线上教学调研与实证研究--以北京大学物理学院为例

2020年突如其来的新冠肺炎疫情对高等学校教学工作产生了巨大的影响,教育部要求实施并保障高等学校在疫情防控期间的线上教学,实现“停课不停学”。在此背景下开展大范围网络线上教学,面临许多挑战的同时,也迎来了难得的机遇。以北京大学物理学院2020年春季学期线上教学为例,进行了相应的问卷调研,通过对调研结果的分析,结合实际为线上教学提供相应的改进方案,为今后线上线下混合式教学提供有益的借鉴。

基于“综合指导课”之上的本科生指导探索——以北京大学物理学院为例

面对逐渐成长起来的个性张扬、特点鲜明的新一代学生群体,如何做好他们成长与发展的指导从而争取更多的资源来帮助和指导他们、满足他们个性化发展的需要,是从事学生工作的老师所面对的主要困难和问题。综合指导课是一种新尝试,希望通过构建一个长效机制,建立起从事教学、科研的教师参与学生管理与学生指导的制度,实现全员育人的目标。

北京大学青年人才发展现状分析——以物理学院为例

硬实力、软实力,归根到底要靠人才实力,创新驱动实质是人才驱动。北京大学物理学院近年来引进的青年人才能够继续保持较高的学术生产力,高水平论文成果产出丰硕,竞争性科研项目获资助率较高,届满评估和职称晋升工作也开展得较为顺利。说明青年学者在加强北京大学高水平人才队伍建设、促进学科发展方面起到了重要的推动作用。

关于本科生物理基础课程教学和教材编著的一些思考——刘玉鑫编著《热学》教材(北京大学出版社,2016年4月第1版)的前言

目前认识到的运动形式有机械的、热的、电磁（包括光）的和“暗”的等。热学是研究热运动的规律及其对物质宏观性质的影响、以及热运动与其它各种运动形式之间相互转化的规律的物理学分支。很显然，热学的研究对象包括热运动的规律和物质的宏观性质两个方面，宏观性质可以根据其状态的特征分为静态的和动态的，并可以根据其运动形式分为力的、热的和电磁（光）的、等等。

什么是ETA物理学习法——基于物理认知规律的大学物理学习困难现象分析与应对策略

大学物理学习对很多学生来说是一个巨大挑战,严重的还会引发其心理问题。本文从物理认知规律角度分析这种现象产生的原因,并由此提出ETA物理学习法,即针对于学习困难,可操作的改善学习的应对策略。

第53届国际物理奥林匹克竞赛实验试题介绍及解答

第53届国际物理奥林匹克竞赛的2道实验试题为“质量测量”和“利用双折射测量厚度”.“质量测量”题目借鉴了基布尔秤的基本思想,涉及胡克定律、安培力、电磁感应定律和弹簧振子共振方面的知识,考查选手的基本测量、数据处理(如曲线改直)、作图和不确定度评定方面的能力;“利用双折射测量厚度”题目要求自行搭建类似分光计的装置,借助光栅衍射进行光谱测量,并结合偏振光干涉来测量双折射材料的厚度,题目对仪器调节的要求比较高,测量数据量也比较大.本文主要介绍实验试题和参考答案.

利用LHAASO实验检验相对论并探索新物理

中国高海拔宇宙线观测站(LHAASO)探测到了迄今最高能量的宇宙光子,其能量超过拍电子伏特量级,开启了超高能伽马天文学的新时代。LHAASO合作组完整记录了伽马暴GRB 221009A的全程爆发过程,首次测得来自伽马暴超出10 TeV的高能光子。这些发现不仅对人们理解宇宙线起源具有重要意义,也为检验相对论并发现新物理提供了很好的契机。文章简要介绍LHAASO的这些观测结果,并指出这些结果可在检验爱因斯坦狭义相对论中洛伦兹不变性、恒定光速的基本假设,以及探索新物理机制的研究中发挥重要作用。

第23届亚洲物理奥林匹克竞赛实验试题及解答

第23届亚洲物理奥林匹克竞赛实验部分包括2道试题:赫兹接触应力和源于表面热形变的干涉,试题1通过大角度摆控制碰撞速度,利用示波器测量碰撞时间,实验方法巧妙,同时考查了量纲分析;试题2观察并测量了激光热致形变的干涉图样,根据数据计算形变高度,数据处理部分多次采用了化曲为直的方法.此竞赛题目可作为学生模拟参赛训练的素材,对近年奥赛题目难度有所增大的趋势下备赛、参赛具有一定启发.

利用冷冻电镜研究蛋白质机器的非平衡统计物理

对蛋白质机器的完整描述应包括其微观结构、热力学和动力学性质与工作机制.最近兴起的冷冻电镜技术为蛋白质热力学与动力学的研究提供了全新的机遇.目前已经有一些工作不仅利用冷冻电镜技术解析蛋白质的高分辨率结构,还结合数据处理方法来分析蛋白质的构象分布并进一步推测其热力学性质.然而,利用冷冻电镜技术直接对蛋白质的动力学过程作观测与定量分析的方法还在发展的初级阶段.本文选取了一个理想的蛋白质系统,即蓝藻生物钟蛋白对冷冻电镜分析蛋白质非平衡过程的可能性进行探索.基于已有的实验数据,将蓝藻生物钟蛋白KaiC的平衡态统计物理模型推广至非平衡态,对KaiC蛋白处于非平衡态时的动力学特征进行预测.基于动力学预测结果,本文揭示了冷冻电镜技术具有分析蓝藻生物钟蛋白的非平衡过程的可能,为进一步的冷冻电镜实验提供了理论依据.

