物理与工程

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教学研究

  • 双原子分子振动热容量辨析

    游子轩;周子诺;谢贤烨;赵宇航;王鑫;刘全慧;

    双原子分子理想气体中,分子内部振动运动和转动运动最简单的耦合使得振转运动对能量均分定理会出现偏离,此时,振动自由度对能量的贡献不一定是kT。对于氢分子来说,即使温度接近离解特征温度,振动自由度对能量的贡献近似为kT,即能量均分定理成立。

    2023年02期 v.33;No.214 5-8+12页 [查看摘要][在线阅读][下载 191K]
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  • 国际高校同伴辅导制的理论基础、研究与实践

    徐祯;张萍;DING Lin;张文凯;

    同伴辅导制是指大学生之间合作,由有经验的一方对另一方提供帮助和支持的机制,国际上已经有数十年的历史,并经研究证实在提高学业成绩、心理支持和新生适应性等方面具有良好效果。高校成功推行同伴辅导制,需要深刻理解其中的教育理论、关注相关研究成果和借鉴已有的实践经验。

    2023年02期 v.33;No.214 9-12页 [查看摘要][在线阅读][下载 111K]
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  • 第22届亚洲物理奥林匹克竞赛理论部分第2题试题与解答

    张思遥;王槿;张天浩;董校;宋峰;刘丽飒;孔勇发;

    第22届亚洲物理奥林匹克竞赛理论试题共三道,其中第二道题为相变的力学模型(A Mechanical Model for Phase Transitions)。该试题以朗道相变理论为背景,研究旋转的环上小球的运动,建立并分析相变的力学模型。本文介绍了该试题内容及解答,并对试题和选手作答情况进行了简要分析。

    2023年02期 v.33;No.214 13-17+23页 [查看摘要][在线阅读][下载 187K]
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  • 解决芯片技术卡脖子的问题,应从高中物理教学抓起——基于中美高中物理教材中“固态电子学”知识的比较

    黄雨竹;黄致新;

    中美贸易摩擦背景下,芯片技术卡脖子问题引发了教育界对科技创新人才培养的思考。本文从“卡脖子”问题出发,分析比较了中、美高中物理主流教科书中有关“固态电子学”相关知识的分布情况、主要内容和学习要求的差异情况。分析结果表明:中国高中物理教材中涉及的“固态电子学”知识主要以科普应用为主,整体分布较为零散,要求掌握程度较低;而美国高中物理教材中所涉及的“固态电子学”知识则包含更多与能带理论和半导体物理相关的理论知识,有利于为学生未来学习“固态电子学”、从事芯片研发行业打下一定基础。基于此,建议高中物理教材编写增加部分固体物理基础理论知识,建议师范院校人才培养应将“固体物理”设为必修课程。

    2023年02期 v.33;No.214 18-23页 [查看摘要][在线阅读][下载 161K]
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  • 基于大科学工程的初中物理跨学科实践活动设计——以子午工程探测电离层电子浓度为例

    陈雨晴;官文聪;郭庆;乔翠兰;

    当前经济社会发展需要跨学科人才,《义务教育物理课程标准(2022年版)》提出“跨学科实践”主题,明确指出培养跨学科人才。大科学工程综合了多学科领域的知识观念、思维方法,具有丰富的跨学科实践教育价值。以子午工程探测电离层电子浓度为例,应用其原理、科学数据等设计跨学科实践活动并进行实践。通过分析科学家的任务流程、科学家与学生的差异,设计跨学科实践活动流程;结合学生知识水平简化其中的跨学科知识;设计系列问题与活动构建脚手架辅助学生逐步学习,完成实践任务。

    2023年02期 v.33;No.214 24-30页 [查看摘要][在线阅读][下载 302K]
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  • 大学物理与高中物理光学部分的教学衔接研究——以夫琅禾费单缝衍射的讲解方法为例

    朱云龙;任永志;李玉祥;

    光学是现代物理学的重要分支,在大学物理教学中具有重要地位。高中物理与大学物理的教学侧重不同,如何衔接高中物理光学部分知识点与大学物理课堂教学是高校教师授课中的难点之一。为针对学生基础设计适合的讲解方式,从而提升大学物理光学部分的教学效果,本文以夫琅禾费单缝衍射为例,依据光程对称关系设计了一种新的讲解方法,可帮助仅有高中物理光学基础的学生快速理解半波带法计算衍射条纹规律的基本原理。通过调查问卷的方式验证了新讲解方法的有效性,证实了适当的教学设计对实现光学部分教学衔接的积极作用。

