物理与工程

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新工科建设

  • 近代物理和高新技术物理与“新工科建设”——《物理与工程》“新工科建设”栏目开篇语

    王青;

    <正>2017年6月16日,教育部办公厅发布了《教育部办公厅关于推荐新工科研究与实践项目的通知》(教高厅函[2017]33号)。新兴产业和新经济的发展在呼唤"新工科",新工科要求我们培养出有很好理工科基础的复合型、综合性创新人才。显然,新工科学科体系是必须要强调物理学内涵的。那么面对"新工科",我们的物理教育教学该

    2017年06期 v.27;No.182 3页 [查看摘要][在线阅读][下载 61K]
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  • 第三代半导体Ⅲ族氮化物的物理与工程——从基础物理到产业发展的典范

    荣新;李顺峰;葛惟昆;

    以氮化镓(GaN)为代表的Ⅲ族氮化物属于宽禁带半导体,即通常所谓"第三代"半导体材料。作为Si、Ge以及传统Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体之后的新一代半导体材料,GaN具有更大的禁带宽度、更高的击穿电场、更稳定的物理化学性质等优异特性,已经成为半导体研究极为重要的领域和国家重大研究方向。尽管Ⅲ族氮化物的晶体质量与传统半导体材料相比仍然有很大差距,但并不妨碍Ⅲ族氮化物及其量子结构在光电器件及电子器件中的广泛应用,围绕GaN及其他相关氮化物半导体的研究和开发,在物理与工程方面都具有极为特殊的意义,是基础物理研究和产业化应用结合的典范。

    2017年06期 v.27;No.182 4-19页 [查看摘要][在线阅读][下载 543K]
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特约稿件

  • 首届全国高校物理实验教学青年教师讲课比赛(上海赛区初赛)观摩有感

    沈元华;

    为了激励青年教师投身物理基础教学、交流教学经验、推动教学改革、提高教学质量,教育部高等学校大学物理课程教学指导委员会和高等学校物理类专业教学指导委员会联合中国物理学会物理教学委员会决定举办全国高等学校物理基础课程(含实验课程)青年教师讲课比赛。在前两届高校物理课堂教学比赛经验的基础上,今年举办首届实验教学比赛。笔者观摩了在复旦大学举行的上海赛区初赛的全过程,本文为观摩旁听的感想、体会和建议。

    2017年06期 v.27;No.182 20-22+26页 [查看摘要][在线阅读][下载 146K]
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  • 2017年中国队参加国际和亚洲物理奥林匹克竞赛简介

    穆良柱;杨景;陈晓林;

    2017年中国物理奥赛集训队选拔出13名学生,前5名组成国际物理奥林匹克竞赛中国代表队,后8名组成亚洲物理奥林匹克竞赛中国代表队。国际赛代表队参加了在印尼日惹举办的国际赛,总分排名2~6名,获得5枚金牌,并获理论第一、团体第一。亚洲赛代表队参加了在俄罗斯雅库茨克举办的亚洲赛,总分排名1~3,5~9,获得8枚金牌,并获总分第一、实验第一、理论第一、最佳男选手、最佳解题奖、团体第一。中国代表队在两个比赛中取得了优异的成绩,本文简单介绍参赛情况。

    2017年06期 v.27;No.182 23-26页 [查看摘要][在线阅读][下载 215K]
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  • 费曼“疑难问题”初探

    徐湛;

    本文试图回答《费曼物理学讲义第3卷》第13-8节中提出的一个"疑难问题",即该讲义导出了在有吸引性缺陷的一维晶格中,存在着一个处于能带上方的束缚态能级,那么其物理意义是什么?我们的分析方法包括:构造新的捕陷态,找出该问题的全部可能的解,以及对散射振幅重新进行解析延拓。各种方法导致的结论是一致的,即确实存在着费曼所说的那个处于能带上方的一个束缚态能级,然而该晶格的缺陷一定是排斥性的,而不能是吸引性的。

    2017年06期 v.27;No.182 27-30页 [查看摘要][在线阅读][下载 121K]
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教学研究

  • 为什么时空变换必须是线性的

    陈奎孚;

    尽管线性时空变换是狭义相对论的出发点,但至少从教学角度,对线性变换合理性的论证依然不清晰。笔者根据时空均匀性、时空各向同性和惯性系的等价性,严格地导出了时空的线性变换,其中关键概念是变换的时间缩放系数和空间缩放系数。沿此思路,进一步约束两个坐标系之间的时空缩放系数相等,并利用光速不变原理,导出了洛伦兹变换。

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  • 迈克耳孙-莫雷实验对狭义相对论的建立起到重要作用了吗?

