物理與工程

2024年06期

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什么是ETA 物理解題法 摘要為了解決素質(zhì)教育與應試能力統(tǒng)一的問題，我們以ETA 物理認知模型為基礎，提出了ETA物理解題法。這種解題法不僅能實現(xiàn)教、學、考、研的統(tǒng)一，還能克服“應試教育”的各種弊端，幫助學生取得更好的考試成績。關鍵詞 ETA 物理解題法;ET...
第54屆國際物理奧林匹克競賽理論試題1介紹與解答 摘要本文介紹第54屆國際物理奧林匹克競賽理論考試的第一題。該題以溫室效應全球變暖為背景，考查黑體輻射和熱傳導中的能量平衡。題目分成兩部分，第一部分關注黑體輻射的輻射能分布;第二部分關注反射吸收下，能量的平衡。題目涉及近代物理（黑體輻射）...
電磁特性研究反哺電磁波教學 摘要光滑交界面上電磁場受邊界條件約束，表現(xiàn)為遵循菲涅耳定律及斯涅爾定律。這些規(guī)律不限于在光滑面上起作用。本文從粗糙面電磁散射、透射和吸收特征出發(fā)，重新認識和理解菲涅耳定律、斯涅爾定律及布儒斯特角的影響，看這些理論如何在粗糙面電磁行為研究...
旋轉(zhuǎn)矢量法分析背向散射光對異面腔激光陀螺鎖區(qū)閾值的影響 摘要本文以旋轉(zhuǎn)矢量法為基礎，結(jié)合異面諧振腔中本征模式的耦合規(guī)律及圖像旋轉(zhuǎn)特性，推導得到了異面環(huán)形激光諧振腔中背向散射光所引起的鎖區(qū)閾值表達式，研究了異面腔結(jié)構參數(shù)對于背向散射光及鎖區(qū)閾值的影響。在左、右旋分量鎖區(qū)同步變化情況下，實現(xiàn)了通...
物理光學教學中引入廣義斯涅耳定律和菲涅耳公式的嘗試 摘要光學是物理學的重要分支學科，是高校物理類、光學工程類及光電信息類等專業(yè)的必修基礎課程。斯涅耳定律和菲涅耳公式是光學教學的重要知識點，但是近期研究發(fā)現(xiàn)非均勻界面存在異常折反射現(xiàn)象，傳統(tǒng)的斯涅耳定律不再適用。雖然研究者采用費馬原理推導了...
面向新工科的“近代物理專題”課程體系的創(chuàng)新構建 摘要受總學時限制，在目前的大學物理課程體系中，近代物理部分占比很小;而且，由于現(xiàn)代科學技術的突飛猛進，目前多數(shù)大學物理課程教材的知識體系更新速度顯著落后于物理學的高速發(fā)展。當前的大學物理課程教學既不能滿足“新工科”對人才培養(yǎng)的新要求，也...
一維狄拉克梳模型能帶形成的數(shù)值和解析方法對比分析 摘要本文首先用空晶格模型討論了周期性能帶的形成;然后，在實空間推導了一維狄拉克梳模型的能量色散關系，結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果和近似方法公式系統(tǒng)地對比分析了能帶的主要概念特征，圖像直觀地呈現(xiàn)了近自由電子近似下的能隙產(chǎn)生及其適用條件、緊束縛近似下的...
螺絲釘沿斜坡下滑時振幅增大現(xiàn)象的力學分析 摘要本文從動力學角度，對2023年國際青年物理學家錦標賽的第 9 題“擺動螺絲（OscillatingScrew）”進行了理論分析和實驗探究。該問題描述了在斜坡上釋放一個螺絲釘，螺絲釘沿著斜坡向下運動時可能會產(chǎn)生越來越大的振蕩。本文通過...
精準對接專業(yè)、立足產(chǎn)教融合的大學物理教學探索與實踐 摘要發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力促進了大學物理課程的改革。根據(jù)2023年8月教育部《理工科類大學物理課程教學基本要求》中“專業(yè)銜接，即針對不同專業(yè)方向，有針對性地組織專題模塊進行教學”的要求，我們面向我校信息類和土木工程類學生分別設立了“大學物理（精...
高校研究生助教量化評價體系的探索與實踐 摘要高校研究生助教群體在保證量大面廣的基礎課程教育質(zhì)量中發(fā)揮著重要作用，是高校在推進“雙一流”建設中需要著力培養(yǎng)的一支教學力量。研究生助教評價體系在研究生助教的培養(yǎng)中發(fā)揮著積極有效的作用，為助教明確工作重點的同時，也能反映助教培養(yǎng)工作中...
類比理解物體的力學、電學、熱學慣性 摘要物體任何保持原有狀態(tài)不變的性質(zhì)，都可以叫做慣性。本文用類比的方法從力學、電學和熱學各方面闡述了物體多種慣性的存在，并重點討論了物體熱慣性的表示以及與哪些因素有關。此外，本文還從守恒的角度探討了慣性所蘊含的對稱性。關鍵詞慣性;熱慣...
