特约稿件

• 为什么说狭义相对论是近代物理学的一大支柱

  张元仲;

  本文首先简要介绍了狭义相对论的两条基本假设:狭义相对性原理和光速不变原理。进而由光速不变原理定义了惯性系的时间坐标并连同相对性原理推导出洛伦兹变换。随后把相对性原理具体表述为:一切物理定律的方程式在洛伦兹变换下保持形式不变。最后着重说明了为什么说狭义相对论而非广义相对论是近代物理学(包括广义相对论)的一大支柱:所有平直时空的物理学理论其动力学方程式都在洛伦兹变换下保持形式不变;广义相对论是在弯曲时空的局部保持洛伦兹不变性。

  2017年02期 v.27;No.178 3-5页 [查看摘要][在线阅读][下载 427K]
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• 黑洞内部是什么?——正则量子引力的新视角

  曾定方;

  我们在最新的一份研究工作中找到了带有分层不均匀特征动态塌缩星内部时空度规的一般形式,结合爱因斯坦场方程,该度规告诉我们构成黑洞的物质很可能在视界内经历着反复的收缩—收缩过头—反向膨胀到极大—再收缩—再过头的呼吸运动。我们同时在广义相对论和正则量子引力的水平上,提供了这种过零点"呼吸"运动可能恰好具有exp(A/l_(pl)~2)种可能本征态的数值证据,此处A为视界面积,从而为史瓦西奇点的消解、黑洞熵的微观解释以及信息丢失疑难的解决提供了一条新思路。本文是对这一技术性研究工作所揭示物理图像的中文版介绍,并添加了跟弦理论、圈量子引力图像的对比以及关于其可证伪性的讨论。

  2017年02期 v.27;No.178 6-14页 [查看摘要][在线阅读][下载 2141K]
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教学研究

• 力学分析中的正号与负号

  陈奎孚;何坤娜;

  力学关系的矢量形式整齐简明,但手工计算往往倾向于投影的标量式。不少学生在标量分析过程中有正负号的纠结。笔者对如下学习情境中的正负号纠结进行了剖析:物理关系、运动量、功、力矩、力偶和力矢量图示。指出消除正负号纠结的关键在于是否画矢量形式的分析图。基于矢量关系的演绎不需要图示信息,但手工计算总是喜欢用图形。有图形情形下,方向相反的矢量关系会由图形显示,标量关系就无负号。理解上述原则有助于提升力学分析的教学效率。

  2017年02期 v.27;No.178 15-21页 [查看摘要][在线阅读][下载 348K]
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• 彩虹与色散

  余虹;

  本文介绍了彩虹产生的物理机理。

  2017年02期 v.27;No.178 22+25页 [查看摘要][在线阅读][下载 907K]
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• 均匀外磁场中的超导椭球

  赵强;

  本文利用"等效的磁荷观点"简捷地求出了均匀外磁场中超导椭球的面电流密度,体现了电场与磁场之间的对称之美。

  2017年02期 v.27;No.178 23-25页 [查看摘要][在线阅读][下载 723K]
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• 基于大学物理教学的互动式电子书教材的设计

  吴天刚;左娜;张睿;王祖源;

  文章针对大学物理课程内容以及学习者的特征进行分析,结合交互式电子书的学习者需求问卷结果对互动式电子书的资源呈现和功能模块进行了设计开发。互动式电子书具有交互性强、能加载3D模型以及内容整合度高等特性,能模拟物理情景,外显学习内容,借由富媒体特性增强学习体验,促进激发学生的学习兴趣;实现了测试与反馈、嵌入视音频、互动游戏等功能,适合大学基础物理课程内容的呈现,并满足学生在共性教学环境下,进行个性化学习的需求。因此,本研究将该互动式电子书定位于大学基础物理课程的教学,作为辅助教材使用,可以达到更好的教学效果。

  2017年02期 v.27;No.178 26-31页 [查看摘要][在线阅读][下载 778K]
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• 高校物理类课程翻转型作业改革与探索

  亓鹏;王殿生;王玉斗;周伟;刘学锋;周丽霞;刘健;

  作业是课程教学的一个重要环节,针对物理类课程作业枯燥乏味、难度大的特点,通过对其重新设计,使其焕发出新的活力,使这一教学环节发挥出应有的重要作用。设置翻转型作业,让学生结合课堂所学知识,思考生活中遇到的现象或者问题,抽象出物理模型,自己设计题目自己做,可以有效解放学生的思想,增强物理问题的趣味性,进而提高学生学习物理类课程的积极性,培养学生的创新能力和协作能力。在此基础上还增加了学生提问式课堂问答,培养学生提出问题的能力。实践结果表明,这一方法极大地激发了学生做作业的积极性,学习效果有了大幅度提高。

  2017年02期 v.27;No.178 32-36页 [查看摘要][在线阅读][下载 306K]
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物理实验

• 利用应变片测量金属弹性模量

  高志华;魏江兵;张涔;贾艳;

