物理与工程

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特约稿件

  • 静电屏蔽的内外对称性

    陈难先;

    通过对静电屏蔽作用是否存在对内不对外的非对称性的讨论,对静电场中的电力线和电荷的分布,以及静电场唯一性定理的物理图像作了详细的说明.并在附录中增加了对接地问题的说明.

    2016年05期 v.26;No.175 3-5页 [查看摘要][在线阅读][下载 245K]
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简讯

  • 第二届“高等教育杯”全国高等学校物理基础课程青年教师讲课比赛决赛结果揭晓

    <正>由教育部高等学校大学物理课程教学指导委员会、教育部高等学校物理类专业教学指导委员会和中国物理学会物理教学委员会共同主办的第二届"高等教育杯"全国高等学校物理基础课程青年教师讲课比赛决赛,于2016年7月27日在深圳举行,赛事由南方科技大学承办,高等教育出版社协办。经过一天的精彩角逐,评委会评出一等奖2名,二等奖4名,三等奖6名,获奖名单如下:

    2016年05期 v.26;No.175 5页 [查看摘要][在线阅读][下载 88K]
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  • 清华大学物理系举行清华物理90年之“物理教学研讨会”

    安宇;

    <正>为庆祝清华大学物理系成立90周年,2016年7月19日,清华物理系和高等研究院在科学馆举办了"物理教学研讨会".来自国内外知名高校的物理学专业教师以及从事中学物理教学的物理系系友应邀参加了会议,就物理学教学相关问题进行了深入研讨.研讨会上,清华大学教务处副处长吴运新首先代表清华大学向与会专家学者表示了热烈欢

    2016年05期 v.26;No.175 32页 [查看摘要][在线阅读][下载 317K]
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教学研究

  • 有质量弹簧振子的弹簧内力

    陈奎孚;黄峰;蒋晓;赵建柱;

    文章分析了有质量弹簧振子的弹簧内力,并用Matlab工具进行图形化展示.分析表明:弹簧质量不可忽略时,弹簧各断面上内力是断面位置的函数;对振子均匀拉伸-释放所建立的振动,弹簧内力随时间的变化规律不再是简谐波;随着弹簧质量的增加,内力偏离简谐波越来越明显;质点质量为零时,内力随时间的变化规律为周期性方波.

    2016年05期 v.26;No.175 6-11+15页 [查看摘要][在线阅读][下载 1211K]
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  • 杨氏双缝干涉条纹的空间分布及理论模拟

    何坤娜;黄坚;

    杨氏双缝干涉实验中,观察屏上条纹的分布是授课的重点内容.现有的大学物理教材,大都通过分析经过近似的光程差表达式,得出观察屏上干涉条纹是等间距的直条纹的结论,但该结论并不能真实反映条纹的空间分布情况.本文结合立体几何知识,在未经任何近似情况下,推导出了干涉明、暗纹的空间分布所满足的双叶旋转双曲面方程,并在该方程基础上对传播空间和观察屏上明纹分布进行了理论模拟,模拟结果形象直观,有助于学生对干涉条纹特点的整体理解和掌握.

    2016年05期 v.26;No.175 12-15页 [查看摘要][在线阅读][下载 562K]
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  • 等效思想在静电学中的一个应用

    赵强;

    本文利用均匀极化的电介质球周围的电场与自由的余弦型球面电荷周围的电场完全等效这一思想,证明了带有余弦型球面电荷分布的电介质球壳发生均匀形变时,其内部的电场始终保持为方向恒定的均匀场,并进一步求出了带电球壳内电场强度和形变之间的关系.

    2016年05期 v.26;No.175 16-17页 [查看摘要][在线阅读][下载 118K]
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  • 互联网+环境下混合型教学的教学设计研究

    张睿;王祖源;徐小凤;

    本文结合近年来同济大学大学物理课程混合型教学的试点工作,从教学设计的角度探讨了互联网+环境下影响混合型教学效果的各种因素.通过教学实践,我们认识到课堂氛围、学习共同体构成以及课程内容的设计是混合型教学设计的重要组成部分.根据这一原则,我们针对大学物理课程开展了相关的混合型教学的教学设计与教学实践活动,从实践的效果上看,混合型教学的教学方式得到了多数学生的认可,学生的学习成绩也得到了提高,协作沟通的能力也得到了加强.

