物理與工程

2024年05期

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說說磁矩在外磁場中的受力之做功和勢能 摘要在經(jīng)典電動力學，磁偶極子（電流環(huán)）在外磁場中的受力之做功和電磁感應(yīng)相關(guān)，一般沒有勢能的概念;在量子力學里，磁偶極子（電子自旋）在外磁場中有勢能。我們討論經(jīng)典和量子情形的微妙差別，試圖給出二者關(guān)系的一種自然理解。關(guān)鍵詞磁偶極矩;磁...
統(tǒng)計物理學中關(guān)于平動運動邊界條件的教學實踐 摘要熱力學統(tǒng)計物理教材中求解平動運動粒子的波函數(shù)時，對于邊界條件往往任意選擇無限深勢阱模型和周期性邊界條件中的一種。由于兩種邊界條件下求解得到的單位能量間隔中量子態(tài)數(shù)是完全一致的，因此邊界條件的具體形式不會影響統(tǒng)計物理研究問題的結(jié)果。然...
地球表面科里奧利力的矢量分析 摘要科里奧利力是大學物理中的一個重要知識點，其表達式用到了線速度和轉(zhuǎn)動角速度矢量積的形式，對地球轉(zhuǎn)動參考系中物體的運動具有豐富的作用形式和效果。然而在三維立體的地球表面上分析其大小和方向，以及其對宏觀物體如水流、大氣的影響時相對比較復(fù)雜...
數(shù)理方程的微分積分形式 摘要數(shù)學物理方程是一系列描述客觀物理規(guī)律的偏微分方程。2021年歐洲奧林匹克物理競賽（2021EuPhO）中有一道“細桿導(dǎo)熱”計算細桿相關(guān)參數(shù)的實驗試題與數(shù)學物理方程結(jié)合極其緊密。原試題的解答中，命題人利用了Simpson方法，在細桿上...
存在可去型奇點包含正余弦函數(shù)的無窮積分的新算法 摘要受到《數(shù)學物理方法》教材上計算含有三角函數(shù)無窮積分計算公式的啟發(fā)，本文主要討論該類積分的被積函數(shù)在實軸上存在可去型奇點的情況。盡管這類問題可以使用圍道積分方法完成，但比較煩瑣，因此我們對這類問題的被積分函數(shù)進行處理，從形式上使被積分...
“總師育人文化”引領(lǐng)的光電類實踐實訓(xùn)課程教學改革與實踐 摘要根據(jù)教育部組織實施的“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，結(jié)合我?！翱値熡宋幕币I(lǐng)的國防科技拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系要求，本文從課程思政、國防教育、科研育人、產(chǎn)學育人等多方面介紹了西北工業(yè)大學光電信息科學與工程專業(yè)實踐實訓(xùn)課程的教學模式探索與...
以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的光學實驗課程設(shè)計 摘要為在基礎(chǔ)教學階段的實驗課程中開展以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的教學，強化工程意識和實踐能力培養(yǎng)，法國教育部針對工程師預(yù)科物理和化學類課程提出了六項能力指標。本文以面向工程師專業(yè)的“物理實驗（光學）”課程為例，介紹了以六項能力指標為導(dǎo)向的教學設(shè)計...
“為學生終身成長奠基”的大學物理基礎(chǔ)課教學改革創(chuàng)新紀實 摘要本文以研究生助教的視角，回顧了浙江大學竺可楨學院的一次由助教深度參與的大學物理基礎(chǔ)課教學改革創(chuàng)新實踐的全過程。先從助教自身學習經(jīng)驗和訪談討論出發(fā)，闡述了大學物理基礎(chǔ)課的特點與使命，提煉了本次教學改革的核心理念———“為學生終身成長奠...
基于大學物理認知圖譜的學生評價策略思考 摘要面臨高考改革分批進行，大學新生知識水平、結(jié)構(gòu)差異增大，現(xiàn)有評價方案較少關(guān)注到對學生認知具有重要影響的知識結(jié)構(gòu)，進而較難精準辨別出存在學習困難的學生。對此，本文基于學生知識掌握情況將學生在大中銜接中的類型分為銜接優(yōu)良均衡型、銜接優(yōu)良不...
