- 纪文宇;张汉壮;
自从麦克斯韦第一次提出位移电流这一概念之后,其在薄膜表征中便得到广泛的应用。然而,在课堂教学中,极少涉及位移电流的测试原理及相关应用讲解,更缺少对其实际应用的介绍。本文从位移电流的测试原理出发,联系实际应用,提出了基于周期性阶跃电压驱动的电流测量(CPSIV)的新方法。这将有效地加深学生对于位移电流物理本质的深入理解。同时,我们以量子点发光二极管(QLED)为平台,对这一新的测试方案进行了实验验证。针对其中空穴传输层薄膜的缺陷特性及其对器件性能的影响进行了表征,揭示了器件的发光开启机制,证实了我们方案的可靠性。
2024年01期 v.34;No.219 30-34+66页 [查看摘要][在线阅读][下载 1536K] [下载次数:77 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:10 ] - 高向东;王雯宇;曾定方;
若在基础物理课程的教学中合理融入现代物理学研究的概念与方法,则可使学生更好地理解所学知识的应用价值,从而为更高水平的教学和研究作准备。本文以均匀带电无限长直导线电势的计算为例,探讨了如何在本科二年级的电动力学课程教学中引入和渗透现代量子场论的一些概念和方法。具体内容包括良好的数学定义与病态的数学定义、发散积分的正规化、物理量与非物理量等。本文试图以较为浅显的方式来讲明这些对于本科生来说太过抽象的物理与数学概念,以帮助学生在未来学习量子场论等现代物理内容时更轻松自然地理解并使用其中的思想与方法,并对数学与物理中一些一般性的相关问题有更好的理解。
2024年01期 v.34;No.219 35-40页 [查看摘要][在线阅读][下载 1007K] [下载次数:59 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:2 ] - 刘力;
在大学物理教学中,部分教材与教案为了描述多缝衍射中干涉条纹与衍射条纹的重叠,将干涉极大与衍射极小重合时的现象表述为“缺级”,即本应出现的干涉极大在衍射极小的作用下缺失了。然而,干涉极大是否真的缺失了呢?深入的分析与实验表明“缺级”这一表述主要是基于肉眼的观测,是一种不太严格但形象的描述。从更为严谨的角度出发,所谓“缺级”其实是衍射极小对干涉极大的“劈裂”,使得原本的干涉极大发生分裂,分裂后的强度变小,宽度变窄,从而在视觉上变得难以察觉。
2024年01期 v.34;No.219 41-44页 [查看摘要][在线阅读][下载 1162K] [下载次数:12 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:4 ] - 贾飞;张睿;王祖源;
本研究以课堂测验的形式探索过程性评价对学习效果的影响。学生层面上,通过使用学习投入问卷对工科学生的大学物理学习投入进行测量,发现过程性评价除了检查课堂学习效果,还是提升学生情感投入的一个有效途径。教师层面,通过使用Rasch模型对大学物理课堂测试数据进行分析,发现过程性评价有助于出题教师优化测试题库,任课教师根据测试反馈也可以不断建构和修正教学内容,提高教学质量。
2024年01期 v.34;No.219 45-51页 [查看摘要][在线阅读][下载 1404K] [下载次数:17 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:8 ] - 刘天齐;
不少大学物理教材将“柔软无弹性轻绳”作为一种经典模型并围绕其理想性提出了一系列的题目,而不同的求解方法可能得到不同的答案,这本质上是因为这种模型中隐含着加速度奇点,而各解法对加速度奇点的处理不同。为了系统性地解决不同解法之间的分歧,本文首先选取了有关加速度奇点的三个经典物理问题,然后综述了这些题目的若干解法,接着分析其正确性,最后归纳出了有关加速度奇点的物理问题的一般规律,并提出了多种应对方法,以更准确地处理有关加速度奇点的物理问题。
2024年01期 v.34;No.219 52-56+79页 [查看摘要][在线阅读][下载 1046K] [下载次数:9 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:6 ] - 郑纾寒;潘超钰;陈保义;
含时薛定谔方程是量子力学最重要的方程之一,它可以给出不同相互作用势下体系波函数的演化。相互作用势的复杂形式使得薛定谔方程一般没有解析解。如何较准确地数值求解含时薛定谔方程,对许多物理问题有着重要意义。本文采用显式与隐式的方法求解薛定谔方程。从结果可以发现,隐式的方法得到的波函数精度远高于显式方法,且误差具有收敛性。为了进一步探索隐式格式的可行性,本文还采用有限温度下的屏蔽势,利用隐式方法具体求解粲夸克偶素的波函数演化。
