- DING Lin;张萍;徐祯;
应《物理与工程》邀约,2019年我们开始相对系统地撰写"物理教育量化研究入门"系列文章。目前已经发文2篇,分别是《物理教育研究中的量化研究方法》(总述,《物理与工程》2019年第3期第3—7页)和《物理教育量化研究方法:调查研究与描述统计》(《物理与工程》2019年第4期第3-6页)。本文是该系列文章的第3篇,主要介绍物理教育研究中的实验/准实验研究的基本概念和相关数据分析的入门知识,为有兴趣进入物理教育研究领域的教师展现出关于物理教育实验/准实验研究的一幅简图和路径方向。
2021年01期 v.31;No.201 3-7页 [查看摘要][在线阅读][下载 182K] [下载次数：466 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ] |[阅读次数：17 ] - 黄永义;
本文较详细地阐述了克喇默斯色散理论、量子力学的基本对易关系发展的三种形式——库恩-托马斯求和规则的萌芽形式,海森堡量子化条件的过渡形式和玻恩-约当、狄拉克的现代形式。这些内容有助于人们理解量子力学产生背景和海森堡、狄拉克对量子力学的原创工作。此外,本文还简要介绍了矩阵力学求解氢原子的过程,阐述了波动力学和矩阵力学的等价性。
2021年01期 v.31;No.201 8-16页 [查看摘要][在线阅读][下载 233K] [下载次数：634 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：32 ] - 张孟;陆慧;吴赵龙;钟菊花;
针对物理竞赛中出现的细绳牵引条件下小球碰撞问题,引入能量耗散,建立相应的谐振子模型,求解得到其运动学方程。结合数值计算进一步探索完全与非完全弹性牵引碰撞的动力学演化和规律,得到弹性牵引碰撞后两物体运动呈现非线性特征,并随着时间演化两物体速度趋于一致的结论;同时对质心系和其他非惯性系中分析该牵引碰撞过程也作了讨论。本文对牵引过程的动力学方程和物体运动状态随时间的演化给出了具体的定量分析,为深入研究牵引碰撞的本质规律提供一定参考价值。
2021年01期 v.31;No.201 17-21+24页 [查看摘要][在线阅读][下载 688K] [下载次数：180 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：20 ] - 周越;张国锋;
在普通物理中一般只介绍理想流体的伯努利方程。由于气体具有显著的可压缩性,定量分析气体参量和流速的关系时还应考虑密度变化的影响。当气体与热库良好地接触,且膨胀和压缩过程进行得较为缓慢时可以视为等温过程。在《等温条件下可压缩理想气体的伯努利方程》一文中利用能量守恒导出了等温条件下理想气体满足的伯努利方程,但在推导过程中由于忽略了气体与外界的热传递导致结果存在问题。本文指出了其不当之处,用两种方法给出了正确的推导,并基于导出的结果简要讨论了气体压强与流速的关系。
2021年01期 v.31;No.201 22-24页 [查看摘要][在线阅读][下载 191K] [下载次数：493 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ] |[阅读次数：15 ] - 陶俊琦;王蒙;程剑剑;郑华;
Glauber公式在量子力学中有着重要的应用,教科书中证明它的方法可以分为两种。一种是构造一个含有参变量的算符指数的函数,然后对参变量微分并利用Baker-Hausdorff公式,最后得到微分方程并积分求解得证。此方法存在一点瑕疵,因为在积分的过程中需要将算符放在分母,然而算符所对应的矩阵是没有除法的。另一种是先证明考虑算符对易性质的两个算符相加的二项式定理与不考虑算符对易性质的两个算符相加的二项式定理之间的关系,然后直接将Glauber公式中两个算符和的指数做展开并利用上述关系直接证明。此方法的证明过程略显复杂。本文通过构造、利用Baker-Hausdorff公式和算符的指数展开公式,给出了一种新的Glauber公式的证明方法。
2021年01期 v.31;No.201 25-27+30页 [查看摘要][在线阅读][下载 1027K] [下载次数：118 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：6 ] - 周天弈;陈奎孚;陈雪冬;
