物理与工程

访问量:240404

教学研究

  • 直线拟合的技术综合法及稳健性判据

    郭旭波;肖志刚;朱美红;常缨;朱鹤年;

    直线拟合常用的最小二乘法使残差平方和极小,然而稳健性(抗粗差性)较差,直线两端的数据误差对拟合斜率的影响大。最小一乘法使残差绝对值之和极小,但算法较复杂。本文提出技术综合方法,力图部分综合几种直线拟合方法的特点,不作粗差剔除,仅在求斜率时适度降低大于临界系数的个别数据的权重,以达到如下效果:稳健性显著优于最小二乘法,也优于最小一乘法;残差绝对值和、标准偏差近似与最小一乘法相同;计算过程比最小一乘法简单,适用范围广。

    2021年02期 v.31;No.202 3-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 891K]
    [下载次数:0 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:0 ]
  • 物理课程思政教育的核心是科学认知能力培养

    穆良柱;

    本文基于ETA物理认知模型(即完整的物理认知由实验物理(Experimental Physics)认知、理论物理(Theoretical Physics)认知、应用物理(Applying Physics)认知构成)分析物理课程思政教育的内涵,指出其核心是物理认知能力培养,包括认知模型的构建、物理方法的训练、物理精神的养成,也就是物理文化的传承。

    2021年02期 v.31;No.202 9-15页 [查看摘要][在线阅读][下载 1438K]
    [下载次数:0 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:0 ]
  • 运动电荷的电/磁场高斯定理的直接验证

    周国全;祁宁;

    尽管麦氏方程组的张量协变形式已然揭示了高斯定理的相对论协变性,但在大学物理的教学中仍然缺乏对运动电荷的高斯定理的切身体会与直接验证。本文首先运用电磁场张量变换的方法推导出运动电荷的电场与磁场强度,再运用积分及矢量运算的若干技巧,直接而简单地验证了高斯定理对于运动电荷的电场与磁场仍然满足,从而直接验证了电场与磁场的高斯定理对于不同惯性系的相对论协变性。

    2021年02期 v.31;No.202 16-19页 [查看摘要][在线阅读][下载 1123K]
    [下载次数:0 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:0 ]
  • 二维曲面理论引入数学物理方法的探讨

    陈起辉;黄飞杰;傅永平;祝凤荣;

    本文探讨如何将二维曲面理论引入到数学物理方法的教学当中,目的在于沟通从高等数学到一般微分几何知识之间的"鸿沟"。使得本科生在学习更抽象的微分几何前,具备一些直观的图像。文中主要利用嵌入到三维空间的曲面参数方程,计算给出二维曲面理论的第一、二基本形式,并且基于它们,建立起曲面上线元、面元、曲线夹角、曲率、测地线、平行移动的概念。运用这些概念,我们直接推导出在二维曲面上梯度、散度、旋度的数学表达式及对应的高斯、斯托克斯定理。这些式子经过简单推广便可以得到更高维曲线坐标系中梯度、散度、旋度的表达。作为曲面理论的一个直接应用,我们也讨论了如何将所得到曲面理论运用到肥皂膜上的流体,得到二维固定曲面上流体所满足的动力学方程,从而可以解释皂膜上的等厚干涉条纹的变化。最后我们介绍二维曲面理论到高维黎曼内蕴几何的推广以及在广义相对论上的应用。

    2021年02期 v.31;No.202 20-30页 [查看摘要][在线阅读][下载 1464K]
    [下载次数:0 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:0 ]
  • 再谈拉格朗日函数非唯一性的物理意义:广义规范变换和正则变换的等价性证明

    韦联福;

    关于力学系统拉格朗日函数非唯一性问题所蕴含的物理意义,各种教学研究期刊都刊发了不少论文进行论述,但仍存在某些争议。本文从拉格朗日函数非唯一性等价于动力学系统广义规范选择的任意性这一基本性质出发,证明无论是拉格朗日方程还是哈密顿正则运动方程都具有这种规范变换的协变性。由此,澄清了近期一些文献和网络上关于文献中规范变换是否可以看作是一种正则变换的争议,供教学参考。

    2021年02期 v.31;No.202 31-35+40页 [查看摘要][在线阅读][下载 1401K]
    [下载次数:0 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:0 ]
  • 小球与匀质细杆的碰撞——大学物理教学问题探讨

    刘凤艳;韩守振;苏雪琼;

