物理与工程

2024年01期

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双月刊

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2023年版《理工科类大学物理课程教学基本要求》内容细化修订解读 摘要本文介绍了对2010年版《理工科类大学物理课程教学基本要求》修订的意义和过程，并对2023年版《理工科类大学物理课程教学基本要求》中修订内容进行了解读。关键词大学物理;基本要求;细化修订;专业衔接;课程思政 1 基本要求修订的背...
“从爱因斯坦质能关系式推出勾股定理”之荒谬 摘要一本数学教科书提出并“证明”勾股定理可以用爱因斯坦质能关系式推导出来。教科书的编写者混淆了爱因斯坦少年时对勾股定理的简洁而睿智的纯数学推导，与多年后提出的著名的物理大发现———质能关系式。科学和教育界类似的荒谬贻害深远，必须予以澄清...

认识和探测宇宙的基本方法介绍 摘要人类对宇宙最早的认识和观测始于可见光，之后由于有1865年麦克斯韦对电磁波的预言，1887年赫兹的证实，以及1933年杨斯基发现银河系的射电辐射，可见光观测自此扩展到电磁波多波段观测，出现了多波段天文学。1912年，赫斯发现宇宙线，...

位移电流测试方法的改进及应用 摘要自从麦克斯韦第一次提出位移电流这一概念之后，其在薄膜表征中便得到广泛的应用。然而，在课堂教学中，极少涉及位移电流的测试原理及相关应用讲解，更缺少对其实际应用的介绍。本文从位移电流的测试原理出发，联系实际应用，提出了基于周期性阶跃电压...
均匀带电的无限长直导线电势问题的正规化处理 摘要若在基础物理课程的教学中合理融入现代物理学研究的概念与方法，则可使学生更好地理解所学知识的应用价值，从而为更高水平的教学和研究作准备。本文以均匀带电无限长直导线电势的计算为例，探讨了如何在本科二年级的电动力学课程教学中引入和渗透现代...
关于多缝衍射中“缺级”表述的分析与讨论 摘要在大学物理教学中，部分教材与教案为了描述多缝衍射中干涉条纹与衍射条纹的重叠，将干涉极大与衍射极小重合时的现象表述为“缺级”，即本应出现的干涉极大在衍射极小的作用下缺失了。然而，干涉极大是否真的缺失了呢？深入的分析与实验表明“缺级”...
过程性评价对工科物理教学质量的影响研究 摘要本研究以课堂测验的形式探索过程性评价对学习效果的影响。学生层面上，通过使用学习投入问卷对工科学生的大学物理学习投入进行测量，发现过程性评价除了检查课堂学习效果，还是提升学生情感投入的一个有效途径。教师层面，通过使用Rasch模型对大...
关于柔软无弹性轻绳中加速度奇点问题的讨论 摘要不少大学物理教材将“柔软无弹性轻绳”作为一种经典模型并围绕其理想性提出了一系列的题目，而不同的求解方法可能得到不同的答案，这本质上是因为这种模型中隐含着加速度奇点，而各解法对加速度奇点的处理不同。为了系统性地解决不同解法之间的分歧，...
显式与隐式方法求解含时薛定谔方程及误差分析 摘要含时薛定谔方程是量子力学最重要的方程之一，它可以给出不同相互作用势下体系波函数的演化。相互作用势的复杂形式使得薛定谔方程一般没有解析解。如何较准确地数值求解含时薛定谔方程，对许多物理问题有着重要意义。本文采用显式与隐式的方法求解薛定...
自旋轨道耦合作用的等效磁场 摘要自旋与电荷一样，是电子的固有属性，电子的周期性轨道运动产生的磁场与电子的自旋磁矩相互作用，这种磁相互作用就是自旋轨道相互作用。在原子物理学中，这种自旋轨道作用会影响原子光谱的精细结构，然而教材中缺少自旋轨道耦合作用在二维半导体材料中...
科研为导向反哺教学的教育模式用于半导体物理课程的教学改革 摘要半导体物理的知识点相对烦琐且内容抽象，传统的课堂教学方法已无法满足学生的需求，以科研为导向反哺教学的教育模式为半导体物理学课程教学改革提供了全新的思路。科研为导向反哺教学的教育模式注重将科研与教学有机结合，实现“教学与研究”的一体化...
2023版与2010版《理工类大学物理课程教学基本要求》的比较与启示 摘要本文通过对2023版与2010版《理工类大学物理课程教学基本要求》的比较分析，得到2023版《基本要求》在教学内容和要求的调整和变化。2023版《基本要求》减少了与中学重叠的经典物理内容，增加了对课程思政和与新工科专业相关的物理专题...
具体、实用和简单化(CAS)的理工科课程创新能力培养策略 摘要本文分析和凝练了高等学校理工科课程的“抽象内容具体化、课本知识实用化、复杂问题简单化”的CAS教学策略。以大学物理课程为例，介绍了其创新能力培养功能：具体化培养兴趣，实用化引导主动性以及简单化培养创新能力。关键词具体化;实用化;...
巧用Matlab App Desinger开展物理可视化教学 摘要近年来，可视化教学逐渐成为教育领域研究的热点，尤其是在教学过程中使用科研软件来辅助教学。其中，Matlab的交互式软件开发工具App Desinger，可通过构建交互式演示平台将教学内容以动态、直观的方式展现给学生。本文以半导体物理...
Python可视化技术在电动力学教学中的应用 摘要电动力学是研究电磁场基本规律的理论课程，不仅是理解电磁现象的基础，而且为电子技术和通信工程等应用领域提供了理论支持;但电动力学理论中的抽象概念难以直观理解，数学计算尤其是矢量计算较为复杂。本文探究Python编程语言的可视化技术在电...

