期刊,物理与工程 2024年卷4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

俘获效应对缪子寿命测量的影响

陈正宇宁传刚

137-140页

查看更多>>摘要：缪子是粒子物理标准模型中的基本粒子,对其研究不仅涉及基础物理的前沿,还包括相关技术在工业民生领域的应用.对缪子寿命的测量涉及时间膨胀、费米耦合常数和原子核俘获等众多近代物理知识点,在大学本科物理课程中开设相关教学实验具有重要意义.通过运用信号判选电路甄别以及数字示波器触发记录,分别用塑料闪烁体和NaI(Tl)闪烁体探测器测量缪子衰变事件,由测量结果的差异得到俘获效应对缪子寿命测量的影响.

关键词：

缪子寿命测量俘获效应探测器

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天文源跟踪和数据文件生成——以太阳射电流强时域变化实验为例

安泱屹欧阳希昶姚雨欣骆彦...

141-150页

查看更多>>摘要：本文是专题"面向天文、物理和多个工科专业的射电望远镜实验平台"上篇,内容包括望远镜基本参数和实验设计,以及天文源跟踪、数据文件生成两个实现望远镜天文观测功能的选做实验.太阳是距离我们最近的较强天文射电源,本文基于实例介绍了太阳射电流强时域变化实验.

关键词：

天文教学射电天文观测望远镜控制频谱仪API编程太阳射电辐射

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RLC电路中的电容电压过充现象研究

曲绎伯刘伟史庆藩

151-155页

查看更多>>摘要：RLC电路是大学物理及电路分析等课程中的重要内容之一,更是电子仪器及通信设备中的基本单元.当RLC电路处于工作状态时,电容两端电压会出现超过电源电压的过充现象.然而,现有的教科书中对此现象缺少必要的原理阐释.实际上,过充现象蕴含了丰富的物理图像.本文在实验观测与分析暂态过程中各元件物理量依赖关系的基础上,从微观和宏观两个方面进行了定量研究,解释了过充现象是源于电感的存在影响了电流变化方式,当电容电压达到电源电压时,电流并未到零点,充电过程的继续导致了电容电压过充现象.本文结果有助于广大学生更深刻地理解RLC电路的暂态过程.

关键词：

RLC电路电容电压过充欠阻尼

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利用瑞利数理论研究贝纳德对流的产生条件

钱庆余方爱平范富豪段玉文...

156-168页

查看更多>>摘要：贝纳德对流是在从下方加热的流体的平面水平层中发生的一种自然对流现象.研究此现象对于深刻认识耗散结构的物理图像以及流体在混沌系统中的运动具有重要意义.为研究其产生的条件以及物理特性,本文建立流体模型,从基本控制方程组出发,导出在固定边界条件下物理量满足的特征方程,利用重要的无量纲数——瑞利数Ra来表征是否发生对流,并推导出从静态突变至稳定对流的临界值Rc1=1708.在理论结果的基础上,使用COMSOL Multiphysics®进行了仿真模拟,所得结果符合理论预言,且通过导出运动动画进一步分析了液体的运动特性.为考察温度梯度较大时对流的第二次失稳,引入洛伦兹方程组理论求解,获得了第二个临界值Rc2=46177.据此得到贝纳德对流的产生条件为Rc1<Ra<Rc2.

关键词：

瑞利-贝纳德对流耗散结构流体力学

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新型磁悬浮实验装置研究

聂彬彬赵子涵罗艺豪王旨...

169-175页

查看更多>>摘要：根据电磁学的基本原理,永磁体或载流线圈在外磁场中会受到磁力的作用,当磁力完全克服重力时便达到磁悬浮状态.基于磁悬浮的基本原理,本文设计制作了一种新型的磁悬浮实验教学装置,利用一套装置有机地将磁场、电流与力结合起来,实现了直流和交流磁悬浮以及内磁悬浮和外磁悬浮.利用该装置,可以开展基于磁悬浮的磁力秤和磁力电流计等实验内容,定量地探究磁场、电流和力之间的关系.该实验教学装置结构简单,成本低,实验内容丰富,可以很好地锻炼学生的动手能力和创新能力,非常适合在大学物理实验教学中进行推广.

关键词：

磁悬浮磁力秤磁力电流计定量分析

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典型分形结构光栅的Fraunhofer衍射数值模拟

曹本澍左宇轩贺禹哲张博宇...

