期刊,物理与工程 2024年卷1期_国家学术搜索

期刊信息/Journal information

物理与工程

主　　编：李师群

出版周期：双月刊

国际刊号：1009-7104

电子邮箱：PhysAEng@tup.tsinghua.edu.cn

电　　话：010-62789753

邮政编码：100084

地　　址：北京市海淀区清华大学学研楼A座清华大学出版社

物理与工程/Journal Physics and EngineeringCSTPCD

正式出版

收录年代

自旋轨道耦合作用的等效磁场

冯玉芳张瑜瑜

62-66页

查看更多>>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的微观描述.本文将引入Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合作用的哈密顿量,研究单电子在无外场下二维平面内运动,讨论一种或者两种自旋轨道耦合的哈密顿量表示.通过自旋与等效磁场耦合的塞曼能量表示,本文计算了本征态下不同自旋轨道耦合作用下的等效磁场,从而有助于探索二维半导体材料中不同自旋轨道耦合作用下的物理特性.

关键词：

自旋轨道耦合等效磁场塞曼能量

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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

赵江

67-72页

查看更多>>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,该模式充分利用半导体物理课程中的基础知识和新兴科研工具,旨在培养学生的主动性、独立思考能力、科研能力和创新意识.这种科研为导向反哺教学的教育模式针对半导体物理教学内容给出了具体优化措施,通过让学生参与科研实践,既能满足学生更好地理解半导体物理课程的重要概念和原理,掌握课堂知识,取得非常好的教学效果,又能够带给他们前沿知识,激发他们的学术兴趣和创新潜力,为未来从事半导体物理学领域的研究和创新打下坚实基础.

关键词：

半导体物理科研导向反哺教学科研工具教学改革

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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

张勇张乃波吴培文

73-79页

查看更多>>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要求.教学内容的条目总数从127条变化到124～132条,推荐学时从126学时增加到136～144学时,其中变化最大的量子物理基础模块条目数从14条增加到19条,推荐学时从20学时增加到30学时.本文还得到了 2023版《基本要求》教学内容条目的调整的七种基本方式,并从教学应用的角度提出进一步完善的建议.掌握这些变化有助于准确把握我国大学物理教育教学改革的方向,更好地开展课程建设和教学实践.

关键词：

大学物理教学基本要求比较与启示

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具体、实用和简单化(CAS)的理工科课程创新能力培养策略——以大学物理课程为例

王艳辉周文革

80-84页

查看更多>>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：

具体化实用化简单化创新能力培养理工科课程

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巧用Matlab App Desinger开展物理可视化教学——以"晶体结构"动态演示平台为例

林淑婷罗晓艳满佳秀

85-91页

查看更多>>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"晶体结构"教学为例,利用Matlab App Desinger构建交互式演示平台,实现了七大晶系、堆垛次序、典型半导体晶体结构的动态呈现,有效地促进了教师的"教"和学生的"学".利用Matlab App Designer构建演示平台,帮助教师更好地展示抽象的概念和复杂的理论,使学生更深入地理解物理原理,从而极大程度地提升教学效果.

关键词：

MatlabAppDesinger可视化教学晶体结构

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Python可视化技术在电动力学教学中的应用

谢文法张乐天刘士浩

92-96页

查看更多>>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动力学教学中的应用,通过编程计算模拟可视化抽象的电动力学概念和结论,如偶极子辐射、运动点电荷的场等,让学生能直观观察电磁场的变化规律,提升学生对电磁场概念的理解与应用能力,激发学生对电动力学学习的兴趣.

关键词：

Python可视化电动力学电磁场

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居家实验:硬币弹跳

董佳豪王槿李文华文小青...

97-105页

查看更多>>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.实验上利用智能手机测量了不同硬币在自由振动时产生的声音频率,并与模拟计算结果进行比较,给出了合理的误差分析.该居家实验方案简单有趣,物理原理丰富,易于在基础物理实验教学中推广.

关键词：

硬币声学频率智能手机居家实验

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空间自适应的被动声源定位系统的设计

李博涵邵燕宁曹子君毛胜春...

106-113,136页

查看更多>>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,有效地降低了定位误差.本文从定位精度、实时性和抗干扰能力三个方面对系统性能进行评估,实验证明:理想条件下,该声音定位系统的不确定度在4cm以内;对噪声和混响有较好的抵抗能力,在恶劣环境下不确定度不超过6cm;单次定位耗时0.5s,可以对运动声源或脉冲声源进行定位,有较强的实时性,可以适用于大部分应用场景.

关键词：

声音定位麦克风阵列时延估计自适应调节自动控制

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正交偏振干涉的矢量光场分析和检测

周宏强赵崇利满天龙万玉红...

114-119页

查看更多>>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态下两束光相遇时光场的矢量变化,本文构建了基于马赫-曾德尔配置的正交偏振光(即正交线偏振和正交圆偏振)相干涉而产生的光场,利用检偏器检测光场的矢量特征及条纹分布情况.结果表明正交偏振光相干涉产生了周期性的矢量光场.该研究能够帮助学生更加直观的掌握波片及偏振片调制不同偏振态的光束并实现矢量光场的检测和分析.

关键词：

正交偏振干涉琼斯矩阵矢量检测

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基于虚拟设计性物理实验的科学探究能力评价研究——以美国科罗拉多州立大学虚拟设计性物理实验为例

陈雅馨张志华方恺

120-129页

查看更多>>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,本研究构建了基于虚拟设计性物理实验的科学探究能力评价量表及结构方程模型,该模型在有效性和合理性等方面均达到标准.同时本研究根据模型拟合结果对科学探究能力各维度设置了相应权重.基于此模型进行实证研究,结果表明,不同性别的学生在科学探究能力方面存在显著差异,而不同年级的学生则没有显著差异.此外,学生已有的知识水平对科学探究能力下"分析与论证"维度起到了较为显著的调节作用.

关键词：

科学探究能力评价虚拟设计性物理实验结构方程模型调节效应

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