物理与工程

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量子世纪年

  • 量子科技与现代量子教育

    张庆瑞;陈韵琳;朱广天;

    本文聚焦于量子科技领域,探讨其发展现状、面临的教育挑战以及相应的应对策略。量子科技发展迅速,2025年将迎来重要节点,然而其教育面临诸多难题,如知识的非直觉性、师资不足等。通过分析不同地区的量子科技发展与教育举措,本文强调从基础教育到高等教育全面变革的必要性,以培养适应量子科技革命的人才,推动该领域持续发展。

    2025年03期 v.35;No.227 5-7+19页 [查看摘要][在线阅读][下载 1194K]
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  • 量子游戏与教学:开启量子世界的探索之旅

    安峥;陈庆炜;

    随着量子计算和量子信息科学的发展,量子游戏正成为一种新兴的教育工具,有助于学生直观理解复杂的量子概念。本文探讨了量子游戏在量子教育中的应用,重点分析了“量子国际象棋”的规则、教学设计及其对学生认知发展的影响。量子国际象棋结合了量子叠加、纠缠和测量等核心概念,使学生能够在游戏过程中体验量子物理的独特现象。未来,量子游戏与教育的结合仍需进一步优化,以适应不同学习需求,并推动量子计算技术在教育领域更广泛的应用。

    2025年03期 v.35;No.227 8-10页 [查看摘要][在线阅读][下载 1204K]
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  • STEM与教育:来自香港资优教育计划的经验

    吴大琪;马遥;

    STEM(科学、技术、工程和数学)教育作为21世纪全球教育改革的核心方向,正在重塑传统教育模式,培养适应未来社会的创新型人才。本文聚焦于香港STEM教育发展中各阶段的战略变化和成功经验,包括更新STEM课程为学生提供优质的学习活动,安排统筹人员助力学校和教师的专业发展,调动社会各界力量为学与教拓宽通道,全方位推进香港STEM教育发展,其中香港资优教育学院和“资优教育计划”在香港STEM教育中更是扮演了重要角色。

    2025年03期 v.35;No.227 11-13页 [查看摘要][在线阅读][下载 1156K]
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  • 一维谐振子坐标表象与动量表象的等价性

    纪怀昱;张子骏;郑华;孙辉;

    一维谐振子是量子力学中少数可以精确解析求解的模型之一,可以用于检验量子力学的理论与方法,具有丰富的内涵。利用傅里叶变换与厄米多项式的生成函数,实现了一维谐振子坐标表象中本征波函数到动量表象中本征波函数的变换,验证了两种表象中对一维谐振子描述的等价性与联系。利用代数解法分别得到一维谐振子在坐标表象与动量表象中本征能量与本征波函数,进一步讨论了两种表象的等价性。强调了物理学中“降维打击”思想,加深学生对量子力学的理解,激发学生的学习兴趣。

    2025年03期 v.35;No.227 14-19页 [查看摘要][在线阅读][下载 1232K]
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  • 量子力学满足伽利略相对性原理的变换形式探究

    吕文文;王锋;

    本文介绍了相对性原理从伽利略相对性原理到狭义相对论再到广义相对论的发展过程。受此启发,进行了量子力学满足伽利略相对性原理的变换形式探究。本文从幺正变换可以保持量子力学的物理规律不变出发,将量子力学中的动量平移幺正变换与经典力学中的伽利略变换相对应,揭示出量子力学满足伽利略相对性原理的变换形式可以通过动量平移幺正变换实现。这种探究有利于学生深入思考量子力学和经典物理的对应关系,能降低初学者对于量子物理和经典物理之间的冲突感,帮助学生搭建从经典到量子思维跃迁的桥梁。

    2025年03期 v.35;No.227 20-22+30页 [查看摘要][在线阅读][下载 1202K]
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  • 交互式教学在量子信息课程中应用的进展研究

    吴田宜;东晨;党可征;冉阳;周子超;

    量子信息科学教学既存在基础概念原理抽象、符号系统复杂的教学难点,又面临多学科融合交叉带来的知识体系庞杂,实验操作繁复、实验成本高昂等实际问题。近年来,量子游戏、虚拟仿真实验等交互式教学策略引起了广泛的关注,它们能够引导学生形成自驱式沉浸学习以提升学习效果,也能降低实物实验成本,适合应对量子信息课程教学的现状问题。本文先分析虚拟仿真实验、量子游戏等交互式教学在量子信息课程教学中的需求,再通过大量资料总结其在量子信息课程中的应用现状,最后结合“量子信息技术及应用”的授课和调查情况,介绍如何将交互式教学资源融入课程教学,为后续的教学实践和应用推广提供思路。

    2025年03期 v.35;No.227 23-30页 [查看摘要][在线阅读][下载 1408K]
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教学研究

  • 弛豫时间谱在研究黏弹性材料蠕变行为中的应用

    乔吉超;徐宗睿;

