中山大学物理学学科百年发展史(1924—2024)

中山大学物理学学科与中山大学同龄,至今已历一个世纪,期间涌现出一大批杰出的教育家、科学家,以及周誉侃、高兆兰、李华钟、郭硕鸿、莫党、张纯祥、张进修、余振新、罗蔚茵等一批物理学家及教学名师。经历了民国初期的以科学化人为核心的创系阶段、高校内迁的艰辛跋涉阶段、院系调整后面向国家专业人才培养分立学科发展阶段,建立了相对完整的物理学学科布局。拥有超快速激光光谱学国家重点实验室、国家首批物理学博士点等。21世纪以来,物理学发展壮大,孵化出中法核工程与技术学院、微电子学院、材料科学与工程学院等。2015年后,逐步形成物理学科三校区同质办学错位发展布局。中山大学物理学和光电信息科学与工程专业均为国家一流专业,成为国家重要的拔尖创新人才培养基地。中山大学天琴中心、广东省基础学科研究中心等专业研究机构和高能直接几何非弹性中子散射飞行时间谱仪等大型设备共同支撑中山大学物理学科在理论物理、凝聚态物理、光学、等离子体物理、天文学等学科方向为我国科学事业发展贡献力量。

运用Matlab GUI辅助大学物理实验

运用Matlab GUI对大学物理实验进行仿真演示,以光栅衍射和傅科摆为例,通过界面布局的优化,直接在界面中输入和改变实验参量,形象、直观地演示出变化的参量对实验结果的影响.

运用Matlab辅助大学物理教学,提高教学质量

为了激发学生自主学习的积极性,提高教学质量,将计算机数值方法适当地引入大学物理课堂教学,运用Matlab在解决一些复杂的数学计算、模拟物理过程以及辅助大学物理演示实验等方面进行了探索和实践。实践证明,这种授课方式有助于提高课堂教学效果,促进学生综合能力的提高和创新能力的培养。

融合真实世界物理信息的AIGC

随着提示和人类反馈强化学习的引入,通过加速实验流程和提供高精度预测,生成式人工智能已经广泛应用于物理、化学等理工领域中,正逐步革新科学研究的传统模式.尽管如此,仅从有限的标注样本出发,训练一种可以泛化至任意相似场景的鲁棒生成式人工智能似乎仍然遥不可及.这一挑战本质上源于物理信息在现有人工智能生成内容(Artificial intelligence generative content, AIGC)的实践中尚未得到充分融合.在过去受计算资源不足等客观因素阻碍的情况下,AIGC在物理层面上的认知能力始终未能取得显著的进展.如今,伴随硬件升级带来的OpenAI,Google等展现的智能进步,上述局面有望改观.本文全面梳理了物理信息与AIGC结合的最新研究动态,包括物理信息的多种来源、融合框架及具体案例分析,并总结了该领域面临的前沿挑战与潜在发展机遇.

铁砷化物超导体的自旋激发谱

铁基超导体的多结构体系和丰富的磁性物理为理解非常规超导微观机理提供了广阔的平台,其中自旋涨落被认为是超导配对的最可能媒介.本文以铁砷化物超导体为例,系统总结了铁基超导体自旋激发谱的非弹性中子散射研究结果,并探讨了相关的普适规律;重点介绍了铁砷化物超导体中低能自旋激发与超导电性的直接联系,即中子自旋共振模的行为,以及高能自旋激发谱的色散关系、强度分布、总体磁矩等特征,并充分比较了与铜氧化物高温超导体的异同.