场论与粒子物理领域发展态势(连载一)

1993年,国家自然科学基金委员会设立理论物理专款,并成立学术领导小组。设立专款的目的是:促进我国理论物理学研究的发展,培养理论物理优秀人才,做出国际先进水平的研究成果,充分发挥理论物理对国民经济建设和科学技术在战略决策上应有的指导和咨询作用。理论物理专款是基金委在基金主体申请的主要框架下的一种特别设计,是对基础学科理论物理学支持的一种特别补充。30年来,根据理论物理学科的特点、中国经济发展状况和政府经费投入状况,学术领导小组和基金管理者不断地思考、探索和调整有特色的多元化资助模式,起到了促进创新、扶植薄弱、稳定队伍、鼓励交叉、均衡发展、高端引领学科布局、建设创新平台与人才高地、弘扬科学家精神等重要作用。2023年,为纪念理论物理专款设立30周年,学术领导小组特编写本文集,汇报成绩、总结经验、改进工作、展望未来,以期对从事理论物理研究的科研人员以及科研管理工作者有所帮助。

场论与粒子物理领域发展态势(连载三)

4.强相互作用与强子物理量子色动力学(QCD)是描述强相互作用的基本理论,将原子核乃至强子内部的强相互作用还原为点粒子夸克和胶子之间的相互作用,它的基本特点是:在高能区,相互作用弱,从而可以采取微扰论的方法处理;而在低能区,相互作用强,完全由非微扰的动力学主导。由于实验上能直接探测到的参与强相互作用的最小单元是色单态的强子,而不是组成强子的夸克和胶子(这一现象被称为色禁闭),因此,非微扰的强相互作用是强子物理研究的核心,由之导致的色禁闭的物理机制、物质的质量起源、强子的自旋结构等仍是标准模型内的未解之谜。

场论与粒子物理领域发展态势(连载二)

(上接《大学科普》杂志2024年第一期“理论物理专题”)三、场论与粒子物理的发展趋势和展望1.形式理论21世纪以来,场论与粒子物理的形式理论研究取得了重要进展;它们集中在场论、引力与弦论、数学物理等领域的交叉前沿,例如,场论与引力高精度计算的新方法、散射振幅新形式、规范-引力对偶、非微扰和严格求解方法等。这些进展的共同特点是大大加深了我们对量子场论本身的理解,这将对基础理论的发展起到非常重要的作用。

温稠密物质模拟的第一性原理方法进展

温稠密物质(Warm Dense Matter,WDM)是介于凝聚态物质和等离子体之间的一种过渡状态的物质,也是行星物理、实验室天体物理和惯性约束聚变等高能量密度物理领域的前沿科研方向。温稠密物质的量子效应显著,具有部分电离、强耦合、电子简并和热效应等重要的物理性质,因此需要采用量子力学的基础理论来描述。近年来,基于量子力学的第一性原理计算模拟方法发展迅速,逐渐成为了深入理解温稠密物质性质的有效工具。一方面,直接将凝聚态物理和材料科学中广泛适用的第一性原理方法应用于温稠密物质面临着巨大的挑战,特别是在宽温区和极端高压等极端条件下,需要不断改进现有的第一性原理算法和软件。另一方面,基于机器学习的分子动力学方法发展迅速,也给温稠密物质模拟带来了新的工具。在这篇综述中,我们首先回顾了适用于温稠密物质模拟的传统第一性原理方法,包括Kohn-Sham密度泛函理论方法和无轨道密度泛函理论方法。其次,我们介绍了近年来发展的新方法和软件,例如改进的第一性原理方法和随机密度泛函理论方法,后者已在国产开源密度泛函理论软件原子算筹(ABACUS)中实现。以上新方法可以显著提升温稠密物质的计算规模和效率,从而提升温稠密物质的结构、动力学和输运系数等性质的计算精度。

浅谈高校学生心理危机事件的处理机制——以北京大学物理学院为例

当前,高校学生工作经常遇到学生心理危机事件,产生问题的原因多种多样,包括个体方面、家庭方面、高校方面以及社会方面。高校应从心理危机的主要类型、危机产生的原因、危机的处理办法等方面进行研究,着力完善危机预警机制、危机处理机制、危机善后机制,构建学生心理危机事件处理体系。

