • 指南车广义运动方程的创建

    邓崇林;

    在平面上行进的指南车遥指向南,本文的关注点是如果将其推广至曲面上时,将有哪些运动规律。本研究承接前人给出微型指南车是一台能遂行向量平行移动之机器的功能属性的观点,将此做为定量基础,深入探索其运动现象,从而创建微型指南车之广义运动方程,能够描述其指向器在曲面上的随行偏转运动与原地补转运动,以及一般指南车在平面上的自由运动等物理图像。当作用曲面退化成平面时,其广义运动方程会简化成自由平移方程,正是这个运动规律,使得在平面上的指南车指向器遵循着方向上的守恒律。相较于广义运动方程的微分形式,其另有对封闭路径积分形式的相位方程。

    2019年04期 v.29;No.192 7-16+34页 [查看摘要][在线阅读][下载 466K]
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  • 逆反射效率与逆反射系数的区别与联系

    袁长迎;张修路;罗雰;竹文坤;

    在表征逆反射材料的反光能力时,经常出现逆反射效率、逆反射系数两种表述方式混用的情况,给理解和认识带来一定困扰。本文从它们的基本定义出发,通过逻辑分析揭示它们之间的区别和联系。结果表明,逆反射效率是逆反射系数对不同观测方向立体角的积分,逆反射效率对应着反射光锥内逆反射系数的平均值。由逆反射效率的最大值求出逆反射系数的理论上限:对于玻璃微珠型逆反射材料而言,该值为280(cd/lx·m~2),而立方角锥型逆反射材料则为936(cd/lx·m~2)。上述结果对于逆反射材料开发中的过程控制和工艺水平评价有一定参考价值。

    2019年04期 v.29;No.192 17-22+34页 [查看摘要][在线阅读][下载 295K]
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  • 费马原理在旋转二次曲面理想成像中的应用——主轴上物点

    万建杰;赵鑫婷;

    运用费马原理推导出主轴上物点经旋转二次曲面反射和折射的会聚光线方程和发散光线方程,并在近轴条件下得到相应的实像和虚像的物像公式。结果表明主轴上物点经旋转二次曲面反射和折射的会聚光线方程与发散光线方程不同,而实像和虚像在新笛卡尔坐标系中的物像公式具有相同的形式。另外,当偏心率等于零时,所有方程均退化到球面界面的形式。

    2019年04期 v.29;No.192 23-28+34页 [查看摘要][在线阅读][下载 172K]
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  • 双导体球在匀强外电场中的空间电场分布

    董延更;赵佳羿;王飞;

    文章用镜像法计算分析了匀强电场中沿电场线方向两导体球因静电感应和相互作用产生的镜像电荷,经过迭代得出导体球外空间中电势和电场强度的表达式。通过Matlab计算软件画出电势和场强的直观图像,进一步分析和讨论了双导体球球心轴线上电场强度与球心距离之间的关系。

    2019年04期 v.29;No.192 29-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 264K]
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  • 军队院校大学物理教学突出“军味”的案例剖析

    刘协权;倪新华;

    为贯彻习近平关于军队院校要坚持"面向战场、面向部队、面向未来"的教育方针,军队院校大学物理教学必须突出"军味"。根据大学物理课程特点,将军事应用的案例融入大学物理教学之中是为战教战向实战聚焦的一种便捷有效的形式,文章通过4个典型案例说明了这种物理与军事融合的途径与方法。

    2019年04期 v.29;No.192 35-38+42页 [查看摘要][在线阅读][下载 160K]
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  • 借鉴新的交叉融合研究背景下的课程教学改革探索

    白璐;李艳辉;

    本文结合西安电子科技大学应用物理系在新的交叉融合研究背景下的电动力学课程教学改革与实践探索的过程及经验,介绍了在实践课堂的教学过程中开展并扩充课堂内外的知识体系、增加教学与科研的广泛融合、扩展学科之间的交叉融合等课程改革的实践探索过程中的多种尝试和思考。这些相关的研究为新时期提高学生的综合素养,培养学生在新的交叉融合背景下掌握知识、提高教学的质量作出了有益的探索。

    2019年04期 v.29;No.192 39-42页 [查看摘要][在线阅读][下载 111K]
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  • 学生课堂思维活动的研究对医学物理教学改革的启示

    樊祥民;

