物理与工程杂志 统计源期刊

物理与工程 2018年第05期杂志 文档列表

物理与工程杂志培育一流人才探索

清华物理系本科人才培养理念与实践3-4

摘要：清华大学物理系自1926年建系起就将教学和人才培养作为首要工作,以为国家乃至全世界培养一流物理学人才和各行各业栋梁为己任。本文从广揽名师、营造环境,因材施教、自由发展,体验探究、发掘兴趣三个方面梳理了20年来清华物理系在本科生教育与人才培养方面的理念与实践成果。基于这些宝贵的经验,清华物理系将不遗余力地进一步加强学堂物理班建设,发挥＂叶企孙班＂的引领作用,力争提供全世界最好的物理学本科教育。

从基础科学班到清华学堂物理班——朱邦芬院士在清华大学基科班20年·学堂班10年庆典大会上的讲话5-11

摘要：2018年是叶企孙先生诞辰120周年,是清华大学基础科学班成立的20周年,也是清华学堂物理班成立的10周年。在周年纪念会上,作者代表清华大学物理系对清华大学基础科学班和清华学堂物理班的由来、特色以及在人才培养方面取得的成绩做了介绍。基础科学班是在复兴清华物理系,培养一流科学技术人才的愿景下于1998年成立的,除国内顶尖的教师授课之外,其主要特色是同时强化数学物理基础,开设科研训练专题课程,学生在主修学科上具有充分的选择自由。为了进一步加强基础学科本科教育,促进基础科学拔尖创新人才成长,2009年清华学堂物理班正式成立。在继承基础科学班育人特色的基础上,学堂物理班更加注重一流物理人才脱颖而出的＂环境＂的营造,强调学生在学习和研究上自主性的培育,通过进一步落实导师制度加强师生交流,创造更多国际交流机会等举措,重点培养学生的好奇心、想象力和批判性思维。经统计,目前获得斯隆奖的清华物理系毕业生共15人,其中有5位毕业于基础科学班。除学术研究领域,基础科研班毕业生在高新技术等众多领域也作出了重要贡献。清华学堂物理班的毕业生们全部攻读研究生,早期的毕业生们大多已获得了博士学位,在从事博士后工作。十年树木,百年树人,近20年基础科研班和清华学堂班的人才培育取得了不错的成绩。未来,清华物理系将继续肩负为中国培养杰出人才的使命,在教书育人的道路上追求卓越。

物理与工程杂志教学研究

基于物理学科特点下教学竞赛工作原则的认识与实践12-17

摘要：作为全国大学物理教学类最高赛事,全国高等学校物理基础课程青年教师讲课比赛的举办,激发了青年教师投身教学的热情,促进了全国院校物理教学的建设。本文基于赛事的认识、理论讲课比赛的关注点、物理实验讲课比赛的关注点、比赛过程控制和结果应用4个方面,对物理学科特点下教学竞赛工作原则进行了讨论,在明确物理课程教学定位和实验理论教学地位的基础上,以讲课比赛关注点的形式,重点对理论教学中的方法、内容、数学工具和媒体工具的运用,对实验教学中的实验方法、实验类化和理论指导实验的实践进行了阐述,期望对竞赛组织、评委及选手有所借鉴。

物理与实际工程交叉课程的教学实践18-27

摘要：在实际的石油开发工程中,经常碰到压裂裂缝的渗流问题,而建立一个裂缝渗流物理模型会涉及很多的数学物理概念和方法,把裂缝渗流问题引入到物理教学中,既可以加强学生对物理概念和数学方法的认识,又能对工科学生起到工程训练的目的。我们在教学实践过程中,采用了基于项目学习的教学方式,以突出物理概念、强化工程意识和注重项目学习教育理念这3个方面为重点,在交叉问题设计、课程安排和教学评价等环节上进行了探索。实践表明,物理与实际工程交叉课程的教学,可以用项目学习的方式有效开展,但在选择学生时,以面向大二或大三学生为宜。

