宁鲁慧,王芳,陈君青,赫文豪,郑宁,刘鹏,刘伟

• 1:中国石油大学(北京)理学院
• 2:能源交叉学科基础研究中心
• 3:北京理工大学物理学院

摘要(Abstract)：

当前，高阶大学物理实验在力学、光学、电磁学等领域已建立了丰富的实验资源，然而，针对统计物理的大学物理实验仍较为稀缺。为此，本文结合玩具机器人实验的最新科研成果，创新性地设计了一系列围绕统计物理的实验项目。这些实验不仅具备低成本、简便操作和较强扩展性的优点，而且通过反常现象的出现，要求学生进行更精确的数据统计分析，深化对物理原理的理解。通过这些实验，学生能够直接体验并掌握统计物理中的基本概念和方法。该系列实验尤其在高阶及开放性实验教学中具有极大潜力，能有效激发学生的探索欲望及创新思维。本研究的贡献不仅在于提供了与统计物理相关的实验教学新范式，还有效地将前沿物理研究转化为实际的教学项目，为大学物理教学注入了新的活力。

关键词(KeyWords)： 大学物理实验;统计物理;玩具机器人;高阶;创新思维

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 国家自然科学基金项目(批准号:12304245);; 油气资源与工程全国重点实验室定向课题(批准号:PRE/DX—2407);; 中国石油大学(北京)科研基金(批准号:2462023YJRC031、2462024BJRC010)

作者(Author): 宁鲁慧,王芳,陈君青,赫文豪,郑宁,刘鹏,刘伟

参考文献(References)：

• [1] 鲍德松，郑远，王业伍.适合物理拔尖人才培养的物理实验教学模式探索[J].实验技术与管理，2020,37(12):241-243.BAO D S,ZHENG Y,WANG Y W.Exploration of physics experimental teaching mode suitable for cultivation of top physics talents[J].Experimental Technology and Management,2020,37(12):241-243.(in Chinese)
• [2] 赵伟，王中平，韦先涛，等.拔尖人才培养背景下开展英才物理实验教学试点的总结和展望[J].物理实验，2021,41(9):23-28.ZHAO W,WANG Z P,WEI X T,et al.Pilot teaching of elite physics experiment under the background of top-notch talent training[J].Physics Experimentation,2021,41(9):23-28.(in Chinese)
• [3] 潘刚，陈文娟，方莲.融合IYPT赛题的大学物理教学新模式[J].大学物理，2023,42(5):51-60.PAN G,CHEN W J,FANG L.A new teaching model of college physics integrated with IYPT[J].College Physics,2023,42(5):51-60.(in Chinese)
• [4] 吴平，张师平，李莉，等.信息化技术与物理实验教学的深度融合[J].物理与工程，2016,26(5):22-26.Wu P,Zhang S P,Li L,et al.The deeper integration of information technology and physics experiment course[J].Physics and Engineering,2016,26(5):22-26.(in Chinese)
• [5] 张增明.64学时大学物理实验线上教学方案及其设计思路[J].物理与工程，2020,30(2):7-10.ZHANG Z M.Syllabus of college physical experiments for online with 64 credit hours[J].Physics and Engineering,2020,30(2):7-10.(in Chinese)
• [6] 郑志远，高华，黄昊翀，等.新形势下大学物理实验考核方式的多元化探索与实践[J].物理与工程，2021,31(5):147-151.ZHENG Z Y,GAO H,HUANG H C,et al.Diversified exploration and practice of examination methods of college physics experiments in the new situation[J].Physics and Engineering,2021,31(5):147-151.(in Chinese)
• [7] BECHINGER C,LEONARDO R DI,L??WEN H,et al.Active particles in complex and crowded environments[J].Rev.Mod.Phys.,2016,88:045006.
• [8] MARCHETTI M C,JOANNY J F,RAMASWAMY S,et al.Hydrodynamics of soft active matter[J].Rev.Mod.Phys.,2013,85:1143-1188.
• [9] CATES M E,TAILLEUR J.Motility-Induced phase separation[J].Annu.Rev.Condens.Matter Phys.,2015,6:219-44.
• [10] BAROIS T,BOUDET J-F,LINTUVUORI J S,et al.Sorting and extraction of self-propelled chiral particles by polarized wall currents[J].Phys.Rev.Lett.,2020,125:238003.
• [11] SANDOVAL M,DAGDUG L.Effective diffusion of confined active Brownian swimmers[J].Phys.Rev.E,2014,90:062711.
• [12] LIFSON S,JACKSON J L.On the self‐diffusion of lons in a polyelectrolyte solution[J].J.Chem.Phys.1962,36:2410.
• [13] PATTERSON G A,FIERENS P I,JIMKA F S,et al.Clogging transition of vibration-driven vehicles passing through constrictions[J].Phys.Rev.Lett.,2017,119:248301.
• [14] YU Q C,ZHENG N,SHI Q F.Clogging of granular materials in a horizontal hopper:Effect of outlet size,hopper angle,and driving velocity[J].Phys.Rev.E,2021,103:052902.
• [15] LI W J,LI L F,SHI Q F,et al.Chiral separation of rotating robots through obstacle arrays[J].Powder Technol,2022,407:117671.
• [16] YANG X,REN C,CHENG K,et al.Robust boundary flow in chiral active fluid[J].Physical Review E,2020,101:022603.