物理与工程

2024年05期

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说说磁矩在外磁场中的受力之做功和势能 摘要在经典电动力学，磁偶极子（电流环）在外磁场中的受力之做功和电磁感应相关，一般没有势能的概念;在量子力学里，磁偶极子（电子自旋）在外磁场中有势能。我们讨论经典和量子情形的微妙差别，试图给出二者关系的一种自然理解。关键词磁偶极矩;磁...
统计物理学中关于平动运动边界条件的教学实践 摘要热力学统计物理教材中求解平动运动粒子的波函数时，对于边界条件往往任意选择无限深势阱模型和周期性边界条件中的一种。由于两种边界条件下求解得到的单位能量间隔中量子态数是完全一致的，因此边界条件的具体形式不会影响统计物理研究问题的结果。然...
地球表面科里奥利力的矢量分析 摘要科里奥利力是大学物理中的一个重要知识点，其表达式用到了线速度和转动角速度矢量积的形式，对地球转动参考系中物体的运动具有丰富的作用形式和效果。然而在三维立体的地球表面上分析其大小和方向，以及其对宏观物体如水流、大气的影响时相对比较复杂...
数理方程的微分积分形式 摘要数学物理方程是一系列描述客观物理规律的偏微分方程。2021年欧洲奥林匹克物理竞赛（2021EuPhO）中有一道“细杆导热”计算细杆相关参数的实验试题与数学物理方程结合极其紧密。原试题的解答中，命题人利用了Simpson方法，在细杆上...
存在可去型奇点包含正余弦函数的无穷积分的新算法 摘要受到《数学物理方法》教材上计算含有三角函数无穷积分计算公式的启发，本文主要讨论该类积分的被积函数在实轴上存在可去型奇点的情况。尽管这类问题可以使用围道积分方法完成，但比较烦琐，因此我们对这类问题的被积分函数进行处理，从形式上使被积分...
“总师育人文化”引领的光电类实践实训课程教学改革与实践 摘要根据教育部组织实施的“卓越工程师教育培养计划”，结合我校“总师育人文化”引领的国防科技拔尖创新人才培养体系要求，本文从课程思政、国防教育、科研育人、产学育人等多方面介绍了西北工业大学光电信息科学与工程专业实践实训课程的教学模式探索与...
以能力培养为导向的光学实验课程设计 摘要为在基础教学阶段的实验课程中开展以能力培养为导向的教学，强化工程意识和实践能力培养，法国教育部针对工程师预科物理和化学类课程提出了六项能力指标。本文以面向工程师专业的“物理实验（光学）”课程为例，介绍了以六项能力指标为导向的教学设计...
“为学生终身成长奠基”的大学物理基础课教学改革创新纪实 摘要本文以研究生助教的视角，回顾了浙江大学竺可桢学院的一次由助教深度参与的大学物理基础课教学改革创新实践的全过程。先从助教自身学习经验和访谈讨论出发，阐述了大学物理基础课的特点与使命，提炼了本次教学改革的核心理念———“为学生终身成长奠...
基于大学物理认知图谱的学生评价策略思考 摘要面临高考改革分批进行，大学新生知识水平、结构差异增大，现有评价方案较少关注到对学生认知具有重要影响的知识结构，进而较难精准辨别出存在学习困难的学生。对此，本文基于学生知识掌握情况将学生在大中衔接中的类型分为衔接优良均衡型、衔接优良不...
