物理与工程

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特约稿件

  • 狭义相对论教学中不该出现的错误

    张元仲;

    本文为了阐明个别大学物理教材中对光速不变假设的错误评论而详细说明了光速不变原理的两个用途:首要用途是用来定义惯性系中的时间坐标(即定义同时性);第二个用途是用来推导洛伦兹变换。随后,在分析了钟慢效应、尺缩效应、同时性的相对性之后解释了尺缩佯谬,并特别指出了某大学物理教材中对一道习题提供的答案是错误的并用两种解法给出了正确答案。

    2017年04期 v.27;No.180 3-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 173K]
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教学研究

  • 转动弹簧的微变形分析及其应用

    陈奎孚;

    教材中经典的弹簧振子的弹簧不会转动,但工程上弹簧轴线会转动的情形比比皆是。弹簧轴线转动会造成几何非线性,但是围绕平衡位置的微幅振动仍是振动学习的最重要任务。本文先用解析法导出了弹簧微变形的近似表达式,再利用直观的几何关系验证这一表达式,而后者易于理解和记忆。利用3个例题对表达式的威力进行了验证。

    2017年04期 v.27;No.180 10-14页 [查看摘要][在线阅读][下载 232K]
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  • 李元杰“数字化”教学思想与方法的研究

    李红;张立红;张伟伟;彭爱华;

    李元杰教授是我国首届高校百名教学名师的获得者,也是"数字化"教学的倡导者之一,主持制作了《科学计算与模拟平台》。基于"知识育智、方法育才、思想文化育心"的教育理念,形成了一套行之有效的"数字化"教学创新模式。授课过程打破传统的以知识及其应用为主的讲授模式,从学科思想和研究问题的方法入手,将具体知识融入到思想方法的应用中,注重不同学科研究方法的融合和思想文化的渗透;鼓励学生在掌握思想方法的基础上进行自主探究式学习和创新训练,最终能够自己确定研究的问题、构建实物模型、编写程序、借助《平台》得到可视化结果,达到基本的创新要求。

    2017年04期 v.27;No.180 15-18+25页 [查看摘要][在线阅读][下载 106K]
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  • 传统课程评审指标在评价MOOC物理课程上的适用性

    黄雨寒;朱广天;

    MOOC作为一种新的教育模式受到了广泛关注,但目前为止对MOOC还没有一个比较客观、统一的评价体系。传统的高等教育课程已经有了较为完善的评审指标,本文统计分析了5个传统高校精品课程的一级评审指标,并以中国大学MOOC和Coursera两大平台上的共19门大学物理课程为例,探讨传统课程评审指标在评价大学物理MOOC课程上的适用性。同时,结合我们对统计的部分MOOC课程的学习体验,在传统评审指标的基础上对评价内容进行了修改与完善。

    2017年04期 v.27;No.180 19-25页 [查看摘要][在线阅读][下载 125K]
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物理实验

  • 接触电极对压电纳米发电机性能影响的研究

    邱宇;杨德超;赵宇;王晓娜;王清漪;

    利用低温水溶液法在柔性PET衬底上生长一维氧化锌(ZnO)纳米结构,并采用XRD、SEM等表征手段分别对生长ZnO纳米结构的晶体结构和表面形貌进行表征与分析。在此基础上,研制出一种基于柔性PET衬底的直流压电纳米发电机。为了提高纳米发电机的发电性能,利用镀Au的ZnO纳米棒阵列作为上电极,制备出具有高性能的新型ZnO纳米发电机,成功地实现了稳定的直流输出信号。该纳米发电机的最高输出电流为330nA,足以驱动一些微纳米器件。

    2017年04期 v.27;No.180 26-29+33页 [查看摘要][在线阅读][下载 273K]
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  • 一种同时测量高斯光束束腰位置和半径的新方法

    黄水平;

    从高斯光束的横向光强分布特性出发,建立了小孔光阑透过光功率与高斯光束束腰位置、束腰半径、光阑孔径和光阑位置间的关系式。用氦氖激光器、凸透镜、小孔光阑和硅光电池等搭建了一套简单测量装置,利用此装置对同一小孔光阑在高斯光束传播方向上不同位置时的透过光功率进行了测量。用所得的理论公式对实验数据进行拟合,通过拟合出的参数可同时测得高斯光束的束腰位置和半径。测量结果表明,该方法不仅合理、可行,而且具有装置简单、操作方便等优点。

    2017年04期 v.27;No.180 30-33页 [查看摘要][在线阅读][下载 139K]
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  • 麻油中邻苯二甲酸二丁酯的太赫兹时域光谱研究

    衣玲学;高磊;张平;