    王欣懿;陈婉盈;张元仲;

    本文对迈克耳孙-莫雷实验提供了3种解释:静止以太说的解释、静止以太说+洛伦兹收缩的解释,以及双程光速各向同性的解释。然后分析了寻找光以太的实验(包括迈克耳孙-莫雷实验)对爱因斯坦建立狭义相对论所起的作用。

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  • 欧拉-拉格朗日方程在一维波动方程中的应用

    王颖;史旭光;

    本文以一维弦上微元的动能和势能为基础,推导出了一维波动方程。文章首先介绍了通过力学分析得到一维波动方程的方法。然后分析了一维自由运动粒子的动能和势能,引入系统的哈密顿量和拉格朗日函数,由最小作用原理得到了欧拉-拉格朗日方程,也就是粒子的运动方程。将这一方法用于分析一维弦上波动,给出微元的拉格朗日密度函数,得到可以描写无穷多自由度系统的欧拉-拉格朗日方程,从而导出了一维波动方程。最后分析了一维弦上波动的拉格朗日密度与弦理论中Polyakov作用量中的拉格朗日密度的关系。

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  • 矩形腔的等倾干涉原理

    周国全;

    依据波动光学关于光的干涉的原理,具体而详细地分析了一种能产生等倾干涉现象的矩形腔干涉装置,推导并讨论了该结构发生等倾干涉的条件及干涉条纹的分布规律。理论推导与实验结果相互印证,文中讨论了这一等倾干涉原理在光学技术的各领域,尤其是在二维微位移光学传感方面的应用前景,并强调了其对光学干涉理论的教学实践与教研内容的扩充与辅助作用。

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  • 用平行板电容器电容公式求非平行板电容器电容

    黄绍书;王金霞;

    本文从平行板电容器的电容公式出发,并基于非平行板电容器可以看作由若干个小型平行板电容器串联与并联的思想,给出球冠形电容器和柱冠形电容器电容的一种简易计算方法。

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  • 静电场电位边值问题唯一性定理的补充与完整证明

    陈文卿;闫述;

    本文对静电场电位边值问题与解的唯一性定理作了补充与完整的证明.首先将区域边界与衔接边界从通常的混称中区分开来,确认了静电场边值问题中第三类边界条件应有的形式,在解的唯一性定理中增加了衔接条件和无限远边界条件,并根据数学表达式的形式重新归类。然后在区域边界条件、无限远边界条件和衔接条件下电位解的唯一性的证明中,讨论了第一、第三类边值问题电位解的唯一性与全二类边界条件下电位存在常数差的问题,解除了第三类边界条件系数为正的限制,说明了整个求解空间为无限大时适用的边值问题。最后通过例题说明了区域、无限远和衔接3种边界条件在解题中的应用。补充后的定理可以更好地作为解题和后续学习的依据和基础。

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  • 浅论Kane难题

    张九铸;

    文章研究了刚性球壳与固定的刚性水平面的碰撞,在动能损失计算式中引入了碰撞点的切向末速度与切向初速度之比,根据能量守恒定律指出了合理的k值范围,从而指出了Kane难题即碰撞过程中的动能损失小于零的原因。

    2017年06期 v.27;No.182 60-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 104K]
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物理实验

  • 斯特林循环效率的实验模拟与理论分析

    魏志远;聂娅;向钢;

    本文从实验上验证了斯特林循环的效率与卡诺循环的效率一致。实验结果和理论分析表明,工作物质在等体过程中吸收的热量无须计入循环效率的计算公式,因为斯特林循环中的回热器是在系统内部与工作物质进行热量的交换,对外界没有影响。

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  • 基于透镜成像系统对微小透明物体的测量方法

    沙金巧;葛文宣;陆嘉晟;谭化香;杨俊义;

