生成式人工智能背景下的近代物理实验教学改革

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作者 潘崇佩 廖康启 孔勇发 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2024年第12期117-122,共6页

生成式人工智能深刻影响了学生的学习方式,从而为高等教育高质量发展提供新的生长点。面向校内本科生的随机问卷结果表明,开展人工智能赋能的物理实验教学改革具有较强的必要性与紧迫性。针对这一目标,以近代物理实验课程和ChatGPT4大... 生成式人工智能深刻影响了学生的学习方式,从而为高等教育高质量发展提供新的生长点。面向校内本科生的随机问卷结果表明,开展人工智能赋能的物理实验教学改革具有较强的必要性与紧迫性。针对这一目标,以近代物理实验课程和ChatGPT4大语言模型为例,结合实验教学活动的部分具体场景,从教师、学生、实验设备与实验环境等多个维度系统性分析生成式人工智能应用于传统物理实验教学所面临的机遇与挑战,并对人工智能融入实验教学的新型教学形态给出可行的应对策略。 展开更多

关键词 生成式人工智能 近代物理实验 建构主义

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第21届亚洲物理奥林匹克竞赛虚拟实验第1题的介绍与解答

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作者 刘丽飒 惠王伟 +2 位作者 张春玲 王槿 孔勇发 《物理实验》 2024年第1期34-41,共8页

介绍了2021年亚洲物理奥林匹克竞赛的虚拟实验题目“悬臂梁弹性”,给出了竞赛组织者公布的标准解答与软件实际操作结果.微悬臂梁传感广泛应用于纳米材料的力热性质检测,本虚拟实验模拟了各种抖动因素对微悬臂梁传感的影响,利用单层和双... 介绍了2021年亚洲物理奥林匹克竞赛的虚拟实验题目“悬臂梁弹性”,给出了竞赛组织者公布的标准解答与软件实际操作结果.微悬臂梁传感广泛应用于纳米材料的力热性质检测,本虚拟实验模拟了各种抖动因素对微悬臂梁传感的影响,利用单层和双层微悬臂梁实现了对纳米结构应力、温度、分子吸附力的检测,对国内相关虚拟仪器设计、中学竞赛以及大学虚拟实验教学具有借鉴意义. 展开更多

关键词 微悬臂梁 纳米传感器 亚洲物理奥林匹克竞赛 虚拟实验

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近十年国内大学物理演示实验相关研究的趋势与展望 被引量：1

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作者 王嘉宝 王晓杰 《物理与工程》 2023年第4期95-106,共12页

物理演示实验通过具象的实验帮助学生理解理论知识,在物理教学中有着重要的作用。本论文利用Citespace软件对中国知网近十年来(2013—2022年)与国内大学物理演示实验相关的208篇文献进行量化分析,包括期刊类型和发文量、作者和机构、研... 物理演示实验通过具象的实验帮助学生理解理论知识,在物理教学中有着重要的作用。本论文利用Citespace软件对中国知网近十年来(2013—2022年)与国内大学物理演示实验相关的208篇文献进行量化分析,包括期刊类型和发文量、作者和机构、研究主题、研究热点等维度。根据量化分析得到的主要研究领域和研究热点,对物理演示实验的价值、类别和成效进行质性分析。最后对近几年大学物理演示实验教学的不足进行总结分析,并对未来大学物理演示实验的发展提出了五点建议。 展开更多

关键词 物理演示实验 CITESPACE 实验教学 发展趋势

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基于知识图谱的物理学术竞赛发展分析 被引量：1

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作者 董佳豪 王槿 +2 位作者 李川勇 孔勇发 潘崇佩 《物理与工程》 2024年第2期38-45,72,共9页

国际青年物理学家锦标赛及其本土化后形成的中国大学生物理学术竞赛、中国青年物理学家锦标赛和各地区高校的系列物理学术竞赛在基础物理教学中发挥着越来越重要的作用。本文基于CiteSpace可视化软件,分析了CNKI中文数据库、WOS数据库和... 国际青年物理学家锦标赛及其本土化后形成的中国大学生物理学术竞赛、中国青年物理学家锦标赛和各地区高校的系列物理学术竞赛在基础物理教学中发挥着越来越重要的作用。本文基于CiteSpace可视化软件,分析了CNKI中文数据库、WOS数据库和Scoups数据库中以PT系列物理学术竞赛为主题的文献,运用计量分析方法和知识图谱技术展示了文献的年代分布、关键词共现图谱、时间线图、突现词图谱和研究机构共现图谱等信息,并结合当前赛事发展探究了知识图谱在追踪赛事发展、物理问题研究与案例分析、基础物理实验教学改革中的应用。 展开更多