2024年01期 v.34;No.219 57-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 1231K] [下载次数:15 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:7 ] - 冯玉芳;张瑜瑜;
自旋与电荷一样,是电子的固有属性,电子的周期性轨道运动产生的磁场与电子的自旋磁矩相互作用,这种磁相互作用就是自旋轨道相互作用。在原子物理学中,这种自旋轨道作用会影响原子光谱的精细结构,然而教材中缺少自旋轨道耦合作用在二维半导体材料中的微观描述。本文将引入Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合作用的哈密顿量,研究单电子在无外场下二维平面内运动,讨论一种或者两种自旋轨道耦合的哈密顿量表示。通过自旋与等效磁场耦合的塞曼能量表示,本文计算了本征态下不同自旋轨道耦合作用下的等效磁场,从而有助于探索二维半导体材料中不同自旋轨道耦合作用下的物理特性。
2024年01期 v.34;No.219 62-66页 [查看摘要][在线阅读][下载 1049K] [下载次数:15 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:9 ] - 赵江;
半导体物理的知识点相对烦琐且内容抽象,传统的课堂教学方法已无法满足学生的需求,以科研为导向反哺教学的教育模式为半导体物理学课程教学改革提供了全新的思路。科研为导向反哺教学的教育模式注重将科研与教学有机结合,实现“教学与研究”的一体化,该模式充分利用半导体物理课程中的基础知识和新兴科研工具,旨在培养学生的主动性、独立思考能力、科研能力和创新意识。这种科研为导向反哺教学的教育模式针对半导体物理教学内容给出了具体优化措施,通过让学生参与科研实践,既能满足学生更好地理解半导体物理课程的重要概念和原理,掌握课堂知识,取得非常好的教学效果,又能够带给他们前沿知识,激发他们的学术兴趣和创新潜力,为未来从事半导体物理学领域的研究和创新打下坚实基础。
2024年01期 v.34;No.219 67-72页 [查看摘要][在线阅读][下载 1932K] [下载次数:11 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:4 ] - 张勇;张乃波;吴培文;
本文通过对2023版与2010版《理工类大学物理课程教学基本要求》的比较分析,得到2023版《基本要求》在教学内容和要求的调整和变化。2023版《基本要求》减少了与中学重叠的经典物理内容,增加了对课程思政和与新工科专业相关的物理专题要求。教学内容的条目总数从127条变化到124~132条,推荐学时从126学时增加到136~144学时,其中变化最大的量子物理基础模块条目数从14条增加到19条,推荐学时从20学时增加到30学时。本文还得到了2023版《基本要求》教学内容条目的调整的七种基本方式,并从教学应用的角度提出进一步完善的建议。掌握这些变化有助于准确把握我国大学物理教育教学改革的方向,更好地开展课程建设和教学实践。
2024年01期 v.34;No.219 73-79页 [查看摘要][在线阅读][下载 1796K] [下载次数:16 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:4 ] - 王艳辉;周文革;
本文分析和凝练了高等学校理工科课程的“抽象内容具体化、课本知识实用化、复杂问题简单化”的CAS教学策略。以大学物理课程为例,介绍了其创新能力培养功能:具体化培养兴趣,实用化引导主动性以及简单化培养创新能力。
2024年01期 v.34;No.219 80-84页 [查看摘要][在线阅读][下载 1057K] [下载次数:83 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:3 ] - 林淑婷;罗晓艳;满佳秀;