    生活中有许多微小透明物体,当光通过它们时,因为其折射率与周围空间不同而产生相位差,但不会产生振幅差,无法被人眼和普通显微镜观测。实验中提出一种利用透镜成像滤波系统实现对微小透明物体观察并测量其大小的方法。当高斯连续激光作用在吸收溶液上时,溶液会吸收激光中部分能量,产生热透镜效应。利用此效应,使吸收溶液能够模拟传统昂贵的相位滤波器,对透过相位物体的光线进行调制,将人眼无法观测到的相位变化转化为可被CCD接收的光强变化,从而实现对微小透明物体的观察及测量。选取已知大小的透明SiO_2薄片作为待测样品,实验结果表明测量值与样品实际大小非常接近。

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  • 单臂电桥测电阻灵敏度探析

    钱霞;高俊杰;

    单臂电桥测电阻是测量中值电阻的比较好的测量方法,但是测量精确度受到灵敏度的影响。文章中主要通过实验探讨了电源电动势、倍率以及电路电流对单臂电桥灵敏度的影响,并进行了分析讨论。实验结果证明,电桥灵敏度与电源电动势成正比,与4个桥臂电阻的搭配有关,随电流的增大而增大。

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  • 光路分析在杨氏模量实验调节中的作用

    陈煜;

    杨氏模量测量实验中光路的调节是关键一步。为实现杨氏模量实验中快速调节望远镜观测清晰的标尺像,文章在光杠杆测定仪进行粗调的关键步骤给出图示指引,形象直观便于实验者理解和操作。对初学者在望远镜调节中常遇到的两个难题:望远镜的手轮该如何调节去寻找标尺的像和标尺像不在望远镜的视场内该如何调整。文章从系统成像的光路对这两种情况进行分析,并给出望远镜的调节方法,避免盲目操作,初学者能够自主快速完成望远镜的调节。

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教学经验交流

  • 刚体定点转动代数讲法的教学实践

    任延宇;霍雷;冯启春;唐圭新;

    代数是人们描述自然规律的一个极为重要的数学工具,但它自身的抽象性又使得初学者很难掌握这一数学工具。理论力学是物理系本科生的第一门理论课程,对运用数学工具处理物理问题的训练明显较普通物理加强。我们尝试在理论力学课的刚体力学一章采用代数讲法,从而使抽象的数学理论与具体的物理图像有了直接的对应,并为后续专业类课程学习打下了良好的基础。

    2017年06期 v.27;No.182 78-80+85页 [查看摘要][在线阅读][下载 139K]
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  • 基于GUI的三维无限深势阱可视化研究

    杨红卫;孟珊珊;高冉冉;

    无限深势阱中粒子的量子力学图像是教师教学和学生学习的一个难点,本文利用Matlab的GUI功能对三维无限深势阱粒子的量子化行为进行可视化研究。通过对控件的选取与设置,分别给出了三维无限深势阱不同量子数下零平面、极值点所在平面的波函数切片分布图,以及垂直x方向任意截面处的波函数立体分布图,实现了三维无限深势阱任意量子数及任意截面处波函数的可视化。利用GUI实现三维无限深势阱粒子量子化行为的可视化,可以很好地实现人机互动,便于形象分析不同条件下的波函数分布情况,有助于教师教学和学生学习。

    2017年06期 v.27;No.182 81-85页 [查看摘要][在线阅读][下载 367K]
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  • 最大熵原理在概率分布预测中的应用

    方爱平;田蓬勃;贾怡;喻有理;李宏荣;王小力;

    文章在信息熵的理论基础上,给出了求解最大熵问题的一般表述。应用最大熵原理,在信息缺失的条件下可以最大效率地实现对全局进行判断和决策。以打靶运动中运动员不同环数的分布概率为例,将最大熵问题归结为数学模型中常见的优化类线性规划问题,利用Lingo软件求解。首先分析了高分环数对运动员提高成绩的限制。然后给出了不同平均环数下最大熵值的变化,探究了不同最大熵值下概率的均匀性与对称性规律。从简单的模型出发得出最大熵值越大表明概率分布越均匀,以及熵值可以体现系统概率分布上的一致性的结论。

    2017年06期 v.27;No.182 86-89+94页 [查看摘要][在线阅读][下载 209K]
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  • 谈创新教育视角下拔尖人才培养的载体、途径和学业评价——以大学物理课程改革为例