    2016年05期 v.26;No.175 18-21页 [查看摘要][在线阅读][下载 314K]
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  • 信息化技术与物理实验教学的深度融合

    吴平;张师平;李莉;陈森;

    北京科技大学通过3年的系统研究,对比了传统实验报告撰写方式和信息化融合后的报告系统撰写方式对培养学生实验、科研能力的影响.探索了使用计算机智能评判技术提高学生实验报告撰写质量的可行性及方法,将信息化技术应用于物理实验教学过程中.在2015年年底的对比试验研究中,可以看到我们建立的物理实验报告智能评阅系统,通过网络撰写、智能评判既保持了传统手写报告训练的优势,又大大促进了学生实验数据处理和实验分析能力的培养,在保证报告评阅过程中的全面、公正与公平性的同时,还极大地减轻了教师批改实验报告的工作量.

    2016年05期 v.26;No.175 22-26页 [查看摘要][在线阅读][下载 445K]
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物理实验

  • 测量缪子寿命和衰变能谱的简单装置及其蒙特卡洛模拟

    胡雨石;王天冶;梅叶峰;张钊;宁传刚;

    文章设计了一套简单的测量缪子平均寿命和衰变能谱的装置.用闪烁体探测器测量缪子衰变事件,探测器的输出信号用一个简单低成本的信号判选电路判选出缪子衰变事件,并触发数字示波器记录缪子衰变的信号.一个自行编写的可视化控制软件可以从这些记录的信号中分析出缪子的平均寿命和衰变能谱.本文还提出了一种用能量损失的朗道分布进行系统能量定标的方法.对探测系统进行了蒙特卡洛模拟,很好重现了实验结果.该套系统中所有的硬件和软件都是对学生完全开放的,非常适合用于教学实验.

    2016年05期 v.26;No.175 27-32页 [查看摘要][在线阅读][下载 1189K]
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  • 光电效应实验的影响因素及误差分析

    王林香;

    通过对光电效应伏安特性及普朗克常数测定实验的研究,归纳出影响实验结果的主要因素,除了暗电流、本底电流、反向电流、接触电位差影响外,光源与光电管的间距、不同的处理数据的方法,也会对实验误差造成影响.实验发现,光源与光电管间距40cm条件下,与计算机全自动处理方式比较,手动选取合适的拐点,半自动处理方式获得普朗克常量的相对误差较小,测量的伏安特性曲线的精确度也较高.本文对实验中普朗克常量相对误差变化原因进行了分析,给出了减小误差的办法,这对避免实验干扰因素,有效操作实验,改进实验过程,获得更加精准的实验结果有一定的帮助.

    2016年05期 v.26;No.175 33-36+45页 [查看摘要][在线阅读][下载 244K]
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  • 安培力演示仪的设计与制作

    冷文秀;张默;贺艳丽;钟寿仙;陈少华;

    安培力是中学及大学物理教学中的重要章节,在课堂教学中广泛使用安培力演示仪演示安培力,验证左手定则.我们设计并制作了一种安培力演示仪,其主要由线圈、磁铁、电池和底座构成,通电后线圈在安培力的作用下可持续转动.它不仅可以用于安培定律演示,还可以用于刚体定轴转动现象演示.该演示仪具有制作成本低廉、装置尺寸大、演示效果好、轻便易携和操作简便等优点,有望在中学及大学的物理课堂上广泛应用.

    2016年05期 v.26;No.175 37-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 448K]
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  • 双凸透镜系统成像规律分析

    高华;刘君宇;李萌;熊蛟;许玲玲;

    显微镜的组装是大学物理实验教学中一个非常重要实验内容,实验中要求物镜与目镜之间的距离(即显微镜的镜筒长度)设定为一定值.由于学生对凸透镜成像规律及显微镜成像原理等相关知识理解不够透彻,不少同学对镜筒长度为一定值这一要求存在疑惑.本文根据几何光学的知识,推导出不同镜筒长度双凸透镜系统的成像规律,并利用凸透镜成像公式计算出相应的放大倍率和成像位置.结果表明,两凸透镜之间的距离在成像过程中起着关键的作用,当二者之间的距离太大或太小时,均无法实现对物体进行放大的目的.

