物理与工程

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特约稿件

教学研究

  • 光和引力波专题Ⅱ——电磁及引力介质理论

    王雯宇;吴海鳞;许洋;

    引力波信号的探测再次验证了100多年前爱因斯坦创立的广义相对论理论。本文说明了引力波速与真空光速相等的原因在于广义光速不变原理;速度差别原因在于介质的效应。本文由电磁学真空和介质理论的关系总结出来处理介质背景问题的方法,把真空中波速替换为介质中波速,建立相关的介质理论。我们借此修改了爱因斯坦场方程,得到了引力波波动方程,讨论引力波波速不等于真空中光速的情况。基于修改的爱因斯坦场方程,给出了一些宇宙学推论。理论对弗雷德曼方程有微小的修正。

    2019年02期 v.29;No.190 8-28页 [查看摘要][在线阅读][下载 511K]
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  • 创新量纲分析重导玻尔模型能级公式

    邓崇林;

    本研究仅从波长实验数据入手,完全独立于玻尔模型,单靠量纲分析就能推导出其能级公式,展现迥异于玻尔模型的物理图像。本文会将现行量纲分析辅以一套自创手法、两个补充概念、三项物理特性,并针对氢原子物理系统,从不连续光谱波长开始,先以创新法找出氢原子光谱线的规律,接着采用Π定理算出氢原子玻尔半径,然后用瑞利法定出氢原子基态能量,最后重新导出玻尔模型能级公式。一路用不同的量纲分析手法连贯下来,此套方案与概念可用到其他类似的原子物理体系中。

    2019年02期 v.29;No.190 29-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 149K]
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  • “课程群”组织体系:对物理学基础课程教学体系的思考

    罗洪刚;王建波;刘玉孝;

    本文以物理学基础课程为例探讨"课程群"组织体系。围绕物理学基础人才的培养,提出数学物理基础、力学基础、热学基础、电磁学基础、光学基础、量子基础以及计算物理基础等七个"课程群"建设方案,构建从本科生到博士研究生培养所需的课程体系。这个体系对所有的物理学课程实施纵向管理,学生可根据自身的情况从初级课程到高级课程进行选择,直至博士研究生课程。所有的课程群由浅入深,不变的是物理思想和物理方法,变化的是研究对象和研究工具。这个方案能为物理学基础人才和应用型人才的系统培养构建"立体化"课程框架。

    2019年02期 v.29;No.190 35-38+44页 [查看摘要][在线阅读][下载 152K]
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  • 重视矢量场定理在电磁场理论教学中的应用

    李长胜;周震;冯丽爽;

    文章分析了场论基础与电磁场理论之间的相互关系,通过具体实例说明散度定理、斯托克斯定理、亥姆霍兹定理在电磁场理论课程中具有广泛的应用。在本课程教学过程中应特别强调这些矢量场定理的重要性,要求学生深刻理解和掌握这些矢量场定理并学会灵活应用,可以有效降低本课程的教学难度以及学生学习本课程的难度,从而提高本课程的教学效率。

    2019年02期 v.29;No.190 39-44页 [查看摘要][在线阅读][下载 159K]
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  • 光学教学中的“课程思政”研究与实践

    王向贤;

    "课程思政"是高等教育中实现过程育人、全员育人的新要求。在光学这门古老而年轻的课程的教学中,教师要充分思考和挖掘相关光学知识内容中的思政元素,诸如:光的"波粒二象性"与"易经"中"太极"的"阴阳两面性",电磁波的光速统一性与自身价值的认同性,光的全反射与光纤之父"高锟",望远镜与中国"天眼"和南仁东,量子卫星的"墨子号"命名等,并付诸于实践,从而实现光学课程教学与思政教育的有机统一和同向同行,既提高光学教学效果又增强学生的文化自信和价值认同。

    2019年02期 v.29;No.190 45-48页 [查看摘要][在线阅读][下载 109K]
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  • 白炽灯灯丝的正常发光温度、长度及直径的估算

    邵云;

