第3届亚洲物理奥林匹克竞赛力学实验试题解答与分析

介绍第第3届亚洲物理奥林匹克竞赛力学实验试题及解答，并分析了该实验的设计思想、特点与要求。     

O_h~3空间群M点二级结构相变方向的群论分析

本文从朗道二级相变理论出发,讨论了A-15结构化合物的M点相变模型,并得到了二级结构相变的相交方向。     

运动声源的多普勒效应——第22届亚洲物理奥林匹克竞赛实验试题第二题介绍与解析

第22届亚洲物理奥林匹克竞赛实验试题共两道，其中第二道是声学黑匣子。该题目是一道虚拟实验题目，在二维平面上通过探测器对于运动声源的频率信号探测，判断声源的初始位置以及相关运动学参数等。该题目设计新颖，解法巧妙，综合了声波的传播与测量、声学多普勒效应等相关知识。在疫情形势下，非常适合物理专业学生进行线上虚拟实验学习。本文详细介绍了竞赛试题的内容，并给出试题的分析和解答。     

马氏体相变的相场模型研究进展

马氏体相变是一种无扩散位移型一阶相变,会形成针状、表面浮凸等复杂的特征微结构。马氏体相变的特征微结构会显著影响材料的宏观物理力学特性,相关研究具有重要的科学和工程价值。相场模型具有可处理复杂界面演化问题的独特优势,已成为模拟马氏体相变的有力的理论与计算工具。概述了马氏体相变相场模型的研究进展,并分析了相场模型应用于弱马氏体相变和重构型马氏体相变的特点。     

从非线性与统计物理多重角度探讨数值地震预测

在科技文献中,地震常被比喻为非线性动力学过程或统计物理中的相变过程.文章探讨了如何从非线性力学中的分岔理论以及统计物理内的朗道相变理论出发,从势磊穿越,临界涨落与临界慢化等多个角度来分析和了解地震发生的全过程.文章作者试图在这些非线性力学与统计物理的基础上,综合地震过程中在时间与空间上应出现的前兆,解释如何可能做出具有普适性的数值地震预测.     

第20届亚洲物理奥林匹克竞赛理论试题3介绍与解答

第20届亚洲物理奥林匹克竞赛理论试题共三道,其中第三道题是关于翻转陀螺.将一个实际生活中的玩具,也是物理演示中的经典实验设计成一道竞赛题目,涉及了陀螺转动,坐标系变换等力学中重要的理论计算和处理方法.题目设计巧妙,类型为近几年来所少见,且得分率较低,因此在这里做一个详细的介绍与解答.     

电磁感应暂态过程分析一例--第20届全国中学生物理竞赛决赛理论第三试题

在2004《全国中学生物理竞赛专辑》(本社编辑发行，北京教育出版社出版)中，关于第20届全国中学生物理竞赛决赛理论第三试题的参考解答中，漏登了供选择的Ω(t)和I(t)各6条曲线，现在本刊重登该试题及参考解答，并增加了对该题答案的分析。     

拓扑激发驱动的热力学相变及其张量网络研究方法

对热力学相及相变的认知构成了我们理解整个物质世界的物理基础,从朗道对称破缺相变范式到拓扑激发驱动的热力学相变,相变理论的研究发展在物质科学进步之路上树立起了一座座丰碑.一个著名的例子就是Berezinskii-Kosterlitz-Thouless相变,它是在从低温到高温的演变过程中, U(1)旋转对称性没有自发破缺情形下,成对涡旋的解耦合所致.近期,人们利用张量网络表示理论和数值计算方法,将统计模型的转移矩阵对应为一维量子模型.再根据量子模型纠缠熵的奇异性,在热力学极限下可以精确确定系统的相图,并准确计算各种物理量,该研究方法为研究具有连续对称性的二维系统的拓扑相变注入了新活力.     

Kitaev模型与拓扑量子相变

文章通过在一种准一维路径上引入自旋算符的约当-维格纳（Jordan—Wigner）变换，证明了Kitaev自旋模型完全等价于一个不含任何非物理自由度的自由Majorana费米子模型。通过对偶变换，进一步证明了这个系统中存在的量子相变可用非定域的拓扑序参量来描述；并且，这些非定域的拓扑序参量在对偶空间变成为定域的朗道类型的序参量。文章作者的工作揭示了传统的量子相变和拓扑量子相变的内在关系，扩展了朗道二级相变理论的适用范围。     

第4届欧洲物理奥林匹克竞赛实验试题1的介绍与解答

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.     

对巧克力相变迟滞现象的理论解释——朗道-德冯谢亚理论以及铁电相变理论

巧克力作为生活中常见的事物，其储存方法一直是食品科学界研究的重要课题，而由相变产生的巧克力凝固和融化等现象对巧克力的储存产生了决定性的影响；但由于巧克力的成分复杂且晶体结构多变，目前只在生活中实现了控制巧克力保持良好性状的储存，而鲜少有研究分析其背后存在的相变机理。研究中首先基于朗道-德冯谢亚理论，使用序参量描述了影响相变的相关因素，初步解释了巧克力相变当中存在的迟滞现象；而后进行了相关实验，提出了一种对朗道理论的修正来解释实验现象；最后，通过研究巧克力的主要成分可可脂晶体的铁电相变，对德冯谢亚理论中未作出解释的势垒产生做出了阐述。     