176-182页

查看更多>>摘要：本文旨在研究Cantor条幅、Cantor地毯、Sierpinski垫片三种自相似分形结构的Fraunhofer衍射场在屏上的光强分布以及自相似分形结构的几何规律.通过复数积分法和位移-相移定理,得到了屏幕上不同位置相对光强的数学表达式.随后,使用MATLAB进行数值计算和后处理,以直观的方式呈现出衍射图案.结果显示:衍射光强分布主体对称性由母代衍射图样的对称性确定;随着分形子代的增多,衍射图样在母代对称结构图样上逐渐分支复杂,最终收敛于类母代衍射图样,并满足衍射反比律.内容为光栅衍射和位移-相移定理的教学拓展提供参考案例.

关键词：

分形光栅分形结构Fraunhofer衍射位移-相移定理

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基于自燃对流与三维平板大攻角绕流模型的纸螺旋动力扭矩研究

石嘉舜刘振宇周子翔王凤龙...

183-190,198页

查看更多>>摘要：本文以蜡烛自燃空气对流与平板大攻角绕流为理论基础,对2022年青年物理学家锦标赛(IYPT2022)设计题"蜡烛动力涡旋机"(Candle Powered Turbine)针对性地开展了理论分析、实验研究和数值模拟分析.本文根据蜡烛燃烧的纹影法图像对蜡烛流场进行简化,建立了蜡烛自燃空气对流模型,并将平板大攻角绕流模型进行推广应用,得到了纸螺旋在蜡烛流场中所受扭矩的理论公式;通过实验探究了环带宽度、轴向倾角对纸螺旋扭矩的影响规律,并获得了最优化参数;对最优化装置进行了CFD数值仿真分析和实验研究,仿真结果和实验结果较好地吻合,验证了本文所提出的纸螺旋在蜡烛燃烧形成的空气对流场中运动的扭矩理论的准确性.本文的贡献是,把燃料燃烧形成的自然对流作为动力应用在旋转装置,对余能利用具有潜在的应用价值;三维平板大攻角绕流模型的建立为雷诺数在104～106 范围内时三维平板类大攻角低速绕流的总压力计算提供了简便的计算方法.

关键词：

平板绕流大攻角绕流总压力自然对流

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织物衍射特性的研究——丝袜衍射

刘兆梅刘希涛鹿佳煜樊济尧...

191-198页

查看更多>>摘要：本文研究了三种典型结构的丝袜在不同外力作用下的显微结构和衍射图案,希望为光子晶体结构色织物的研究提供参考.基于实验结果建立了三种复杂结构模型,本文从理论上推出其衍射光强表达式,并利用软件编程仿真了衍射图案.研究发现:(1)包芯丝短袜的网格结构可以视为大、小圆孔周期性排列的复杂结构;天鹅绒短袜的网格结构可以视为大、小矩型孔周期性排列的复杂结构;水晶丝长袜的网格结构可以视为三角孔和小矩孔周期排列的复杂结构.(2)当丝袜均匀受力时,在力比较小的情况下,只改变孔径的大小,对孔的形状和衍射图案的形状没有太大影响;对织构松散的水晶丝长袜来说,力较大时对孔的大小和孔的形状都有较大的影响.(3)仿真结果和实验结果吻合较好.本研究对织物组织结构对织物结构色的影响以及织物自身结构色的研究有一定参考价值.

关键词：

结构色织物织物的衍射衍射图案MATLAB仿真

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曲面轨道摩擦力做功问题的讨论

唐瑾怡桑芝芳

199-204页

查看更多>>摘要：摩擦力做功问题是大学、中学物理教学中常见的问题,也是物理教学的重点和难点.本文推导了物体在任意粗糙曲面轨道上运动的摩擦力做功表达式,并以四分之一圆弧轨道和抛物线型轨道为例,借助 MATLAB软件数值计算,结合图像分析物体下滑过程中速率、支持力、摩擦力做功随角度的变化特点,并讨论动摩擦因数变化对三者的影响,同时计算出使物体恰好静止于上述两种轨道最低点对应的动摩擦因数应满足的条件,以期丰富学生对曲面轨道摩擦力做功问题的认识.

关键词：

摩擦力做功非光滑曲面自然坐标系

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基于STEM理念"小-中-大"融合式科学工程教育研究

李其乐冯潇杨

205-212页

查看更多>>摘要：工程教育是培养国家后备科技人才的核心战略支柱,已成为教育界密切关注的需求热点.当前国家已在高等教育阶段以工程认证的形式构建工程类专业教育框架,但由于机械化应试教育的短视性,仅在高等教育阶段短期实现工程师的培育缺乏合理性.近年,STEM教育理念在各国逐渐启用发展,对我国变革传统教育理念,实现学科融合的工程通识教育具有积极的指导意义.基于STEM教育理念,开辟适用于全阶段学生的科学素养培养道路,实现"小-中-大"学段的一体化培育,可以为我国工程人才长期战略发展提供正向价值与启示.

关键词：

工程通识教育STEM理念"小-中-大"一体化科学素养学科融合

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