課程思政高質(zhì)量教學融入的實踐研究 摘要本研究以“飲水鳥模型探究”為例，介紹了課程思政高質(zhì)量融入“大學物理”具體課程學習實踐活動中的“表里融合、導學拓展、知行合一、起落一致”的教學樣式，探討了優(yōu)化創(chuàng)設思政元素大情境教學，問題驅(qū)動兼顧情境性和體驗性，打通理論學習和實驗活動，...
“五融合”式通信原理教學改革研究 摘要通信原理課程是應用物理專業(yè)開設的一門核心專業(yè)課，在專業(yè)知識結(jié)構中起著承上啟下的重要作用。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的興起，傳統(tǒng)的教學模式已經(jīng)無法滿足學生實踐能力的需求，為破解該課程在傳統(tǒng)教學中的困境，我們在教學實踐中構建了“思教”“科教”“創(chuàng)...
依托“強基計劃”、立足物理學科培養(yǎng)新工科人才的探索與實踐 摘要新工科建設和“強基計劃”分別是教育部在國家層面先后部署的培養(yǎng)未來新技術人才和基礎學科拔尖人才的重大戰(zhàn)略舉措。作為教育部確定的首批“強基計劃”專業(yè)，物理學是自然科學的基石，也是新工科發(fā)展的原始動力和處女地。能否有效銜接新工科建設和物理...
小球脫離光滑半球面時間的分析和討論 摘要本文主要處理小球滑落光滑半球面的時間問題。小球的運動學方程以及滑落時間可以借助Python的數(shù)值計算功能和可視化技術求解牛頓第二定律得到數(shù)值的結(jié)果，也可以運用功能原理直接解析得到滑落時間;結(jié)果表明數(shù)值計算和解析解完全等價。對于小球而...
競賽方法論: 開放性題目與探索創(chuàng)新能力培養(yǎng) 摘要全國大學生物理實驗競賽（創(chuàng)新）是拉動教育改革和教學質(zhì)量提升的重要舉措，是檢驗學生科學素養(yǎng)、促進創(chuàng)新能力提升的良好載體。本文解析了物理實驗競賽之主題———開放性題目的特點和意義，提出競賽的總體目標應是通過開放性題目的實驗研究獲得“三新...
材料科學進展課程教學改革探索與實踐 摘要材料科學進展是長沙理工大學材料學院為本科生開設的一門理論課，主要介紹高分子、金屬、無機非金屬等材料的研究、設計和開發(fā)，器件加工以及表征技術的科學進展和發(fā)展趨勢。針對該課程特色和教學中存在的問題，我們進行了教學改革實踐與探索：在教學實...
項目式學習融入高校勞動教育課程的實踐探索 摘要數(shù)智時代高校的勞動教育課程要體現(xiàn)時代特征，兼具綜合性、實踐性和開放性，就需要創(chuàng)新課程體系。結(jié)合物理專業(yè)優(yōu)勢，融入項目式學習，運用信息技術手段打造的“物理科普勞動教育與實踐”課，強化親身實踐，注重“知行合一”，能有效提升育人實效性。課...
高斯定理及原子模型的建立 摘要在大學物理中，高斯定理及其應用是最基本且重要的內(nèi)容。本文基于高斯定理分析球?qū)ΨQ性分布的電場，深入探討了具有球?qū)ΨQ性的幾種原子模型的場的特點。包括湯姆遜原子模型、盧瑟福核式模型、玻爾氫原子模型，充分體現(xiàn)了高斯定理在原子物理中的具體應用...
從平衡態(tài)到非平衡態(tài) 摘要在本科教學中融入科研前沿、訓練科研思維對學生能力的提升有重要作用。本文以壓強為例，由淺入深地梳理平衡態(tài)熱力學系統(tǒng)中壓強的推導過程，并結(jié)合軟凝聚態(tài)領域最前沿的科研進展，討論了壓強在非平衡活性系統(tǒng)中的奇特性質(zhì)———不是一個系統(tǒng)參量決定的...
基于廣義斯涅爾定律對超構表面原理的研究 摘要作為超構材料的二維表現(xiàn)，超構表面是由亞波長尺度的原子結(jié)構組成的，利用單層或多層結(jié)構可以實現(xiàn)對入射電磁波的相位、傳播方向及物理作用機制的調(diào)節(jié)。本文采用廣義斯涅爾定律描述界面處引入的相位突變對電磁波折射特性的影響，并結(jié)合等離子體基模波導...
光偏振特性的定量研究 摘要光具有頻率（光譜）、光強、位相和偏振四維屬性，人眼對光的偏振特性并不敏感，需借助儀器測量來獲知偏振信息，偏振的相關測量涉及強度測量。本文采用經(jīng)典法、瓊斯矩陣法和干涉法定量計算不同類型偏振光通過偏振片后的光強，導出線偏振光、橢圓偏振光...