中央电视台第二频道所演示的"三根火柴杆吊八瓶矿泉水"实验,其背后平衡原因引起了热议。笔者对此实验情景建立了简化模型,并进行受力分析,指出结构能保持平衡的关键为悬线上三角(由下火柴杆与其上方悬线所构成)看似在铅垂面内,但实际处于略微倾斜的面内,这导致系统重心位于桌缘里侧,从而桌面提供的支持力能与载荷平衡。笔者针对上述观点设计了实验,通过白色斜线(悬线上三角的侧向投影)与黑色铅垂线的位置对比,使上述观点得到了证实。
2021年01期 v.31;No.201 28-30页 [查看摘要][在线阅读][下载 2578K] [下载次数：207 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：3 ] - 侯吉旋;
本文利用微正则系综研究了囚禁于一维谐振子势阱中的无相互作用的玻色气体和费米气体的热力学性质,并指出一维谐振子势阱中理想玻色气体和费米气体的热力学性质是相同的。
2021年01期 v.31;No.201 31-32+36页 [查看摘要][在线阅读][下载 408K] [下载次数：169 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：19 ] - 史博;陶宗明;张辉;单会会;麻晓敏;张连庆;王申浩;
变质量问题是经典力学中常遇到的问题,此类问题可通过系统的动量定理、动能定理或功能原理解决,但大部分老师和学生仍然对牛顿第二定律更加熟悉。本文通过牛顿第二定律和系统的动量定理两种方法推导出了适用于变质量物体的运动方程,并写成与牛顿第二定律相同的形式,便于理解与应用,命名为变质量牛顿运动定理。此定理为解决变质量问题提供了一种可选的方法,运用此运动定理,举例解决了多个变质量问题,较为简便,易于理解。
2021年01期 v.31;No.201 33-36页 [查看摘要][在线阅读][下载 278K] [下载次数：368 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：26 ] - 许嘉靖;刘玉颖;
电偶极子是电学中基本的概念,它是电介质理论和原子物理学的重要模型。随着电偶极子研究的不断深入,电偶极子模型的应用使很多理论有了更加科学合理的解释。特别是电偶极子在生物大分子中化学键的形成,维持DNA分子稳定的双螺旋结构,刺激改变蛋白质的结构和功能,决定物质的可溶性以及在心脏电活动等生命活动领域均起到重要的作用。为了更深入具体地了解电偶极子的作用,本文将对以上几个方面做以详细介绍。
2021年01期 v.31;No.201 37-42页 [查看摘要][在线阅读][下载 3243K] [下载次数：253 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：11 ] - 朱励霖;向钢;
为更好地培养学生的思维能力和创新意识,在教育部高等学校物理学类专业教学指导委员会立项资助和四川大学新世纪教改项目资助下,四川大学和华中师范大学联合对国内外具有代表性的《热力学统计物理》教材进行了比较研究。两校通过选取不同体系、不同风格的中英文教材作为授课教材和辅修教材,采用经常性定期交流和问卷调查等方式,对国内外经典教材进行系统研究,发现国内外教材各有特色,可互为补充。在此基础上,借鉴国外英文教材生动、形象、实用的特点,在授课内容中融入生活实例和科学前沿知识,提高了课程吸引力和课堂教学效果。
2021年01期 v.31;No.201 43-45页 [查看摘要][在线阅读][下载 100K] [下载次数：209 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：20 ] - 高华;李洁;董爱国;郑志远;董敬敬;黄昊翀;
课题研究性学习(student project),是美国高校课程教学中常用的一种提升学生学习兴趣、培养学生创新能力的教学方法。作者作为访问学者对被访高校开设的课程《Fundamentals of Physics 2》进行了全程旁听、观察和体验,特别就student project在教学过程中的实施进行了全面跟踪和深入的分析。本文以课题"自制电容雨量计"为例,深度剖析了student project在传授知识以及培养学生能力两个方面所起的积极作用。结果发现学生课题研究性学习与传统的课堂讲授相比,能够更有效地促进学生的自主学习,更好地激发学生的学习兴趣以及培养学生的各项能力。我国的高等教育在条件允许的情况下,也应尝试或加大课题研究性学习在合适课程中的开设力度。