    2016年05期 v.26;No.175 40-42页 [查看摘要][在线阅读][下载 247K]
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  • 用演示实验点亮学生好奇的眼睛——读《物理演示实验教程(第2版)》

    朱红莲;

    物理学是实验的科学,绝大部分物理学是从现象中来的,现象是物理学的根源.有些现象,不通过实验演示是很难在学生头脑中形成清晰的物理图像的.清华大学的大学物理教学二三十年来一直保持着几乎每堂课都有演示实验,几乎每位教师都做演示实验的传统.本文以清华大学演示实验室编写的《物理演示实验教程(第2版)》为主线,探讨演示实验如何在大学物理教学中发挥作用,给学生展示物理现象,引发学生的求知欲,激发其学习热情,点亮学生的眼睛.

    2016年05期 v.26;No.175 43-45页 [查看摘要][在线阅读][下载 100K]
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物理与工程

  • 量子通信技术领域的研究现状——基于科学计量学视角

    淮孟姣;潘云涛;袁军鹏;

    为了解国际量子通信技术相关领域的发展现状,也为明确中国近年来在该领域的发展情况及所处的地位,本文以Web of Science数据库为基础,以量子通信技术领域相关词语为检索词,检索2006~2015的10年间该领域的相关论文共16145篇.从科学计量学的视角出发,采用科学计量学和情报分析的方法,并利用UCINET、SciMAT等数据分析及可视化软件,对量子通信技术领域的发文量、国家、机构、作者、研究热点等内容进行分析.从时序分析了解领域内论文数量变化情况及发展速度;从国家、机构分布反映该领域处于领先地位的国家和机构;从期刊分布了解该领域发表的核心期刊;利用关键词统计及共现反映了该领域的研究热点;并从引用情况反映出该领域内发表论文的国家和机构的影响力.

    2016年05期 v.26;No.175 46-56+61页 [查看摘要][在线阅读][下载 1978K]
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  • Fe_3O_4-Si侧向光伏特性的研究

    王先杰;宋炳乾;张宇;

    文章介绍利用脉冲激光沉积技术在单晶(100)Si衬底上生长出高质量的Fe3O4择优取向(111)薄膜,并对其侧向光伏特性作了详细研究,尤其是侧向光伏电压的位置关系及其与薄膜厚度、激光的功率的关系.实验结果表明,Fe3O4(20nm)-Si结构的侧向光伏电压值最大,其位置灵敏度高达26.32mV·mm-1,而且出现垂直位移的情况下,其位置灵敏度在减小,对应着非线性度也增大;Fe3O4薄膜厚度的增大不利于提高其位置灵敏度,但激光功率的增大有助于增大其位置灵敏度.

    2016年05期 v.26;No.175 57-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 520K]
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  • 静电纺丝法简便合成的碳纳米纤维——二氧化锰超级电容器电极材料的制备及研究

    边达民;韩盛;张笑晨;赵浩;陈佳义;周金元;

    超级电容器是近几年迅速发展起来的一种新型储能元件,决定其性能的最重要因素是电极材料.本文报道以廉价的二氧化锰(MnO2)作为赝电容材料,采用静电纺丝法简便合成碳纳米纤维-MnO2电极材料,并尝试在样品中更高比例地掺杂MnO2以使更多的MnO2纳米颗粒镶嵌在碳纳米纤维中,以提高其电容性能,并系统地研究了所制备的电极材料的结构及其电化学性能.