以学启创以创促学构建物理学引领多学科融合的创新实践教学模式 摘要本文以激发学术志趣、提升创新能力及科学素养、提高创新人才培养质量为目标，构建了物理学引领多学科融合创新实践教学模式。该教学模式下，多学科学生融合组队，以物理学专业学生为领队，历经双创课程的前期理论培训、实训基地动手实操到成果输出，协...
新时代物理实验课程建设探索 摘要物理实验是理工科学校培养学生自主学习能力和实践创新能力的基础核心课程，面向科学前沿和国家需求的人才培养在新时代也有了新的要求。本文围绕新学院物理实验教学课程建设所面对的问题，基于“提高学生发现、分析和解决实际问题的能力，以及通过实验...
面向实验教学的新诺奖实验的探索 摘要目前，高校的大学物理教学实验中所涉及的诺贝尔物理学奖实验多为20世纪的经典物理实验，它们推动着物理学的进步与发展，具有重要的教育价值和实践意义。然而，随着时代的飞速发展、科技的不断进步，大学生仅注重于百年前诺奖经典实验已无法适应时代...
物理专业大学生的物理学习兴趣与自我效能感对学业拖延的影响 摘要物理专业大学生的学业拖延现象严重影响高质量物理人才的培养。研究物理学习兴趣和物理自我效能感对物理专业大学生学业拖延的影响对于分析学业拖延成因有重要意义。本文通过对208名物理专业大学生的调查，并进行相关与结构方程分析，研究了物理学习...
平方反比力场中的隐藏对称性 摘要平方反比力场问题中存在一个隐藏的SO（4）对称性，该对称性在经典开普勒问题里体现为一个守恒量———拉普拉斯隆格楞次矢量，在量子力学问题中体现为氢原子能级的超出三维旋转对称性的简并度。本文通过几何图像的方式更加直观地展示了该隐藏对称性...
从近场衍射到夫琅禾费衍射过程中的光场重构 摘要夫琅禾费衍射是光学中的一个重要的物理概念，其中单缝、方孔、圆孔的夫琅禾费衍射光场结构已为大家所熟知。本文讨论光束在近场衍射到夫琅禾费衍射（远场衍射）过程中的光场重构现象。本文发现在一维和二维光场重构过程中，光强分布会变化，光场能量会...
虚实共耦作用下大学物理“强创拔优”阶跃式教学 摘要为加强教育数字化迅速发展背景下的大学物理教学，本文针对目前大学物理教学中存在的问题，全面分析与整合了课程可用的各种虚拟与现实资源，形成虚拟、现实共耦的大学物理课程体系。在此基础上，创建并推进大学物理“强创拔优”阶跃式教学设计，提升学...
大学物理课程思政发展研究(2018—2023年) 摘要当前，课程思政建设是提升大学物理课程教学研究热点之一。本文以中国知网（CNKI）中293篇相关文章为数据基础，采用CiteSpace软件对文章作者、研究机构、关键词等进行可视化分析。结果发现：（1）研究文章发文量呈现先增长后减少的趋...
X 射线诊疗创新平台助力医学物理本硕博学生培养 摘要实践教学是提升医学物理人员专业能力和职业素养的重要环节。本文探索一种基于X射线诊疗科研创新平台开展医学物理人才培养的实践教学新模式。通过分析X射线诊疗平台的优势，结合学生课题研究与能力培养，总结培养经验。研究表明学生通过直接参与X ...