2021年01期 v.31;No.201 46-49页 [查看摘要][在线阅读][下载 132K] [下载次数：82 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：18 ] - 许飞;罗锻斌;谢海芬;朱江转;
慕课(MOOC),即大规模开放在线课程,是"互联网+教育"的产物。本文主要分析了传统教学模式存在的问题,将MOOC与翻转课堂教学模式相结合,对大学物理实验教学进行深层次改革,详细介绍了各阶段的实施情况,探索其教学应用效果。
2021年01期 v.31;No.201 50-54页 [查看摘要][在线阅读][下载 1377K] [下载次数：172 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：5 ] |[阅读次数：25 ] - 黄乃兴;宋胜浩;张秀龙;李贤丽;姜晓岚;秦显荣;董向国;郝利丽;王强;
本文基于数据统计分析说明数学在物理学习中的重要性。结合研究结果,本文提出新工科专业课程设置应遵循的基本原则,指出课程设置应强化基础课程,尊重认知规律和教育规律,突出专业特色,辐射前沿领域及交叉学科。应用物理学专业改革应满足学生的个体需求。建议将部分传统必修课转为选修课。在物理专业课程教学中,按毕业规划将学生分类;针对不同类别学生,差异化布置课外学习内容;构建长效互动教学机制。对于普通高校,作者坚决反对全程使用PPT进行教学。
2021年01期 v.31;No.201 55-59+66页 [查看摘要][在线阅读][下载 610K] [下载次数：178 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：14 ] - 寇桁菘;唐淦;韩笑;朱亚彬;
本文依据一份物理实验能力的测试卷,在自主学习或合作学习模式下,结合问卷调查数据,运用层次分析法和单因子方差分析,分别讨论在两种学习模式下不同层次学生之间的差异。结果表明,在显著性水平为0.05的情况下,两种模式的检验统计量F值均大于其相应的临界值,说明在自主学习模式或合作学习模式下对不同能力的学生成绩提升都存在显著差异。本文依据合作自主学习理论和教育心理学理论,提出了合理化的教学建议。
2021年01期 v.31;No.201 60-66页 [查看摘要][在线阅读][下载 534K] [下载次数：293 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：27 ] - 朱中凯;刘亲博;王睿博;朱钦圣;吴明和;滕保华;
大学物理中不同带电体的电场等价性,能够较好地训练物理学习者的分析和解决复杂实际问题的逻辑思维,从而提高物理知识的具体应用能力。本文首先讨论了均匀带电球冠面和与之相切的均匀带电平面在球面北极点的电场等价性,然后证明了均匀带电圆弧和与之相切的均匀带电直线在圆环顶点处的场强是不等价的,并且指出只有引入随角度变化的电荷线密度才能使两者等价。
2021年01期 v.31;No.201 67-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 513K] [下载次数：232 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：24 ] - 姚振宁;刘起坤;周长林;
为了快速分析球形铁磁壳体间的相互磁化影响,提出一种能够计算外磁作用下球壳系统空间磁场的镜像解算法。从外磁作用下的单个球壳与单个球体产生的磁场规律出发,通过引入磁场比例系数把球壳间的相互磁化等效为球体间的相互磁化,并根据镜像法推导出球壳间的相互磁化规律,然后计算球壳间的相互磁化产生的附加空间磁场,从而得到球壳系统空间磁场的镜像解。通过分析衰减程度随阶数变化,讨论了镜像解的计算阶数如何选择。最后仿真实验结果表明,本文镜像解的计算误差较小,且适用于不同厚度的球壳系统空间磁场的计算。