居家实验: 硬币弹跳 摘要本文给出了居家环境下基于智能手机研究硬币弹跳的声学频率和产生的共振模式一种方案。理论上首先根据圆板的振动方程，给出了硬币固有振动频率的表达式。之后结合特定边界条件，利用有限元的方法分析了三种类型硬币的固有振动模式及对应频率。实验上利...
空间自适应的被动声源定位系统的设计 摘要传统的声源定位技术分为时延估计和空间定位两步，本文将几种经典的时延估计和空间定位方法加以整合与改进，提高了系统的实时性与抗干扰能力，创新性地提出并实现了根据声源位置变化而自适应调整麦克风阵列形态的定位系统，在不降低实时性的同时，有效...
正交偏振干涉的矢量光场分析和检测 摘要在大学物理中，光的干涉和衍射现象是描述光的粒子性和波动性非常常见的内容。那么光的干涉需满足相干条件，即两束光具有相同的偏振态、相同的频率和固定的相位差。因此，在标量衍射理论中，完全正交偏振的光不能够发生干涉现象。为拓展和探究正交偏振...
基于虚拟设计性物理实验的科学探究能力评价研究 摘要科学探究能力是体现科学素养水平的重要指标，科学探究能力的培养已成为当前国际科学教育改革的核心理念。物理课程标准对科学探究及大学物理实验能力作出了明确的要求。但是，目前在“设计性物理实验”中表现出的科学探究能力的评价体系并不完整。为此...
“橡皮筋上的球”运动规律的研究 摘要本文对2022年IYPT 的一道题目“橡皮筋上的球”进行了研究，在对橡皮筋扭转力和阻尼作线性假设的条件下，建立了二自由度线性阻尼自由扭振模型描述双球橡皮筋运动规律，建立了弹性圆轴的剪切形变力学模型描述橡皮筋的力学性质，并给出解析解。...
蜡烛火焰振荡行为的实验探究 摘要燃烧的火焰在一定条件下会呈现出时间上的周期振荡行为，但人们对其背后的动力学机制一直不是很清楚。本文首先利用纹影法对蜡烛的火焰振荡行为进行了实验研究，发现随着火焰尺寸的增加火焰首先从平稳燃烧变为振荡燃烧，之后火焰的振荡频率会逐渐降低。...
用数字示波器探究光磁共振实验中反常共振信号的机理 摘要本文根据拟合得到的gF 因子大小，确定了光磁共振实验中的反常共振信号;用数字示波器测量了反常共振射频信号的频谱，计算了反常共振射频信号各高次谐波的大小;通过线性拟合，得到了正常共振信号幅度与射频信号幅度的关系。利用此关系，计算了各高...
杨氏双缝干涉实验中引入偏振片的教学思考及分析 摘要将偏振片引入杨氏双缝干涉实验，并讨论不同组合时干涉条纹的规律，是一道很有意义的习题，然而，常见的解答———“无固定相位差”，对问题的本质认识不够深入。本文运用马吕斯定律和波的叠加原理，计算了叠加后的衬比度。定量计算表明，在杨氏双缝干...