    塑化剂极易转移到大气、土壤、水体和食品中,对环境和人体造成极大的伤害。邻苯二甲酸二丁酯(DBP)是一种常见的塑化剂,本文以DBP为实验对象,利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)在室温环境下对麻油及其与DBP的混合物进行检测,得到其在0.3~2.25THz波段的折射率和吸收光谱。利用偏最小二乘回归(PLSR)的方法对不同浓度的混合物的吸收光谱进行建模分析,结果表明麻油中DBP含量与太赫兹波段吸收光谱具有很高的相关性,相关系数R为0.9893,校正最大均方根误差(RMSEC)为0.46%,预测最大均方根误差(RESEP)为1.18%,证明了利用太赫兹时域光谱技术结合PLSR方法能够精确分析麻油中塑化剂含量。

    2017年04期 v.27;No.180 34-36+41页 [查看摘要][在线阅读][下载 257K]
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  • 薄圆盘直径端点之间电阻的研究

    王岚;惠小强;

    针对薄圆盘直径端点之间电阻难以利用传统直接积分法或数值解法测量的问题,本文利用有限元分析法研究了薄圆盘直径端点之间电阻的测量方法。利用Comsol multiphysics设计薄圆盘电阻测量平台,通过在薄圆盘直径端点设计电极,研究了薄圆盘直径端点之间电阻随薄圆盘半径、电极位置、薄圆盘上小孔位置和大小的变化规律;利用最小二乘法拟合薄圆盘直径端点之间电阻表达式,实现薄圆盘直径端点之间电阻间接测量;在典型条件下,利用直接积分测量法对上述测量方法进行验证,结果表明本文提出的方法误差较小。本文研究工作对薄圆盘电阻的设计具有指导意义,且该研究方法还可以推广用于其他形状电阻的设计。

    2017年04期 v.27;No.180 37-41页 [查看摘要][在线阅读][下载 265K]
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  • 从探寻“以太”到探测“引力波”——迈克耳孙干涉仪的应用

    孙玮怡;刘玉颖;朱世秋;

    在19世纪末,著名的迈克耳孙-莫雷实验检测光速的微小变化用来探寻"以太";目前,"引力波"的成功直接探测验证了爱因斯坦100年前广义相对论的预言;无论是探寻"以太"还是探测"引力波",迈克耳孙干涉仪功不可没。本文简述迈克耳孙干涉仪的一些应用,以飨读者。

    2017年04期 v.27;No.180 42-46页 [查看摘要][在线阅读][下载 377K]
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教学经验交流

  • 大学物理实验的双语教学设计

    李成丰;黄致新;

    在教育国际化、信息化的背景下,培养创新型国际化的人才是双语教学的目的。开展大学物理实验双语教学将有助于发挥物理实验和双语教学两者的优势,不仅会促进学生的专业研究,而且也会提高学生的外语水平。本文在文献综述的基础上,界定了双语教学的概念,并对大学物理实验双语教学的可能性与必要性进行了分析。文中还讨论了大学物理实验双语教学的设计,给出了具体的教学案例,并针对目前大学物理实验双语教学理论和实践中存在的问题提出了一些思考和解决途径。

    2017年04期 v.27;No.180 47-52页 [查看摘要][在线阅读][下载 232K]
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  • 半导体中电子和空穴的共有化运动与霍尔电压

    罗坚义;李宇东;张园园;林丽娜;黄景诚;

    霍尔效应被应用于测定半导体的载流子种类(电子或空穴)时,空穴的移动在本质上往往被理解为束缚电子的移动,那么同样是电子的移动,却能产生相反的霍尔电压,引发学习者在理解上的困惑。本论文首先阐述了这个问题的由来,并介绍了利用电子有效质量是如何有效解决这个矛盾的观点;最后,笔者从量子力学的角度出发,运用半导体中电子和空穴共有化运动的思想,试图用更加通俗的方式来理解这个问题,以便于学习者能更加深刻、全面地理解霍尔效应和霍尔电压的由来。

    2017年04期 v.27;No.180 53-56页 [查看摘要][在线阅读][下载 140K]
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  • 卡诺定理的正确认识

    周旭波;何丽珠;王进;

    在普通物理热学教学中,对卡诺定理和可逆循环效率的认识十分重要,但对此经常容易产生误区。由教学中常见的具体问题出发,我们对卡诺定理的适用范围,可逆非卡诺循环的效率和热机效率的提高途径等问题进行讨论。强调:卡诺定理中的可逆热机是作卡诺循环的;可逆非卡诺循环效率一般与工质及循环曲线形状有关,但有类卡诺循环等特殊情形;提高热机效率的途径应为:使循环尽可能地接近卡诺循环和提高两热源的温度差。同时纠正了一些有关的模糊认识。本文对实际教学有一定的参考价值。

    2017年04期 v.27;No.180 57-59页 [查看摘要][在线阅读][下载 116K]
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  • 民族院校大学物理与中学物理教育衔接问题研究

    黄顺;韦冬平;刘海丹;邹斌;