    文章通过焦耳定律和能量守恒定律求出白炽灯钨丝长度与直径的完整的表达式,其中已考虑了钨丝的电阻率及钨丝表面的热辐射发射率随温度的变化,以及螺旋钨丝热辐射时的相互遮挡和灯泡内的气体向外界热传导的因素。指出钨丝的长度与直径是由灯泡的功率、电压、灯丝的发光温度、灯丝的结构和灯泡的充气类型等共同决定的,并非任意设置。利用求得的表达式结合灯泡光效的表达式分别求出在JJG 247—2008规定的基本光效下常见的40W、60W、100W普通充氮泡和充氩泡单螺旋灯丝的正常发光温度T、长度l和直径d。利用一种实践经验公式求出同样功率下实用充氩泡灯丝的T、l、d和灯泡光效η_l。对这3种灯泡的结果进行对比与分析,指出理论公式及其计算结果的准确性,指出理论公式的其他应用价值,同时纠正了两种错误的认识。文章可为相关内容的教学提供一些参考。

    2019年02期 v.29;No.190 49-53+59页 [查看摘要][在线阅读][下载 152K]
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  • 从认知语义学的视角看数学方法在物理学中的应用

    贾光一;刘玉环;张靖雯;龚洁;霍亦琦;

    数学和物理是两门联系密切的学科,掌握一定的数学方法对学好物理知识具有重要的作用,但当前的大学生经常不能将数学方法很好地融入物理学应用中。数学之于物理好比语言之于生活,认知语义学在研究语言和人类认知世界之间的关系时提出了具身体验、百科观、语境等认知机制,将这些认知机制映合到人们通过数学方法认知物理规律的过程中,可以发现当前有关高等数学和大学物理教学中存在的问题。文章通过案例分析研究学生的认识论和认知过程,可为问题的解决提供有益的帮助和解决思路。

    2019年02期 v.29;No.190 54-59页 [查看摘要][在线阅读][下载 180K]
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  • 缩减法计算刚体的转动惯量

    田斯绮;贺西平;

    大一学习力学的同学一般是运用微积分工具进行转动惯量的计算。本文介绍计算刚体转动惯量的一种简单方法——缩减法,即按比例放大或缩小原刚体,引入无量纲常数并保持转动惯量的量纲不变,求得该无量纲常数即可求得转动惯量。文中提供了一些算例。这种方法有利于学生开阔思路,进一步理解转动惯量的物理意义,并掌握计算转动惯量的方法。

    2019年02期 v.29;No.190 60-63页 [查看摘要][在线阅读][下载 131K]
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  • 基于移动学习的光学课程翻转课堂设计与实证研究

    李玉强;张丽;阿克木哈孜·马力克;

    随着泛在学习理念的快速发展和普及,SPOC、翻转课堂等信息化课程建设的相关研究报道越来越多,但对契合边疆多民族地区的、校本化的相关课程建设和实证鲜有报道。本文基于移动学习环境,设计了基于校本化的SPOC光学课程翻转课堂教学模式。教学实践表明,该教学模式能激发学生学习兴趣、提高学生对学习时间的自主管理和支配、活跃面对面课堂授课教学效果、显著提高学生的学业成绩。基于教学实践反思,提出了立足学生实际,优化教学设计;基于学情分析,及时教学干预;围绕个性教学,丰富互动方式等教学设计应对策略。相关研究工作可为翻转课堂的设计和实践提供有益的借鉴。

    2019年02期 v.29;No.190 64-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 236K]
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  • 混合式教学形成性评价研究

    张小娟;张睿;杜娟;

    在混合式教学过程中,教师往往通过课堂或在线测试的方式,针对学生知识掌握程度做出形成性评价,从而方便教师和学生调整教学与学习策略,提高教学效果。根据测试题的难度与区分度,建立合适的测试题库,对有效的评估学生的学习成效至关重要。文章通过二参数逻辑斯蒂模型与传统方法、单参数逻辑斯蒂模型的比较,验证了二参数逻辑斯蒂模型对于难度和区分度估计的合理性,并根据研究结果,对混合式教学中形成性评价中测试题的选择提出建议。