    2023年02期 v.33;No.214 31-35+44页 [查看摘要][在线阅读][下载 177K]
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  • 物理教科书中STSE教育内容对科学素养的贡献研究

    贺向向;熊建文;

    STSE教育内容是科学素养的重要组成部分,是塑造具有科学素养人才的重要方法,也是2017年版普通高中理科课程标准所确立的重点课程目标。教科书作为学生获取知识的主要素材和教学的重要资源,其在一定程度上影响着教师和学生对STSE教育内容的认识与理解,也影响着学生科学素养的达成。为了探究教科书对科学素养的贡献,建立了“科学素养导向的STSE教育模型”,基于该模型建构了STSE教育内容的文本分析框架(包括5个一级维度和17个二级指标)。以人教版高中物理教科书(共六册)作为研究对象,对教科书中STSE教育内容进行了定量与定性相结合的研究,共确定了179个与STSE教育内容相关的陈述。结果表明,该教科书高度强调科学、技术、社会、环境的相互关系,为科学素养的达成提供了重要素材,但也发现五个维度的表征不均衡且部分二级指标有缺失,也存在技术作为应用科学知识论层面的认识。最后,针对研究结果提出了一些建议。

    2023年02期 v.33;No.214 36-44页 [查看摘要][在线阅读][下载 462K]
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  • 大学电磁学视角下的高考电磁学问题研究

    龙玉梅;王文涛;郑琦溶;张雪;郑泰玉;

    随着高中物理新教材的使用以及新高考在全国的陆续施行,对高中物理教学而言,无论是教学内容还是教学形式都出现了许多新的课题。这就使得站在高观点下(即大学普通物理学角度)研究高中物理,不仅成为教学改革的迫切任务,也成为了新课程下物理教学改革的一个主流方向。本文将结合2道高考试题,浅谈如何在大学电磁学视角下对高中电磁学问题进行深入研究,旨在引导高中物理教师和物理专业的师范生加强挖掘高中物理问题背后隐藏的知识,从而提高自己的物理素养,形成全面、扎实、灵活的学科知识结构。

    2023年02期 v.33;No.214 45-48页 [查看摘要][在线阅读][下载 140K]
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  • 殊途同归 择优而行——以“一题多解”为例浅谈数学物理方法课程思政

    祝俊;甄嵘嵘;李志坚;马杰;

    数学物理方法课程是物理学专业和部分工科专业重要的基础课,在数学物理方法课程中融入课程思政,是新时期落实立德树人教育根本目标的必要之举。基于数学物理方法课程教学内容和知识体系的特点,该课程开展思政建设的重点在于提高学生的科学思维意识、辩证思维能力和创新能力。本文我们以教学内容中经典例题的“一题多解”为引,以“殊途同归择优而行”为切入点,浅谈在数学物理方法课程思政建设中的一些思考和教学实践。

    2023年02期 v.33;No.214 49-53页 [查看摘要][在线阅读][下载 149K]
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  • 固体力学内耗理论讲授方法

    乔吉超;郝奇;邢光辉;

    固体内耗是研究原子迁移、微观结构演化的重要方法,对理解固体结构缺陷动力学弛豫过程具有重要作用。本文从能量和应力应变滞回曲线出发推导了固体力学内耗表达式,后结合内耗与固体微观结构缺陷弛豫的本征关联概述了晶态固体和非晶态固体力学弛豫模式的研究前沿,这对于固体黏弹性力学的课程教学具有重要借鉴价值。本文结合作者近几年的固体内耗理论教学实践及研究成果,从教学内容、教学方法和教学环节等方面探讨该课程的教学。文中的教学措施可为其他讲授力学课程的教师提供参考。

    2023年02期 v.33;No.214 54-59页 [查看摘要][在线阅读][下载 217K]
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  • 浅谈工程物理

    王凯;矫金龙;陈海;

    为了继承发扬王淦昌先生“以身许国”的精神,浙江大学物理学系2018年起开设“工程物理导论”课程,将涉及核武器的公开物理原理和我国研制核武器的历史特别是老一辈科学家科学报国的精神有机融合在课堂教学中。工程物理是一门典型的交叉学科,一方面核结合能的释放是一个微观核物理过程,而要得到宏观效应则是一个典型的非平衡态统计物理的输运问题,因此,涵盖了核物理、原子物理、中子输运、等离子体物理等一大批学科方向。课程以培养物理学专业的学生对大科学工程和工程科学的理解为目标。为纪念王淦昌先生诞辰115周年,我们将课程讲义的导论部分整理修改形成了此文。