  本文给出了金属弯梁的应变与其负载质量的关系及利用应变片和惠斯通单臂电桥中的电流测量金属弹性模量的公式;对利用应变片直接测量应变的方法和利用光杠杆测量驰垂度的方法测量铜棒弹性模量的实验结果进行了比较;讨论了利用应变片直接测量梁的应变的方式测量金属弹性模量的影响因素。本文研究表明:理论上利用应变片和单臂电桥电流可以测量梁的弹性模量;利用应变片和单臂电桥测量物体弹性模量与光杠杆方法的测量结果相差1%,此法测量的准确性好;单臂电桥的灵敏度低且缺少温度补偿功能可使测量结果波动,导致6组测量结果与平均值的最大差异为2.6%,通过对多组测量求平均值,可在很大程度上降低上述因素引起的测量误差。

  2017年02期 v.27;No.178 37-41+46页 [查看摘要][在线阅读][下载 386K]
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• 液体的莱顿弗罗斯特效应及贝纳德对流试验研究

  赵明伟;阎宇航;邓爽;朱世秋;

  本文介绍了作者于2015年11月在北京市大学生物理实验竞赛中获得一等奖的实验工作。通过自行设计的实验装置,演示了溶液的莱顿弗罗斯特现象,测量了溶液莱顿弗罗斯特点及其随溶液浓度的变化。当加热板表面有污渍,变得粗糙时,同样的溶液滴到表面,即使温度升高到莱顿弗罗斯特点之上,也不会产生莱顿弗罗斯特效应,说明加热板表面粗糙程度对溶液莱顿弗罗斯特效应有很大影响。当加热板表面光滑时,液滴体积的大小对莱顿弗罗斯特效应没有影响。还演示了连续介质的贝纳德对流现象,用二甲基硅油代替氯化钠溶液,滴到加热器皿里,当硅油层厚度达到一定值,上下表面的温差也达到一个临界值时,观察到贝纳德对流现象,测量了对流现象发生时硅油层的厚度及其上下表面温度差。通过设计并完成整个实验过程,学生系统地认识了液体的莱顿弗罗斯特效应及贝纳德对流,拓展了学生的视野,激发了学习兴趣,锻炼了学生的创新思维和动手能力。创新性实验教学在培养学生科学素养方面起着重要的作用。

  2017年02期 v.27;No.178 42-46页 [查看摘要][在线阅读][下载 736K]
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• 大学物理实验分层次教学模式的探索与实践

  王世燕;袁顺东;张亚萍;

  为促进大学物理实验在培养学生实践能力及创新能力等方面的作用,本文对大学物理实验的分层次教学模式进行了探索和实践。以分光计实验为例,在深入挖掘实验内涵的基础上对实验内容进行了模块划分,具体包含基础模块、专业模块及创新模块3个部分,结合学生专业及个人能力进行分层次教学,将自主学习的方式贯穿于整个实验过程。经实践证明,针对具体实验项目实施分层次教学有利于激发学生的实验兴趣,满足不同专业、不同层次学生对实验能力和创新能力培养的需求,有助于创新型人才的培养。

  2017年02期 v.27;No.178 47-50+55页 [查看摘要][在线阅读][下载 1040K]
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教学经验交流

• Mathematica在普通物理教学中的应用

  刘鑫;赵里昂;于文晶;杨华哲;

  目的:针对高校普通物理的传统课堂教学内容抽象复杂,教学方式较大局限性及学生吸收知识慢、兴趣弱等问题,可适当引入计算机软件支撑教学,丰富课堂,解决以上教学难题。方法:运用Mathematica软件的强大动画和绘图功能,对普通物理教学中振动和波的几个典型问题进行分析。结果:通过将教学软件Mathematica与基础物理知识的讲授教学有机结合,可以将课堂中原始化手工推算的内容直观图像化、动画化,令学生更直观地理解课堂内容。结论:通过对实例的阐述可以看出,将Mathematica引入教学能够帮助学生更快、更好地理解物理知识,同时激发学生对物理知识的浓厚兴趣,培养学生的独立思考能力,使课堂教学更高效。

  2017年02期 v.27;No.178 51-55页 [查看摘要][在线阅读][下载 2572K]
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• 以乒乓球为例分析旋转球的受力及飞行轨迹

  赵丽特;范东华;陈毅湛;

  文章对体育运动中一些有趣的物理现象进行探讨,有助于提升学生学习物理的兴趣。文章利用基本的力学定律对乒乓球的6种基本旋转和飞行轨迹进行了详细的分析,讨论了初速度对飞行曲线的影响;进而对其他球类运动中的有趣现象进行了讨论,比如"蛇球"("香蕉球")以侧旋为主,"消失的发球"以逆旋为主,"电梯球"以上旋为主,"零式发球"以下旋为主;并对1997年罗伯特卡洛斯的经典香蕉任意球进行了计算,给出了该球水平方向最大偏移距离和旋转角速度的定量结果。

  2017年02期 v.27;No.178 56-60+76页 [查看摘要][在线阅读][下载 557K]
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• 举办辽宁省大学生物理学术竞赛的实践经验及探索

  吴海娜;王旗;杜安;李林;