    我国在大学普通物理及医学物理教学研究中都较少从学生角度进行研究,本文利用现象学的研究方法,通过具体的医学物理教学实验,观察学生解答情况,研究了学生在运用物理知识分析问题和解决问题时的思维活动。研究显示学生在学习和运用医学物理知识的过程中遇到了几乎相同的困难,问题的表征方式、思维定势和固着是造成学生产生相同学习困难的因素,这些因素阻碍了学生对知识的理解和运用,影响了学生对问题的分析和解决,在此基础上对我国"新医科"建设背景下的医学物理教学与教学改革提出了建议。

    2019年04期 v.29;No.192 43-48页 [查看摘要][在线阅读][下载 141K]
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  • 符合“欧氏几何”的洛伦兹变换图示法的设计

    刘远;

    文章将洛伦兹变换简化为几何函数形式,根据这些几何函数构造若干直角三角形,表示洛伦兹变换的两参考系时空坐标值相互关系,逐步设计了与"闵氏几何"的闵可夫斯基时空图不同的洛伦兹变换图示法,以符合"欧氏几何"的形式表示洛伦兹变换。设计过程中,提出一种"火车-铁轨"模型,结合图示法,描述了狭义相对论时空中的几种典型物理现象,包括两参考系相互观察、异地同时性的破坏和长度收缩。此图示法可以作为一种借鉴,帮助初学者和爱好者学习洛伦兹变换和狭义相对论。

    2019年04期 v.29;No.192 49-53+72页 [查看摘要][在线阅读][下载 172K]
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  • 班级规模对学习成果影响的初步探索

    吕洪凤;黄丽;

    高校基础课一般采取合班上大课的情形,班级规模效应对学习的影响是教学需要考虑的一个因素。文章以中国农业大学的公共基础课"大学物理"为例,在授课教师、教学内容、教学方法都相同的情况下,比较了超大班变成大班和小班后的情况,就班级规模效应对学习的影响进行了探索。结果发现,对于内在驱动、自律性极强和极弱的学生,班级规模并不影响其学习效果;以作业、课堂讨论、微课制作讲解、在线测试等开卷方式得到的平时成绩体现不出大、小班的显著差别;闭卷期末考试成绩受到班级规模的影响,小班平均分与最高分都有大的提高。

    2019年04期 v.29;No.192 54-58+63页 [查看摘要][在线阅读][下载 245K]
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  • 基于“新工科”的工科物理作业模式研究

    李海宝;熊红彦;李海燕;张兴华;张琳;李娜;

    针对"新工科"顶层教学改革的持续推进,基础课程教学需要主动做出适应性改革的客观要求,本文就理工科大学物理课程教学中的作业模式环节,进行了改革研究。文章分析了传统作业模式不能很好适应改革需要的主要原因,提出了以多元目的和数字化为主要特征的新媒体作业模式,并对这一模式进行了教学对比实验。实验结果表明,新媒体作业模式对学生核心素养培养,综合能力训练、个性化能力挖掘与提升、提高学习成绩等方面,具有明显的成效。

    2019年04期 v.29;No.192 59-63页 [查看摘要][在线阅读][下载 107K]
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  • 不应被历史遗忘的中国核物理研究先驱——读《王普先生纪念集》

    王洪见;白欣;

    对于中国的核物理研究,起步早且取得重要成果者,除了大家熟知的王淦昌、钱三强和何泽慧之外,还有王普。王普先生是现代核物理研究的先驱者之一,山东大学物理系的创建者和核物理学科的奠基者。《王普先生纪念集》可以让我们全面深入地了解这位科学家,进而了解山东大学物理学科的发展以及中国核物理的早期发展。本文介绍了王普的生平、对核物理的研究以及开展的教材建设和科普工作,希望物理学界同仁们不要忘记这位中国核物理研究的先驱。

    2019年04期 v.29;No.192 64-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 204K]
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大中衔接

  • 从北京物理高考24题谈空气阻力

    胡继超;陈曦;

    2019年北京理综试卷第24题考查了雨滴下落时受到的空气阻力f。题干中的条件"由于大量分子在各方向运动的几率相等"暗示考生从分子碰撞和分子热运动的角度思考问题。利用传统的分子碰撞模型计算出的空气阻力f∝v,而标准答案则是从流体模型出发证明f∝v2。这里给出一种修正的分子碰撞模型,从微观上指出空气阻力既包含分子热运动导致的f∝v的部分,也有流体模型导致的f∝v2的部分。

    2019年04期 v.29;No.192 68-72页 [查看摘要][在线阅读][下载 164K]
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  • 试论一种特殊情形的二维多普勒效应的简化处理

