量子力学从诞生至今也不过区区一百多年,但是却像一头洪荒猛兽,一举打破了整个经典物理的认知,成为人类 历史 上最伟大的物理理论,人类的科学也因量子力学的发展大幅度进步。 如果我们回顾 历史 ,量子力学这个幽灵正是从光电效应现象被发现而随之被释放出来的,可以说光电效应的发现一脚踹开了量子力学的大门,而之后爱因斯坦利用量子论对光电效应进行了成功解释,则打开了人们对于量子论的崭新认识,光电效应的发现到被解释,也体现着量子论的发展,并对量子论的发展意义重大。
通俗来讲,光电效应是指光束照在金属表面时,会使其发射出电子。 这个现象非常奇特,本来电子被金属表面的原子束缚的老老实实,奇怪的是,一旦被一定光线照射时,这些电子就开始不安分起来,想要脱离原子的束缚,四处逃窜。由于这种现象的主角是光与电子这“两位大佬”,因此大家就把它称之为光电效应。
更有趣的是,这个光电效应还比较顽皮,它并不是说只要有光照射在金属表面上,就一定能够打出电子来,要想实现它,还要对照射光提要求。
人们发现,对于同条件下的同种金属,光能不能从金属表面打出电子来,取决于光的频率(可见光中,从紫到蓝到绿到黄到红,频率逐渐降低,紫光频率最高,红光频率最低)。更神奇的是, 频率较高的光能够打出能量较高的电子来,但是频率较低的光则完全打不出电子来。
于是有人想,那如果用很强的低频率光(红)去打,或者用很弱的高频率光(紫)去打呢? 结果发现电子这位爷只认频率不认强度。 哪怕是再强的低频率光也打不出半个电子来,再弱的高频率光也能打出电子来,不过在高频率光的情况下,改变光的强度可以改变打出电子的数量。
小结:当一定光照射在金属表面,金属表面能够发射电子,此即光电效应。光是否能够在同种金属表面打出电子来,取决于光的频率而非强度。
海因里希-赫兹是德国的一名天才物理学家,他的老师是大名鼎鼎的基尔霍夫和亥姆霍兹。赫兹对于电磁学领域贡献极大,因此频率的单位赫兹(hz)就是以他的名字命名的。赫兹与光电效应的意外相遇,着得从麦克斯韦方程组与电磁波说起。
伟大的麦克斯韦在19世纪将电场高斯定律、磁场高斯定律,法拉第电磁感应定律,麦克斯韦-安培定律(全电流定律)四个方程总结成麦克斯韦在组,阐述了变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场,并且从理论上预言了电磁波的存在,前无古人般的将电与磁统一起来。
然而,麦克斯韦只是从理论上完美的证明了电磁波的存在,并没有真的证实电磁波存在。 接下来就轮到本文的主角之一赫兹先生登场了。证实电磁波的存在并不是别人,正是赫兹。 赫兹在他的实验室证实了电磁波的存在,为电磁学大厦完成了封顶,但是正是在证明电磁波存在的实验当中,赫兹一不小心打开了量子力学的大门,发现了光电效应的存在。
在赫兹证明电磁波存在的实验当中,赫兹发现当有光照在金属接收器上时,电火花出现的容易一些,这个现象则是最初版本的光电效应。 不过这个现象并没有引起赫兹足够的重视,他在论文里有提到,但是他并没有去仔细研究。 非常不幸,赫兹也没有足够的机会对其进行研究。天妒英才,赫兹年仅36岁时便去世了。 而赫兹并不知道,他这个发现,实际上踹开了量子力学的大门。人们时常畅想,如果上天能让赫兹活得更久一点,说不定量子力学的发展进程能够提前一些。