    蠕变是黏弹性材料的重要特征,其已被证明是定量研究其与时间相关结构弛豫现象、滞弹性与塑性变形行为的有效手段。同时,蠕变反映了材料在长时间外载荷作用下真实响应进程,抗蠕变性能亦是评估工程材料服役性能以及寿命的关键指标。因此,研究黏弹性材料的蠕变行为,既有助于深入理解非晶固体变形断裂机制,又可对其作为工程材料实际应用提供理论支撑。本文从经典蠕变概念出发,首先介绍蠕变的宏观演化方式与微观机理;其次结合黏弹性本构模型引入弛豫时间谱这一重要概念;最后以非晶合金这种典型黏弹性材料为例,阐述弛豫时间谱的构建方法并详细探讨其在分析非晶合金蠕变行为中的实际应用。本文综合笔者近年来对于非晶固体蠕变行为的研究成果,提出了一种有助于深层次理解非晶固体蠕变机理的新研究方法,并为深入探寻其时间依赖性动力学弛豫行为提供了全新视角。同时,本文所涉及研究方法也可为其他讲授黏弹性力学课程的教师提供参考与借鉴。

    2025年03期 v.35;No.227 31-37页 [查看摘要][在线阅读][下载 1653K]
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  • 有限大带电体和无限大带电体的电势——也谈均匀带电无限长直导线的电势问题

    曹清华;

    建立清晰牢固的物理概念,以简洁的形式解决物理问题,是物理教学的基本目的。本文以求均匀带电无限长直导线的电势为例,按照《电磁场与电磁波》教材的体例,由Helmholtz定理引入电势,由单位正电荷在电场作用下所做的功引出电势的定义式,通过对有限大和无限大带电体电场的讨论,说明从电势的定义出发,便不会出现病态的数学定义,能够解决因套用有限大带电体的电势公式所致的发散积分问题。无限大带电体是简单化、理想化和相对化的结果,故不能像有限大带电体那样选无限远处为电势参考点,而是要选有限远处为参考点。选定参考点后,有限和无限大带电体的电势如同电势差一样都是可以测量的。

    2025年03期 v.35;No.227 38-43页 [查看摘要][在线阅读][下载 1253K]
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  • 基于重现理论的单摆系统非线性动力学特性研究

    王立媛;

    本文利用分岔图、相图、重现图和重现量化等方法,研究了有阻尼、不同驱动力作用下单摆往复和旋转运动的非线性动力学特性。结果表明:重现图和重现量化测度能够辨识周期运动和混沌运动特征,随着驱动力的增加,单摆系统经历了由周期到混沌以及再由混沌到周期的演变过程,相图和重现图能够清晰展示系统运动轨线的时空分布,重现量化测度中熵和重现时间增加,而最大对角线长度减小,意味着系统复杂性和轨道分离速度增加。

    2025年03期 v.35;No.227 44-49+56页 [查看摘要][在线阅读][下载 4229K]
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  • 外加电磁场下无质量狄拉克方程的严格解

    马宁;

    石墨烯作为一个前沿的研究领域,其本征值问题的求解对量子力学教学具有重要的示范意义。本文以石墨烯为例,提出了严格求解外加电磁场下无质量狄拉克方程本征值问题的一种较为简洁的方法,即基于朗道和栗弗席兹的相对性量子理论原理,并借助一维谐振子模型众所周知的本征值解巧妙地解析得到了狄拉克方程的本征能量和本征波函数。结果表明,在外加电磁场的石墨烯物理系统中,电场会使得相邻朗道能级间隔发生收缩,并最终导致整个朗道能谱在β=1的临界值处突然发生塌缩,这一有趣的物理现象在非相对论性的标准二维电子气系统中并未出现。石墨烯本征值问题的求解,可以展示量子力学在凝聚态物理和材料科学中的应用。学生可以学习如何使用量子力学理论来解释和预测石墨烯的电学性质,如能带结构和导电性等。这有助于增强学生对量子力学理论与实际应用之间的联系,提高他们对凝聚态物理和材料科学中量子效应的理解。

    2025年03期 v.35;No.227 50-56页 [查看摘要][在线阅读][下载 1399K]
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  • 以恒定的有效功率启动时普通轿车的运动状况分析

    邵云;

    本文介绍了“滚动摩擦力”的由来,给出轿车启动时较准确的动力学方程,进而对以恒定有效功率启动的普通轿车的加速运动状况进行计算,获得相对较真实的速率随时间的变化图像。同时,针对某些关键环节给出了必要的说明,并为相关的基础物理教学提出了几点启示。文末继续给出了一些必要的说明,指出本文在本质上仍属于恒定有效输出功率下的理论模型研究,主要目的在于给出一幅较接近真实的运动图像,同时澄清一些认识,以供参考。

    2025年03期 v.35;No.227 57-62页 [查看摘要][在线阅读][下载 1299K]
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  • 维恩定律和维恩位移定律的推导

    岳鑫;

