物理与工程

2024年06期

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什么是ETA 物理解题法 摘要为了解决素质教育与应试能力统一的问题，我们以ETA 物理认知模型为基础，提出了ETA物理解题法。这种解题法不仅能实现教、学、考、研的统一，还能克服“应试教育”的各种弊端，帮助学生取得更好的考试成绩。关键词 ETA 物理解题法;ET...
第54届国际物理奥林匹克竞赛理论试题1介绍与解答 摘要本文介绍第54届国际物理奥林匹克竞赛理论考试的第一题。该题以温室效应全球变暖为背景，考查黑体辐射和热传导中的能量平衡。题目分成两部分，第一部分关注黑体辐射的辐射能分布;第二部分关注反射吸收下，能量的平衡。题目涉及近代物理（黑体辐射）...
电磁特性研究反哺电磁波教学 摘要光滑交界面上电磁场受边界条件约束，表现为遵循菲涅耳定律及斯涅尔定律。这些规律不限于在光滑面上起作用。本文从粗糙面电磁散射、透射和吸收特征出发，重新认识和理解菲涅耳定律、斯涅尔定律及布儒斯特角的影响，看这些理论如何在粗糙面电磁行为研究...
旋转矢量法分析背向散射光对异面腔激光陀螺锁区阈值的影响 摘要本文以旋转矢量法为基础，结合异面谐振腔中本征模式的耦合规律及图像旋转特性，推导得到了异面环形激光谐振腔中背向散射光所引起的锁区阈值表达式，研究了异面腔结构参数对于背向散射光及锁区阈值的影响。在左、右旋分量锁区同步变化情况下，实现了通...
物理光学教学中引入广义斯涅耳定律和菲涅耳公式的尝试 摘要光学是物理学的重要分支学科，是高校物理类、光学工程类及光电信息类等专业的必修基础课程。斯涅耳定律和菲涅耳公式是光学教学的重要知识点，但是近期研究发现非均匀界面存在异常折反射现象，传统的斯涅耳定律不再适用。虽然研究者采用费马原理推导了...
面向新工科的“近代物理专题”课程体系的创新构建 摘要受总学时限制，在目前的大学物理课程体系中，近代物理部分占比很小;而且，由于现代科学技术的突飞猛进，目前多数大学物理课程教材的知识体系更新速度显著落后于物理学的高速发展。当前的大学物理课程教学既不能满足“新工科”对人才培养的新要求，也...
一维狄拉克梳模型能带形成的数值和解析方法对比分析 摘要本文首先用空晶格模型讨论了周期性能带的形成;然后，在实空间推导了一维狄拉克梳模型的能量色散关系，结合数值模拟结果和近似方法公式系统地对比分析了能带的主要概念特征，图像直观地呈现了近自由电子近似下的能隙产生及其适用条件、紧束缚近似下的...
螺丝钉沿斜坡下滑时振幅增大现象的力学分析 摘要本文从动力学角度，对2023年国际青年物理学家锦标赛的第 9 题“摆动螺丝（OscillatingScrew）”进行了理论分析和实验探究。该问题描述了在斜坡上释放一个螺丝钉，螺丝钉沿着斜坡向下运动时可能会产生越来越大的振荡。本文通过...
精准对接专业、立足产教融合的大学物理教学探索与实践 摘要发展新质生产力促进了大学物理课程的改革。根据2023年8月教育部《理工科类大学物理课程教学基本要求》中“专业衔接，即针对不同专业方向，有针对性地组织专题模块进行教学”的要求，我们面向我校信息类和土木工程类学生分别设立了“大学物理（精...
高校研究生助教量化评价体系的探索与实践 摘要高校研究生助教群体在保证量大面广的基础课程教育质量中发挥着重要作用，是高校在推进“双一流”建设中需要着力培养的一支教学力量。研究生助教评价体系在研究生助教的培养中发挥着积极有效的作用，为助教明确工作重点的同时，也能反映助教培养工作中...
类比理解物体的力学、电学、热学惯性 摘要物体任何保持原有状态不变的性质，都可以叫做惯性。本文用类比的方法从力学、电学和热学各方面阐述了物体多种惯性的存在，并重点讨论了物体热惯性的表示以及与哪些因素有关。此外，本文还从守恒的角度探讨了惯性所蕴含的对称性。关键词惯性;热惯...
课程思政高质量教学融入的实践研究 摘要本研究以“饮水鸟模型探究”为例，介绍了课程思政高质量融入“大学物理”具体课程学习实践活动中的“表里融合、导学拓展、知行合一、起落一致”的教学样式，探讨了优化创设思政元素大情境教学，问题驱动兼顾情境性和体验性，打通理论学习和实验活动，...
“五融合”式通信原理教学改革研究 摘要通信原理课程是应用物理专业开设的一门核心专业课，在专业知识结构中起着承上启下的重要作用。随着“互联网+”的兴起，传统的教学模式已经无法满足学生实践能力的需求，为破解该课程在传统教学中的困境，我们在教学实践中构建了“思教”“科教”“创...
依托“强基计划”、立足物理学科培养新工科人才的探索与实践 摘要新工科建设和“强基计划”分别是教育部在国家层面先后部署的培养未来新技术人才和基础学科拔尖人才的重大战略举措。作为教育部确定的首批“强基计划”专业，物理学是自然科学的基石，也是新工科发展的原始动力和处女地。能否有效衔接新工科建设和物理...
小球脱离光滑半球面时间的分析和讨论 摘要本文主要处理小球滑落光滑半球面的时间问题。小球的运动学方程以及滑落时间可以借助Python的数值计算功能和可视化技术求解牛顿第二定律得到数值的结果，也可以运用功能原理直接解析得到滑落时间;结果表明数值计算和解析解完全等价。对于小球而...
竞赛方法论: 开放性题目与探索创新能力培养 摘要全国大学生物理实验竞赛（创新）是拉动教育改革和教学质量提升的重要举措，是检验学生科学素养、促进创新能力提升的良好载体。本文解析了物理实验竞赛之主题———开放性题目的特点和意义，提出竞赛的总体目标应是通过开放性题目的实验研究获得“三新...
材料科学进展课程教学改革探索与实践 摘要材料科学进展是长沙理工大学材料学院为本科生开设的一门理论课，主要介绍高分子、金属、无机非金属等材料的研究、设计和开发，器件加工以及表征技术的科学进展和发展趋势。针对该课程特色和教学中存在的问题，我们进行了教学改革实践与探索：在教学实...
项目式学习融入高校劳动教育课程的实践探索 摘要数智时代高校的劳动教育课程要体现时代特征，兼具综合性、实践性和开放性，就需要创新课程体系。结合物理专业优势，融入项目式学习，运用信息技术手段打造的“物理科普劳动教育与实践”课，强化亲身实践，注重“知行合一”，能有效提升育人实效性。课...
高斯定理及原子模型的建立 摘要在大学物理中，高斯定理及其应用是最基本且重要的内容。本文基于高斯定理分析球对称性分布的电场，深入探讨了具有球对称性的几种原子模型的场的特点。包括汤姆逊原子模型、卢瑟福核式模型、玻尔氢原子模型，充分体现了高斯定理在原子物理中的具体应用...
从平衡态到非平衡态 摘要在本科教学中融入科研前沿、训练科研思维对学生能力的提升有重要作用。本文以压强为例，由浅入深地梳理平衡态热力学系统中压强的推导过程，并结合软凝聚态领域最前沿的科研进展，讨论了压强在非平衡活性系统中的奇特性质———不是一个系统参量决定的...
基于广义斯涅尔定律对超构表面原理的研究 摘要作为超构材料的二维表现，超构表面是由亚波长尺度的原子结构组成的，利用单层或多层结构可以实现对入射电磁波的相位、传播方向及物理作用机制的调节。本文采用广义斯涅尔定律描述界面处引入的相位突变对电磁波折射特性的影响，并结合等离子体基模波导...
光偏振特性的定量研究 摘要光具有频率（光谱）、光强、位相和偏振四维属性，人眼对光的偏振特性并不敏感，需借助仪器测量来获知偏振信息，偏振的相关测量涉及强度测量。本文采用经典法、琼斯矩阵法和干涉法定量计算不同类型偏振光通过偏振片后的光强，导出线偏振光、椭圆偏振光...