谈及爱因斯坦,人们听的最多的可能是狭义相对论与广义相对论,但是对于光电效应的解释其实也是爱因斯坦的经典之作,更是让爱因斯坦因此获得了诺贝尔物理学奖。
前面提到过,在光电效应中,电子这位大爷只认光的频率,不认光的强度。 在当时的认知中,光是一种波,波的强度即代表了能量。按理说,由于电子是被原子束缚在轨道上,强度越高,能量越高,就应该越容易将电子打出来。 但是实际上如果光的频率低,哪怕再强的强度,也无法打出电子来,也就说,光的频率决定了能否打出电子来,而光的强度决定的是打出电子的数目。 这让当时的科学家们非常困扰,百思不得其解,直到天才爱因斯坦横空出世。
爱因斯坦解决这个问题的思路与其他人有些不一样,他借用了普朗克先生的量子假说(普朗克假设,黑体在吸收或者发射能量的时候,并非连续的,而是分成一份一份的能量,这一份能量的大小等于普朗克常数乘以频率,并将这一份能量称之为量子)。
光电效应,频率越高,越容易打出电子;单个量子的能量等于普朗克常数h乘以频率v,频率越高,单个量子能量越高。
电光火石之间,爱因斯坦忽然看见了什么。 提高频率,单个量子能量越高。那么,如果光不是连续分布的,而是一种量子呢? 一切问题刹那间迎刃而解 ,提高频率,单个光量子能量越高,就越容易打出电子,单个光量子的能量大于金属原子对电子的束缚能,就能够打出电子。 这正好解释了为什么频率决定了能否打出电子。而提高光的强度,则对应着提高光量子的数量,光量子越多,打出来的电子越多,强度决定了打出电子的数量。好了,先生们,现在光电效应被完美解释。
而后爱因斯坦根据这个思路写出一个方程, 等号左边是被打出来的电子具有的动能,等号右边是单个光量子的能量减去打出电子所需要的最小能量。
我们需要注意到,虽然爱因斯坦成功解释了光电效应,但是这有一个前提,这个前提是:普朗克的量子假说。 爱因斯坦在这里对于 光进行了量子化处理,认为光是一种光量子。 在当时,光被认为是波,波是连续的,而量子是一份一份的,不连续的。 爱因斯坦此举无疑是挑战原有的经典物理体系,是天才的想法,更是看起来离经叛道的想法。
其实在普朗克提出量子假说后,普朗克本人都不太相信,量子到底是个什么东西,到底存在吗,普朗克本人不确定。而爱因斯坦运用量子论解释了光电效应,这是开创性的工作。 毫无疑问,爱因斯坦使用量子论观点,成功解释了光电效应,这无疑是对量子力学正确性的一种巨大肯定。
量子论对于光电效应的成功解释为量子力学的发展注入了强大的力量,更是对量子论的进一步发展,是量子论建立过程中的里程碑事件。 这让人们正式把量子论拿到台面上来疯狂讨论,在此之后,量子论进入了一个高速发展的时期,薛定谔,德布罗意,海森堡,波恩们你方唱罢我方登场,开启了量子力学黄金时代。
参考文献:
【1】曹天元. 上帝掷骰子吗:量子物理史话[M].2006.
【2】Feynman. The Feynman Lectures on Physics[M].2000.
【3】周世勋. 量子力学教程第二版[M].2008.
【4】曾谨言. 量子力学[M].1990.