    2023年02期 v.33;No.214 60-72+80页 [查看摘要][在线阅读][下载 561K]
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  • 新工科牵引下大学物理实验课程改革与实践

    秦平力;余雪里;马良;

    工程素养的培养离不开“大学物理实验”等自然科学课程的支撑。在大学物理实验教学过程中,开展“课内+课外”“课堂+现场”“线上+线下”“平时+期末”在内的系列课程改革,突出实验创新,形成以“理论知识内化、实验能力提升、工程素养培养”为目标,以“教学内容重构、平台建设创新、评价体系完善”为载体,以“提升教师教学创新意识和能力”为支撑,以“融合现代化信息技术”为手段的“四位一体”课程改革思路,建构“理论课堂-实验实践-大赛创新”协同育人模式,提升工科生的工程素养,夯实新时代一流专业建设和工程教育专业认证的基石。

    2023年02期 v.33;No.214 73-80页 [查看摘要][在线阅读][下载 866K]
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  • 基于Python的科里奥利力对物体运动影响的可视化模拟

    马淑红;侯振;焦照勇;常钦;

    为了直观清晰地观察地球自转产生的科里奥利力效应,本文以抛体和傅科摆运动为例,基于Python编程的计算机模拟和可视化图像分析方法,详细探究了不同运动条件下科里奥利力对物体运动影响的异同及其原因,描绘出转动参考系中“相对运动—横向偏移—科里奥利力”之间关系的物理图像。通过计算模拟将抽象的理论可视化,有效地促进学生对物理过程的深刻理解,培养学生计算思维和创新思维能力,提高学生分析和解决问题的能力。

    2023年02期 v.33;No.214 81-87页 [查看摘要][在线阅读][下载 878K]
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  • 新工科背景下量子力学教学内容优化研究

    邓丽城;陈德媛;郭艳艳;

    量子力学是描述微观粒子运动规律的理论,在工科专业教学体系中起着基础性、先导性的作用。然而,当前工科专业的量子力学课程存在学时数少、学生数学知识储备不足的问题,给教学带来了巨大的挑战。为了解决上述问题,本文在新工科建设的背景下,对量子力学教学内容的优化开展了深入的探索研究。在多年教学实践基础上,根据立德树人的教育根本任务、量子力学课程特点以及我校微电子科学与工程专业教学情况,对量子力学教学内容给出了具体优化措施,并取得了较好的教学效果。

    2023年02期 v.33;No.214 88-92页 [查看摘要][在线阅读][下载 313K]
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  • “三位一体”下大学物理实践类课程探索——以“现代物理学在创新创业中的应用”课程为例

    翁雨燕;董裕力;杨俊义;方亮;

    本文阐述了苏州大学物理科学与技术学院新生实践衔接类课程——“现代物理学在创新创业中的应用”的建设历程。为了帮助学生从脑到心完成大中学习的转型,课程充分发挥信息技术和朋辈学习的优势,结成教学共同体,立足“学生中心”。课程经历6轮教学周期,形成了以立德树人为根本,以课程实验项目化、阶梯化和成果化为建设思路的三位一体教学模式。课程实施过程中,我们以教学产出为导向,持续改进课程,积累了一些在创新人才培养奠基方面的有益尝试,为新时代物理实践类课程的建设提供思考。

    2023年02期 v.33;No.214 93-100页 [查看摘要][在线阅读][下载 689K]
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  • “物理光学”一流课程建设探索与实践

    云茂金;刘眉洁;王进;王美;邵渭泉;滕冰;

    课程是人才培养体系中的最基本单元,是高校立德树人的重要载体。多年来,青岛大学“物理光学”课程团队以应用物理学国家级特色专业和国家级应用物理实验教学示范中心为平台,以山东省重点教研项目为抓手,以学生发展为中心,以立德树人为根本任务,围绕课程的创新性、高阶性、挑战度开展了有益的探索和实践,构建了知识、能力、素质三位一体的人才培养目标,并取得了一定的阶段性成果,对同类课程的建设起到一定的示范和推广作用。

    2023年02期 v.33;No.214 101-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 228K]
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  • 基于“三位一体”目标的力学一流课程的内涵建设与改革实践