    郝会颖;赵长春;张自力;吴秀文;邢杰;李庚伟;高禄;田恩科;申坤;

    在创新教育观和创新人才观下,对创新实验班的大学物理课进行了深刻的改革。通过重构大学物理教学内容体系完善人才培养载体;运用"基于问题的学习模式"及"基于移动终端的同伴教学法"优化人才培养途径;利用多元化课程考核模式改进学业评价。实践结果表明,大学物理课不仅为后续专业领域的学习和研究"开窗口、留接口",而且激发了学生的探究兴趣,提高了学生的探究意识和创新能力,为培养地学领域拔尖人才奠定了坚实的基础。

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  • 物理探究性实验教学现状调查及改进策略

    王焕霞;

    与国际趋势相适应,我国新一轮基础教育课程改革大力倡导探究式教学,实验在物理学科中占有重要地位,研究物理探究性实验教学具有重要意义。运用问卷调查法从物理探究性实验教学实施条件、实施意愿、实施过程、实施效果等层面对学生进行调查,结果表明,物理探究性实验教学现状不容乐观,一定程度上陷入"形式主义"的实践困境,亟需进一步改进和完善。建议为探究性实验教学有效实施提供多方支持、高利害关系考试评价中增加实验操作考试等,以促进探究性实验教学进一步优化。

    2017年06期 v.27;No.182 95-99+103页 [查看摘要][在线阅读][下载 116K]
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  • 促进大学物理教学的有效手段——天文学知识的渗透

    邱红梅;徐美;刘丽华;

    本文从进动和光学仪器的分辨本领等几个典型案例入手,讨论了如何将天文学知识有机地渗透到大学物理课堂教学之中,同时讨论了如何优化课后习题内容,有意识地穿插一些天文学相关的习题,加强物理学与天文学科间的联系与相互渗透,开阔学生的知识视野,激发学生的学习兴趣,促进大学物理的教学。

    2017年06期 v.27;No.182 100-103页 [查看摘要][在线阅读][下载 162K]
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  • 物理学术竞赛对学生从中学到大学过渡的桥梁作用

    余华;李川勇;吴强;薄方;刘智波;阎宝岩;

    通过分析高中教育和大学教育的差异以及本科阶段创新实践能力的培养,本文阐述物理学术竞赛在学生从高中到大学的转型期的作用,以及在本科阶段培养学生基本科研能力方面的作用。本文还以南开大学为例,介绍物理学术竞赛在本科教育中的实施和发展。

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大学生园地

  • 利用智能手机测定刚体转动惯量

    李正天;胡琦珩;冯一帆;宋伊;李啸越;丁益民;

    基于传统方法,将智能手机与传统方法相结合,将其运用于传统三线摆测量刚体的转动惯量实验之中,利用智能手机自带的角速度传感器和SensorKinetics传感器软件,通过绘制"角速度—时间"图像来进行周期的计算,再将得到的两次周期数值代入原计算公式中,进而求得刚体转动惯量。经过多次实验后,利用智能手机得到的结果和传统方法相近,与理论值比较其相对误差也较小。在传统三线摆实验中运用智能手机不仅测量方便,而且增加了实验的趣味性和可操作性。

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  • 踩压式压力发电装置的研制

    刘金柱;房灵猛;张亚萍;

    为了实现对压力的充分利用,应用永久磁铁和导电线圈,根据动生电动势的产生原理,设计了一种踩压式压力发电装置,并进行了理论分析和实验验证。当有压力施加于装置上时,装置会将作用的压力经内部线圈转变为正弦式交流电,经整流电路和稳压滤波电路的作用,输出稳定的直流电,较有效地将机械能转化为电能,最后由储能电路将产生的电能收集并储存起来。该压力发电装置在利用压力发电的过程中不会对环境产生任何污染,能够在绿色环保的前提下达到产生电能的目的。

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  • 单透镜望远镜及其成像参数的研究

    潘开欣;刘怡然;潘志民;