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物理学史研究人类对自然界各种物理现象的认识史,研究物理学发生和发展的基本规律,研究物理学概念和思想发展和变革的过程,研究物理学是怎样成为一门独立学科,怎样不断开拓新领域,怎样产生新的飞跃,它的各个分支怎样互相渗透,怎样综合又怎样分化。 物理学史物理学是一门基础科学,它向着物质世界的深度和广度进军,探索物质世界及其运动的规律。它像一座知识的宝塔,基础雄厚,力学、热学、电学、光学以至于相对论、量子力学、核物理和粒子物理学、凝聚态物理学和天体物理学,形成了一座宏伟的大厦。它又像一棵大树,根深叶茂,从基根长出树干,从树干长出茂密的枝杈,又结出累累果实。它还像滚滚大江,汹涌澎湃,一浪高过一浪。然而,通过这些比喻,仍不足以说明物理学是怎样的一门不断发展的科学,只有了解了物理学发展的历史,才能更深刻地认识物理学的宏伟壮观。 通过物理学史的学习,不但能增长见识,加深对物理学的理解,更重要的是可以从中得到教益,开阔眼界,从前人的经验中得到启示。 本书的第1版是在我们讲物理学史课程时所写讲义的基础上扩充而成的。课程原名物理学史专题讲座,是为清华大学本科生开设的选修课。之所以叫专题讲座,是因为在理工科大学没有那么多时间,也没有必要按部就班地进行系统地讲授。那样既乏味又费时间。有些课题,我们没有讲到,同学们如果有兴趣,可以自己找书看。我们认为,与其平铺直叙地罗列一大堆史实,不如抓住若干典型,进行个例剖析,讲得深透些。什么是个例剖析?我们指的是就某一个事件、某一项发现或某一位科学家的成就进行充分的揭示,说明其前因后果、来龙去脉,不仅说有什么,还要说为什么。例如,可以问一问:为什么会出现那样的事件?为什么会发生新的突破?为什么会造就伟大的人物?分析其成功的要素,总结其经验教训,提炼出可供大家共享的精神财富。所以我们选了十几个专题,每讲一个专题,分析一个或几个例子,于是就叫专题讲座。讲座开了几届之后,又感到选修课不宜过专,不能让学生花费过多的精力阅读原始文献,但是有必要保留专题讲座的精华,即保留从个例剖析得到的各种有益启示,这些启示并不是生硬灌输给学生,而是通过真实的历史、 物理学史实际的资料、生动的情景把学生引入历史的氛围,让他们自己去体会,自己去获取应该得到的启示。于是这门选修课就改名为《物理学史的启示》。这门课一开就是十几年。1993年,经过多次试用和修改补充的讲义终于正式出版,取名为《物理学史》。我们的工作得到了校内外许多师生的鼓励和关怀,其中包括老一辈的物理学家的指点和勉励。最让我们感到荣幸的是,我国著名物理学家钱三强教授曾经多次给我们以具体的指导,并亲自为我们作序。详见:郭奕玲,沈慧君.怀念钱三强先生.现代物理知识,1994(1):41~44. 这些年来,《物理学史》一书被许多院校选为物理学史课程教材,也成了广大物理教师的参考书。这本书显示出了不少缺陷和错误,我们深感有加以修改和完善的必要。这次修改主要是针对如下几方面: (1) 加强20世纪物理学各个分支的论述,其中包括相对论、量子理论、粒子物理学、现代光学、凝聚态物理学和天体物理学。 (2) 充分利用图片资料。 (3) 必要的增补和修改。 众多的同行多年来为我们提供物理学史资料,其中特别是Melba Phillips正值本书截稿之际,惊悉97岁的Melba Phillips已于2004年11月18日辞世,不胜怀念。教授。她和美国物理学会曾经给予我们多方面的帮助。Alan Franklin教授也是我们工作的积极支持者。我们对他们表示诚挚的感谢。我们还要感谢图片资料的版权所有者。由于图片是多年来从各种渠道收集到的,难以一一注明出处。