    2016年05期 v.26;No.175 62-65+74页 [查看摘要][在线阅读][下载 1287K]
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  • 赝势对计算石墨烯声子谱线的第一性原理研究

    郭富强;王艳丽;尹国盛;

    石墨烯是理论与实验方面研究的热点,而探究其声子谱线结构又为研究力学、热力学等提供基础.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理,运用不同的交换关联和赝势方法,计算了石墨烯以及石墨的声子谱线.对比研究发现:在声子谱低频率阶段,不同的赝势计算的结果差别很小;而在声子谱的高频率阶段,不同赝势计算的结果差别显著.相对于GGA交换关联,LDA交换关联计算的高频光学支有所软化,计算结果与实验值更加接近.相对于US赝势方法,PAW赝势方法计算的结果与实验值更加接近.综合比较,PAW-LDA赝势的计算结果与实验值最为接近.

    2016年05期 v.26;No.175 66-70页 [查看摘要][在线阅读][下载 766K]
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教学经验交流

  • 几种带电线体系的电偶极矩等效系数

    陈钢;李成金;

    带有正、负电荷的平行带电线是一种常见的带电体系,电偶极矩的效应主要体现在远场空间,所以用电偶极矩表示平行带电线在远场的电势函数是一种重要的电势函数的表示形式.本文给出带有等量异号平行带电线的电偶极矩,并利用平行带电线电偶极矩的表示给出较为特殊的几种组合带电线体系的电偶极矩等效系数,将组合带电线的电偶极矩表示为等效电偶极矩,由等效电偶极矩直接写出空间电势分布函数,方法更为简便.

    2016年05期 v.26;No.175 71-74页 [查看摘要][在线阅读][下载 311K]
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  • 任意形状三角形电流空间磁场的再计算

    邝向军;

    本文从大家熟悉的一段载流直导线的磁场表达式出发,首先导出了载流直导线空间磁场的x、y、z分量表达式.然后将这一表达式运用到任意三角形电流,从而得到了它的空间磁场分布.最后对正三角形电流及其平面和中心轴线的特殊情况进行了讨论.与文献[1]相比,本文采用的是代数、几何的方法,所得到的磁场分布是空间坐标的函数,更贴近大学物理教学实际.利用这一方法,原则上还可以计算任意多边形电流的磁场,便于在大学物理教学中推广运用.

    2016年05期 v.26;No.175 75-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 199K]
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  • 关于足球弧线球运动轨迹的研究

    郝成红;黄耀清;王欢;陆升阳;段俊生;

    本文研究了足球弧线球运动的动力学方程,考虑马格努斯效应及相关参数的影响,得到了足球弧线球运动的轨迹曲线,为指导有关球类训练提供理论依据和参考.

    2016年05期 v.26;No.175 79-81+84页 [查看摘要][在线阅读][下载 632K]
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  • 镜像对称的载流导线磁场方向的分析

    梁雄;赖国忠;

    电磁场的对称性分析在大学物理教学中有着极其重要的地位,但是现有的大学物理教材很少给出如何利用稳恒磁场的对称性来分析磁感强度的方向.文章针对此问题应用毕奥-萨伐尔定律并结合矢量的分解更加便捷地分析了一对镜像对称的载流导线在中间面上任意点处的磁场方向:其方向必定垂直于该面.应用这一结论可以很容易判断出像密绕螺线管、直螺线管和圆柱形导线等这一类电流分布具有镜像对称的载流导线在其中间面上的磁感强度的方向.

    2016年05期 v.26;No.175 82-84页 [查看摘要][在线阅读][下载 267K]
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  • 不倒翁的动力学分析

    黄开志;陈小亮;田祖安;丁剑平;

    为了潜在的工程应用以及为不倒翁类儿童玩具的设计计算提供参考,建立了不倒翁在圆形曲面上作纯滚动时的动力学方程,给出了其作纯滚动且能回摆的限制条件,分析了其稳定性.求出了其在水平面上作纯滚动时主要动力学参数计算公式,借助软件具体分析了一个不倒翁的运动特征,绘制了其主要动力学参数曲线.发现其角速度α、角加速度¨α和法向反力Fn随初始摆角α0递增,而切向摩擦力Ft则随初始摆角α0递减;当α0介于0与0.12rad之间时,摆动周期T与α0近似呈线性关系,且T≤1.01s;当α0超过0.12rad时,T与α0呈非线性关系,且T>1.01s;当α0趋近于π时,T趋近于无穷大.