    2019年02期 v.29;No.190 70-73+111页 [查看摘要][在线阅读][下载 167K]
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物理实验

  • 涡激运动的研究性实验设计

    雷宇昇;李晓彤;丁进;刘伟;史庆藩;

    文章结合涡激运动的基本原理与传统拖曳水池的设计,提出了一种小型的研究涡激运动现象的模型实验设计,并描述了其实验装置的结构与原理。在分析了涡激运动理论成因的基础上,进行了涡激运动现象研究性实验:观测到了圆柱浮力筒涡激运动在水平面内运动的标志性"8"字形轨迹,并着重研究了涡激运动的运动响应随水流速度的变化关系。本实验可以使学生更加直观地感受流体力学中的复杂现象,提高学生的创新实践能力。

    2019年02期 v.29;No.190 74-80+85页 [查看摘要][在线阅读][下载 548K]
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  • 测量不确定度分析在大学物理实验设计中的应用

    樊代和;贾欣燕;刘其军;常相辉;魏云;

    测量不确定度分析是大学物理实验课程中的重要内容之一。近几年,西南交通大学物理实验中心通过对学生相关不确定度分析知识的全方面讲授,深入地将其应用到大学物理实验内容设计的应用中,并取得了良好的效果。本文以单摆的研究、杨氏弹性模量测量、分光计测量三棱镜折射率3个实验为例,详细介绍了不确定度分析在大学物理实验教学中起的重要作用。通过将不确定度分析应用到实验内容的设计中,一方面可以加强本科生对大学物理实验课程的深入学习,另一方面可为培养学生的创新能力奠定基础。

    2019年02期 v.29;No.190 81-85页 [查看摘要][在线阅读][下载 177K]
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  • 非线性驻波场的实现及其稳定性研究

    张敬雯;王文玲;董国波;

    本文探究了影响非线性驻波声场稳定性的因素,引入反映声场束缚能力的物理量——势阱深度,直观形象地反映了声场稳定性,将提高声场稳定性的问题转化为提高声场中最大声压振幅的问题,并进一步,将理论应用于非线性驻波场的声悬浮装置,探究其发射面与反射面之间距离与声场最大声压振幅的关系。理论上得到了声场稳定性显著提高时发射面与反射面之间的距离,并实验检验了其合理性。最后,基于对物体在声悬浮装置中稳定性的实现,制作出了可以对悬浮物进行显微观察的声悬浮显微镜。

    2019年02期 v.29;No.190 86-90页 [查看摘要][在线阅读][下载 309K]
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  • NaCl溶液补偿非平衡热光关联成像系统

    高禄;肖珂;桌琳杨;吴昊;谢鑫;

    热光无透镜鬼成像系统要求物光和参考光两个光路的光程相等,当不满足此条件时,成像质量就会下降。实际应用中热光关联成像系统两臂长度相等的条件极为苛刻,很难满足。笔者设计了一种补偿式热光关联成像系统的实验方案,利用NaCl溶液补偿物光和参考光两个光路的光程差。实验结果表明,将一定浓度的NaCl溶液放在光程较长的光路中,可以有效补偿非平衡系统的光程差,从而获得待测物体清晰的关联像。

    2019年02期 v.29;No.190 91-93+99页 [查看摘要][在线阅读][下载 185K]
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  • 利用太赫兹技术测量冰的融化速率

    詹洪磊;王焱;苗昕扬;祝静;赵昆;

    近年来由于冰雪灾害导致的电网、公路结冰以及农作物和树木不堪重负而倒塌的现象频繁出现,对工程设施、交通运输和人民生命财产造成了直接破坏,所以对于冰融化过程的探究仍然值得关注。本文提出一种利用透射式太赫光谱系统探测冰融化过程的方法。当冰表面开始融化时,表面产生的水对太赫兹波有更强的吸收,且太赫兹波对于这一固液相的转变非常敏感。因此,可通过分析太赫兹透射信号峰值的强度下降速率了解冰表面融化状况。本文选取两种不同融化速率的物质作为实验样品,在常温22℃下进行融化实验,结果表明,纯水冻成的冰块的太赫兹透射信号强度的下降速率大于冰晶的下降速率,验证了冰晶盒具有良好的蓄冷作用。

