大学物理课程思政研究与实践

开展课程思政建设是习近平新时代中国特色社会主义思想指导高等教育高质量发展的新方略。物理学以深邃厚重的历史底蕴、实事求是的科学精神、洞悉万物的科学思维、唯物辩证的研究方法、潜移默化的人文价值和引领科技的基础作用,为大学物理课程提供了丰富多彩的思政教育元素和资源。要不断更新教育理念,创新课堂教学,改革教学方法,加强教师队伍的政治思想武装,提升其育人能力,使大学物理课程成为立德树人的重要阵地。

新工科背景下产学协同育人模式对大学物理资源库建设的作用

新工科聚焦卓越工程技术拔尖创新人才的培养,产学协同育人是其培养过程的关键环节之一.本文以大学物理资源库建设为目标,全面探讨了产学合作协同育人的支撑作用及成效.通过多角度多层次教学资源库建设的手段和模式,对面向新工科的大学物理资源库建设给出了新的教学流程、模式以及内容,并取得了积极成效.创新性地整合与延展了当前大学物理资源库的建设及推广,为大学物理课程的产教融合、综合实践贯通提供了坚实基础.

第8届全国大学生物理实验竞赛(创新)的实践与思考

详细介绍了西安交通大学承办的第8届全国大学生物理实验竞赛(创新)的各项具体数据,从参赛数据、作品评审、竞赛承办等多方面进行了分析与总结.结合竞赛举办过程遇到的问题和解决方案,针对命题的研究与规范,评审专家、高校领队和指导教师的选拔与培训,赛事的组织与信息化,竞赛作品的成果转化等方面,提出了建议,以期对未来更好地举办创新赛和参赛师生更好地备赛提供借鉴和参考.

少数民族大学生心理障碍帮扶研究——对西安某大学阿里克案例的分析

一名少数民族学生由于被贴上"特殊化"标签,由于教育水平的差异使他比朋辈承受了更多的心理压力,以致于出现了心理障碍。辅导员制定了多种帮扶措施,帮助其顺利完成大学学业,并按照自己的心愿进行了职业选择。具体的帮扶过程:(一)查册立档,规划方案;(二)知心谈话,找对症结;(三)启动预案,确保安全;(四)投入情感,夯实基础;(五)多措并举,实施帮扶。这些措施有:求助专家,医病解心;朋辈帮扶,同步疏导;家校沟通,化解根源;培育少数民族学生干部引发示范效应等,这个案例给人的启示:思政教育与情感融入并重实现价值引领;以需求为导向解决少数民族学生实际问题;用心施策陪伴心理障碍学生健康成长;聚焦示范效应培育少数民族学生干部。

计算散射光谱术赋能早癌检测研究进展(特邀)

散射光谱术(Light Scattering Spectroscopy,LSS)是一种无创的光学检测方法,能够在细胞和亚细胞层面识别并表征早期癌变及其他人体组织变化。LSS技术通过捕获上皮细胞的单次散射光,并应用Mie散射理论推断细胞核的形状、尺寸和折射率等关键参数,从而利用这些信息进行疾病诊断。然而,将LSS技术应用于人体组织时,如何有效消除底层组织引起的漫散射光对单次散射光的干扰,仍是一个技术挑战。为应对这一挑战,研究者引入了空间门控和偏振门控等先进技术,通过利用光子的特定属性变化,实现单次散射光与背景漫散射光的有效区分和分离。经过20年的技术演进,基于这些门控技术的新型LSS系统不断涌现,并在早期癌症检测领域取得了显著成果。这些成果不仅凸显了LSS技术在早期癌症检测中的巨大潜力,还强调了其进一步研究和推广的必要性。综述全面回顾了LSS技术在早期癌症检测中的原理、单次散射光的捕获方法和系统设计,深入探讨了其历史发展、当前研究状态及最新进展。文章还讨论了LSS技术目前面临的一些关键挑战,并展望了未来的研究方向。该综述不仅使读者可以快速了解该领域的研究现状和发展趋势,也为LSS技术的进一步应用和推广提供了坚实的理论支持。

高次谐波辐射与X射线量子光学(特邀)

高次谐波产生过程是一种广泛、成熟、可行的制备相干量子光源的方案,在新兴的X射线量子光学领域有望得到应用。目前,量子光学已经在微波和可见光波段研发了诸如压缩态制备、诱导透明、高次谐波产生、多波混频等应用。X射线因其高精度、高衍射极限、鲁棒性、穿透性和聚焦能力在理论上优于目前广泛采用的微波和可见光波段,在X射线波段下研发量子光学模型、量子信息单元和量子光学元件,有助于推动其向精密化,小型化发展。最近的研究将量子光学推广至X射线波段,产生了诸如X能标下的量子系统、单光子、脉冲、高次谐波产生相干X射线脉冲等创新性研究成果,发展了阿秒级的相干X射线量子光源。X射线光学与量子光学的交叉正在引来越来越多的关注,成为一个具有显著突破意义和应用前景的研究领域。