编辑本段目录第一版序 前言第1章力学的发展1.1历史概述1 1.2天文学的新进展揭开了科学革命的序幕3 1.3惯性定律的建立10 1.4伽利略的落体研究13 1.5万有引力定律的发现21 1.6《自然哲学之数学原理》和牛顿的大综合27 1.7碰撞的研究29 1.8牛顿以后力学的发展33 1.9牛顿的绝对时空观和马赫的批判37第2章热学的发展2.1历史概述40 2.2热现象的早期研究40 2.3热力学第一定律的建立47 2.4卡诺和热机效率的研究59 2.5绝对温标的提出62 2.6热力学第二定律的建立64 2.7热力学第三定律的建立和低温物理学的发展68 2.8气体动理论的发展72 2.9统计物理学的创立81第3章电磁学的发展3.1历史概述90 3.2早期的磁学和电学研究90 3.3库仑定律的发现94 3.4动物电的研究和伏打电堆的发明102 3.5电流的磁效应105 3.6安培奠定电动力学基础110 3.7欧姆定律的发现111 3.8电磁感应的发现113 3.9电磁理论的两大学派118 3.10麦克斯韦电磁场理论的建立119 3.11赫兹发现电磁波实验126 3.12麦克斯韦电磁场理论的发展130第4章经典光学的发展4.1历史概述132 4.2反射定律和折射定律的建立133 4.3牛顿研究光的色散136 4.4光的微粒说和波动说140 4.5光速的测定146 4.6光谱的研究150 第5章实验新发现和现代物理学革命1575.1历史概述5.219/20世纪之交的三大实验发现158 5.3“以太漂移”的探索170 5.4热辐射的研究180 5.5经典物理学的“危机”186第6章相对论的建立和发展6.1历史背景188 6.2爱因斯坦创建狭义相对论的经过191 6.3狭义相对论理论体系的建立198 6.4狭义相对论的遭遇和实验检验203 6.5广义相对论的建立205 6.6广义相对论的实验验证212第7章早期量子论和量子力学的准备7.1历史概述221 7.2普朗克的能量子假设221 7.3光电效应的研究224 7.4固体比热229 7.5原子模型的历史演变232 7.6α散射和卢瑟福有核原子模型237 7.7玻尔的定态跃迁原子模型和对应原理240 7.8索末菲和埃伦费斯特的贡献244 7.9爱因斯坦与波粒二象性250 7.10X射线本性之争252 7.11康普顿效应253第8章量子力学的建立与发展8.1历史概述258 8.2电子自旋概念和不相容原理的提出259 8.3德布罗意假说261 8.4物质波理论的实验验证262 8.5矩阵力学的创立267 8.6波动力学的创立268 8.7波函数的物理诠释270 8.8不确定原理和互补原理的提出271 8.9关于量子力学完备性的争论272 8.10量子电动力学的发展276第9章原子核物理学和粒子物理学的发展9.1历史概述282 9.2放射性的研究282 9.3人工核反应的初次实现287 9.4探测仪器的改善289 9.5宇宙射线和正电子的发现292 9.6中子的发现294 9.7人工放射性的发现298 9.8重核裂变的发现298 9.9链式反应303 9.10原子核模型理论304 9.11加速器的发明与建造305 9.12β衰变的研究和中微子的发现310 9.13介子理论和μ子的发现312 9.14奇异粒子的研究313 9.15弱相互作用中宇称不守恒和CP破坏的发现314 9.16强子结构和夸克理论316 9.17量子色动力学的建立318 9.18弱电统一理论的提出319 9.19夸克模型的发展321第10章凝聚态物理学简史10.1历史概述324 10.2固体物理学的早期研究325 10.3固体物理学的理论基础327 10.4固体物理学的实验基础330 10.5晶体管的发明330 10.6半导体物理学和实验技术的蓬勃发展334 10.7超导电性的研究339 10.8超流动性的发现343 10.9量子霍尔效应与量子流体的研究348 10.10非晶态物理的发展354 10.11高压物理学的发展357 10.12软物质物理学的兴起359第11章现代光学的兴起11.1激光科学的孕育和准备360 11.2微波激射器的发明365 11.3激光器的设想和实现367 11.4激光技术的发展374 11.5全息术的发明和应用377 11.6激光光谱学380 11.7非线性光学382 11.8量子光学384 11.9量子信息光学386 11.10原子光学389第12章天体物理学的发展12.1天体物理学的兴起395 12.2匹克林谱系之谜396 12.3恒星演化理论的建立399 12.4类星体的发现401 12.5宇宙背景辐射的发现402 12.6脉冲星的发现405 