  为促进辽宁省大学生开放性思维、锻炼科研素质、培养合作精神及交流表达能力,辽宁省物理学会举办的辽宁省大学生物理学术竞赛,为辽宁省高素质物理人才的培养提供了一个很好的平台。本文介绍了该项赛事的举办背景、具体组织实施方案、竞赛效果、竞赛经验和体会,并探索如何组织区域竞赛来促进实现培养创新型高素质人才的战略目标。我们将根据实际情况不断调整省赛的竞赛模式,做好竞赛组织工作,吸引更多高校的优秀学生参与到物理学术竞赛中来,锻炼其综合科学素养。

  2017年02期 v.27;No.178 61-64页 [查看摘要][在线阅读][下载 101K]
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• 地方高校理工类大学生创新实践能力的培养及其试运行机制的探索

  罗坚义;李远兴;曾庆光;张梅;何鑫;陈叶青;

  本文主要介绍五邑大学应用物理与材料学院近6年来在培养地方高校理工类大学生的创新实践能力方面所探索的一些做法和措施。首先,文中总结了学生课外科技活动在运行过程中必然会面临的5个共性问题;其次,针对这5个共性问题,作者所在教学团队所做的努力和所采取的改进措辞,并建立了一套行之有效的运行机制;最后,指出了这套运行机制试运用的情况和取得的一些成效。本文所介绍的经验和做法期盼能为地方高校在培养创新型人才方面提供可借鉴的宝贵经验。

  2017年02期 v.27;No.178 65-70页 [查看摘要][在线阅读][下载 211K]
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大中物理衔接

• 加强物理模型教学 提升学生抽象思维能力

  徐斌;

  物理模型是人们为了从事研究而建立的对原型高度抽象化、理想化的思维客体,是抽象思维的产物。抽象思维的深刻性和灵活性反映了学生思维品质的优劣,通过加强物理模型教学,消除思维障碍,克服思维定势,加强思维训练,对提升抽象思维能力是有益的。

  2017年02期 v.27;No.178 71-76页 [查看摘要][在线阅读][下载 180K]
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大学生园地

• 直流电路中能量传输问题分析

  李洁如;桑芝芳;

  很多学生甚至部分中学教师对在直流电路中的能量传输问题上存在错误认识。本文将从电磁场理论出发,从定性和定量两个角度来分析直流电路中能量传输问题,拓展师生视野,从而有效纠正其错误认识。

  2017年02期 v.27;No.178 77-79页 [查看摘要][在线阅读][下载 265K]
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• 低频驻波声悬浮仪器的设计与定量研究

  白赫;养松;

  以单轴式声悬浮仪结构为基础,改变传统超声频率信号,使用低频信号实现物体在谐振腔内的悬浮,同时结合声学理论,定量分析出物体声悬浮的条件及悬浮的稳定区,利用驻波共振法测量声速。结合自制教具的特点,将水平放置的声悬浮仪改进后,还可用做驻波形成的演示性仪器,通过改变输入信号频率,观察谐振腔内驻波的形成及悬浮物体在波腹位置的振动状态,提高实验教学的演示性。该套装置制作简单,操作简便,既可作为实验演示教学也可作为定量探究实验。

  2017年02期 v.27;No.178 80-82页 [查看摘要][在线阅读][下载 1019K]
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• 基于Matlab软件GUI的机械波模拟

  王浩然;徐春芳;杨玲;胡琦珩;叶子;丁益民;

  本文利用Matlab软件的GUI相关控件实现了对横波、纵波、驻波和波的叠加原理的可视化模拟。在GUI界面进行相关操作可以形象地观察演示图形,通过模拟仿真,能够完整地演示横波和纵波在传播过程中的特点及性质。根据教学的实际需求,充分运用Matlab的图形功能、数值计算功能和符号运算功能可以方便地处理物理问题,不仅可以提高大学物理的教学效果,还能有效地提高学生利用计算机处理物理问题的能力。

  2017年02期 v.27;No.178 83-86页 [查看摘要][在线阅读][下载 2141K]
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• 《物理与工程》期刊简介

  <正>期刊撷英1981年,《工科物理教学》创刊号,东南大学恽瑛教授署名文章《美国五所高等院校物理教学情况概貌》(摘登):教学研究也是一种科学研究,并有一定的研究班子。例如在栾斯里尔工学院,瑞斯尼克与哈立德合著的《物理学》是美国大学中较为通用的一种教材,已译成30种文字;曼纳尔斯和爱本斯坦从事实验教学与表演实验的研究,他

  2017年02期 v.27;No.178 2页 [查看摘要][在线阅读][下载 12044K]
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• 《物理与工程》期刊稿约

  <正>投审稿采编平台:http://gkwl.cbpt.cnki.net《物理与工程》是由教育部高等学校大学物理课程教学指导委员会直接领导的学术性期刊,历任主编和编委随教指委的换届而同步更新。期刊主要围绕大学物理/大学物理实验课程教学中的热点难点问题展开研究,力争在高校人才培养、课程建设、教学研究以及提高物理教师教学水平等方面起到服务和促进

  2017年02期 v.27;No.178 87页 [查看摘要][在线阅读][下载 151K]
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