    小球与细杆的碰撞问题是大学物理教学中刚体部分的一个难点问题。本文对小球与静止细杆的碰撞问题进行了分析计算,给出:通常情况下小球—细杆组成的系统所受合外力矩为零或近似为零,角动量守恒;如果细杆没有固定的光滑轴,小球与置于光滑水平面或是竖直放置的细杆碰撞时,动量或沿某一方向的动量分量守恒。如果细杆有固定光滑轴,则只有小球与细杆某一特定部位碰撞时某一方向的动量分量才有可能守恒;碰撞中如果恢复系数e≠1,动能不守恒,碰撞后小球可能继续向前运动,也可能被弹回或是停止运动。如果e=0,小球粘附于细杆之上和细杆一起绕固定轴或是小球—细杆系统的质心转动。

    2021年02期 v.31;No.202 36-40页 [查看摘要][在线阅读][下载 1409K]
    [下载次数:0 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:0 ]
  • 关于一道感生电动势例题计算的思考

    张月;沈国柱;赵媛媛;

    对于感生电动势的理解和计算是学习电磁学过程中的重难点,现有电磁学教材中关于感生电动势的计算方法大多分为法拉第电磁感应定律计算法与定义法。但是在使用定义法计算时,大多教材在感生电动势例题的解题过程中,没有明确指明不同变量的矢量方向以及微分变化方向的关系。因此在求解感生电动势时,如果不留意各矢量变化关系往往会导致方向混乱、正负号有误的问题,使得出的结果与正确结果恰恰相反。本文对一道求解感生电动势的经典例题加以分析,首先用法拉第电磁感应定律的方法进行求解得到正确结果,之后在定义法的基础上提出三种可行且明晰的方法——弧度法、直接法和中点坐标原点法。采用这三种方法,可以清晰准确地判断各矢量及其变化关系,其得到的结果与法拉第电磁感应定律得到的结果一致。

    2021年02期 v.31;No.202 41-45+63页 [查看摘要][在线阅读][下载 1739K]
    [下载次数:0 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:0 ]
  • 中美中学物理教材对比与分析——以“液体压强”为例

    何敏;聂颖;肖化;包雷;

    液体压强是中学物理重要的知识点。为更有效地进行知识整合教育,帮助学生获得深度概念理解,本文以美国物理教材《物理:原理与应用》(第六版)和国内人教版初中物理教材为例,对两版教材中液体压强这一章节的知识点编排、学习顺序等方面进行比较,分析中考题目并对学生和初中物理教师进行访谈和问卷调查。本文通过对比两版教材各自的优势及差异,以及对学生问卷和访谈结果的分析,对我国物理教材编写提出几点建议。

    2021年02期 v.31;No.202 46-53页 [查看摘要][在线阅读][下载 1639K]
    [下载次数:0 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:1 ]
  • 结合物理教学传授唯物辩证思想和科学方法初探

    张映辉;

    物理学充满了唯物辩证思想,承载着大量精妙绝伦的科学方法。文章着眼于在知识传播中强调价值引领和教师传道、授业、解惑天职,以哲学眼光审视物理学,提出结合教学内容传授辩证唯物主义原理及相关科学方法的教改观点和实际案例。文章具有一定的引领作用和推广价值。

    2021年02期 v.31;No.202 54-57页 [查看摘要][在线阅读][下载 1436K]
    [下载次数:0 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:0 ]
  • 中美高校物理本科教育模式的比较与分析

    姜寒玉;何军;黄虹霞;平加伦;郭立波;

    建设具有中国特色的世界一流大学既要充分借鉴西方教育的发展经验,又要结合中国实际。多层次的立体式、融合性创新发展模式是高等教育发展的必然趋势。物理学是诸多学科与技术发展不可或缺的基础,物理教育是全球技术经济发展的主要驱动力。因此,本文以6所中美著名大学为研究对象,分别从物理专业本科教学理念、体制特点、课程设置、教师职称结构和师生比等多方面进行比较分析,以期引发我国高校物理本科教育模式的思考,也为建设中国特色的世界一流大学提供有价值的参考信息。

    2021年02期 v.31;No.202 58-63页 [查看摘要][在线阅读][下载 1854K]
    [下载次数:0 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:0 ]

大中衔接

  • 第20届亚洲物理奥林匹克竞赛理论试题3介绍与解答

    蒋硕;郭旭波;安宇;张留碗;阮东;