核废水处理的现状与探索

正确安全处理核废物是全球关注的焦点,本文针对核废物中的废水产生、处理和排放问题等过程进行了总结,重点梳理了对环境产生重要影响的中低放核废水中的常见放射性元素、半衰期以及处理流程。最后,对核废水大量排入海洋的过程、各种放射性核素排入海洋对环境的危害开展了系统的研究,对核事故废水的排放可能产生的放射性元素及其对环境的影响提出了一些看法。

Tsallis相对熵引导的包裹相位修补

齿轮齿面形貌激光干涉测量中,由于容易受到多种噪声干扰,采集到的包裹相位图中会存在相位质量差的区域,解包路径经过这些区域会造成解包裹错误,降低测量精度。针对这一问题,根据干涉条纹图像的概率分布特点,本文提出一种基于Tsallis相对熵质量评价的包裹相位修补方法。该方法先利用高斯分布拟合阈值处理后的图像,再由Tsallis相对熵评价相位质量,最后修补质量较差的区域以提高相位解包裹质量。设计对比实验验证本方法的有效性,实验结果表明,该方法可以减少40%的相位残差点,并且有效提高了相位质量。该方法使用简单,准确率高,同样适用于其他移相光学领域。

基于专利情报分析的储能硬碳负极材料技术创新方法及路线研究

硬碳作为一种难以石墨化的储能负极材料,已广泛应用于高功率钠离子电池负极材料领域。提升电池压实密度是进一步优化高功率钠离子电池性能至关重要的一环。本文基于国家知识产权局专利数据库,利用EXCEL等文献分析工具,对全球范围内的高功率钠离子电池中硬碳材料压实密度相关专利进行了总体态势和专利技术发展路线分析。研究发现,通过采用复合手段,如进行杂原子掺杂以及控制工艺方法等,改变材料的粒径分布和表面性质,能极大优化硬碳材料的流动性和压实性,从而大大提升其压实密度。本文分析了钠离子电池硬碳材料压实密度的相关专利,总结了目前产业界三种主要提升硬碳材料压实密度的技术创新方法,以期为明确硬碳材料研发路线提供决策支撑。

基于LabVIEW的反射式飞行时间质谱仪仿真实验系统

本文利用LabVIEW软件对飞行时间质谱仪进行模拟,实现了利用计算机模拟开展飞行时间质谱相关的虚拟实验.利用LabVIEW开展虚拟实验,有助于学生快速学习和掌握仪器的工作原理,激发学生的学习兴趣,培养学生的创新意识.

关于磁荷及其磁场性质的教学拓展讨论

在物理学中,因为电与磁的对称性,物理学家们一直坚信磁荷(或磁单极)也如电荷一样存在于自然界中.虽然在实验上尚未发现磁荷存在的证据,但对于它的讨论和探索一直没有停止过.本文初始出发点试图研究含磁荷的Maxwell方程组的协变形式.为此,我们假设磁荷产生的磁场B h与变化的电场及传导电流所产生的磁场B t是两种不同性质的场.针对磁荷存在时的Maxwell方程组,我们发现通过对B h引入一定的约束条件,可以将此时的Maxwell方程组分解成无磁荷时的Maxwell方程组及B h所满足的3个约束方程.无磁荷存在时的Maxwell方程组已经被证实天然地满足狭义相对论的协变性,本文将不再详细讨论.我们将利用所得到的关于B h的3个方程分析磁荷及其磁场的相关性质.

从李萨如图形到黑洞背景下质点的周期运动轨道

从笛卡儿坐标系下横纵坐标方向简谐振动所形成的经典李萨如图形出发,考虑了极坐标参考系下沿径向和角向两个方向振动所形成的李萨如图形.分析了平衡点位于极坐标系原点和做匀速圆周运动时所对应李萨如图形的特征.进一步将这一结果推广到了黑洞背景下质点做束缚运动所形成的周期轨道.这些结果丰富和扩展了对李萨如图形的认识和理解.

矢量光场与碱金属原子介质相互作用的研究进展(特邀)

偏振在光与物质相互作用中扮演着重要的角色。过去几十年里,绝大多数研究工作都基于偏振单一且均匀分布的标量光场。近年来,随着光场产生与操控技术的不断发展,空间偏振非均匀分布的矢量光场逐渐引起人们的关注。矢量光场具有多维可调控的自由度以及独特的焦场属性,在经典与量子通讯、光学操控和显微成像等领域具有重要的研究价值与广泛的应用前景。矢量光场与物质相互作用的研究不仅丰富了人们对光场矢量特性的认识,也推动了基于不同介质实现光场调控的新发展。原子介质对光场偏振具有较高的敏感性,容易形成原子极化,并且具有更多的调控自由度,是探索矢量光场特性与实现矢量光场调控的理想平台。本文回顾了近年来矢量光场与原子介质相互作用的研究进展,重点介绍了原子介质与矢量光场在空间极化调控、相干调控、频率转换和非线性传输等研究领域的相关工作,并对该领域的未来发展趋势进行了展望。