基于模糊综合评价法的大学物理MOOC教学质量评价28-38

摘要：本文以作者的文章＂基于层次分析法的大学物理MOOC教学质量评价指标体系的建构＂中所建构的＂评价指标体系＂为依据,选取东南大学、山东大学、同济大学于＂中国大学MOOC＂平台上的3门大学物理MOOC,向3所高校已学习该课程的本科生发放调查问卷,获得评价数据,将评价数据代入模糊综合评价模型,经运算获取对3门MOOC的详尽评价结果。结果表明,在课程内容设计、在线讨论和课程概述方面,3所高校的MOOC教学质量优良,但在教学目标达成度、教学内容适切性、评价与反馈贴切度方面都存在不足。同时,结业人数少、弃课率高是3所高校面临的共同问题。

平方反比有心力作用下的二体系统的一套初等教案39-43

摘要：以平方反比有心力作用下的椭圆轨道运动为例,文章基于开普勒第一、第二定律和牛顿的万有引力公式,配合有心力系统普遍适用的机械能守恒律,推演了平方反比有心力作用下的二体系统运动规律的一套初等的教学方案,而无需求解非线性的比耐（Binet）微分方程。用初等方法推导了椭圆轨道的能量与偏心率公式、圆轨道条件以及特征点的若干运动参数（速度及曲率半径）并给出了开普勒第三定律的一种新颖而简单的初等证明方法。

一阶RC电路的深度透视：概念、思想和方法44-49

摘要：电路课程教学中为了加深学生们对电容工作特性的理解并且能够高效正确地求解包含电容的电路问题,笔者以一阶RC电路为例对其中核心物理概念、电路基本定律以及电路分析方法之间的层次性、关联性和差异性进行了深度剖析。研究发现,学生们学习上的最大困扰植根于电容的伏安特性中所蕴含的电压变化率的认识误区以及基尔霍夫定律作为主要指导思想的认识不足。教师在教学过程中过多使用唯象的电容模型以及片面强调分析方法而忽视概念和思想的讲授是导致这种现象的根本原因。当前研究结果有利于科学组织电路课程教学,同时对其他课程教学也有指导意义。

对称型三原子分子振动的弹簧质量模型50-54

摘要：给出了对称型三原子分子振动的一个模型。以键角变化和两个键长变化为广义坐标建立了微幅振动微分方程,得到了该模型的3个本征振动频率和对应的振动模式。利用文献数据对上述模型进行了检验。结果表明模型预测的分子振动频率与实验数据吻合良好。

狭义相对论时空观的教学探讨55-58

摘要：当代大学生对相对论理论感兴趣,希望在广义相对论方面能进行深入的研究。然而狭义相对论原理是广义相对论理论的基础,同学们得先掌握狭义相对论理论。教学实践中发现,初学者常常不能很好地理解狭义相对论时空观。本文以两道典型的习题为例,分别基于K系和K′系来处理问题,分析事件发生的时空坐标,求解狭义相对论的时空问题。方法相互印证,使学生更容易掌握解决狭义相对论时空问题的方法。本文还提出了用相对论速度求解时空问题时容易忽视的问题,分析了错误产生的原因,并给出了正确的求解方法。

谈谈混沌59-62

摘要：大学基础物理教学必修内容不包括＂混沌＂的内容,但是,如今＂混沌＂的研究已完全超出数学和物理学范围,它在自然科学中的应用越来越广泛,在大学基础物理教学中,对它的内容作简要的介绍十分必要。本文结合＂相图＂这一非线性动力学最基本的方法和洛伦兹方程组,简单地介绍了混沌,以丰富读者对＂混沌＂的认识和理解。

物理与工程杂志物理实验

负载线圈功率和采样锥孔径对ICP离子源特性影响模拟研究63-67

摘要：文章基于三管嵌套式轴对称主流ICP炬管结构模型,模拟研究了负载线圈功率和采样锥孔径对ICP气体温度分布和流场特性的影响。研究结果表明：（1）增加负载功率能够提高ICP高温核心区的气体温度,但超过一定阈值后负载功率对中心通道上的气体温度无明显影响;（2）采样锥孔径扩大将导致负载功率难以输送到中心通道上,负载功率较高,中心通道的高温区段部分（气体温度大于6000K）会变窄;负载功率较低,则锥前气体温度会出现明显下降,而且采样锥孔径扩大后有利于分析易于扩散的元素离子;（3）极低的负载功率或过大的采样锥孔径在中心气流和辅助气流的流动交界面造成微小扰动,但通过适当提高负载功率可以有效消除这些扰动。研究结果可为优化ICP工作参数以及设计新的离子源接口装置提供一定的理论指导。