    第20届亚洲物理奥林匹克竞赛理论试题共三道,其中第三道题是关于翻转陀螺。将一个实际生活中的玩具,也是物理演示中的经典实验设计成一道竞赛题目,涉及了陀螺转动,坐标系变换等力学中重要的理论计算和处理方法。题目设计巧妙,类型为近几年来所少见,且得分率较低,因此在这里做一个详细的介绍与解答。

    2021年02期 v.31;No.202 64-68页 [查看摘要][在线阅读][下载 1690K]
    [下载次数:0 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:0 ]
  • 高中学生物理模型建构能力发展趋势分析

    陆玫琳;桑芝芳;

    模型建构是科学思维的重要方面,本文建构了模型建构能力的表现框架,通过某中学学生高中三年的追踪研究,探讨了高中学生物理模型建构能力的发展趋势。分析发现,高中生的物理模型建构能力在高中三年间呈现线性增长的发展趋势;男女生的能力发展存在差异,男生的模型建构能力的初始平均值高于女生,但是经过高中三年的物理学习,女生能够不断进步并缩小差距;对于成绩排名靠后的学生,基础知识的学习和训练对建模能力的提升有较大促进作用。该分析对了解高中学生物理模型建构能力,培养学生核心素养具有重要意义,同时对大学物理教学的学情分析有一定的参考价值。

    2021年02期 v.31;No.202 69-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 1984K]
    [下载次数:0 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:1 ]
  • 旋转球体在空气中的运动轨迹:由2020年北京高考物理14题引发的思考

    赵芸赫;马宇翰;

    2020年北京高考物理第14题考查了旋转篮球在空中的运动特征。试后,该题所涉及的偏转力以及对篮球运动状态的判断引起了热议。本文从题目背景出发,首先基于伯努利原理分析了旋转球体相对流体运动时所受偏转力(马格努斯力)的形式。进而,通过建立球在空中运动的动力学方程,具体讨论了旋转球体在不同初始条件下释放后在空中的运动轨迹。本文的研究表明,旋转篮球在空中自由释放后,在落地前能做上升运动的临界转速为8.6r/s。随着转速的增加,篮球在空中第一次上升运动位置的竖直方向位移逐渐减小。此外,若释放位置足够高,球体在空气中最终将达到匀速直线运动的稳定状态。本文解析得到了球体在这一稳定状态下的收尾速度和收尾角度。

    2021年02期 v.31;No.202 79-86页 [查看摘要][在线阅读][下载 2014K]
    [下载次数:0 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:1 ]

物理实验

  • 陀螺仪特斯拉计的相关讨论

    姚尧;李文华;王晓杰;王槿;潘崇佩;文小青;

    当一个由非铁磁性导体制成的陀螺仪,被放置在磁场中时,其由于旋转切割磁感线会受到制动力矩的作用,从而会发生减速。本文首先将此模型简化为非铁磁性导体圆盘在磁场中的运动,通过求解体系所满足的麦克斯韦方程组,结合实验现象进行了解释;再总结出导体圆盘的角速度变化与外界磁场大小的关系,并将其用于制作一个陀螺仪特斯拉计,对其测量结果进行了讨论与分析。

    2021年02期 v.31;No.202 87-92页 [查看摘要][在线阅读][下载 2007K]
    [下载次数:0 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:0 ]
  • 光学相干断层扫描技术引入大学物理课堂教育浅析

    谢子昂;吴平;张师平;李莉;裴艺丽;

    全国高校新工科建设要求加强大学物理课堂教学与高新技术之间的联系,使学生认识到物理学基本原理是很多新技术发展的源泉。为此,我们从最基本物理概念出发,在大学物理课堂向学生介绍光学相干断层扫描(optical coherence tomography, OCT)技术的基础原理和发展历史,使之成为大学物理的教学内容之一。教学中,采用教师讲授与学生自主学习相结合的方式,在光的干涉理论的教学基础上,讲解通过OCT技术获得样品断层扫描图像的物理原理。引导学生进一步应用相干光原理探究提高OCT技术测量精度的方法,并归纳OCT技术的优缺点和适用领域。这一尝试使高新科学技术走进课堂,可以激发学生学习的主动性和积极性。

    2021年02期 v.31;No.202 93-99页 [查看摘要][在线阅读][下载 2049K]
    [下载次数:0 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:0 ]
  • CUPT模式下的居家物理实验线上教学实践