弗兰克-赫兹实验物理分析新视角

弗兰克-赫兹实验的板极电流是积分实验量,不能准确描述弗兰克-赫兹管中热电子能量分布和能量交换规律.采用仿I-V分析法引入弗兰克-赫兹管等效电阻,可直观地体现热电子与管中原子能量交换的共振吸收物理图象.认为管中热电子运动犹如江水奔流"后浪推前浪",在一系列不同G2栅极电位条件下,改变减速电压VG2P测量微分板极电流,深入分析热电子"重聚—共振"周期规律的物理原理.实验发现,处于能量交换区共振激发而失去动能的电子在管中形成负电本底且部分屏蔽G2栅极电场的加速作用.这一现象不仅导致其他电子需要比预期更高VG2K才能获得足以共振激发的能量,而且延缓了下次电子重聚进程.

原子物理教学中的实验观

原子物理教学中的核心问题是如何处理实验和理论,经典和量子的关系.本文提出以原子物理中的基本实验为主线,着重介绍原子物理实验的背景、原理、现象、结果以及由此产生的原子物理学历史上比较著名的几个概念和实验模型.

结合定量仿真的虚实结合物理实验教学模式

理论物理、实验物理和计算物理是当前物理学的三大学科分支,在物理实验教学过程中若能将三者有机融合,将能有效提升实验教学的质量。中山大学物理实验教学中心在教学改革中,引入多种科研常用的仿真软件,基于定量仿真,在力学、热学、电磁学、光学等内容分支中构建了若干"实验-仿真-实验"的实验模块,采用虚实结合的教学模式,初步实现了三种方法的融合。让学生从低年级开始就采用科研的工具和方法进行物理实验,有效促进其研究能力和创新能力的培养。

解读2017年诺贝尔物理学奖:引力波的直接探测

2017年的诺贝尔物理学奖被授予对引力波直接探测实验作出关键贡献的3位科学家。本文主要介绍引力波从理论预言、研究到实验成功探测的科学发现历程,不同频段的引力波源及其探测手段,以及引力波研究的前景。

基于虚拟仪器技术的远程物理实验及示教

基于互联网+虚拟仪器技术实施远程物理实验及示教,既优化教学资源又展示了物理学是实验科学的本质.结合理论和实验课程教学需要,远程实施了LC谐振频率特性、连续波核磁共振观测和磁场随磁体温漂变化3个实验示教案例.针对每个教案,说明了课堂教学远程实验操控方法,同时利用实时实验结果辅助解释物理原理或技术原理.教案显示了多样化教学技术选择,也为物理实验演示提供了一种辅助教学思路.

社会主义核心价值观视角下的大学生“三自”教育研究

大学生自我教育、自我管理、自我服务的"三自"教育模式,通过教育引导和激发学生的主体意识,体现以人为本和学生在教育中的主体地位,调动学生的主动性和积极性,从而促进学生全面发展。把社会主义核心价值观教育融入"三自"教育,有助于帮助大学生树立正确的世界观、人生观、价值观,对促进大学生的成长成才具有重要意义。

RLC谐振与物理共振的原理共性

描述RLC回路特性的二阶微分方程与受迫振动的动力学方程具有相似的物理涵义,后者可用于描述核磁共振物理原理,而前者则是核磁共振测量技术原理.可见,RLC谐振—经典振动—核磁共振三者存在明显的原理共性,而RLC谐振实验分析是理解共振物理原理的重要基础.通过回路电阻R所产生的阻尼作用,深入分析RLC谐振稳态频域和暂态时域特性及其物理涵义.频域半高全宽与暂态时域弛豫时间随阻尼变化关系提供了深刻理解核磁共振成像的物理基础.

基于大学生成长动力营的学业辅导探究

面对新形势下大学生学业发展需求,文章探讨大学生学业困难原因和目前开展学业困难大学生学业辅导现状,以辅导员利用团体行为训练和团体心理辅导设计实践大学生成长动力营计划对学业困难学生开展学业辅导为例,探索出一套较为严密、简单易执行、成效显著长效持续的学业辅导方案,对新时期国内高校内学工队伍开展学业辅导及思想政治教育具有十分重要的现实意义。

盖根鲍尔多项式的一些物理应用

讨论了盖根鲍尔多项式在几个物理问题中的应用,包括球瓣形区域上的热传导方程和薛定谔方程的求解,以及阿哈罗诺夫-玻姆势对一般中心力场束缚态能级的影响.