    刘冬梅;董科;梁颖;刘文彪;周雨青;

    本文介绍力学一流课程建设中,如何依托课程思政元素实现力学课程“三位一体”的育人育才目标。全文从课程目标、师风师德、资源建设等角度探讨改革思路的形成,从课程思政元素的挖掘和教学实践的角度探索教学效果的提高。借助课程思政这根弦,奏响力学课程中价值塑造、能力培养和知识传授“三位一体”的主旋律,最终实现立德树人总目标。

    2023年02期 v.33;No.214 105-112+118页 [查看摘要][在线阅读][下载 328K]
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物理实验

  • 汽车车窗玻璃膜上出现超长亮线机理的探究

    吴澄迪;张德邻;雷科建;吴青林;

    随着膜技术的发展,在汽车贴膜上的应用也越来越多,在生活中发现的奇特现象也越来越多~([1]),在本文中,根据发现“透过车窗玻璃膜观察路灯时会出现一条超长的亮线”这一现象,进行机理上的初步探究。本文先进行初步分析:运用光学知识分析以及Matlab仿真分析推断可能的结构与机理——在光源到人眼这一光路中一定存在某一超细的细缝(丝)或光栅结构,接着实验验证了相关光学理论,并相继观察了别的光源,判断出是由于汽车膜中的特殊光栅结构导致的“超长亮线”这一现象,接着搜寻相关资料去找出汽车膜中这一特殊的结构,得出结论。

    2023年02期 v.33;No.214 113-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 497K]
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  • 基于铷原子双光子跃迁的原子谱线展宽机制教学演示

    王铿淇;郭进先;

    测量原子光谱是揭示微观粒子微观结构与运动规律的重要手段,因而从本科到研究生阶段都会涉及到相关领域的教学,特别是光谱的相关教学。然而,由多普勒效应等引起的非均匀展宽及原子碰撞等引起的均匀展宽极大限制了谱线的分辨精度。在科学技术的发展中,为了获得更高的分辨精度,消除原子谱线的展宽成为重点研究方向。而在相关教学方面,碱金属原子体系由于其优异的能级特性,成为了研究展宽机制的有效途径。而在目前的本科教学中,缺乏除对多普勒展宽以外的多种原子谱线展宽机制的演示。因此,本文利用铷原子5S_(1/2)→5P_(3/2)→5D_(5/2)双光子跃迁谱线,测量改变激光功率、原子池温度等条件下引起的原子谱线半宽变化,验证双光子跃迁的同时,重点演示了原子谱线展宽的机制以及谱线半宽的测量方法。通过本实验,本科生一方面可以掌握原子谱线展宽与双光子跃迁的相关知识,以更深刻地理解了理论知识的内涵,另一方面通过自主搭建实验仪器锻炼了本科生的动手能力,对提升物理专业本科学生的素养尤为重要。本文所展示的实验装置简单,易于搭建,适合课堂演示和实验教学。

    2023年02期 v.33;No.214 119-125页 [查看摘要][在线阅读][下载 412K]
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  • 全国大学生物理实验竞赛(创新)讲课类比赛心得与体会——以心脏起搏器实验为例

    邓雨琪;赵西梅;王锦辉;王宇兴;

    心脏起搏器实验是一个面向医学院大一学生开设的具有医学特色的物理实验,在第七届全国大学生物理实验竞赛(创新)讲课类比赛中获得一等奖。以心脏起搏器实验为例,分享在讲课过程中怎样备赛和进行教学设计的过程,体现出实验教学融入人文情怀元素对学生情感价值的引领,凸显心脏起搏器实验的医学特色,凝练心脏起搏器实验教学的亮点和创新点,激发出学生对物理实验的兴趣,可供参赛选手参考。

    2023年02期 v.33;No.214 126-130页 [查看摘要][在线阅读][下载 294K]
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  • 居家DIY光栅衍射系列实验

    魏波;黄丽;辛丽;赵华;徐玲玲;赵海发;张宇;

    新型冠状病毒防控给大学物理实验教学带来了新的挑战和机遇。教师线上教学,学生居家自主实验正成为这一特殊时期的实验教学的新特色。本文主要介绍“居家DIY光栅衍射系列实验”。以激光笔为光源,利用常见的钢尺、丝网、光盘和液晶屏作为材料,实现了一维/二维和透射/反射四种条件的光栅衍射。本系列实验通过生活中常见的简单器材,可以观察到丰富的光栅衍射现象并进行精度较高的测量,使学生在感受创造条件进行实验乐趣的同时加深对衍射的理解。因此光栅衍射系列实验非常适合作为居家和线下实验内容。