“真空炮”发射速度的研究68-71

摘要：＂真空炮＂是一种以压强差作为动力源的发射装置。为探究影响＂真空炮＂发射速度的参数,本文设计并搭建了以吸尘器作为抽气系统的装置,并通过改变多种参量比如＂炮筒＂的横截面积、长度,＂弹丸＂的横截面积、形状、质量,以及＂炮筒＂内的真空度等来进行实验探究。实验中采用高速摄像机记录实验过程,采用TRACKER提取数据,在分析实验数据的基础上建立了发射速度与真空炮参数关系的空气动力学理论模型,该模型能够很好地解释实验现象。

对膜簧片型汽笛频率影响因素的研究72-77

摘要：本文对汽笛频率影响因素进行了理论与实验探究,在汽笛薄膜振动动力学方程中引入了附加质量的概念,并建立了薄膜振动模型。根据该模型研究了薄膜面密度,管子的长度与半径,容器的半径和进气质量流速对汽笛发声频率的影响;通过声音在管道内传播的波动方程给出了管内空气柱振动模型。实验研究结果表明,对声音信号基频的主要影响因素包括薄膜参数和管子参数。当薄膜张力增大时,声音信号的基频增大;但是当薄膜半径和薄膜面密度增大时,声音信号的基频却减小。当进气速率增大时,声音信号的基频增大;但是,当管子的长度和半径增大时,声音信号的基频却减小。截止目前,该项研究在国内外鲜见研究报道。

利用Tracker研究气垫导轨上弹簧振子运动78-81

摘要：文章利用Tracker软件的自动追踪功能,对气垫导轨上弹簧振子的运动进行分析,得到滑块运动的数据及图像。在考虑弹簧质量的情况下,利用Tracker软件捕捉到的数据,定量地分析不同时段系统的机械能,验证在短时间段内弹簧振子系统的机械能守恒。在系统长时间的运动过程中,考虑系统中的能量损失,在Tracker分析得到滑块运动的v-t图形的基础上使用软件自带的拟合功能,对长时间段内滑块运动图像进行函数拟合,进而分析计算出气垫导轨上弹簧振子做阻尼振动的阻尼系数。

对日光灯管的电路模型的定性分析82-84

摘要：对日光灯管的电路模型的探讨是教学中很好的拓展课题,然而多篇文献给出了不同的结果,为此,本文依据常规课堂实验数据,通过对电感线圈镇流器型日光灯电路的分析,探讨了日光灯管的电路模型的构建,结果表明正常工作状态的灯管的负载属性应该为电感性,可以近似认为纯电阻性。同时,依据经典电磁学理论对灯管的工作机理进行了定性分析,所得结果与实验描述一致,并对其他文献中误判为电容性的原因给出了解释。

不同浓度氯化钠水溶液核磁共振特性的实验研究85-89

摘要：为了认识氯化钠水溶液的核磁共振特性,配制了浓度在0%-24%范围内的氯化钠水溶液,采用CPMG自旋回波法测量了横向弛豫时间和信号强度,文章分析了氯化钠水溶液浓度与横向弛豫时间及信号强度之间的关系和影响机理。结果表明,氯化钠水溶液的横向弛豫时间随着浓度增加而减小,二者存在较好的线性关系;单位质量氯化钠水溶液的核磁共振信号强度随着浓度增加而减小,二者之间也存在着较好的线性关系。利用这两种关系均可实现氯化钠水溶液浓度的核磁共振测量。

基于图像梯度的透镜成像清晰度评估系统90-93

摘要：在透镜焦距的测量实验中,利用计算机视觉低成本方案代替人眼,基于图像梯度评估成像的清晰度,克服人眼对清晰度判断灵敏度低的问题,以节省时间,减小误差。

物理与工程杂志学术研讨论文选登

药科类专业物理基础课程学时的比较分析94-100

摘要：基于2016年的调查及2004年的资料,比较分析了普通高等学校药学、药物制剂、临床药学、药事管理、药物分析、中药学、中药资源与开发、中药制药、中草药栽培与鉴定等药科类专业的物理基础课程的学时情况,指出了当前存在的主要问题与对策。