    2016年05期 v.26;No.175 85-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 453K]
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大学生园地

  • 绕月卫星软着陆最优轨道控制策略分析

    崔晓琛;吴天一;张晓伟;周曰波;

    对于绕月卫星的软着陆轨道问题,运用天体运动规律构建了物理模型,并利用最优化原理,把软着陆轨道控制问题转化为非线性规划问题,通过正确控制状态改变点来拟定最优控制策略.文章以嫦娥三号卫星为例,参考相关实际数据,给定相应初始条件,结合Matlab的计算结果,给出了多个相关参数随时间的变化曲线,在此基础上详细分析了卫星软着陆过程中的6个分阶段,定性讨论了在此过程中可能影响着陆精度的多种误差因素,并且通过敏感性分析给出了提升安全着落概率的方法.

    2016年05期 v.26;No.175 89-92+96页 [查看摘要][在线阅读][下载 630K]
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  • 环保型教室座椅发电装置

    陈映桥;张鹏;左翼;宋庆翔;张瑛;

    通过平时的观察,发现教室中的折叠座椅使用时产生的机械能被浪费掉,为了研究如何将这部分机械能利用起来,以法拉第电磁感应定律为基本实验原理,运用机械设计知识,创新性地在教室座椅上,设计了一种通过座椅的开合带动处于磁场中的线圈转动,从而产生电流的环保型教室座椅发电装置,该装置将按压座椅产生的机械能转化为电能,达到发电的目的.理论计算得出,当按下座椅的平均耗时为1s,该装置的输出电压为10.8V,与实验测试得到装置的输出电压9.4V相近.研究表明,装置产生的输出电压与座椅被按下速度之间呈现正相关关系.

    2016年05期 v.26;No.175 93-96页 [查看摘要][在线阅读][下载 537K]
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风采实录

  • 2016年全国高等学校光学教学暨学术研讨会实录

    <正>2016年全国高等学校光学教学暨学术研讨会于7月20日至24日在广西壮族自治区南宁市广西大学举行。会议主题为光学教学改革与科研进展,由全国高等学校光学教学研究会主办,广西大学物理科学与工程技术学院和广西光学学会承办。来自全国45所高校及相关单位的近100名教师、专家学者参加了本次会议。7月21日上午开幕式由研究会副理事长、秘书长、四川大学朱建华教授主持,研究会理事长、北京大学李焱教授,广西大学马少健副校长,广西科协学会部韦克广副部长,研究会名誉理事长、北京大学钟锡华教授先后致辞。李焱理事长,丁剑平、王建波、沈为民等多位副理事长先后主

    2016年05期 v.26;No.175 97页 [查看摘要][在线阅读][下载 936K]
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  • 张汉壮教授和他的物理教学资源建设

    <正>张汉壮,吉林大学物理学院教授、博导、副院长;国家万人计划教学名师,吉林省高级专家,吉林大学特聘教授;教育主管部门高等学校物理学类专业教指委委员会委员,教育主管部门高等学校物理学类专业教学指导委员会东北地区工作委员会主任委员,全国普通高校力学课程研究会理事长,中国大学先修课程试点项目(CAP)物理专家委员会秘书长,吉林省物理学会副理事长,吉林省光学学会副秘书长。

    2016年05期 v.26;No.175 98页 [查看摘要][在线阅读][下载 525K]
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  • 本科物理基础课程教学10问

    顾牡;

    <正>1.本科生为什么要学物理基础课程?2.据报道美国人学习数、理的学生和技术人员的比例在世界排位不高,美国政府和社会对此十分忧心(尽管该国拥有他国难以企及的吸引全球高层次人才的能力),出台了许多鼓励STEM教学的政策和措施。这对我国高校物理基础课程教学有哪些启示?3.高校物理基础课程教学为何不能以专业课用什么就教什么为主?物理基础课力学、热学、电磁学、近代物理等各部分内容在培养学生的视野和能力、思想和方法等方面有哪些不同的特点?

    2016年05期 v.26;No.175 2页 [查看摘要][在线阅读][下载 585K]
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