2021年01期 v.31;No.201 70-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 2052K] [下载次数：84 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：11 ] - 吴鸿业;徐宝;
"晶系""格子系""晶族"这三个概念都被用于晶体分类。本文在厘清这三个概念之间的区别与联系之后,分述晶系和格子系划分中特征对称性与惯用胞参数之间的关系。又通过一个假想的例子和一个真实的例子,说明基于惯用胞参数划分晶系的缺点。最后指出,讲授"晶系"部分内容时最好指出,表示晶胞参数关系的不等号≠应该理解为"不必等于",而不是"不能等于"。
2021年01期 v.31;No.201 76-81页 [查看摘要][在线阅读][下载 922K] [下载次数：93 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 丁文革;王崇;张荣香;代秀红;
首先利用菲涅尔反射公式,给出界面反射光s分量和p分量的光强反射率公式。然后分析并推导出自然光和部分偏振光分别入射介质界面时,反射形成的部分偏振光偏振度的一般表达式。对反射光偏振度的模拟分析表明,当自然光入射时,随入射角增加反射光的偏振度先增大后减小。当部分偏振光入射时,若I_s>I_p,随入射角增加反射光的偏振度也是先增加后减小;若I_s<I_p,则随入射角增加,反射光的偏振度呈现两次减小、两次增加。在正入射和掠入射的情况下,反射光的偏振度均与入射光的相同;在布儒斯特角入射的情况下,反射光的偏振度均为1,即线偏振光。最后,对线偏振光入射的情形进行了理论分析和模拟。结果表明,从光疏入射光密介质时,反射线偏振光的振动方位角随入射角增加单调增加。从光密入射光疏介质时,若入射角小于全反射临界角,反射线偏振光的振动方位角也随入射角增加而增加;若入射角大于全反射临界角,则随入射角增加,反射形成的椭圆偏振光的椭圆率先增大后减小。反射光偏振态的这些变化规律,对改造光的偏振态以及反射光偏振态信息的应用具有实际意义。
2021年01期 v.31;No.201 82-87+103页 [查看摘要][在线阅读][下载 2708K] [下载次数：524 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：21 ]
- 詹洪磊;陈儒;苗昕扬;赵昆;
半波损失是大学物理教学中比较重要且抽象的概念,本文通过太赫兹光谱技术对石英比色皿进行测试直观地观测到半波损失现象。太赫兹波在空比色皿中经过多次反射后会产生半波损失现象,太赫兹时域光谱能够观测到太赫兹波的相位信息,从而观察到太赫兹波的半波损失现象,并经过多种比色皿测试得以证明。本文研究了太赫兹波的这一频段的物理特性,使得太赫兹技术可作为对半波损失现象直接观测的有效手段,值得在大学物理及实验教学中应用。
2021年01期 v.31;No.201 88-91页 [查看摘要][在线阅读][下载 1199K] [下载次数：296 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：16 ] - 靳又嘉;马世红;
为探究智能手机在大学物理实验中更广泛的应用,在布儒斯特角法测折射率的实验方法基础上进行改进。将手机的环境光传感器作为测量工具,智能软件作为数据记录工具,测量不同入射角度下p波的反射光强。之后通过拟合反射率曲线和菲涅尔公式的方法,得到ZF1棱镜的折射率为1.63±0.01。反射光强的误差分析得到传感器和光学实验中存在不同原因的误差因素,包含传感器自身的系统误差、反射角度的误差、偏振片的不消光影响。结果显示手机的光传感器测量特性良好,拟合菲涅尔公式测量结果更为准确。
2021年01期 v.31;No.201 92-95页 [查看摘要][在线阅读][下载 565K] [下载次数：526 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：5 ] |[阅读次数：20 ] - 廖德驹;沈韩;崔新图;冯饶慧;黄臻成;方奕忠;