    如何处理好大学与中学物理教学的衔接关系是民族院校大学物理学科教育的重要课题。笔者对北京、重庆两地6所高校558名理工类专业的学生,进行问卷调查和个别访谈,采用中央民族大学(简称U1)和其他5所高校(简称U2)进行分组对比的方法,对大学与中学的物理教育衔接问题进行了初步探讨。研究发现,U1学校理工类专业的学生在选择专业时具有一定的盲目性,U1学校学生认为大学物理知识抽象的比例要比对照组U2学校的高出7%,但是U1学校学生对物理实验的态度要比U2学校的学生更积极。为促进民族院校大学物理和中学物理教学有效衔接,笔者提出民族院校需要关注大一新生的数理基础和实验背景,注重课堂演示实验的教学,探索引入翻转课堂的教学模式等教学建议。

    2017年04期 v.27;No.180 60-65页 [查看摘要][在线阅读][下载 397K]
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大学生园地

  • 基于转动惯量平台与智能手机的教研实验探究

    时天宇;冷宜霖;陈泽坤;刘伟;史庆藩;

    文章基于"测量刚体转动惯量实验"的原理,利用苹果手机内置Bosch加速度传感器与陀螺仪作为测量工具,进行了手机转动惯量与科氏加速度的计算与测量,模拟计算了手机的运动轨迹。利用Python语言编写加速度测算程序,画出了手机三维加速度随时间的变化关系。之后将其内部数据导入到Matlab软件中进行中值滤波以及卡尔曼滤波处理,将其用于手机震动、晃动等因素产生的噪声滤出,最后通过数据处理得出各测量物理量的实际值与理论值进行比对,表明此种实验方法大大提高了精确度。利用手机内置传感器代替了传统的实验器材,用于大学物理实验不失为一种现代化教学的辅助方法。

    2017年04期 v.27;No.180 66-69+78页 [查看摘要][在线阅读][下载 429K]
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  • 引力波及激光观测原理

    韩潇;刘宇星;

    近期引力波话题火热,为使本科生对引力波有系统的了解,本文由爱因斯坦经典引力理论出发,考虑在远离场源的弱场近似,细致推导得到波速为光速、在空间上以横波形式传播的引力波的波动方程,并且指出引力波只存在两种独立的极化状态,即引力波两个独立的偏振方向。之后对激光观测引力波实验的理论进行合理性分析。得出装有法布里-珀罗腔结构的迈克耳孙干涉仪具备观测引力波能力的结论。

    2017年04期 v.27;No.180 70-74页 [查看摘要][在线阅读][下载 194K]
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  • 利用狭义相对论计算洛伦兹力和安培力

    陈彦儒;冯仕猛;

    随着对电磁现象研究的逐步深入,人们早已认识到磁现象来源于电荷的运动,磁场和电场是相互联系的统一体,称之为电磁场。本文根据狭义相对论中洛伦兹变换的基本原理,利用两个坐标系中静电力和电场的相对论变换,推导出洛伦兹力与库仑力、安培力之间关系,即洛伦兹力和安培力来源于电场力的相对论变换,从而更加有助于理解洛伦兹力的物理本质。

    2017年04期 v.27;No.180 75-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 129K]
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  • 用ZnO薄膜仿真研究皮肤对不同热特性材料的触觉热响应

    任新宇;张师平;刘阳;王晓伟;吴平;

    表面传热特性的测量是探究不同材料的传热参数的基础。本文仿照人体对不同导热特性材料的感知原理,用氧化锌薄膜作为温度感受器,将珀尔帖半导体制冷片的热端作为一个近似恒温源,建立了一套传热过程测量装置,用以研究人体触摸室温下物体时的感受过程。使用搭建的实验设备测量了3种不同尺寸的金属和泡沫材料在近似恒温源加热状态的温度-时间变化曲线,并将其与实际经验相对照给出合理解释。同时,根据实际的传热情况,建立了传热过程的微分方程,并对变化曲线进行了理论分析。该工作有望成为材料热导率或其他热力学参数测量一种便捷快速的方法。

    2017年04期 v.27;No.180 79-83页 [查看摘要][在线阅读][下载 232K]
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简讯_书讯

  • 值得推荐的物理学书

    <正>《大学物理教程》机械工业出版社作者:严导淦易江林内容简介:本书根据教育部颁布的《理工科类大学物理课程教学基本要求》,结合作者多年教学改革和实践经验,并参阅大量相关资料编写而成。是工科大学各专业大学物理少学时课程的教材。推荐理由:书中的部分章节体现了对传统大学物理内容的一些调整,阅读材料紧跟大学物理知识在现代科研方向的应用,丰富了教材内容。本书各章后例题的选编力求题目形式多样,涵盖知识点广泛,紧紧围绕教材的

    2017年04期 v.27;No.180 84页 [查看摘要][在线阅读][下载 120K]
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风采实录

  • 中国科技核心期刊《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,他们二位虽无博士学位,却因教学研究成绩卓著被任命为正教授,为美国国内同行所赞许。

    2017年04期 v.27;No.180 85页 [查看摘要][在线阅读][下载 667K]
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