以學啟創(chuàng) 以創(chuàng)促學構(gòu)建物理學引領(lǐng)多學科融合的創(chuàng)新實踐教學模式 摘要本文以激發(fā)學術(shù)志趣、提升創(chuàng)新能力及科學素養(yǎng)、提高創(chuàng)新人才培養(yǎng)質(zhì)量為目標，構(gòu)建了物理學引領(lǐng)多學科融合創(chuàng)新實踐教學模式。該教學模式下，多學科學生融合組隊，以物理學專業(yè)學生為領(lǐng)隊，歷經(jīng)雙創(chuàng)課程的前期理論培訓(xùn)、實訓(xùn)基地動手實操到成果輸出，協(xié)...
新時代物理實驗課程建設(shè)探索 摘要物理實驗是理工科學校培養(yǎng)學生自主學習能力和實踐創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)核心課程，面向科學前沿和國家需求的人才培養(yǎng)在新時代也有了新的要求。本文圍繞新學院物理實驗教學課程建設(shè)所面對的問題，基于“提高學生發(fā)現(xiàn)、分析和解決實際問題的能力，以及通過實驗...
面向?qū)嶒灲虒W的新諾獎實驗的探索 摘要目前，高校的大學物理教學實驗中所涉及的諾貝爾物理學獎實驗多為20世紀的經(jīng)典物理實驗，它們推動著物理學的進步與發(fā)展，具有重要的教育價值和實踐意義。然而，隨著時代的飛速發(fā)展、科技的不斷進步，大學生僅注重于百年前諾獎經(jīng)典實驗已無法適應(yīng)時代...
物理專業(yè)大學生的物理學習興趣與自我效能感對學業(yè)拖延的影響 摘要物理專業(yè)大學生的學業(yè)拖延現(xiàn)象嚴重影響高質(zhì)量物理人才的培養(yǎng)。研究物理學習興趣和物理自我效能感對物理專業(yè)大學生學業(yè)拖延的影響對于分析學業(yè)拖延成因有重要意義。本文通過對208名物理專業(yè)大學生的調(diào)查，并進行相關(guān)與結(jié)構(gòu)方程分析，研究了物理學習...
平方反比力場中的隱藏對稱性 摘要平方反比力場問題中存在一個隱藏的SO（4）對稱性，該對稱性在經(jīng)典開普勒問題里體現(xiàn)為一個守恒量———拉普拉斯隆格楞次矢量，在量子力學問題中體現(xiàn)為氫原子能級的超出三維旋轉(zhuǎn)對稱性的簡并度。本文通過幾何圖像的方式更加直觀地展示了該隱藏對稱性...
從近場衍射到夫瑯禾費衍射過程中的光場重構(gòu) 摘要夫瑯禾費衍射是光學中的一個重要的物理概念，其中單縫、方孔、圓孔的夫瑯禾費衍射光場結(jié)構(gòu)已為大家所熟知。本文討論光束在近場衍射到夫瑯禾費衍射（遠場衍射）過程中的光場重構(gòu)現(xiàn)象。本文發(fā)現(xiàn)在一維和二維光場重構(gòu)過程中，光強分布會變化，光場能量會...
虛實共耦作用下大學物理“強創(chuàng)拔優(yōu)”階躍式教學 摘要為加強教育數(shù)字化迅速發(fā)展背景下的大學物理教學，本文針對目前大學物理教學中存在的問題，全面分析與整合了課程可用的各種虛擬與現(xiàn)實資源，形成虛擬、現(xiàn)實共耦的大學物理課程體系。在此基礎(chǔ)上，創(chuàng)建并推進大學物理“強創(chuàng)拔優(yōu)”階躍式教學設(shè)計，提升學...
大學物理課程思政發(fā)展研究(2018—2023年) 摘要當前，課程思政建設(shè)是提升大學物理課程教學研究熱點之一。本文以中國知網(wǎng)（CNKI）中293篇相關(guān)文章為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，采用CiteSpace軟件對文章作者、研究機構(gòu)、關(guān)鍵詞等進行可視化分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：（1）研究文章發(fā)文量呈現(xiàn)先增長后減少的趨...
X 射線診療創(chuàng)新平臺助力醫(yī)學物理本碩博學生培養(yǎng) 摘要實踐教學是提升醫(yī)學物理人員專業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。本文探索一種基于X射線診療科研創(chuàng)新平臺開展醫(yī)學物理人才培養(yǎng)的實踐教學新模式。通過分析X射線診療平臺的優(yōu)勢，結(jié)合學生課題研究與能力培養(yǎng)，總結(jié)培養(yǎng)經(jīng)驗。研究表明學生通過直接參與X ...