    2023年02期 v.33;No.214 131-135页 [查看摘要][在线阅读][下载 255K]
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  • 迈克耳孙干涉仪中动镜微小位移量的测量方法研究

    张再源;徐永祥;

    研究了迈克耳孙干涉仪中可动镜微小位移量的精确测量方法。利用单色光定标确定条纹间距与像素间隔之间的关系,进而利用白光干涉通过测量零级暗纹中心的移动量,由此得到动镜的微小位移量。对于单色光条纹图,通过逐行傅里叶变换、移频、低通滤波与反变换消除条纹噪声,进而利用多项式拟合、条纹极值点自动搜索等得到条纹间距与像素间的换算关系;而对于白光条纹图,则利用条纹平滑、设定限定性阈值消除个别奇异极值点和各行值平均等方法得到其中央零级暗纹中心移过的像素间隔。由此最终精确得到动镜的微小位移量。论文算法综合运用了图像处理技术、最小二乘拟合技术、条纹极值点自动搜索技术等,实现了对迈克耳孙干涉仪中动镜微小位移量测量算法的智能化,可用于标定干涉仪中平面参考镜的微小位移,也可用于测量透明薄膜的厚度。

    2023年02期 v.33;No.214 136-142页 [查看摘要][在线阅读][下载 412K]
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  • 混合型双光束干涉全息照相的设计与探究

    林泽芸;叶沛林;余俊龙;郑晓璇;卢志豪;彭军;

    基于单光束干涉和一般的双光束干涉全息照相实验,本文设计了一种反射透射混合型双光束干涉光路,从理论上分析了两束物光与一束参考光干涉叠加后在全息干板上的强度分布情况,通过对照实验:拍摄只有反射物光的单光束干涉光路、只有透射物光的单光束干涉光路、反射透射混合型双光束干涉光路的全息图,对比分析成像效果,结果表明本文设计的光路拍摄得到的全息图成像更完整、更清晰、层次感更强;并进一步通过控制变量法,改变不同的影响因素,进而提高全息图的成像质量。经过多次探究,结果表明,当使用GS-I型全息干板,使用功率约为2.23mW、波长为632.8nm的氦氖激光器拍摄全息图时,控制曝光时间为15s,反射物光与参考光之间的夹角为25°~35°,透射物光与参考光之间的夹角为20°~30°,反射物光、透射物光与参考光的光强比约为1∶1∶1,全息图整体成像效果最佳。

    2023年02期 v.33;No.214 143-146+151页 [查看摘要][在线阅读][下载 192K]
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  • 偏振密码演示仪的设计与应用

    王刚;杨广武;徐义爽;陆小翠;马增红;

    针对应用型本科院校大学物理教学过程中,课堂演示实验使用多以现象观察为主,缺乏学生参与仪器制作机会的问题,设计了偏振密码演示仪,并利用偏振密码演示仪设计演示场景,将其用于大学物理教学和科普活动中。通过观察演示现象、分析演示原理、设计密码拼接方案、科普展演等过程,加深学生对偏振知识的理解,提高学生应用偏振知识设计仪器、提出自己的见解及传播偏振知识的综合能力。通过与穿墙而过演示仪进行对比得出偏振密码演示仪的使用受到了更多学生的喜爱,可见偏振密码演示仪符合应用型本科院校的教学需求。

    2023年02期 v.33;No.214 147-151页 [查看摘要][在线阅读][下载 261K]
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物理与工程

  • 一种新型的电容式角度位移测量仪

    杨振清;丁凯洋;林春丹;宋志妍;付玉卓;

    本文设计了一种新型的可以测量角度以及位移的变极板正对面积式的差动电容测量仪。其中电容部分是由四块内极板以及一块外极板按照一定的方式安装形成的。当测量仪进行角度位移测量时,待测物体带动外极板旋转平移,外极板与四块内极板所形成电容的电容值发生变化;之后利用差动电容测量电路对这一变化进行测量,进而得出测量电路输出与电容值变化的关系,从而得到角度和位移的变化量,实现角度和位移的测量。

    2023年02期 v.33;No.214 152-154页 [查看摘要][在线阅读][下载 152K]
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