第52届国际物理奥林匹克竞赛理论第3题介绍与解答

第52届国际物理奥林匹克竞赛理论试题共三道,分别为永磁体(Permanent magnets)、詹姆斯韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)和比例法则(Scaling laws)。考试采用远程线上形式进行。文章主要对理论第三题的命题和解答进行介绍,并对题目间的联系以及所有获奖选手的答题情况进行了简要分析。     

Ising自旋体系的非平衡动态相变

在平均场理论架构下, 以含时金兹堡-朗道和Glauber动力学这两类动态模型为基础，研究 了受外场和温度共同驱动的Ising自旋体系的非平衡动态相变.确定了界定动态无序(动态顺 磁相P)和动态有序(动态铁磁相F)转变的动态相界.并根据动态序参量Q和Binder参数U随系统 温度t(r₀)、驱动外场频率ω和振幅h₀的变化规律，就上述两类模 型的动态相界上是否存在区分连续动态转变和非连续动态转变的三临界点这一引发争议的问 题做出了进一步分析说明. 关键词： Ising自旋体系 非平衡动态相变 含时金兹堡-朗道模型 Glauber 动力学模型     

基础实验试题A:相变材料比热容及相变潜热的测量

第9届全国大学生物理实验竞赛基础实验试题A为相变材料比热容及相变潜热的测量,本文介绍了实验任务、试题设计及竞赛结果分析.试题包括系统漏热测量、石蜡比热和相变潜热的测量及误差分析3部分.本题重点考查了学生对比热和相变潜热的基本概念、热传递基本方式、能量守恒定律、牛顿冷却定律、外推法修正漏热等知识和方法的灵活运用能力,物理建模的能力,实验方案设计、热电偶测温仪的使用和实验操作等理论联系实际的能力,以及数据处理和误差分析能力.结合调查问卷反馈的分析表明：选手实验操作相对较好,物理建模相对薄弱.     

各向异性超导体电阻转变的修正Kosterlitz-Thouless相变模型

从二维系统的Kosterlitz-Thouless (KT) 相变理论出发，在关联长度中引入热激活能和平均钉扎高度，提出了修正的KT相变模型.该模型与库伦气体标度理论和Halperin-Nelson关系具有一致性.应用修正的KT相变模型研究磁场下Tl₂Ba₂CaCu₂O_x(Tl-2212)薄膜电阻转变的标度行为，发现由电阻转变计算得到的平均钉扎高度与温度具有线性依赖关系，实验结果支持修正的KT相变模型. 关键词： 标度行为 各向异性超导体 电阻转变     

凝聚态物理学的新篇章——超越朗道范式的拓扑量子物态

在凝聚态物理学发展历程中,朗道—金兹堡相变理论奠定了人们对物质形态和有序相及其相变的认识基础,在结合了威尔逊重正化群理论后,形成了朗道—金兹堡—威尔逊范式,并成为整个现代物理学宏伟大厦的重要基石。然而,在复杂电子多体系统的实验研究中,以量子霍尔效应、分数量子霍尔效应和铜氧化物高温超导体的实验发现为代表,涌现了众多超越朗道—金兹堡—威尔逊范式的新奇量子物态,掀开了凝聚态物理学的新篇章。文章从量子霍尔效应出发,介绍了二维电子体系中的几种典型拓扑量子物态。之后,重点介绍二维强关联电子多体系统中的内禀拓扑有序态。围绕Kitaev提出的二维Toric Code量子自旋模型,详细论证了该模型的基态为具有Z2内禀拓扑序的量子自旋液体,讨论了其基态的拓扑简并、低能任意子激发,以及相关的拓扑量子相变。同时,简要介绍了内禀拓扑有序态的最新研究进展和可能的未来发展方向。     

铈低压冲击相变数值模拟研究

对金属铈低压冲击γ→α相变进行了数值模拟研究.冲击加载实验的速度剖面结果表明,铈的低压相变过程中两相之间的转换较为光滑,无明显间断,其相变过程存在动态因素.通过分析金属铈低压冲击加载和卸载下的典型物理过程,对材料本构关系、Hugoniot关系和相变与逆相变过程进行了理论研究.获取了铈低压相变前后的本构关系及状态方程,并建立了非平衡相变理论模型.数值计算结果与平面冲击实验符合较好,表明该相变动态模型能够较好地描述铈的低压冲击加载和卸载过程.     

朗道及其对物理学的贡献

综述朗道的一生及其较为重要的贡献之一——朗道二级相变理论,着重论述了朗道相变理论表述形式的一种修正以及朗道对物理学的贡献．     

一维有机导体的Peierls相变研究

根据建立在电子-声子相互作用基础上的Peierls 相变理论，利用形变势模型和半经验晶体轨道方法计算的能带结构数据，对一维有机导体tetrathiafulvalene-tetracyanoquinodimethane的Peierls相变温度进行了计算.并对其金属-绝缘体相变机制进行了讨论. 关键词： 电子-声子相互作用 Peierls相变温度 一维有机导体     

固定温度界面对相变波传播规律的影响

冲击载荷作用下,相变波的传播及相互作用是一热力耦合过程。采用理论和实验相结合的方法研究了固定温度界面对相变波传播特性的影响。首先基于形状记忆本构模型和一维特征线理论分析了各类间断面和温度界面的基本相互作用规律,发现温度界面对相变波的作用与相变波强度及界面两侧温度的相对高低有关;然后进行了相变波在具有固定温度界面的形状记忆TiNi杆中的传播实验,并实时测量了相变波传播过程中的温度变化。实验结果与理论分析基本一致,冲击载荷作用下相变波不仅是物质间断面,还是移动的温度界面。