量子力學中的角動量守恒 摘要最近發(fā)表的兩篇文章（Int.J.Theor.Phys.， 2020， 59：229;《物理與工程》，2024，第四期：5）先后給出了物理量嚴格守恒和統(tǒng)計守恒的提法和更確切的表述，與量子力學中守恒量的表述有所不同。本文討論的系統(tǒng)的哈密...
超導(dǎo)量子計算器件基礎(chǔ)理論如何在本科物理課程體系中體現(xiàn) 摘要量子計算在全球范圍內(nèi)受到廣泛的重視，近年來以潘建偉院士為代表的我國量子科學家在量子計算上取得了舉世矚目的進展。在本科物理課程體系中，適時引入超導(dǎo)量子計算理論，既可以作為本科物理課程體系中量子力學部分的有機補充和更新，也能讓本科學生更...

熱輻射綜合教學實驗平臺設(shè)計 摘要本文設(shè)計了一個用于熱輻射相關(guān)研究的綜合性教學實驗平臺，可以研究常見材料的熱輻射特性，驗證斯蒂芬玻爾茲曼定律、輻射反平方定律、蘭貝特余弦定律和基爾霍夫定律等熱輻射基本定律。該實驗平臺具有功能多、精度高、成本低、操作簡單等優(yōu)勢，實現(xiàn)了實...
基于近場電磁掃描系統(tǒng)的電磁超透鏡實驗表征 摘要透鏡是光學實驗中常見的元件，也是成像系統(tǒng)中必不可少的一環(huán)。然而隨著集成成像等新型光學成像技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)光學透鏡因其體積大等劣勢難以實現(xiàn)微型化和集成化。近年來，超透鏡作為平面光學元件，通過設(shè)計亞波長尺寸的單元結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)對光的偏振、...
下落水杯中乒乓球的吸入與出射過程 摘要一個乒乓球漂浮在盛水的杯子中，讓杯子下落并與地面發(fā)生碰撞，將會看到乒乓球從杯中射出并超過其初始高度。在杯子下落過程中，乒乓球受到的重力與浮力消失而在表面張力的作用下被吸入水中。在杯子與地面碰撞時，杯子劇烈的減速過程導(dǎo)致乒乓球感受到巨...
開發(fā)基于亥姆霍茲諧振腔的通風吸聲超材料創(chuàng)新性實驗 摘要通風吸聲超材料是目前解決通風降噪問題的熱點研究，可圍繞通風吸聲超材料的研究方案開展大學物理實驗教學。本研究方案采用有限元仿真軟件COMSOL Multiphysics理論建模并計算，優(yōu)化設(shè)計基于不完美亥姆霍茲諧振腔的通風吸聲超材料，...
基于音叉振動的液體黏滯系數(shù)測量方法研究 摘要本文提出了一種基于音叉振動的液體黏滯系數(shù)測量方法。在音叉臂底端固定振片，振片浸入測量液體中，利用電磁驅(qū)動，音叉帶動振片在液體中作一維往復(fù)運動，通過測量液體黏性剪切力對振動特性的影響，來實現(xiàn)液體黏滯系數(shù)的測量。本文通過實驗數(shù)據(jù)驗證了該...
磁機械振蕩器的拍振動研究 摘要本文研究了第36屆國際青年物理學家錦標賽（IYPT）中磁機械振蕩器的拍振動問題。應(yīng)用二自由度自由振動理論分析系統(tǒng)運動特征，得到固有頻率以及幾種典型初始條件下振動規(guī)律。搭建實驗裝置，用DIS實驗設(shè)備等測量了系統(tǒng)參數(shù)值，通過Tracke...
物理實驗教學中的融會貫通 摘要實驗教學是大學物理大類課程教學中非常重要的一環(huán)，實驗設(shè)備就是連接抽象理論和直觀現(xiàn)象最好的橋梁。實驗授課教師不僅需要對實驗涉及的各個知識點做深入講解，還需要將實驗關(guān)聯(lián)課程中的理論知識和應(yīng)用技術(shù)進行融會貫通，利用實驗課這種面對面高效溝通...
黏滯液體落球?qū)嶒灥腃OMSOL仿真探索 摘要隨著計算科學的發(fā)展，數(shù)字模擬技術(shù)被廣泛運用于教育領(lǐng)域。在大學物理實驗教學中，通過軟件模擬可以更加直觀顯示實驗現(xiàn)象和模擬規(guī)律，得到實驗上無法測量的物理量，從而拓展實驗教學的廣度和深度。本文利用COMSOL Multiphysics軟件...
基于薄填充床模型的射流折射現(xiàn)象研究 摘要本文主要研究了射流沖擊斜置網(wǎng)面后因下游射流路徑發(fā)生改變所產(chǎn)生的射流折射現(xiàn)象。在研究中網(wǎng)面被看成一個薄填充床，利用法向壓降、切向阻力求出了兩個恢復(fù)系數(shù)并表示出了折射程度的特征量—偏折角。將實驗探究與Fluent仿真分析相結(jié)合，通過控制...