统计物理、无序系统和神经网络

2021年诺贝尔物理学奖得主帕里西在无序系统方面作出开创之举,他提出复本对称破缺方法解决自旋玻璃问题,这一方法也对神经网络等交叉学科产生深厚影响,激发未来对人工智能和人脑等复杂系统的进一步研究。2021年,诺贝尔奖委员会决定将物理奖颁发给研究复杂系统的三位科学家。

基础实验试题B:自组光路测量光栅常量与液体中的声速

介绍了第9届全国大学生物理实验竞赛基础实验试题B的出题思路、实验解析和答题情况.基础实验试题B主要包含3个小题:测量未知透镜的焦距,自组光路测量未知光栅的光栅常量和自组光路测量液体中的声速.试题对大学物理实验相关的内容进行重新设计,逐步递进引导考生完成光学元件基本参量的测量、光路搭建和光学应用3个光学实验经常涉及的核心要素,能够考查考生对光学基础知识的掌握程度、光路设计能力和动手搭建光路的能力.试题的答题情况在一定程度上反映了当前国内光学实验课程的教学效果和存在的短板,为实验教学的进一步提升提供参考.

综合实验试题D:基于迈克耳孙干涉仪的液晶光学和光场相干性实验

介绍了第9届全国大学生物理实验竞赛综合研究性实验试题D的命题设计和实验内容,并给出参考解答以及竞赛结果分析.综合实验试题D基于迈克耳孙干涉仪实验系统,测量液晶双折射率的光学属性和电光调制效应,测量LED光源的相干时间,探究如何改善光场的空间相干性.竞赛结果表明:大部分考生对教学大纲中涉及迈克耳孙干涉仪中的基本实验内容掌握较好,但对常规仪器设备的扩展使用和应用能力尚存在不足,开放性的自主设计和搭建实验光路对培养学生完成既定实验目标的能力仍有待提高.

数字化演示实验助力光学慕课西行——以圆孔衍射实验为例

为了提升光学慕课西行线上同步课堂的教学效果,中山大学光学教学团队运用数字化技术手段,在课堂上通过多镜头线上实时呈现光学演示实验结果,实现了理论与实验相结合,为专业课教学提供数字化教学以及定量分析的功能.以圆孔衍射演示实验为例,从标量衍射理论出发推导圆孔夫琅禾费衍射以及菲涅耳衍射公式,同时测量圆孔衍射的光斑图样随衍射距离的变化.通过对比理论分析与实验结果,将专业课理论数字化呈现,并通过云端实现同步效果,有助于学生理解相关知识点,提升课程的教学效果.

基于近场电磁扫描系统的电磁超透镜实验表征

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、振幅、相位等方面的调控,这些独特的光学特性也使超透镜成为了近些年来微纳光学领域的研究热门。为了激发学生对前沿课题的研究兴趣,本文将介绍超透镜的工作原理,并设计了一种会聚型电磁超透镜,通过数值仿真与实验表征验证了超透镜的聚焦性能与反常色散特性,帮助学生更好地理解超透镜,推动教学与科研的结合。

利用迈克耳孙干涉仪研究光的时间和空间相干性

采用迈克耳孙干涉光路,搭配光电探测器和光纤光谱仪,分别测量时域和光谱信号.在光谱信号的辅助下,调节干涉光路准直和两臂光程差,快速定位白光干涉等光程点.利用压电位移台带动扫描镜在等光程点附近进行光学延迟扫描,测量时域干涉波形,实现对光源相干长度的测量.LED白光光源搭配带通滤光片,实现不同谱宽光源相干长度的测量对比.利用小孔光阑限制扩展光源的发光尺度,分析干涉条纹对比度,实现空间相干性的演示和测量.