    维恩定律揭示了黑体辐射能量随波长(频率)分布的情况,维恩位移定律描述了黑体辐射光谱峰值波长与自身温度之间的反比关系。在大学物理关于量子力学的讲述中,常把它们作为引出普朗克黑体辐射定律的背景材料,很多时候都是做一般性的介绍,缺乏具体的说明和推导。而在一些研究文献中,研究人员也提出各种不同的推导方法,没有体现历史上的真实情况,并且有些方法显得过于繁琐。本文利用原始文献,遵循维恩的研究思路,叙述了维恩定律和维恩位移定律的建立过程,并对维恩的论述进行了补充分析,清晰地展示了维恩定律和维恩位移定律的推导。

    2025年03期 v.35;No.227 63-65页 [查看摘要][在线阅读][下载 1183K]
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  • 慕课西行背景下热学同步课堂的构建和分析

    谢斌;刘建强;郭亮;

    本文构建了慕课西行背景下的热学课程同步课堂,并对喀什大学物理学专业学生参与同步课堂后的课程目标达成度进行了计算与分析。研究发现,三个课程目标的主观评价得分分别为0.8296、0.8111和0.8444,客观评价得分分别为0.7571、0.7145和0.8659,三个课程目标的主观和客观评价均达到了预期。结果证明,在慕课西行2.0的推动下,东西部高校共同开展的同步课堂活动能够有效地促进东部高校优质教学资源的共享。这种模式体现了“学生为主体,教师为主导”的教学理念,并取得了显著的教学成效,值得进一步推广。

    2025年03期 v.35;No.227 66-71页 [查看摘要][在线阅读][下载 1229K]
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  • 物理专业大学生专业认同度与学业成绩关系探析

    阿地力·吐尔逊;陈睿智;罗莹;

    为深入了解物理学科本科在读学生对物理专业的认同状况及其与学业成绩之间的关系,本研究采用Hazari等人开发的物理专业认同问卷,对X学校225名物理专业学生进行调查。结果表明,该校学生的专业认同度整体处于一般水平。在人口学统计变量的差异方面,性别对专业认同具有显著影响,而年级的影响不显著。在物理专业认同度与学业成绩的关系方面,专业认同总体与其学业成绩之间并未呈现出显著的相关性;对于高认同水平组,其专业认同度与学业成绩之间无显著相关,而一般认同组表现出微弱的正相关(r=0.190,p<0.05),低认同组则显著地与学业成绩负相关(r=-0.394,p<0.05)。在此基础上提出相关的建议与对策,旨在为探索高校物理专业人才培养的模式与路径奠定基础。

    2025年03期 v.35;No.227 72-80页 [查看摘要][在线阅读][下载 1512K]
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  • “通信工程+应用物理学”双学士学位复合型人才培养改革与实践

    李健;李丽;李登峰;

    随着信息技术的飞速发展和物理学在现代科技中重要性的日益凸显,信息与通信工程和物理学作为两个关键领域之间的交叉学科,已成为培养交叉复合型人才的重要方向之一。本文从如何培养优秀的理工交叉复合型人才这一问题出发,围绕重庆邮电大学“通信工程+应用物理学”双学士学位项目的建设实践,针对项目建设的若干关键问题展开论述,明确指出加强跨学科资源整合与强化产教、科教融合是培养理工交叉复合型人才的可行路径之一。本文同时阐述了该项目的建设成效与采取的建设举措,为理工交叉复合型人才培养模式改革提供重要的理论和实践参考。

    2025年03期 v.35;No.227 81-85页 [查看摘要][在线阅读][下载 1488K]
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  • 军校“大学物理实验”课程混合式教学研究

    胡翠平;尤一;

    为了解决传统单向性实验教学模式的局限性,本文从混合式教学内涵出发,探讨了“大学物理实验”课程进行混合式教学改革的适配性和关注点。将现代信息技术与教育教学深度融合,提出了课程混合式教学改革措施,包括搭建线上教学平台、引入虚拟仿真技术、构建分层教学设计、融合专业应用、强化过程评价和量化评定等。旨在培养学生的自主学习能力、问题解决能力和团队协作精神,实现不同层次实验对不同实验能力的培养,并全面、客观、准确地反映学生的学习情况和能力水平,为学生的学习和成长提供有力支持。

    2025年03期 v.35;No.227 86-91页 [查看摘要][在线阅读][下载 1599K]
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  • “平台助力、对分赋能、思政铸魂”:大学物理线上线下混合式教学与实践——以甘肃民族师范学院为例

    张晓娟;郑维民;

    本文根据地方民族院校大学物理教学现状,从教学理念、教学模式等方面进行了深入分析并做了合理的设计,构建了“平台助力、对分赋能、思政铸魂”的大学物理线上线下混合式教学模式。通过多年的实践,该模式有效地提高了大学物理课程教学质量,起到提质增效的作用,达到了大学物理课程教学目标。

    2025年03期 v.35;No.227 92-99页 [查看摘要][在线阅读][下载 2063K]
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  • 基于目标引导促进本科生科学推理能力提升的点讲教学模式探究