实物实验与虚拟仿真实验,特别是基于物理模型的定量仿真实验同步有序进行,是当前提升实验教学效果的有效手段之一。这种教学模式既优化了教学资源,丰富教学方法和手段,又体现了物理学是实验科学的本质。结合基础物理实验教学需要,设计了包含RLC串联电路实验、交流电桥测电容电感实验、混沌电路实验和Multisim电路仿真等教学内容的虚实结合电学实验模块。将实验研究和定量仿真两种研究方法在实验课程中相结合,让学生从低年级就开始采用科研和工程设计的思维方法完成教学实验,能够有效培养其对知识的综合应用能力和创新能力。
2021年01期 v.31;No.201 96-103页 [查看摘要][在线阅读][下载 5419K] [下载次数：314 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：6 ] |[阅读次数：22 ] - 张师平;吴平;闫丹;裴艺丽;李莉;
"新工科"的建设要求我们培养具有面向未来的跨领域、跨学科的综合创新型人才。在这样的背景下,在大学物理实验教学中引入高新技术相关实验内容就显得尤为重要了。本文从LED领域的相关发展、LED发光原理及其光谱特性等几方面入手,给出了光栅光谱仪在LED发光光谱实验中的几个实验相关内容。希望通过本文,给出适合于大学物理实验的LED发光光谱实验内容,以实验内容为基础,给学习大学物理实验的学生更宽的视野,并打好未来工作的基础。
2021年01期 v.31;No.201 104-108页 [查看摘要][在线阅读][下载 1876K] [下载次数：331 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：29 ] - 方奕忠;沈韩;崔新图;白爱毓;黄臻成;廖德驹;冯饶慧;
本文设计了一个适用于本科教学的虚实结合物理实验。将四个不同阻值的金属膜电阻串联,包裹海绵保温材料。将电阻通电加热,利用NI CompactDAQ机箱和NI C系列热电偶模块设计多通道温度数据采集系统,测量四个电阻侧表面的温度随时间的变化关系。构建电阻加热的物理模型,利用COMSOL多物理场耦合软件的固体传热模块进行定量仿真,模拟结果与实验结果符合得很好。模拟和实验过程中均发现,当从初始温度(室温)开始加热时,经过约两分钟后,温度会趋向于平稳而不再上升,这与单实心圆柱体电阻模型的理论结果趋势相符合。但本文采用金属膜加热模型,更为接近真实电阻。
2021年01期 v.31;No.201 109-113页 [查看摘要][在线阅读][下载 2529K] [下载次数：399 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：20 ] - 盛明远;赵敬之;刘锦;朱怡然;王昭杰;谢海芬;
热源温度与距离是影响红外热释电传感器的两个重要因素。为了探究两者对红外热释电传感器输出电压的具体影响,本文通过基于热释电效应设计的测量电路以及MSO2014B型示波器、PS-2125型温度传感器等器材对不同热源温度与距离下的红外热释电传感器输出电压进行了实验研究。本文建立了热源温度与距离对红外热释电传感器输出电压影响的相关模型,相关系数为0.978。该模型的建立对红外热释电传感器的应用具有一定的指导意义。结果表明:在调制频率一定情况下,红外热释电传感器输出电压与温度成线性关系;红外热释电传感器输出电压与距离成指数型关系。
2021年01期 v.31;No.201 114-119页 [查看摘要][在线阅读][下载 2371K] [下载次数：464 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：20 ] - 胡森康;徐铮;刘伟;史庆藩;
随着物联网等技术的不断发展,对于室内环境下目标的精确定位的需求越来越大,本文提出了一种基于超声波技术的定位方法,此方法利用了GPS三角测量定位原理,并基于此原理搭建了由四个超声波接收器和一个超声波发射器以及计算机等组成的定位系统,并在此基础上编写了程序,实现了对物体的实时定位以及位置的可视化显示,同时也构建了实验平台并以此验证了系统定位的准确度。
2021年01期 v.31;No.201 120-123页 [查看摘要][在线阅读][下载 1986K] [下载次数：617 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：9 ] |[阅读次数：16 ]