    蒲贤洁;吴小志;杨骏骏;王少明;方泽昊;

    新冠疫情时期,线上教学从辅助转为主流,但是以实验室为载体的实验教学仍面临困境。居家实验与虚拟仿真实验互补,构成应对实验教学困境的有效方案。虚拟仿真实验依靠系统评判,居家实验则在效果检验上存在困难。借助"中国大学生物理学术竞赛"(CUPT)模式,开展物理实验的居家环境中操作和线上展示辩论,使物理实验教学融入线上教学主流,化解特殊时期的实验教学困境。在本次教学实践,学生表现和量表评价对比研究表明,脱离了实验室环境的居家物理实验在知识运用和实验设计方面,能更好地发挥CUPT模式自主研究探索的优势。因此,居家物理实验不仅可作为特殊时期的必要教学方案,亦可作为CUPT模式研究性实验教学的常规项目,着力于学生综合素质和实践创新能力的全面提升。

    2021年02期 v.31;No.202 100-106页 [查看摘要][在线阅读][下载 2856K]
    [下载次数:0 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:0 ]
  • CUPT 2019循环摆研究

    钟粤文;刘姝含;孙宇飞;房毅;

    2019年CUPT第14题"循环摆"描述了一个在生活中常见却物理原理深刻的现象。所谓循环,指的能够旋转一周以上,约定轻物体绕杆旋转一圈以上,就形成了循环摆。实验中观察循环摆的轨迹,发现其必然会过渡到渐开线。利用拉格朗日方程可得描述轻物运动的非线性常微分方程组,据此方程组分析过渡到渐开线时刻的各物理量的变化规律、确定形成循环摆的判据;同时,通过实验探究不同初始条件下对过渡到渐开线时刻的各物理量的影响,并与理论分析所得比较。结果表明,随着初始条件的改变,过渡到渐开线时:轻物绕杆角速度与轻物到杆的线长的变化趋势总是相反,且两者随着初始角度的改变必有一极值,而该极值总是在相同的初始角度下取得;轻物与水平面的夹角总与初始条件正相关。

    2021年02期 v.31;No.202 107-116页 [查看摘要][在线阅读][下载 2210K]
    [下载次数:0 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:1 ]
  • 基于柯西色散公式测量费尔德常数的方法

    叶昱成;梁小冲;蒋昕;

    柯西色散公式是法国数学家柯西发现媒质的折射率与真空中入射光的波长的数学关系。由此可以提出一种在分光计实验平台上利用柯西色散原理测量费尔德常数的新方法,通过分光计测量汞灯发出的光线在三棱镜及三棱镜容器中发生色散时,每种特征谱线对应的折射率,进而计算出晶体的费尔德常数。此方法实验周期短,成本较低,可适应于多种环境下,使得测量更加简便。

    2021年02期 v.31;No.202 117-121+127页 [查看摘要][在线阅读][下载 2016K]
    [下载次数:0 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:0 ]
  • Cinema 4D动画模拟辅助物理教学的应用探索

    吴品璋;俞晓明;

    计算机已经成为科学研究、生产实践、教育教学的重要工具,运用计算机技术辅助课程教学有着重要的认识论和教学论意义。Cinema 4D动画模拟软件可以模拟简单的物理模型并生成可视化三维动画,拥有操作简单、调整方便、结果直观等突出优点,在辅助物理教学上有巨大潜力。文章介绍了Cinema 4D动画模拟软件建立物理模型的主要功能菜单,并通过三个教学案例介绍如何应用软件制作直观物理模型以扩充多媒体教学资源,丰富教学过程,激发学生对科学研究的兴趣。

    2021年02期 v.31;No.202 122-127页 [查看摘要][在线阅读][下载 2136K]
    [下载次数:0 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:3 ]

书讯

  • 走进《光学》 学习光学

    葛惟昆;

    本文对印度著名科学家伽塔克所著、北京邮电大学张晓光教授等翻译的《光学》(第6版)做了比较全面和深入的介评,认为这是一部在科学性、实用性和时代感诸方面都颇为出色的"光学"教科书,为光学这一物理学的重要领域提供了可贵的参考。

    2021年02期 v.31;No.202 128-130页 [查看摘要][在线阅读][下载 1996K]
    [下载次数:0 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:0 ] |[阅读次数:1 ]
  • 下载本期数据