    赵世华;蔡扬仪;潘孟美;崔圣亮;任真真;彭鸿雁;

    本文在对高校课堂问题研究分析后,提出“点讲”教学模式,并运用目标引导理论指导具体教学,旨在提升学生学习热情,实现高效教学。本文结合国家发展对本科生推理能力与科创能力的需求背景,在教学环节中设计环环相扣的各要素,形成基于目标引导促进本科生科学推理能力提升的点讲教学模式。本文将阐述该教学模式,并对教学模式实施过程中的师生活动进行探讨。

    2025年03期 v.35;No.227 100-106页 [查看摘要][在线阅读][下载 1466K]
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  • 军校“四性一度”金课标准下的大学物理实验教学改革与实践

    唐艳妮;周战荣;杨卫军;李雪琴;刘芯;何楚洹;朱纪文;

    在军队院校“四性一度”的金课建设标准下,本文对大学物理实验教学存在的问题进行了分析,通过对标“四性一度”的金课建设标准,提出了具体的改革措施。笔者所在学校主要围绕大学物理实验课程教学内容优化、教学资源建设、教学方法手段创新三个方面进行改革,以多层次的大学物理实验教学内容体系、丰富的课程教学资源和多样化的教学方法手段,促进了学员创新思维培养和个性发展,满足了军校基础实验课程的人才培养目标,学员创新实践能力得到大幅提升的同时,教学团队的综合实力也有了明显提高。

    2025年03期 v.35;No.227 107-111+117页 [查看摘要][在线阅读][下载 1271K]
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  • “以学生为中心”的大学物理课程教学改革与实践——以“非线性光学原理”课程为例

    付星;

    “以学生为中心”教育理念倡导教师更加关注学生学习体验和需求的满足。本文以清华大学本科生课程“非线性光学原理”为例,阐述了“以学生为中心”教学理念在大学物理课程教学改革中的重要作用。“非线性光学原理”课程在教学方法、课堂组织形式、学习效果检验方法等方面采取了一系列改革措施,包括:启发式教学、立体化教学、沉浸式教学等等,有效提升了学生的互动交流兴趣,强化了学生自主学习的意识和能力,取得了显著的教学效果。

    2025年03期 v.35;No.227 112-117页 [查看摘要][在线阅读][下载 1348K]
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  • 混班分层式教学在“原子物理”课程中的创新实践

    李静怡;孙金晶;姜淼;钱静;

    在“互联网+教育”的趋势下,线上线下混合的教学模式已经得到了广泛的应用,但依然存在课时紧张,线上平台互动性差,分层式效果不理想等诸多问题。本文以学生为中心,构建线上线下相结合的有效教学模式,探索基于线上平台分层式教学设计的新方法。统计数据显示,随着该教学模式在“原子物理”课程中的实施,学生的线上学习参与度对期末成绩产生了显著的正向影响,分层式教学设计的班级成绩标准偏差度小,及格率更高。研究结果说明该新教学模式可以满足混班学生的学习需求,有效提高教学效果,从而更好地适应“互联网+教育”时代高等教育多元化的需求和变化。

    2025年03期 v.35;No.227 118-125页 [查看摘要][在线阅读][下载 1727K]
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  • X射线激发光学断层成像研究反哺医学物理教学的改革与实践

    刘天帅;戎军艳;张文立;高鹏;刘洋;卢虹冰;

    X射线激发光学断层成像(X-ray luminescence computed tomography, XLCT)是一种结合X射线激发和光学探测的先进成像技术,在医学影像、材料科学及生物医学工程等领域具有广泛应用。随着该技术的不断发展,其研究成果不仅推动了科学研究的进步,也为高等教育特别是医学物理学、医学影像学及相关学科的教学提供了新的资源和方法。本文探讨XLCT研究如何反哺医学物理教学,包括促进跨学科融合、优化实验教学体系、推动问题导向学习(PBL)模式以及改进考核评估体系等方面,旨在为高校教学改革提供理论支持和实践方案。实践效果分析表明,XLCT研究可有效反哺高校教学,提升学生的创新能力和实践水平,为培养高素质复合型人才提供有力支持。

    2025年03期 v.35;No.227 126-133页 [查看摘要][在线阅读][下载 1734K]
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  • 大学物理实验混合式教学和多元化考核模式研究

    谢玉霞;毕梦侠;孙宇航;胡明亮;颜晓红;

    大学物理实验体现了大多数科学实验的共性,对于培养学生的基本实验技能、系统思维和创新意识有重要作用。本文针对当前大学物理实验教学中面临的问题,分析了构建以学生自主操作为主,教师全过程引导为辅的大学物理实验混合式教学和多元化考核模式的必要性,同时从实验课程体系优化、线上预习与线下精讲混合、虚拟仿真与实验操作混合、课后拓展实验、课赛结合和科教融合实验以及多元化实验教学效果评价等角度探讨了大学物理实验教学改革和考核模式改革的可行途径。