12.7星际有机分子的发现408 12.8黑洞的研究409 12.9暗物质和暗能量的探索411第13章诺贝尔物理学奖13.1诺贝尔物理学奖的设立416 13.2诺贝尔物理学奖的分布统计418 13.3时代划分420 13.4分类综述422第14章实验和实验室在物理学发展中的地位和作用 14.1实验在物理学发展中的作用452 14.2实验室在物理学发展中的地位455 第15章单位、单位制与基本常数简史470 15.1基本单位的历史沿革470 15.2单位制的沿革476 15.3基本物理常数的测定与评定480 15.4物理学的新发现对基本常数的影响486 结束语488 附录物理学大事年表493编辑本段经典物理学-力学的发展史物理学是研究物质及其行为和运动的科学。它是最早形成的自然科学之一,如果把天文学包括在内则有可能是名副其实历史最悠久的自然科学。最早的物理学著作是古希腊科学家亚里士多德的《物理学》。形成物理学的元素主要来自对天文学、光学和力学的研究,而这些研究通过几何学的方法统合在一起形成了物理学。这些方法形成于古巴比和古希腊时期,当时的代表人物如数学家阿基米德和天文学家托勒密;随后这些学说被传入阿拉伯世界,并被当时的阿拉伯科学家海什木等人发展为更具有物理性和实验性的传统学说;最终这些学说传入了西欧,首先研究这些内容的学者代表人物是罗吉尔·培根。然而在当时的西方世界,哲学家们普遍认为这些学说在本质上是技术性的,从而一般没有察觉到它们所描述的内容反映着自然界中重要的哲学意义。而在古代中国和印度的科学史上,类似的研究数学的方法也在发展中。 在这一时代,包含着所谓“自然哲学”(即物理学)的哲学所集中研究的问题是,在基于亚里士多德学说的前提下试图对自然界中的现象发展出解释的手段(而不仅仅是描述性的)。根据亚里士多德以及其后苏格拉底的哲学,物体运动是因为运动是物体的基本自然属性之一。天体的运动轨迹是正圆的,这是因为完美的圆轨道运动被认为是神圣的天球领域中的物体运动的内在属性。冲力理论作为惯性与动量概念的原始祖先,同样来自于这些哲学传统,并在中世纪时由当时的哲学家菲洛彭洛斯、伊本·西那、布里丹等人发展。而古代中国和印度的物理传统也是具有高度的哲学性的。力学的历史背景力学是最原始的物理学分支之一,而最原始的力学则是静力学。静力学源于人类文明初期生产劳动中所使用的简单机械,如杠杆、滑轮、斜面等。古希腊人从大量的经验中了解到一些与静力学相关的基本概念和原理,如杠杆原理和阿基米德定律。但直至十六世纪后,资本主义的工业进步才真正开始为西方世界的自然科学研究创造物质条件,尤其于地理大发现时代航海业兴起,人类钻研观测天文学所花费的心力前所未有,其中以丹麦天文学家第谷·布拉赫和德国天文学家、数学家约翰内斯·开普勒为代表。对宇宙中天体的观测也成为了人类进一步研究力学运动的绝佳领域。1609和1619年,开普勒先后发现开普勒行星运动三大定律,总结了老师第谷毕生的观测数据。伽利略的动力学在十七世纪的欧洲,自然哲学家逐渐展开了一场针对中世纪经院哲学的进攻,他们持有的观点是,从力学和天文学研究抽象出的数学模型将适用于描述整个宇宙中的运动。被誉为“现代自然科学之父”的意大利(或按当时地理为托斯卡纳大公国)物理学家、数学家、天文学家伽利略·伽利莱就是这场转变中的领军人物。伽利略所处的时代正值思想活跃的文艺复兴之后,在此之前列奥纳多·达芬奇所进行的物理实验、尼古拉斯·哥白尼的日心说以及弗朗西斯·培根提出的注重实验经验的科学方法论都是促使伽利略深入研究自然科学的重要因素,哥白尼的日心说更是直接推动了伽利略试图用数学对宇宙中天体的运动进行描述。伽利略意识到这种数学性描述的哲学价值,他注意到哥白尼对太阳、地球、月球和其他行星的运动所作的研究工作,并认为这些在当时看来相当激进的分析将有可能被用来证明经院哲学家们对自然界的描述与实际情形不符。伽利略进行了一系列力学实验阐述了他关于运动的一系列观点,包括借助斜面实验和自由落体实验批驳了亚里士多德认为落体速度和重量成正比的观点,还总结出了自由落体的距离与时间平方成正比的关系,以及著名的斜面理想实验来思考运动的问题。