    何武奎;马增山;何文明;

    提出了一种特殊情况下化二维多普勒效应为一维的处理方法,并对运动参考系各种可能作了详细的说明,给出了具体的公式。

    2019年04期 v.29;No.192 73-74+114页 [查看摘要][在线阅读][下载 117K]
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物理实验

  • 咿呀转转机运动特性的研究

    邢惠焱;陈宗强;陈靖;刘松芬;

    第30届国际青年物理学家锦标赛(30~(st) IYPT)中的第14题咿呀转转机是一道有趣的题目,它可以演示两个沿着互相垂直方向的正弦振动合成的利萨如图轨迹。咿呀转转机被分为带有凹槽的木棒和滑动杆、螺旋桨两个部分。咿呀转转机的运动可以由动力学方程来描述。通过控制不同的变量如阻尼系数、滑动杆和凹槽的碰撞频率以及大头钉与螺旋桨孔径的半径比等,可对咿呀转转机进行一系列的实验研究。研究发现:为了使螺旋桨达到稳定的旋转状态,阻尼系数要尽可能的小;通过增大碰撞频率和减小半径比,可以增大螺旋桨的角速度;带凹槽木棒末端形变造成的移动轨迹近似为一个椭圆。

    2019年04期 v.29;No.192 75-81+87页 [查看摘要][在线阅读][下载 521K]
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  • 相机底片中星芒现象的研究

    韩佩杉;伍泓锦;黄博文;杨浩林;贾欣燕;刘其军;常相辉;魏云;樊代和;

    从理论和实验两方面研究了照相机底片中出现的星芒现象,同时该现象也是2018年IYPT赛题之一(见文献[1])需研究的提灯辐射问题。首先,通过简化的物理模型,结合小孔衍射原理和利用数值模拟的方法,从理论上解释了相机底片中星芒现象出现的原因,探究了星芒的数量和细锐度的影响因素。其次,在实验上,利用具有不同光圈参数的相机,对星芒现象进行了研究。实验结果和数值模拟分析结果一致:当相机光圈为中心对称图形时,出现的星芒个数为叶片数;当相机光圈为轴对称而非中心对称图形时,星芒个数为叶片数的二倍;相机光圈孔径越小,星芒越细锐。

    2019年04期 v.29;No.192 82-87页 [查看摘要][在线阅读][下载 307K]
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  • 基于电磁感应的三线摆周期测量装置的研制

    石明吉;刘斌;李波波;赵晓洁;薛媛媛;

    文章介绍了一种基于电磁感应的三线摆周期测量装置的工作原理、性能和实验结果。该装置由电感式接近开关,数据采集系统,电源和电脑构成。通过模拟量线性电感式接近开关将三线摆扭摆时下盘的升降转换成电压信号的变化,然后利用数据采集系统采集并在电脑上实时显示与存储。实时显示可以杜绝漏计导致的周期计数错误现象,存储的数据可以进一步分析三线摆扭摆情况。由于采集的数据量比较大,数据包含的信息也更丰富。由于电感式接近开关输出的电压信号含有不同频率的成分,尝试利用快速傅里叶变换法处理数据,将时域信号转换成频域信号。利用频谱分析可以排除高频震荡信号对扭摆周期测量的影响,确保周期测量准确。利用市场上现有的光电测量装置和基于电磁感应的三线摆周期测量装置进行对比实验,测量三线摆下盘的转动惯量。实验结果表明:利用现有的光电测量装置,相对误差为1%;利用基于电磁感应的三线摆周期测量装置,相对误差可达0.9%,说明基于电磁感应的三线摆周期测量装置的准确度可以与现有光电测量装置相媲美。此外,该测量装置调节更简便、可靠性更高,因此,具有一定的推广和使用价值。

    2019年04期 v.29;No.192 88-92页 [查看摘要][在线阅读][下载 249K]
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  • 基于迈克耳孙干涉仪与线阵CCD的金属丝杨氏模量测量方案

    姜悦;吴官东;

    杨氏模量是描述固体材料抵抗弹性形变能力的重要力学参数,对它的精确测量在科学研究和技术应用中都具有重要意义。本文设计了一种金属丝杨氏模量测量的改进方案,使用迈克耳孙干涉仪测定金属丝受力拉伸的微小形变量,用拉力传感器测量金属丝中的拉力,并用线阵CCD图像传感器结合单片机编程实现对干涉圆环移动的自动计数。将该测量方案与传统光杠杆法的实验结果进行对比可知,该方法能显著提高测量结果的精度,降低测量结果的不确定度。