    2019年02期 v.29;No.190 94-99页 [查看摘要][在线阅读][下载 284K]
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  • 基于圆筒形电容器的粮食含水率测定研究

    李靖轩;冷文秀;

    利用电容器的电特性设计制作一种粮食水分测定装置,以快速测定大米水分含量。由于以大米为介质的圆柱形电容器电容极小,故设计了微小电容测量电路,即以M328单片机为核心的测量仪。传感器部分为铜质圆筒电容,通过实验测量分析出了粮食水分检测时的各项参数如粮食含水率、载装密度对于电容值的贡献率,进行误差分析并得出电容-含水率-载装密度的拟合函数。最后还分项进行单一变量的探究实验,分析每一因素对电容的影响程度,发现在偏差允许范围内,得出的电容计算公式具有较高的准确度,制作的水分测定装置能够较为准确地检测出粮食的水分,可适用于生活中基本粮食水分测量。

    2019年02期 v.29;No.190 100-105页 [查看摘要][在线阅读][下载 305K]
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  • 基于β衰变能谱测量探索确定~(137)Cs衰变分支比的方法

    李冉;张泽涛;秦雨浩;任赞;张高龙;

    文章用Si(Li)漂移探测器测量了~(137)Cs的β衰变能谱和内转换电子能谱,对高能区β能谱进行了库里厄图处理,得到~(137)Cs发生两种β衰变,分别到达~(137)Ba的基态3/2~+和激发态11/2~-的衰变分支比分别为(4.4±0.9)%和(95.6±0.9)%,该结果在统计误差的置信区间范围内。高能β射线的最大能量为(1022±274)keV,该结果同样在置信区间内,验证了本文采取的方法是正确的。由此绘制出~(137)Cs完整的衰变纲图,证明了测量β衰变能谱和内转换电子能谱的实验方法与理论基础的实用性。

    2019年02期 v.29;No.190 106-111页 [查看摘要][在线阅读][下载 327K]
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  • 对影响快链条运动状态的相关参数的研究

    张童欣;李晋斌;谢金江;张芳芳;

    关于绳子、锁链这样的一维柔性物体的力学问题拥有悠久的历史。这类问题的传统处理方式是通过微元法列出线性常微分方程求解,大多数复杂情况的求解都涉及数值模拟方法的介入。但是,对于一些有明显链节的链条,我们发现其力学特性已经无法支撑起连续性的假设,因此本文试图从物理模型本身出发,建立了由若干根与地面呈一定倾角的棍子交错排列连接而成离散模型,并利用此模型重点研究了奇特的快链条现象,探讨了快链条下落的运动状态和棍子与地面的夹角、棍子数目、棍子长度、快链条下落初始高度等因素的关系,并尝试将此模型推广到另外一些经典离散变质量系统,为相关工程理论的建立提出了一定的新思路。

    2019年02期 v.29;No.190 112-122页 [查看摘要][在线阅读][下载 921K]
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风采实录

  • 2019上海市高等学校物理基础课程(实验课程)青年教师讲课比赛

    <正>由上海市物理学会主办、同济大学物理科学与工程学院承办的2019上海高等学校物理基础课程(实验课程)青年教师讲课比赛暨2019全国高等学校物理基础课程(实验课程)青年教师讲课比赛上海地区选拔赛于2019年4月27日在同济大学顺利结束。"2019年全国高等学校物理基础课程青年教师讲课比赛"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学类专业教学指导委员会和中国物理

    2019年02期 v.29;No.190 2页 [查看摘要][在线阅读][下载 250K]
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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

    2019年02期 v.29;No.190 123页 [查看摘要][在线阅读][下载 676K]
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