    2025年03期 v.35;No.227 134-137页 [查看摘要][在线阅读][下载 1176K]
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数智教学

  • 数智化背景下大学物理实验课程的实践育人路径探索

    曾春华;王旭明;李敬源;

    本文以昆明理工大学、宁夏大学和浙江大学为例,通过视频演示、数据分析可视化、AI物理实验助手,将复杂物理实验转化为沉浸式学习,打造“学生自主学习,过程智能追踪,教师精准辅导”的交互式学习平台,实现学生多元化、个性化和深度学习需求,训练学生分析、解决复杂工程问题能力,培养学生创新能力。实践表明,数智化教育背景下的大学物理实验课程建设与改革,拓宽了实践育人途径,激发了学生的创新精神和实践能力,为公共基础课程的教学改革和推广提供参考案例。

    2025年03期 v.35;No.227 138-141页 [查看摘要][在线阅读][下载 1450K]
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  • 基于机器学习算法的物理专业高校毕业生就业预警模型研究与应用

    李昱岑;陈航燕;朱广天;包雷;

    如何有针对性地为就业指导提出建设性意见,提升高校就业率是各高等院校就业指导工作所面临的严峻挑战。本研究采用机器学习算法,以我国东部地区N校物理类专业本科生就业为例,以学业及非学业因素为特征,构建毕业生就业预警模型,获得了较好的就业预警预测效果。模型呈现以大学英语、线性代数、电动力学及热力学统计物理等科目成绩为重要预测指标的学业预警趋势;而政治面貌、民族、性别、生源地等非学业因素的特征重要性指数远低于学业因素。本研究旨在为高校理工科类专业就业指导小组提升就业预警干预工作的有效性提供新思路、新方法、新对策。

    2025年03期 v.35;No.227 142-152页 [查看摘要][在线阅读][下载 1636K]
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  • 数字化赋能医用物理学课程思政案例的教学设计

    李姗姗;黄晓清;郭学谦;黄菊英;薛艳丽;姬长金;樊婷婷;张海霞;

    医用物理学是医学生理工素质教育课程之一,其课程思政建设在医学创新人才培养中具有重要作用。为了探索通过课程思政实现立德树人目标的路径和方法,本文立足教育数字化转型背景深入探讨了数字化赋能课程思政案例的系统化教学设计。设计涵盖课程思政元素提炼、课程思政案例开发、课程思政案例载体构建以及课程思政教学方法探索,并以“X射线晶体衍射现象的发现”为具体实例,详细展示了如何在教学实践中有效融合课程思政案例。此教学设计为实现思政教育与专业知识的有机结合,促进学生知识、能力和素养的同步提升,培养“新医科”创新人才提供了有力支持。

    2025年03期 v.35;No.227 153-160页 [查看摘要][在线阅读][下载 1734K]
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  • 生成式人工智能在大学物理可视化教学中的探索与应用

    马海霞;顾晓蓉;杨玉娥;李晋斌;

    随着人工智能技术的飞速发展,生成式人工智能在教育领域的应用逐渐受到关注。大学物理作为一门基础学科,其教学过程中面临着一些挑战,如物理概念抽象难懂、教学方式缺乏互动等。生成式人工智能具有强大的数据生成能力,有望为物理概念的可视化提供新的途径。本文以简谐振动的教学内容为例,利用DEEPSEEK大语言模型生成了旋转矢量图、拍现象、李萨如图形等网页版交互动画,能够有效地将复杂的物理概念转化为直观的可视化图像和动画,提高学生的学习效果和教学质量。将生成式人工智能技术与大学物理教学相结合,能够为物理教学改革提供新的思路和方法,具有一定的应用价值。

    2025年03期 v.35;No.227 161-165页 [查看摘要][在线阅读][下载 1448K]
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  • 面向AI定制化学习的光学通识课建设

    王方原;王新强;蒋曲博;

    一直以来基础科学类的通识课受到基础门槛高、知识难度大、概念复杂抽象等因素的限制,很难受到学生的青睐。本文从梳理专业整体知识结构的角度出发,讨论了通过引入AI定制化学习工具来降低学生知识门槛、扩展课程知识延伸范围、提升最终教学效果的可行性。本文提出了进行定制化学习所需要的条件,讨论了面向定制化学习的课程应具备的特点,并给出了利用AI定制化学习进行光学通识课建设的具体案例。课程方案的实施效果表明,利用AI定制化学习工具可以有效提高学生的课程学习效果,从而使通识课的教学内容和教学方法更加灵活生动。

    2025年03期 v.35;No.227 166-172页 [查看摘要][在线阅读][下载 1530K]
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大中衔接

  • 新疆大学物理学科“中学生英才计划”的探索与实践

    李鹏;朱春花;丁占军;李小曼;欧阳方平;