近年来,可视化教学逐渐成为教育领域研究的热点,尤其是在教学过程中使用科研软件来辅助教学。其中,Matlab的交互式软件开发工具App Desinger,可通过构建交互式演示平台将教学内容以动态、直观的方式展现给学生。本文以半导体物理“晶体结构”教学为例,利用Matlab App Desinger构建交互式演示平台,实现了七大晶系、堆垛次序、典型半导体晶体结构的动态呈现,有效地促进了教师的“教”和学生的“学”。利用Matlab App Designer构建演示平台,帮助教师更好地展示抽象的概念和复杂的理论,使学生更深入地理解物理原理,从而极大程度地提升教学效果。
2024年01期 v.34;No.219 85-91页 [查看摘要][在线阅读][下载 2088K] [下载次数:28 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:1 ] - 谢文法;张乐天;刘士浩;
电动力学是研究电磁场基本规律的理论课程,不仅是理解电磁现象的基础,而且为电子技术和通信工程等应用领域提供了理论支持;但电动力学理论中的抽象概念难以直观理解,数学计算尤其是矢量计算较为复杂。本文探究Python编程语言的可视化技术在电动力学教学中的应用,通过编程计算模拟可视化抽象的电动力学概念和结论,如偶极子辐射、运动点电荷的场等,让学生能直观观察电磁场的变化规律,提升学生对电磁场概念的理解与应用能力,激发学生对电动力学学习的兴趣。
2024年01期 v.34;No.219 92-96页 [查看摘要][在线阅读][下载 1349K] [下载次数:15 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:3 ]
- 董佳豪;王槿;李文华;文小青;惠王伟;
本文给出了居家环境下基于智能手机研究硬币弹跳的声学频率和产生的共振模式一种方案。理论上首先根据圆板的振动方程,给出了硬币固有振动频率的表达式。之后结合特定边界条件,利用有限元的方法分析了三种类型硬币的固有振动模式及对应频率。实验上利用智能手机测量了不同硬币在自由振动时产生的声音频率,并与模拟计算结果进行比较,给出了合理的误差分析。该居家实验方案简单有趣,物理原理丰富,易于在基础物理实验教学中推广。
2024年01期 v.34;No.219 97-105页 [查看摘要][在线阅读][下载 1831K] [下载次数:69 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:6 ] - 李博涵;邵燕宁;曹子君;毛胜春;王红理;
传统的声源定位技术分为时延估计和空间定位两步,本文将几种经典的时延估计和空间定位方法加以整合与改进,提高了系统的实时性与抗干扰能力,创新性地提出并实现了根据声源位置变化而自适应调整麦克风阵列形态的定位系统,在不降低实时性的同时,有效地降低了定位误差。本文从定位精度、实时性和抗干扰能力三个方面对系统性能进行评估,实验证明:理想条件下,该声音定位系统的不确定度在4cm以内;对噪声和混响有较好的抵抗能力,在恶劣环境下不确定度不超过6cm;单次定位耗时0.5s,可以对运动声源或脉冲声源进行定位,有较强的实时性,可以适用于大部分应用场景。
2024年01期 v.34;No.219 106-113+136页 [查看摘要][在线阅读][下载 2102K] [下载次数:12 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:1 ] - 周宏强;赵崇利;满天龙;万玉红;
在大学物理中,光的干涉和衍射现象是描述光的粒子性和波动性非常常见的内容。那么光的干涉需满足相干条件,即两束光具有相同的偏振态、相同的频率和固定的相位差。因此,在标量衍射理论中,完全正交偏振的光不能够发生干涉现象。为拓展和探究正交偏振态下两束光相遇时光场的矢量变化,本文构建了基于马赫-曾德尔配置的正交偏振光(即正交线偏振和正交圆偏振)相干涉而产生的光场,利用检偏器检测光场的矢量特征及条纹分布情况。结果表明正交偏振光相干涉产生了周期性的矢量光场。该研究能够帮助学生更加直观的掌握波片及偏振片调制不同偏振态的光束并实现矢量光场的检测和分析。
2024年01期 v.34;No.219 114-119页 [查看摘要][在线阅读][下载 1689K] [下载次数:20 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:1 ] - 陈雅馨;张志华;方恺;
