封面说明

今年是伟大的德国天文学家和数学家开普勒诞辰450周年。本刊特以他的肖像和以他的名字命名的描述太阳系行星运动的三大定律作为封面,致以敬意。     

无水坝抽水蓄能系统高压溶气问题研究

无水坝抽水蓄能系统利用封闭容器内的高压气体构建虚拟水坝,是兼具压缩空气储能和抽水蓄能优点的新型储能系统。但该系统的封闭容器内水和气在高压状态共存有可能造成水中溶气,从而对水轮机造成汽蚀等破坏。本文采用实际气体状态方程及分子动力学模拟方法,研究了宽广的压力、温度范围下气体在水中的溶解及扩散规律,揭示了水中气体溶解量随时间和水深的变化规律。研究结果表明释能结束后保证水-气共容舱内剩余水的高度大于0.5 m时,高压溶气不会对水轮机产生危害,该结论对系统的工程应用及推广具有指导意义。     

TracePro在“光的偏振实验”中的应用

为提高光的偏振实验教学效果和教学质量,在教学中引入专业的光学设计软件--TracePro,利用该软件仿真了光的双折射过程和现象,以及偏振片的原理;建立光的偏振实验系统实体模型,完成光的偏振态判断实验;仿真光通过波片后的偏振态转换现象;验证马吕斯定律,并仿真了多层介质膜对光的分离和旋光现象.结果表明该方法可以提高教学效率,激发学生探索科学的主观能动性,仿真结论与理论推导和实际实验结果一致.     

真实情境下问题解决的主题式教学设计与实施*——盖斯定律

当前“盖斯定律”的教学中,注重加和法、虚拟路径法等解题模型的教学,缺乏在真实情境中对物质转化及其能量关系的理解,学生无法感受到盖斯定律在生产中的价值。本文以“能量视角下煤的气化对于提高煤的燃烧效率的意义”为研究主题,通过分析建模、实验验证、情境回归等认识并应用盖斯定律,从能量视角再认识煤的气化对于提高煤的燃烧效率的意义,并且认识到利用化学反应可以实现对能量进行调控,如对工业废热的再利用,深化能量守恒观和能源节约意识,达成提升学科核心素养的目标。     

物理化学在线课程教学设计与实践——以热力学第二定律与卡诺热机为例*

提出在线课程应立足于对线下课堂教学内容的疏导、梳理、凝练和升华,并以“热力学第二定律与卡诺热机”在线课程为例进行介绍。采用问题链形式引导学生从卡诺热机推导热力学第二定律数学表达式,阐明了卡诺热机在热力学第二定律形成过程中的重要作用和地位,强调了卡诺对于热力学的重要贡献,培养了学生探究精神和学科素养。为在线课程提供了教学案例和设计思路。     

上概率下的Chebyshev大数定律

讨论了非可加概率ω(·)和非可加期望E[·]的某些性质,并由上期望下随机变量的独立性概念,给出了上概率下的Chebyshev大数定律,它是经典概率论中Chebyshev大数定律在非可加概率下的推广.     

行负相依随机变量阵列的完全收敛性（英文）

本文研究同分布假设条件和随机控制要求下行负相依随机变量阵列最大值部分和的完全收敛性的问题,得到一些新的结果.这些结果推广和改进了已有关于行独立随机变量阵列和行负相依随机变量阵列的相关定理.作为应用,行负相依随机变量阵列的Chung型强大数定律被取得.     

核心素养视角下物理学史的价值体现——以“热力学第一定律”为例

把物理学史引入中学物理教学是培养学生物理学科核心素养的有效策略之一.热力学第一定律的发现涉及迈耶、焦耳、亥姆霍兹等相关历史人物,具有把物理学史融入到教学中的价值.分析教材内容呈现的局限性,展现较为完整的“热力学第一定律”的发展历史,并以此为例,结合课标的要求,分析其在培养学生学科核心素养的价值.     

稳态“冷源”法对冰的导热系数测量系统研究

本文基于稳态“冷源”法设计了一种实现在常温环境下测量冰的导热系数的实验装置.结果表明,该系统对冰的导热系数测量准确,重复性好,操作简单,成功率高,应用前景广阔.该研究也是大学物理实验教学中“物体导热系数的测定”实验的拓展,对促进实验教学以及冰这一物质的研究具有重要意义.     

“探究加速度与力、质量的关系实验”的难点及教学对策

高中物理中,实验是重要的教学环节,也是帮助学生形成物理概念、掌握物理规律的有效途径,但在实际教学过程中会出现学生在实验后依然存在认知困难的情况.以一个经典的实验——“探究加速度与力、质量的关系实验”为例,抽取一所本地重点高中进行问卷调查后,研究小组对“探究加速度与力、质量的关系”实验中学生长期存在的认知困难进行了深层次分析;同时基于学生认知水平,利用“气垫导轨+力传感器”改进装置,通过调整前概念、外显实验现象,有效突破了学生原有的认知难点,为该探究性实验教学提出了一种新的尝试.