人工智能驅(qū)動的物理學研究 摘要人工智能驅(qū)動的科學研究在物理、化學、生物等各個領(lǐng)域取得了顯著進展。將人工智能工具融入到大學物理教學中，培養(yǎng)學生熟悉其原理和方法，是當前教學改革的前沿課題。本文以開普勒行星橢圓運動定律為例，展示了符號回歸這一人工智能工具在發(fā)現(xiàn)物理學規(guī)...
混合現(xiàn)實技術(shù)在原子力顯微鏡實驗教學的研究 摘要以探究如何將混合現(xiàn)實技術(shù)有效地應(yīng)用于物理實驗教學為目標，本研究設(shè)計和應(yīng)用了認知負荷測量量表、沉浸感測量量表、情緒測量量表、學生態(tài)度測量量表以及知識掌握問卷。利用HoloLens2設(shè)備實現(xiàn)了原子力顯微鏡實驗探針安裝過程的混合現(xiàn)實系統(tǒng)，...

淺析電介質(zhì)的極化 摘要在電磁學和電動力學教學內(nèi)容中，介質(zhì)的極化是非常重要的組成部分。為了給學生們解釋極化的微觀機制，教材通常采用了洛倫茲模型的物理圖像。該物理圖像清晰簡單，有利于初學者快速理解極化的物理本質(zhì)。但洛倫茲模型卻存在一定程度的不自洽性。此外，使...
中學生物理概念理解水平的性別差異: 影響因素及作用機制 摘要大量研究表明，男生在物理學科能力和學習動機方面的表現(xiàn)顯著優(yōu)于女生。為探究外界評價和物理學習動機對學生物理概念理解的作用機制，本文選取252名高中生為樣本，用結(jié)構(gòu)方程模型分析性別差異的形成機制。該模型顯示物理身份認同能夠顯著正向預(yù)測學...

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