融入计算思维培养的大学物理实训项目的开发 摘要 “101计划”是为了推动高校人才培养模式的转变。我们以“101计划”的核心思想为指引，依据计算机专业人才培养方案的要求，将计算思维的培养融入大学物理课程的教学中，开发了“光干涉现象的计算机模拟”的实训项目。结果表明，项目的实施不但能...
基于知识图谱的大学物理课程建设与实践 摘要知识图谱推动人工智能技术与教育教学的深度融合，为实现课程的数智化建设与实践提供了技术路线和策略。本文展示了构建大学物理课程知识图谱的思路和流程，并分析了提取知识点及关联知识点时，教学目标导向、跨课程关联、思政知识点关联等的影响和作用...

开放环境下金属热物性参数测量的设计与实现 摘要细长形金属圆棒裸露置于自然环境下，热量传递的物理过程包括热传导、热对流、热辐射。金属棒被持续加热后再停止加热，对其升温、稳态、降温三个过程进行实时温度监测，根据热传导方程，通过分析不同阶段热传导、热对流、热辐射在热量传递中的占比，实...
数据的频域分析和望远镜自动控制 摘要氢元素是宇宙中占比最高的重子物质，其中大部分以氢原子的形式存在。中性氢原子波长为21cm 的超精细结构谱线，即中性氢21cm 线，是较强的射电天文源，可以反映宇宙重子物质的分布。这里我们介绍在中山大学3.2米射电望远镜实验平台上开展...
光盘上的“彩色线”传输特性理论分析与实验探究 摘要本文针对2023年IYPT 的第四题“彩色线”进行研究。当光源发射的光线照射到光盘表面时，会在光盘中央产生一条明显的光亮条纹，且颜色会随着光盘倾角变化，基于这一生活中的现象，本文通过理论推导、仿真模拟、搭建实验系统进行研究，旨在探究...
利用复杂光栅结构制备涡旋光 摘要涡旋光的研究与应用是当前光学领域的前沿和热点。本文介绍了一种方便实用的涡旋光制备方法。我们首先利用涡旋光与高斯光的干涉，产生了叉形光栅结构。然后采用喷墨打印技术，将此叉形光栅图案打印在激光打印胶片上。最后通过平面光束照射叉形光栅，利...
大学物理实验中光学系统成像的Matlab仿真模拟 摘要在目前多元化教育教学的背景下，传统的线下教学模式已经不能满足当前的大学物理实验教育教学的需求。为了提高对光学系统成像结果的验证，加强对成像系统模拟的研究，提高大学生在实际生活中对光学知识的应用及普及，本文通过波动光学的基本理论，对复...

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