    “中学生英才计划”在突破基础学科拔尖创新人才选拔瓶颈、促进高等教育与基础教育有效衔接中发挥着重要作用。基于新疆地区相对于内地实施“中学生英才计划”起步较晚、经验相对匮乏的现状,以新疆大学物理学科为例,从统一选拔标准、贯通教育理念、创新培养方式入手,充分利用新疆大学科普教育资源,有效结合线上与线下教育平台,着力提高教育资源利用率,探索拔尖创新后备人才培养新模式。该模式为新疆乃至边疆地区中学生拔尖创新人才贯通培养提供了思路与借鉴。

    2025年03期 v.35;No.227 173-176+193页 [查看摘要][在线阅读][下载 1198K]
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前沿物理与工程

  • 经典电动力学理论在激光等离子体相互作用研究中的适用性

    银燕;

    本文通过考察激光等离子体相互作用中电子运动的辐射阻尼,得到了辐射阻尼效应及其量子随机性出现的激光强度阈值。研究表明,对于波长为800nm的线极化激光,当激光强度达到3.55×10~(23)W/cm~2时,辐射阻尼效应会显著影响电子的动力学行为,且量子随机性不容忽视。对于激光强度远低于该阈值的范围,经典电动力学理论对于研究强激光与等离子体相互作用都是适用的,即不需要考虑辐射阻尼效应。本文还讨论了高能电子与激光对撞的情况,此时电子静止系中的相对论增强效应和多普勒频移效应也会导致经典电动力学理论不再适用。

    2025年03期 v.35;No.227 177-182页 [查看摘要][在线阅读][下载 1246K]
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  • 黑磷薄膜的贝利曲率及轨道磁化强度

    周本良;谭哲昊;曾荣芳;

    本文从理论上研究了在非共振圆偏振光照射下,黑磷薄膜的贝利曲率和轨道磁化强度。基于黑磷薄膜的k·p低能有效模型和弗洛凯理论,我们推导出了黑磷薄膜直至双光子二阶过程的有效哈密顿量。我们发现光场会使得体系的带隙略为增大,贝利曲率的绝对值会随着光照强度的增大而增大。轨道磁化强度在带隙内呈现出线性变化关系,其变化区域随着薄膜层数的增加而减小,而在价带和导带则呈现出“谷-峰”现象。随着光照强度的增大,轨道磁化强度也随之增大。这些研究为在黑磷薄膜中获得非零的贝利曲率提供了一种有效可行的方法,加深了对薄膜贝利曲率及轨道磁化强度的理解。

    2025年03期 v.35;No.227 183-187页 [查看摘要][在线阅读][下载 1452K]
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物理实验

  • 基于数字示波器进行图像重建的原理和方法

    黄张弛;孔瑞飞;翟立朋;常凯歌;张俊武;王小力;

    数字示波器实验是大学物理实验课程中一项重要的基础实验。本文基于数字示波器中XY模式的工作原理,介绍了一种在数字示波器上对数字图像进行重建的原理和方法,使用数字示波器实现了图片的编码、解码和播放功能。本文所提供的方法和模型包含李萨如图形、数字图像信息处理方面的知识结构,综合性强,且实验平台所需要的耗材简单,可应用于大学物理实验项目的拓展设计。

    2025年03期 v.35;No.227 188-193页 [查看摘要][在线阅读][下载 1769K]
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  • 储备池计算在非线性电路实验教学中的应用

    戴文娇;颜子翔;高健;杨胡江;王新刚;肖井华;

    在当前推行数智化教育的时代背景下,如何实现人工智能与大学物理实验教学的有机融合是一个值得关注的问题。为探索这一融合的实践方式,本研究将一种机器学习方法——储备池计算与非线性电路实验进行结合,探索其在实际教学场景中的潜在应用。研究表明,RC方法在对三个电阻值下的两路电压信号进行学习后,便能准确给出这一非线性电路系统在电阻值连续变化时通向混沌的倍周期分岔道路。利用这一功能,学生在课堂中不仅能够更快、更深入、更全面地了解复杂非线性电路系统的本质,还能充分领略到机器学习的强大能力。这一尝试为数智化教育的实践提供了一种可行途径。

    2025年03期 v.35;No.227 194-200页 [查看摘要][在线阅读][下载 1545K]
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  • 孔径光阑在傅里叶叠层成像系统中的应用探讨

    赵洁;王大勇;王云新;

    孔径光阑是应用光学和物理光学中的一个重要知识点,决定了光学系统分辨率、成像亮度等性能。本文针对当前计算成像前沿的傅里叶叠层高分辨率成像系统,探讨了孔径光阑在显微系统以及远距离系统中的应用。首先,基于单薄透镜成像模型,给出了光瞳函数对应的物方和像方相干传递函数;其次,分析了在两类傅里叶叠层成像系统中孔径光阑的实际设置;最后,通过数值仿真和光学实验,验证了分别从物方和像方数据出发进行高分辨率图像重建的等效性。上述探讨加深了对孔径光阑概念及其在实际成像系统中应用的理解。

    2025年03期 v.35;No.227 201-207页 [查看摘要][在线阅读][下载 1609K]
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  • 摆轮受迫振动的做功分析