融入計算思維培養(yǎng)的大學物理實訓項目的開發(fā) 摘要 “101計劃”是為了推動高校人才培養(yǎng)模式的轉(zhuǎn)變。我們以“101計劃”的核心思想為指引，依據(jù)計算機專業(yè)人才培養(yǎng)方案的要求，將計算思維的培養(yǎng)融入大學物理課程的教學中，開發(fā)了“光干涉現(xiàn)象的計算機模擬”的實訓項目。結(jié)果表明，項目的實施不但能...
基于知識圖譜的大學物理課程建設與實踐 摘要知識圖譜推動人工智能技術與教育教學的深度融合，為實現(xiàn)課程的數(shù)智化建設與實踐提供了技術路線和策略。本文展示了構建大學物理課程知識圖譜的思路和流程，并分析了提取知識點及關聯(lián)知識點時，教學目標導向、跨課程關聯(lián)、思政知識點關聯(lián)等的影響和作用...

開放環(huán)境下金屬熱物性參數(shù)測量的設計與實現(xiàn) 摘要細長形金屬圓棒裸露置于自然環(huán)境下，熱量傳遞的物理過程包括熱傳導、熱對流、熱輻射。金屬棒被持續(xù)加熱后再停止加熱，對其升溫、穩(wěn)態(tài)、降溫三個過程進行實時溫度監(jiān)測，根據(jù)熱傳導方程，通過分析不同階段熱傳導、熱對流、熱輻射在熱量傳遞中的占比，實...
數(shù)據(jù)的頻域分析和望遠鏡自動控制 摘要氫元素是宇宙中占比最高的重子物質(zhì)，其中大部分以氫原子的形式存在。中性氫原子波長為21cm 的超精細結(jié)構譜線，即中性氫21cm 線，是較強的射電天文源，可以反映宇宙重子物質(zhì)的分布。這里我們介紹在中山大學3.2米射電望遠鏡實驗平臺上開展...
光盤上的“彩色線”傳輸特性理論分析與實驗探究 摘要本文針對2023年IYPT 的第四題“彩色線”進行研究。當光源發(fā)射的光線照射到光盤表面時，會在光盤中央產(chǎn)生一條明顯的光亮條紋，且顏色會隨著光盤傾角變化，基于這一生活中的現(xiàn)象，本文通過理論推導、仿真模擬、搭建實驗系統(tǒng)進行研究，旨在探究...
利用復雜光柵結(jié)構制備渦旋光 摘要渦旋光的研究與應用是當前光學領域的前沿和熱點。本文介紹了一種方便實用的渦旋光制備方法。我們首先利用渦旋光與高斯光的干涉，產(chǎn)生了叉形光柵結(jié)構。然后采用噴墨打印技術，將此叉形光柵圖案打印在激光打印膠片上。最后通過平面光束照射叉形光柵，利...
大學物理實驗中光學系統(tǒng)成像的Matlab仿真模擬 摘要在目前多元化教育教學的背景下，傳統(tǒng)的線下教學模式已經(jīng)不能滿足當前的大學物理實驗教育教學的需求。為了提高對光學系統(tǒng)成像結(jié)果的驗證，加強對成像系統(tǒng)模擬的研究，提高大學生在實際生活中對光學知識的應用及普及，本文通過波動光學的基本理論，對復...

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