量子力学中的角动量守恒 摘要最近发表的两篇文章（Int.J.Theor.Phys.， 2020， 59：229;《物理与工程》，2024，第四期：5）先后给出了物理量严格守恒和统计守恒的提法和更确切的表述，与量子力学中守恒量的表述有所不同。本文讨论的系统的哈密...
超导量子计算器件基础理论如何在本科物理课程体系中体现 摘要量子计算在全球范围内受到广泛的重视，近年来以潘建伟院士为代表的我国量子科学家在量子计算上取得了举世瞩目的进展。在本科物理课程体系中，适时引入超导量子计算理论，既可以作为本科物理课程体系中量子力学部分的有机补充和更新，也能让本科学生更...

热辐射综合教学实验平台设计 摘要本文设计了一个用于热辐射相关研究的综合性教学实验平台，可以研究常见材料的热辐射特性，验证斯蒂芬玻尔兹曼定律、辐射反平方定律、兰贝特余弦定律和基尔霍夫定律等热辐射基本定律。该实验平台具有功能多、精度高、成本低、操作简单等优势，实现了实...
基于近场电磁扫描系统的电磁超透镜实验表征 摘要透镜是光学实验中常见的元件，也是成像系统中必不可少的一环。然而随着集成成像等新型光学成像技术的发展，传统光学透镜因其体积大等劣势难以实现微型化和集成化。近年来，超透镜作为平面光学元件，通过设计亚波长尺寸的单元结构可以实现对光的偏振、...
下落水杯中乒乓球的吸入与出射过程 摘要一个乒乓球漂浮在盛水的杯子中，让杯子下落并与地面发生碰撞，将会看到乒乓球从杯中射出并超过其初始高度。在杯子下落过程中，乒乓球受到的重力与浮力消失而在表面张力的作用下被吸入水中。在杯子与地面碰撞时，杯子剧烈的减速过程导致乒乓球感受到巨...
开发基于亥姆霍兹谐振腔的通风吸声超材料创新性实验 摘要通风吸声超材料是目前解决通风降噪问题的热点研究，可围绕通风吸声超材料的研究方案开展大学物理实验教学。本研究方案采用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics理论建模并计算，优化设计基于不完美亥姆霍兹谐振腔的通风吸声超材料，...
基于音叉振动的液体黏滞系数测量方法研究 摘要本文提出了一种基于音叉振动的液体黏滞系数测量方法。在音叉臂底端固定振片，振片浸入测量液体中，利用电磁驱动，音叉带动振片在液体中作一维往复运动，通过测量液体黏性剪切力对振动特性的影响，来实现液体黏滞系数的测量。本文通过实验数据验证了该...
磁机械振荡器的拍振动研究 摘要本文研究了第36届国际青年物理学家锦标赛（IYPT）中磁机械振荡器的拍振动问题。应用二自由度自由振动理论分析系统运动特征，得到固有频率以及几种典型初始条件下振动规律。搭建实验装置，用DIS实验设备等测量了系统参数值，通过Tracke...
物理实验教学中的融会贯通 摘要实验教学是大学物理大类课程教学中非常重要的一环，实验设备就是连接抽象理论和直观现象最好的桥梁。实验授课教师不仅需要对实验涉及的各个知识点做深入讲解，还需要将实验关联课程中的理论知识和应用技术进行融会贯通，利用实验课这种面对面高效沟通...
黏滞液体落球实验的COMSOL仿真探索 摘要随着计算科学的发展，数字模拟技术被广泛运用于教育领域。在大学物理实验教学中，通过软件模拟可以更加直观显示实验现象和模拟规律，得到实验上无法测量的物理量，从而拓展实验教学的广度和深度。本文利用COMSOL Multiphysics软件...
基于薄填充床模型的射流折射现象研究 摘要本文主要研究了射流冲击斜置网面后因下游射流路径发生改变所产生的射流折射现象。在研究中网面被看成一个薄填充床，利用法向压降、切向阻力求出了两个恢复系数并表示出了折射程度的特征量—偏折角。将实验探究与Fluent仿真分析相结合，通过控制...

人工智能驱动的物理学研究 摘要人工智能驱动的科学研究在物理、化学、生物等各个领域取得了显著进展。将人工智能工具融入到大学物理教学中，培养学生熟悉其原理和方法，是当前教学改革的前沿课题。本文以开普勒行星椭圆运动定律为例，展示了符号回归这一人工智能工具在发现物理学规...
混合现实技术在原子力显微镜实验教学的研究 摘要以探究如何将混合现实技术有效地应用于物理实验教学为目标，本研究设计和应用了认知负荷测量量表、沉浸感测量量表、情绪测量量表、学生态度测量量表以及知识掌握问卷。利用HoloLens2设备实现了原子力显微镜实验探针安装过程的混合现实系统，...

浅析电介质的极化 摘要在电磁学和电动力学教学内容中，介质的极化是非常重要的组成部分。为了给学生们解释极化的微观机制，教材通常采用了洛伦兹模型的物理图像。该物理图像清晰简单，有利于初学者快速理解极化的物理本质。但洛伦兹模型却存在一定程度的不自洽性。此外，使...
中学生物理概念理解水平的性别差异: 影响因素及作用机制 摘要大量研究表明，男生在物理学科能力和学习动机方面的表现显著优于女生。为探究外界评价和物理学习动机对学生物理概念理解的作用机制，本文选取252名高中生为样本，用结构方程模型分析性别差异的形成机制。该模型显示物理身份认同能够显著正向预测学...

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