    李奇骏;吴秀梅;

    本文对摆轮受迫振动的做功与能量变化进行了研究,推导出阻尼力矩、弹性力矩和驱动力矩在1/4周期内的做功以及其共振平衡条件。接着从能量的角度,研究了摆轮转动的动能平均值和势能平均值的大小与振动频率的关系。最后对阻尼力矩和驱动力矩的瞬时功率进行了分析,并从振幅衰减的角度阐释了摆轮振幅的变化趋势。本文为分析受迫振动过程中力矩做功以及能量转化情况,提供了可供参考的理论研究。

    2025年03期 v.35;No.227 208-213页 [查看摘要][在线阅读][下载 1428K]
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  • 方位径向摆的简单物理图像

    朱益辉;侯吉旋;陈乾;黎秋航;

    本文给出了2018年国际青年物理学家锦标赛(IYPT2018)中方位径向摆问题的简单物理图像。通过等效分析,方位径向摆可以等价于在两个相互垂直的方向上摆长不同的双线摆。因为在两个相互垂直的振动方向上的振动频率不同,使得摆球的轨迹呈现出李萨如图形。本文也通过实验演示了方位径向摆和双线摆的轨迹的一致性。

    2025年03期 v.35;No.227 214-217页 [查看摘要][在线阅读][下载 1571K]
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  • 准稳态法测量物体导热系数的误差探究

    黄运洋;黄颖怡;林志萍;

    准稳态法测量导热系数实验因操作简便、加热时间较短而被广泛采用。但常规的准稳态法中忽略热扩散方程解的级数部分会导致一个系统误差。使用引入级数部分的改进公式,导热系数变小。而且导热系数依赖于改进公式中含时参数的不同取值。利用改进公式,可以计算在不同的含时指数系数下导热系数的系统误差;也可以计算针对不同材料,可节省的实验时间。准稳态法测量物体导热系数可以作为物理相关专业本科生物理创新实验,帮助大学生掌握导热系数测量原理和系统误差的分析方法。

    2025年03期 v.35;No.227 218-222页 [查看摘要][在线阅读][下载 1266K]
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  • 竞赛项目为导向的大学物理实验教学实践——以“冰的导热系数测量”为例

    金远伟;赵西梅;王宇兴;顾若溪;

    当前大学物理实验教学模式固定且单一,各实验项目关联度低,加之我校工科学生在自主选择大学物理实验项目时拈轻怕重,这不仅导致学生的实验技能和创新能力得不到有效培养,而且极大制约了现有实验项目更新与教学改革的进程。针对上述问题,我们提出以竞赛项目为导向,将大学物理实验课程与竞赛项目相互融合,形成课程与竞赛“互促共进”的教学模式。本文以指导“冰的导热系数测量”竞赛项目为例,详细阐述了这种教学模式的全过程。近两年的教学实践表明,该模式不仅显著提升了学生的实验技能,而且极大激发了学生的创新能力与实践热情,同时也为教学改革提供了新思路。

    2025年03期 v.35;No.227 223-230页 [查看摘要][在线阅读][下载 1690K]
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  • 基于LCC谐振网络的全方位无线电能传输实验

    刘升光;王明娥;李宏升;孟祥地;石航睿;陶艾龙;

    无线充电技术以安全方便的优势,在市场上展现出巨大的应用前景。目前市场上主要是以二维单向线圈作为发射线圈,难以满足日益增长的生产需要。针对低成本、低复杂度的全向无线电能传输系统的需求,通过COMSOL有限元仿真软件分析,提出了一种三维全向无线电能传输线圈,并结合LCC谐振网络,研究了线圈全方位电能传输的能力以及耦合系数与传输角度和距离的关系。实验结果表明,三维线圈可以产生全空间均匀分布的磁场,并且通过LCC谐振网络可以将线圈传输效率从17.86%提升至85.79%,发射线圈任意角度均能满足无线功率传输系统的要求,其中传输角度在0~10°以及50~90°附近有较好的传输效率以及较高的稳定性。

    2025年03期 v.35;No.227 231-236页 [查看摘要][在线阅读][下载 1501K]
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  • 基于探索能力培养的大学物理实验层次设计及实践——以霍尔效应实验为例

    韩广兵;高成勇;孙尚倩;刘凤芹;刘建强;徐建强;

    基于实现培养大学生创新能力的目标,结合大学物理实验课程实践性的特点,通过对“霍尔效应”实验内容进行改进,在完成载流子浓度测量的基本实验内容基础上,引导学生分别固定I_S改变I_M、固定I_M改变I_S测量霍尔元件的灵敏度,并对两个结果作比较,使学生关注元件灵敏度的影响因素,并通过实验数据加以验证,寻找更适合于本实验参数应用的灵敏度,并通过测量数据研究部分附加电压的影响大小。通过两学期的实践,该设计有利于激发学生的探索意识,进而培养学生分析和解决问题的能力,实现了创新实践能力的提升。