关键词 IYPT CUPT 学术竞赛 CITESPACE 知识图谱

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第5届欧洲物理奥林匹克竞赛实验试题1介绍与解答

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作者 黎千诚 王槿 +1 位作者 惠王伟 宋峰 《物理实验》 2023年第7期36-40,共5页

第5届欧洲物理奥林匹克竞赛实验试题1为隐藏的导线,试题采用虚拟仿真实验,利用小磁针作为测量装置,由其在不同坐标下的输出转角反推产生磁场隐藏的导线的位置分布.本文较全面地介绍了该试题的内容及其解答,试题涉及电磁学基础知识,能提... 第5届欧洲物理奥林匹克竞赛实验试题1为隐藏的导线,试题采用虚拟仿真实验,利用小磁针作为测量装置,由其在不同坐标下的输出转角反推产生磁场隐藏的导线的位置分布.本文较全面地介绍了该试题的内容及其解答,试题涉及电磁学基础知识,能提高考生的空间想象能力,可开设为电磁学黑盒子综合实验. 展开更多

关键词 欧洲物理奥林匹克 虚拟仿真实验 磁场

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第3届欧洲物理奥林匹克竞赛实验试题介绍与解答

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作者 刘子睿 王槿 宋峰 《物理实验》 2023年第7期31-35,共5页

第3届欧洲物理奥林匹克竞赛的实验试题为无线电波的传输,试题利用1组无线电波发射器与接收器,探讨了等厚干涉、介质对波的吸收、波导中波的衰减、介质的折射率和倏逝波等物理现象.本文介绍了该实验试题内容和详细的解答.实验试题设计新... 第3届欧洲物理奥林匹克竞赛的实验试题为无线电波的传输,试题利用1组无线电波发射器与接收器,探讨了等厚干涉、介质对波的吸收、波导中波的衰减、介质的折射率和倏逝波等物理现象.本文介绍了该实验试题内容和详细的解答.实验试题设计新颖,可开设为电磁波的综合性实验. 展开更多

关键词 欧洲物理奥林匹克竞赛 微波 波导 折射率

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第1届欧洲物理奥林匹克竞赛实验试题的介绍与解答

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作者 任雨奇 王槿 宋峰 《物理实验》 2023年第9期29-34,共6页

第1届欧洲物理奥林匹克竞赛实验试题为发光二极管.试题利用万用表、热敏电阻和自组的简易压力计等作为测量工具,设计实验并测量发光二极管的伏安特性、串联寄生电阻、发光效率和光功率极大值.本文详细介绍了实验试题的命题及其解答,并... 第1届欧洲物理奥林匹克竞赛实验试题为发光二极管.试题利用万用表、热敏电阻和自组的简易压力计等作为测量工具,设计实验并测量发光二极管的伏安特性、串联寄生电阻、发光效率和光功率极大值.本文详细介绍了实验试题的命题及其解答,并简单分析了命题背景和参赛选手的答题情况.命题基于发光二极管在不同温度下的光电特征,可作为基础物理实验中发光二极管相关实验的拓展. 展开更多

关键词 欧洲物理奥林匹克竞赛 发光二极管 伏安特性

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第4届欧洲物理奥林匹克竞赛实验试题1的介绍与解答

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作者 杨明轩 王槿 宋峰 《物理实验》 2023年第9期35-42,54,共9页