    本文为作者在研究第30届国际青年物理学家竞赛(IYPT2017)第3题的基础上形成,按题目要求设计用小孔光阑替代目镜,自制出简易单透镜望远镜。根据几何光学和波动光学相关理论,作者比较全面地探讨了孔径和透镜焦距等装置参数对单透镜望远镜成像放大率、清晰度和亮度等成像参数的影响。在此基础上作者通过实验对这些参数进行定量研究,借助于Matlab、ToupView等计算机软件对实验数据进行了详细的分析。本文发现理论和实验具有良好的自洽性,从而得到了一般性结论。文末对研究中可能导致误差的因素进行了分析,并对不足之处进行了展望。

    2017年06期 v.27;No.182 116-122页 [查看摘要][在线阅读][下载 341K]
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简讯

  • 2013—2017年教育部高等学校大学物理课程教学指导委员会第六次工作会议纪要

    <正>2013—2017年教育部高等学校大学物理课程教学指导委员会(简称:大学物理课程教指委)第六次工作会议于2017年7月28—31日在牡丹江师范学院召开。参会委员和代表共43位。本次会议的主题是:新形势下大学物理课程的改革和发展策略。主要内容有:(1)教育部有关文件学习和大学物理课程教指委一年来工作回顾;(2)大学物理课程教指委2014年教改项目验收情况通报和2017年教改项目立项工作

    2017年06期 v.27;No.182 123-124页 [查看摘要][在线阅读][下载 74K]
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  • 清华大学本科教学审核评估工作圆满完成

    陈昌婷;

    <正>2017年11月6日—9日,清华大学迎来了"普通高等学校本科教学工作审核评估"。不同于以往的评估,这次评估国家不设统一评估标准,主要看被评估高校是否达到了自身设定的目标,是用"自己的尺子量自己"。评估期间,专家共抽阅物理系1800多份《大学物理B1》期末试卷、40多份2013级本科毕业论文;听了两门物理系开设的基础课《大学物理B》(2)和《费曼物理学》(3),并看课若干门;此外,还与物理系部分本科生进行了座谈。

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  • 清华大学物理系段文晖教授当选中国科学院院士

    <正>2017年11月28日,中国科学院公布了2017年中国科学院院士增选院士名单。根据《中国科学院院士章程》和《中国科学院院士增选工作实施细则》的规定,2017年中国科学院选举产生了61名中国科学院院士和16名中国科学院外籍院士。清华大学物理系段文晖教授当选中国科学院院士。段文晖,1967年1月生。清华大学物理系教授。1981—1992年在清华大学学习,先后于1986、1988与1992年获得学士、硕士与博士学位。1992—1994年在钢铁研究总院做博士后。1994年至今在清华大学任教,期间于1996—1999年在

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  • 清华大学龙桂鲁研究组在量子控制方面取得进展

    <正>在量子信息领域,实现量子系统的高精度控制是构建大规模量子计算机的关键因素,也是面临的巨大挑战之一。尽管日前IBM称已能对50量子比特的系统进行控制,然而就已发表的文章看来,最先进的量子计算实验平台很少超过10量子位,且大多数情况下只能提供简单的控制。本工作成功地实现了高精度操作12个量子比特的核磁共振量子信息处理器;所发展出来的实验技术可以移植到氮空位色心、离子阱或超导电路等易于拓展的量子系统。

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  • 《物理与工程》2017年总目次

    <正>~~

    2017年06期 v.27;No.182 125-128页 [查看摘要][在线阅读][下载 82K]
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  • 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06期 v.27;No.182 2页 [查看摘要][在线阅读][下载 825K]
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  • 中国科技核心期刊《物理与工程》期刊稿约

    <正>《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的作用。《物理与工程》期刊倡导学术研究的科学精神和规范方法,鼓励对大学物理课程教学和大学物理实

    2017年06期 v.27;No.182 129页 [查看摘要][在线阅读][下载 656K]
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  • 工业废水中磁性颗粒的富集装置设计研究

    王柏玮;任菡;刘珂;牛锐锐;李泽正;高丽娜;张师平;吴平

    本文利用环形螺绕环内部形成的梯度磁场,提出一种利用磁化力富集(回收)悬浮于液体中的磁性颗粒的方法。该方法有望应用于工业废水中磁性颗粒的回收、净化,减少其对生态环境造成的危害。

    2017年06期 [查看摘要][在线阅读][下载 1639K]
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