    2019年04期 v.29;No.192 93-96页 [查看摘要][在线阅读][下载 221K]
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  • 基于稳定气流法对莱氏现象的探究

    吕承昊;吕钧霆;刘世元;

    本文利用稳定气流来模拟液滴下蒸汽层的方法,实现了莱顿弗罗斯特现象。对不同黏度的液滴,观察了其稳定状态、不规则振动、星形振荡和液滴的破裂(烟囱现象:指液体下方的气泡上涌,突破液滴的中心,导致液滴破碎的现象)。通过实验数据分析总结,给出了液滴体积与气体流速的关系,以及不同黏滞系数液滴对气流流速的影响。同时,由计算机软件建立模型,模拟了实验过程。通过实验可以发现,莱顿弗罗斯特现象的产生只依赖于纯流体动力学机制,而与热效应无关。

    2019年04期 v.29;No.192 97-101页 [查看摘要][在线阅读][下载 418K]
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  • 谐振子模型在金属纳米颗粒等离激元研究中的应用

    刘津升;伊兆广;徐海英;刘扬正;

    金属纳米颗粒的局域表面等离激元使其具有丰富的光学性质,并在能源、生物医学、信息等诸多领域有着重要的应用前景。本文首先基于经典情况下的受迫谐振动模型,分别推导周期性力施加在有阻尼情况下的弹簧振子和两个具有相互作用的振子上时的平均功率表达式。再利用该表达式对金属纳米颗粒及其组装结构吸收光谱的数值计算结果进行拟合,拟合结果与计算结果相吻合。该研究对于研究和理解其他金属纳米颗粒和多颗粒聚合物的等离激元性质有一定帮助。

    2019年04期 v.29;No.192 102-105页 [查看摘要][在线阅读][下载 285K]
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  • 李普曼-史温格方程在耦合道中的应用

    王恩;宋开兰;刘利娟;马冰;李德民;

    手征幺正方法是描述动力学产生的强子共振态性质的一个重要手段,该方法利用推广到耦合道的李普曼-史温格方程描述无穷多s道散射圈图的贡献。本文中,我们从希尔伯特空间的定态散射过程出发,首先导出李普曼-史温格方程,然后以同位旋I=0的两个耦合道K■和ππ为例,将李普曼-史温格方程推广到描述耦合道的散射过程的Bethe-Salpeter方程,并简单说明了散射振幅的极点与动力学产生的共振态之间的联系,最后我们利用耦合道方法详细讨论了Λ(1405)的双极点结构。

    2019年04期 v.29;No.192 106-110+120页 [查看摘要][在线阅读][下载 190K]
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学术研讨论文选登

  • 电动力学典型例题拓展:接地导体球置于均匀外电场中

    赵海军;李洋阳;张振海;

    电动力学教学中经常利用例题对学生所学内容进行巩固和深化,但是多数的教科书中使用例题的目的也只是用它来具体表现每堂课所讲的知识点,并没有充分发掘和扩展该例题,使它可以将一系列的相关知识联系起来。本研究中,接地导体球置于均匀外电场中这一电动力学典型例题被拓展讨论;电场、电势、感应电荷分布和感应电荷偶极矩这4个物理量之间的相互关系在文中给出,对这一物理系教师所熟知的例题的挖掘和扩展,显示了利用同一模型对多个知识点举例是可行的,对电动力学教学也是有益的。

    2019年04期 v.29;No.192 111-114页 [查看摘要][在线阅读][下载 129K]
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  • 电动力学观点下的高中物理电磁学典型问题研究

    张雪;王文涛;龙玉梅;郑泰玉;

    当前中学物理教学对教师的知识结构提出了新的挑战,而物理学科本体知识又是影响物理教师教学能力的关键因素之一。物理学科本体知识的水平决定着教师的物理观念,从而影响着教师物理教学行为的选择和调控。因此,物理教师要尽可能地站在高观点下(即大学电动力学角度)审视中学物理的内容,加强挖掘中学物理问题背后隐藏的知识,从而提高自己的物理素养,形成全面、扎实、灵活的学科知识结构。本文将结合在教学中遇到的具体问题,浅谈如何在电动力学观点下对高中物理电磁学问题进行深入研究。

    2019年04期 v.29;No.192 115-120页 [查看摘要][在线阅读][下载 197K]
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