NiCoCrAlY/YSZ梯度涂层热力学性能的有限元模拟

采用代表体积单元法建立NiCoCrAlY/YSZ梯度热障涂层的有限元二维微观模型,计算不同相成分配比下梯度层的热物理性能参数,将参数结果推广到三维多层涂层实体模型,研究热循环过程中双层结构涂层和梯度结构涂层的热力学性能。结果表明:梯度层的弹性模量、泊松比、热膨胀系数、导热系数与各相成分比例近似呈线性关系,导热系数受各相分布形态的影响;当梯度层中NiCoCrAlY相成分比例在0.7以下时,导热系数较低,常温状态最高为2.91 W·m^(-1)·K^(-1)。相比于双层结构涂层,梯度结构涂层的YSZ成分比例降低20%,隔热温度降低14%,陶瓷面层在高温时产生的热失配径向拉应力降低47%,轴向拉应力降低32%,切应力降低37%,冷却后的残余应力降低50%,这归因于涂层结构的梯度化有效降低涂层与基体热膨胀系数不同而产生的热失配应力。根据涂层应力分布结果,涂层易在TC/BC界面的中心区域形成垂直裂纹,靠近外侧边缘区形成水平裂纹。

基于Butterworth滤波和Haar小波变换的干涉图像齿面域分割

干涉图像中反映齿面形貌信息的齿面域被背景噪声包围,其分割精度对相位解包裹、图像配准等后续的处理步骤存在较大的影响,直接关系到最终测量结果的精度。针对齿面干涉图像边界存在杂散条纹的现象,通过分析齿面干涉条纹的分布规律,提出了一种结合Butterworth滤波和Haar小波的齿面域分割方法。最后,在本文实验条件下,通过与时域分割方法进行对比,该方法可以将齿面干涉图像的边界杂散条纹区域内解包裹相位值有错误的地方排除在有效测量区域外并且能够对其进行有效校正,证明了基于频域信息的分割方法能够有效地提高干涉图像齿面域分割的精度。

数值差分算法在静电场模拟实验中的设计与应用

在普通物理实验中,一般先测出空间电势的分布或等势线,再根据电场线与等势线垂直和沿着电场线的方向电势逐渐降低的原理,画出电极之间的电场强度分布。但这是一种定性的研究方法,无法得到电场强度的具体数值。将数值差分算法引入到静电场模拟实验中,基于MATLAB计算得到空间电场强度的具体数值,进一步还可以得到空间电荷的具体数值,这样可以得到更更富的静电场信息。该方法可以拓展静电场模拟实验的深度和广度,有效地训练同学们利用计算机编程方法处理数据的能力。

热膨胀法测45号钢的相变临界温度

在加热过程中由于发生逆共析反应产生相变收缩效应,45号钢的线膨胀系数发生突变,由此得到相变临界温度.利用热膨胀法测量45号钢的线膨胀系数随温度的变化,升温速率为3~5℃/min,测得A C1点为737℃,A C3点为827℃,实验值与理论值吻合.

基于智能手机的地球半径测量居家实验

本文是在新冠肺炎疫情的大背景下,基于智能手机设计了日落时差法、太阳仰角差值法和GPS定位法三种方法进行地球半径的测量,本文所提供的实验方法不需要专业的物理实验测量工具并可以居家完成,其中日落时差法和太阳仰角法测量得到的地球半径分别为6246km和6239km,测量的相对误差分别为2.0%和2.1%;GPS定位法中设计了同经度取点、同纬度取点和任意取点三种取点方法,测量得到的地球半径分别为6432km、6400km、6343km,测量的相对误差可以达到1.0%、0.5%和0.4%。本文所有方法的误差精度都可以满足基础物理实验课程设计的要求,GPS定位法的测量精度要明显优于日落时差法和太阳仰角法。同时本文还分析了各方法测量误差最主要的影响因素。

双耦合谐振子Fano共振特性的实验设计与研究

Fano共振现象在纳米超材料等前沿热点领域有非常广泛的应用,通过一种简单的耦合谐振子模型,详细推导了Fano共振的动力学机理,设计了双耦合谐振子共振系统,将微观量子物理领域中Fano共振的概念引入到大学物理实验教学体系中,并提供了详细的实验设计与应用方案,对大学物理实验教学体系中关于共振的概念是一种有效的补充,同时也提升了实验课程的前沿性和综合性。

实验室虹霓复现及仿真叠加装置

虹和霓是太阳光在雨后天空中的大量小水滴中发生折射与反射后形成的现象,具有重要的研究意义.本论文用直径合适且相等的实心匀质透明球代替水滴,用复色光源以合适的角度与距离照射,使虹、霓现象复现.在此基础上分别进行了单球、双球复现虹霓现象及多球实现虹霓叠加的实验,利用光谱分析技术测量复现出的虹霓光谱.本文所设计的装置集现象演示与参数测量于一体,在光学实验教学和科普教育中具有重要的实际应用价值.