    2025年03期 v.35;No.227 237-244页 [查看摘要][在线阅读][下载 1355K]
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  • 基于第一性原理的迈克耳孙干涉仪数值仿真研究

    贾小文;范海英;尹霖;赵云飞;

    本文基于第一性原理对迈克耳孙干涉仪进行仿真模拟,研究了干涉条纹的影响因素。仿真模拟表明反射镜和分束镜角度偏转会使干涉条纹在圆形、椭圆和直线之间发生变化,补偿板补偿不充分时干涉条纹会偏离圆形条纹,没有补偿板时干涉条纹随两反射镜距离不同在椭圆、近似直条纹或双曲线之间转化并存在两个临界点,数值仿真结果和实验结果吻合一致。

    2025年03期 v.35;No.227 245-251+258页 [查看摘要][在线阅读][下载 2548K]
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  • 可穿戴的极低成本压阻式传感器

    尹拓;王路标;朱泉水;张巍巍;

    本文基于纸上手绘的石墨电阻设计制作了可穿戴的手指姿态传感器。用2B铅笔在绘图纸上绘制石墨电阻,受温敏电阻特性的启发,将电阻设计为波浪线形状以实现环境参量传感的增敏;用惠斯通电桥将环境敏感电阻值的变化转换为电压输出,数字电压表头直接读值;用3D打印的手部可穿戴组合式机械结构安装固定纸基石墨电阻传感器。该可穿戴传感器的角分辨率为2.3°,可以通过手指屈伸的观测直观有效地演示影响电阻值的环境因素,既能用于物理的创新性实验教学,又有健康与运动监测的实用价值。

    2025年03期 v.35;No.227 252-258页 [查看摘要][在线阅读][下载 1632K]
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  • 二维晶格倒易点阵的实验模拟

    刘会玲;牛海波;赵云芳;董伟丽;王月天;石鲸;

    倒易点阵是物理学中的一个重要概念,但是倒易点阵以及由此延伸出来的倒易空间的概念很难理解。本实验提供一种快速理解和掌握倒易点阵的方法和操作流程。利用金属微球模拟搭建不同对称性的二维晶体结构,改变金属微球的直径模拟二维晶体晶格常数的变化。采用傅里叶变换光路测量二维结构的倒易点阵,模拟倒易点阵与晶格对称性的关系,以及倒易点阵与晶格常数的关系。通过倒易点阵的测量,验证了倒易点阵阵点与晶面间距的数学关系,并对倒易点阵的阵点所代表晶面的晶面指数进行了标定。

    2025年03期 v.35;No.227 259-269页 [查看摘要][在线阅读][下载 1641K]
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工程探索

  • 晶格热导率基础理论及其在材料计算中的应用

    周晓;杨凯科;周光辉;

    后摩尔时代微纳电子器件尺寸不断缩小和厚度逐渐减薄,研究固体材料热管理和理解热传导微观物理机制具有极其重要的意义。本文介绍晶格热导率的四种计算方法,从理论上综合分析了Slack模型、Boltzmann方程、Wigner热输运和Green-Kubo方法。在考虑晶格非谐效应和声子散射作用情况下,结合第一性原理计算,分别获得了温度依赖的半导体硅(Si)和热电材料碲化铅(PbTe)的热导率,并与相应实验结果进行了比较,讨论了上述四种方法产生误差的原因。该研究可为理解和探索一些晶体和非晶材料热输运性质提供理论依据。

    2025年03期 v.35;No.227 270-276页 [查看摘要][在线阅读][下载 1405K]
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  • 亚特兰大的世界首次光纤通信系统实验

    黄尚永;

    亚特兰大光纤通信系统实验在世界上属于首次,实验取得了很好的结果,坚定了业界对于光纤通信的信心。实验系统包含光纤、激光、中继器、探测器、连接器等诸多要素,本文对它们的发展和性能进行了论述,对综合实验系统构成和实验结果进行了分析介绍,对影响光纤通信发展的宏观社会因素,以及测试实验结束后光纤通信的后续发展进行了讨论。

    2025年03期 v.35;No.227 277-284页 [查看摘要][在线阅读][下载 1270K]
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  • 《物理与工程》期刊简介

    <正>期刊撷英1981年,《工科物理教学》创刊号,东南大学恽瑛教授署名文章《美国五所高等院校物理教学情况概貌》(摘登):教学研究也是一种科学研究,并有一定的研究班子。例如在栾斯里尔工学院,瑞斯尼克与哈立德合著的《物理学》是美国大学中较为通用的一种教材,已译成30种文字;曼纳尔斯和爱本斯坦从事实验教学与表演实验的研究,他们二位虽无博士学位,却因教学研究成绩卓著被任命为正教授,为美国国内同行所赞许。

    2025年03期 v.35;No.227 2页 [查看摘要][在线阅读][下载 654K]
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  • 《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。

    2025年03期 v.35;No.227 285页 [查看摘要][在线阅读][下载 801K]
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