第4届欧洲物理奥林匹克竞赛实验试题1为隐藏的电荷,本文详细介绍了试题1的命题、虚拟实验考试流程和解答,结合物理背景知识和实际应用介绍了命题目的,并分析了参赛学生的答题情况.试题1通过测量电子的初动能和入射、出射位置,计算出待... 第4届欧洲物理奥林匹克竞赛实验试题1为隐藏的电荷,本文详细介绍了试题1的命题、虚拟实验考试流程和解答,结合物理背景知识和实际应用介绍了命题目的,并分析了参赛学生的答题情况.试题1通过测量电子的初动能和入射、出射位置,计算出待测电荷的位置和电量,可用于理论力学、原子物理等教学内容. 展开更多

关键词 欧洲物理奥林匹克竞赛 电荷 电量

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第52届国际物理奥林匹克竞赛理论第2题介绍与解答

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作者 刘丽飒 张天浩 +1 位作者 宋峰 孔勇发 《物理与工程》 2024年第2期31-37,共7页

第52届国际物理奥林匹克竞赛理论部分共三道题目,本文主要对理论第二题“詹姆斯·韦伯太空望远镜”题目进行介绍,给出参考解答以及对中国学生答题情况的分析。

关键词 平衡温度 单对数坐标 等温等熵线 国际物理奥林匹克竞赛

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COMSOL Multiphysics仿真软件在PT教学中的应用

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作者 宋清卿 王晓杰 《物理与工程》 2023年第6期38-47,共10页

PT(Physicists’Tournament)作为一种启发学生物理思维、锻炼学生动手能力、培养专业素养的创新型赛事类物理科研活动,越来越多的学生在参与过程中选择使用仿真软件作为辅助工具进行模拟计算,以完成较为复杂的开放性研究问题。由于PT实... PT(Physicists’Tournament)作为一种启发学生物理思维、锻炼学生动手能力、培养专业素养的创新型赛事类物理科研活动,越来越多的学生在参与过程中选择使用仿真软件作为辅助工具进行模拟计算,以完成较为复杂的开放性研究问题。由于PT实验探究具有局限性,利用软件仿真能够突破苛刻的实验条件和复杂的操作过程等限制,将实验现象转变为可视的数据结果,既是对传统实验的拓展,又能继续指导实验的开展。相比于其他软件,COMSOL Multiphysics具有易于上手、可视性强、计算功能强大等特点,对于本科学生而言具有独特的使用优势。本文从三道具有代表性的不同类型PT赛题入手,利用COMSOL Multiphysics软件进行仿真模拟,发现其具有将抽象结果可视化、弥补实际实验不足、增强探究性等应用价值。本文的研究结果为基于COMSOL Multiphysics软件开展PT问题分析与探究和培养学生创新能力提供了有益的借鉴。 展开更多

关键词 PT 实验探究 COMSOL Multiphysics 模拟仿真 能力培养

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基于Arduino单片机的金属杨氏模量测量实验

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作者 马淋漓 王晓杰 《物理与工程》 2023年第6期54-59,共6页

杨氏模量测量是大学物理实验中很重要的基础实验。本论文基于Arduino设计了一种利用光杠杆放大法测量金属杨氏模量的实验装置及方法,引入光敏电阻测量黄铜棒在不同受力情况下产生的微小形变,结果表明实验测量精度相对较高。通过该实验设... 杨氏模量测量是大学物理实验中很重要的基础实验。本论文基于Arduino设计了一种利用光杠杆放大法测量金属杨氏模量的实验装置及方法,引入光敏电阻测量黄铜棒在不同受力情况下产生的微小形变,结果表明实验测量精度相对较高。通过该实验设计,能够有效激发学生实验兴趣,锻炼学生动手能力,培养学生创新能力。 展开更多

关键词 ARDUINO 金属 杨氏模量

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基于音叉振动的液体黏滞系数测量方法研究

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作者 冯朝欣 王子轩 +6 位作者 周祺智 焦阳初 辜旸羽 文小青 李强 王槿 李文华 《物理与工程》 2024年第5期160-167,188,共9页