北京大气能见度和消光特性变化规律及影响因素

利用长时间序列的大气能见度与湿度等气象资料以及近年来大气污染物的监测数据,探讨了北京大气能见度及消光特性的变化规律及影响因素.结果显示：近50年来北京大气消光作用存在降-升-降的变化过程,1954~1967年以下降为主,20世纪60年代中期至70年代明显上升,此后特别是20世纪90年代以来北京大气消光作用基本呈缓慢下降趋势,能见度变化过程与此相反.从区域分布看北京大气消光作用北部及西部山区低于平原区,平原区存在由北向南逐渐升高的分布规律,即北部平原区低于中部市区,中部市区低于南部平原区.近10年来北京大气颗粒物消光作用区域差异逐渐减小,这与大气污染区域分布变化趋势基本一致.北京大气消光作用20世纪80年代之前冬高夏低,之后转为冬低夏高,对应于大气污染由煤烟型向综合型的转变.大气消光作用平均日变化呈双峰双谷型,09：00和21：00形成双峰,06：00和16：00处于双谷,但月际差异明显.大气消光作用受颗粒物浓度与相对湿度影响显著.高消光作用通常与高相对湿度和高颗粒物浓度有关;低消光作用出现在湿度和颗粒物质量浓度同时较小情况.相对湿度低于70%时,大气颗粒物消光作用会随着PM2.5浓度的升高明显增强,消光作用与PM2.5浓度存在线性关系;当相对湿度大于70%时,消光作用对PM2.5浓度变化的响应并不明显.

北京大学物理学本科人才培养模式改革的探索

基于社会发展和学生素质的新特点,探讨了新的历史条件下人才培养的思路和模式:以人为本,尊重人才素质和发展目标的多样性与自主性,更加突出优秀创造性人才的培养;在确保高水准的基本知识传授和基本训练的同时,给学生以多样化的选择自由.对课程体系进行了模块化、结构化的改造,以适应多样化的需要.加强了学生选课指导和专业发展指导,以保障新的教学计划的实施.课外科技活动的范围逐步扩大,研究型学习成为培养学生创新能力的重要环节.

北京市秋季城区和郊区大气边界层参数观测分析

应用 2 0 0 1年 9月北京城区和郊区同步大气边界层观测资料 ,对大气边界层热力和动力参数进行了计算分析。结果表明 :北京市秋季 ,逆温出现的时间城区滞后于郊区 ;逆温层高度城区大于郊区 ,2 0 0m通常为郊区的逆温层顶和城区的逆温层底部 ;逆温层强度城区弱于郊区 ;城市热岛强度为 3℃ ;城区感热通量的输送大于郊区 ;城区下垫面粗糙度远大于郊区 ;郊区总辐射和紫外辐射的强度明显大于城区。

北京2005-2014年PM_(2.5)质量浓度的演变特征

利用2005—2014年北京宝联（城区）和2006—2014年上甸子本底站（郊区）的PM_（2.5）质量浓度监测结果揭示了其长时间的演变特征。结果表明,2005—2007年北京地区PM_（2.5）污染最重,2008年以后PM_（2.5）年平均浓度明显降低,中度以上污染日数减少,但是2013—2014年有加重趋势。城区秋、冬季平均浓度最高,春季和夏初次之。然而,近年来春、夏季污染有减轻的趋势,高浓度值出现的时间越来越向秋、冬季集中,从而导致季节性差异变大。春季沙尘天气是其影响因素之一。上甸子春、夏季的PM_（2.5）平均浓度高于秋、冬季,与城区不同。但2011年以后城郊差异逐渐变小,表明污染事件的区域性特征增强。北京城区中度污染日数年平均为30 d,重度污染为26 d,严重污染为4.7 d。污染日数月际变化明显并且月分布具有年际差异。2013—2014年,中度污染日数减少,严重污染日数增加,PM_（2.5）年平均浓度与秋、冬季重污染过程的相关性增大。上甸子中度以上污染日数是城区的1/3。持续性重污染过程多发生在秋、冬季。2008—2014年以后中度以上污染持续超过3 d的过程每年平均发生1.9次,重度以上污染0.6次。绝大多数严重污染只持续2~3 d。重度以上污染日多出现在污染过程的中后期,因此遇不利气象条件提前采取减排措施将有可能减少重污染发生的频次。

北京城市重烟尘雾与水雾过程的边界层结构

分析 1999年 11月 1日至 12月 2 0日北京城市雾综合性观测试验中 5次雾过程的实测资料 ,对如何区分重烟尘雾与水雾过程给出了判定方法 ,并对重烟尘雾与水雾过程的边界层结构特征作了探讨。主要结论为 :从能见度、相对湿度、长波辐射平衡 3个方面可以区分重烟尘雾过程和水雾过程 ;由于重烟尘雾和水雾的物理化学性质差异很大 ,对城市大气边界层结构产生的影响也不同 ,因此造成它们在相对湿度、逆温层、风速分布、水汽变化等方面也有很大差异。

巨磁电阻效应的发现及其应用——2007年诺贝尔物理学奖评述

2007年度诺贝尔物理学奖授予法国国家科学研究中心的阿尔贝.费尔和德国于利希研究中心的彼得.格林贝格尔,以表彰他们在19年前各自独立发现了巨磁电阻效应,为现代信息技术的迅速发展所作出的奠基性贡献.文章仅就这两位科学家在巨磁电阻效应的发现及其应用方面的贡献进行评述.