科学探究能力是体现科学素养水平的重要指标,科学探究能力的培养已成为当前国际科学教育改革的核心理念。物理课程标准对科学探究及大学物理实验能力作出了明确的要求。但是,目前在“设计性物理实验”中表现出的科学探究能力的评价体系并不完整。为此,本研究构建了基于虚拟设计性物理实验的科学探究能力评价量表及结构方程模型,该模型在有效性和合理性等方面均达到标准。同时本研究根据模型拟合结果对科学探究能力各维度设置了相应权重。基于此模型进行实证研究,结果表明,不同性别的学生在科学探究能力方面存在显著差异,而不同年级的学生则没有显著差异。此外,学生已有的知识水平对科学探究能力下“分析与论证”维度起到了较为显著的调节作用。
2024年01期 v.34;No.219 120-129页 [查看摘要][在线阅读][下载 1379K] [下载次数:18 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:2 ] - 刘旭;赵泉翔;王振宇;刘伟;
本文对2022年IYPT的一道题目“橡皮筋上的球”进行了研究,在对橡皮筋扭转力和阻尼作线性假设的条件下,建立了二自由度线性阻尼自由扭振模型描述双球橡皮筋运动规律,建立了弹性圆轴的剪切形变力学模型描述橡皮筋的力学性质,并给出解析解。本文解释了双球橡皮筋系统的“钟摆”行为,定量探究了此行为与相关参数的依赖关系;通过Tracker软件得到了相关实验数据,验证了模型的正确性,并对实验中的等时性破缺现象进行了半定量解释,对非线性公转半径r随时间t的变化进行了定性分析。
2024年01期 v.34;No.219 130-136页 [查看摘要][在线阅读][下载 1122K] [下载次数:11 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:4 ] - 张杰;张晨;徐术皓;于一真;王新刚;
燃烧的火焰在一定条件下会呈现出时间上的周期振荡行为,但人们对其背后的动力学机制一直不是很清楚。本文首先利用纹影法对蜡烛的火焰振荡行为进行了实验研究,发现随着火焰尺寸的增加火焰首先从平稳燃烧变为振荡燃烧,之后火焰的振荡频率会逐渐降低。通过简化的燃烧动力学模型,文中进一步对蜡烛火焰的振荡行为进行了数值和理论分析,发现火焰的振荡频率密切依赖于燃料的供应速率和火焰的体积。随着燃料供应速率和火焰体积的增大,火焰首先经历了一次霍普夫分岔进而从平稳燃烧变为振荡燃烧,之后火焰的振荡频率逐渐降低。理论分析结果与实验结论定性吻合。
2024年01期 v.34;No.219 137-142页 [查看摘要][在线阅读][下载 1221K] [下载次数:18 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:6 ] - 黄水平;钱小青;
本文根据拟合得到的g_F因子大小,确定了光磁共振实验中的反常共振信号;用数字示波器测量了反常共振射频信号的频谱,计算了反常共振射频信号各高次谐波的大小;通过线性拟合,得到了正常共振信号幅度与射频信号幅度的关系。利用此关系,计算了各高次谐波产生的反常共振信号大小,计算结果与测量值基本一致。频率计连接射频信号源后,射频信号波形和频谱发生明显变化,反常共振信号随着射频信号频谱的变化发生相应改变,进一步证明了反常共振信号由射频信号的高次谐波共振所引起。这些结果表明,用数字示波器探究光磁共振实验中反常共振信号的机理不仅可行,还能定量估算和预测射频信号波形对反常共振信号大小的影响。
2024年01期 v.34;No.219 143-147+152页 [查看摘要][在线阅读][下载 1719K] [下载次数:12 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:5 ] - 李智强;高云;王伟宇;李磊;闫明宝;范琦;
将偏振片引入杨氏双缝干涉实验,并讨论不同组合时干涉条纹的规律,是一道很有意义的习题,然而,常见的解答——“无固定相位差”,对问题的本质认识不够深入。本文运用马吕斯定律和波的叠加原理,计算了叠加后的衬比度。定量计算表明,在杨氏双缝干涉实验中,引入三个偏振片时,没有干涉条纹的物理实质是存在投影相位差,并且指出,在这一问题中,投影相位差是干涉条纹存在与否的决定性因素。文章物理图像直观,适合在课堂教学中运用,清晰地展示投影相位差的作用,也有助于学生对光源发光机理、干涉、偏振的概念以及偏振光干涉的深入理解与运用。
2024年01期 v.34;No.219 148-152页 [查看摘要][在线阅读][下载 1040K] [下载次数:19 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:4 ] 下载本期数据