本文提出了一种基于音叉振动的液体黏滞系数测量方法。在音叉臂底端固定振片,振片浸入测量液体中,利用电磁驱动,音叉带动振片在液体中作一维往复运动,通过测量液体黏性剪切力对振动特性的影响,来实现液体黏滞系数的测量。本文通过实验... 本文提出了一种基于音叉振动的液体黏滞系数测量方法。在音叉臂底端固定振片,振片浸入测量液体中,利用电磁驱动,音叉带动振片在液体中作一维往复运动,通过测量液体黏性剪切力对振动特性的影响,来实现液体黏滞系数的测量。本文通过实验数据验证了该方法的正确性,分析了测量误差的主要来源——密度测量和共振频率漂移;加入温控装置,可以实现不同温度下液体黏滞系数的测量。该方案不仅可以加深学生对流体黏滞性及振动原理的理解,也为实验室测量液体黏滞系数提供了新方案。 展开更多

关键词 黏滞系数 音叉振动 阻尼因数 温度控制

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开放环境下金属热物性参数测量的设计与实现

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作者 徐天道 刘霁瑶 +5 位作者 谷雨青 杨轩溥 向思喆 李文华 王槿 文小青 《物理与工程》 2024年第6期158-167,共10页

细长形金属圆棒裸露置于自然环境下,热量传递的物理过程包括热传导、热对流、热辐射。金属棒被持续加热后再停止加热,对其升温、稳态、降温三个过程进行实时温度监测,根据热传导方程,通过分析不同阶段热传导、热对流、热辐射在热量传递... 细长形金属圆棒裸露置于自然环境下,热量传递的物理过程包括热传导、热对流、热辐射。金属棒被持续加热后再停止加热,对其升温、稳态、降温三个过程进行实时温度监测,根据热传导方程,通过分析不同阶段热传导、热对流、热辐射在热量传递中的占比,实现了导热系数、比热容、对流换热系数和发射率的测量。较于传统实验装置,该装置结构简单,传热模型从一维扩展到三维,是基于自然环境下金属的自然散热,有助于学生更好地理解热量传递的物理过程,实验原理也有助于学生理解物理中的数学方法。该研究丰富了热物性参数测量的教学内容和实验方法,适用于实验室开展教学实验。 展开更多

关键词 导热系数 比热容 对流换热系数 发射率 自然散热

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伽马射线虚拟仿真实验的开发

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作者 李文华 潘崇佩 +2 位作者 徐音 张心正 孔勇发 《物理与工程》 2025年第1期220-226,共7页

针对目前部分核物理实体实验受限制的问题,笔者开发了“伽马射线综合实验”虚拟仿真实验系统。基于Geant4和Unity3D,该系统对原有教学大纲中伽马射线能谱测量、伽马吸收系数测量以及康普顿散射效应实验内容进行了还原和拓展,引入了康普... 针对目前部分核物理实体实验受限制的问题,笔者开发了“伽马射线综合实验”虚拟仿真实验系统。基于Geant4和Unity3D,该系统对原有教学大纲中伽马射线能谱测量、伽马吸收系数测量以及康普顿散射效应实验内容进行了还原和拓展,引入了康普顿效应探伤模块,满足从普通本科生的基本理论知识的学习到专业研究生的科学探究、科研训练的多层次需求。本文对所包含的实验模块进行了简单介绍,对康普顿效应探伤模块进行了详细介绍,并总结了本实验用于多层次教学的效果。 展开更多

关键词 虚拟仿真实验 核物理 伽马射线 康普顿效应 探伤

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非均匀折射率场中光传输现象研究

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作者 朱闻睿 梁元昊 +1 位作者 王晓杰 王槿 《物理与工程》 2022年第4期30-36,共7页

海市蜃楼是一种非常有趣的光学现象,其本质是由于光在非均匀折射率介质中传输时发生的折射和全反射现象。本文基于费马原理与拉格朗日方程在理论上推导出了光在非均匀折射场的传输方程。然后通过数值模拟成功复现了光在非均匀折射场中... 海市蜃楼是一种非常有趣的光学现象,其本质是由于光在非均匀折射率介质中传输时发生的折射和全反射现象。本文基于费马原理与拉格朗日方程在理论上推导出了光在非均匀折射场的传输方程。然后通过数值模拟成功复现了光在非均匀折射场中传输的图像与相应蜃景图像。最后,通过实验研究了不同入射角度下光线传输规律和海市蜃景现象,实验结果与理论符合较好,验证了上述理论分析的正确性。 展开更多

关键词 非均匀折射率场 光传输 费马原理 拉格朗日方程

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