他在1632年出版的著作《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》中提到:“只要斜面延伸下去,球将无限地继续运动,而且不断加速,因为此乃运动着的重物的本质。”,这种思想被认为是惯性定律的前身。但真正的惯性概念则是由笛卡尔于1644年所完成,他明确地指出了“除非物体受到外因作用,否则将永远保持静止或运动状态”,而“所有的运动本质都是直线的”。 伽利略在天文学上最著名的贡献是于1609年改良了折射式望远镜,并借此发现了木星的四颗卫星、太阳黑子以及金星类似于月球的相。伽利略对自然科学的杰出贡献体现在他对力学实验的兴趣以及他用数学语言描述物体运动的方法,这为后世建立了一个基于实验研究的自然哲学传统。这个传统与培根的实验归纳的方法论一起,深刻影响了一批后世的自然科学家,包括意大利的埃万杰利斯塔·托里拆利、法国的马林·梅森和布莱兹·帕斯卡、荷兰的克里斯蒂安·惠更斯、英格兰的罗伯特·胡克和罗伯特·波义耳。牛顿三大定律和万有引力定律?艾萨克·牛顿 1687年,英格兰物理学家、数学家、天文学家、自然哲学家艾萨克·牛顿出版了《自然哲学的数学原理》一书,这部里程碑式的著作标志着经典力学体系的正式建立。牛顿在人类历史上首次用一组普适性的基础数学原理——牛顿三大运动定律和万有引力定律——来描述宇宙间所有物体的运动。牛顿放弃了物体的运动轨迹是自然本性的观点(例如开普勒认为行星运动轨道本性就是椭圆的),相反,他指出,任何现在可观测到的运动、以及任何未来将发生的运动,都能够通过它们已知的运动状态、物体质量和外加作用力并使用相应原理进行数学推导计算得出。 伽利略、笛卡尔的动力学研究(“地上的”力学),以及开普勒和法国天文学家布里阿德在天文学领域的研究(“天上的”力学)都影响着牛顿对自然科学的研究。(布里阿德曾特别指出从太阳发出到行星的作用力应当与距离成平方反比关系,虽然他本人并不认为这种力真的存在)。1673年惠更斯独立提出了圆周运动的离心力公式(牛顿在1665年曾用数学手段得到类似公式),这使得在当时科学家能够普遍从开普勒第三定律推导出平方反比律。罗伯特·胡克、爱德蒙·哈雷等人由此考虑了在平方反比力场中物体运动轨道的形状,1684年哈雷向牛顿请教了这个问题,牛顿随后在一篇9页的论文(后世普遍称作《论运动》)中做了解答。在这篇论文中牛顿讨论了在有心平方反比力场中物体的运动,并推导出了开普勒行星运动三定律。其后牛顿发表了他的第二篇论文《论物体的运动》,在这篇论文中他阐述了惯性定律,并详细讨论了引力与质量成正比、与距离平方成反比的性质以及引力在全宇宙中的普遍性。这些理论最终都汇总到牛顿在1687年出版的《原理》一书中,牛顿在书中列出了公理形式的三大运动定律和导出的六个推论(推论1、2描述了力的合成和分解、运动叠加原理;推论3、4描述了动量守恒定律;推论5、6描述了伽利略相对性原理)。由此,牛顿统一了“天上的”和“地上的”力学,建立了基于三大运动定律的力学体系。 牛顿的原理(不包括他的数学处理方法)引起了欧洲大陆哲学家们的争议,他们认为牛顿的理论对物体运动和引力缺乏一个形而上学的解释从而是不可接受的。从1700年左右开始,大陆哲学和英国传统哲学之间产生的矛盾开始升级,裂痕开始增大,这主要是根源于牛顿与莱布尼兹各自的追随者就谁最先发展了微积分所展开的唇枪舌战。起初莱布尼兹的学说在欧洲大陆更占上风(在当时的欧洲,除了英国以外,其他地方都主要使用莱布尼兹的微积分符号),而牛顿个人则一直为引力缺乏一个哲学意义的解释而困扰,但他在笔记中坚持认为不再需要附加任何东西就可以推论出引力的实在性。十八世纪之后,大陆的自然哲学家逐渐接受了牛顿的这种观点,对于用数学描述的运动,开始放弃作出本体论的形而上学解释。牛顿的绝对时空观?牛顿的理论体系是建立在他的绝对时间和绝对空间的假设之上的,牛顿对时间和空间有着如下的理解: “ 绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着,而且由于其本性而在均匀地、与任何外界事物无关地流逝着。 ” “ 绝对空间,就其本性而言,是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的。 ” —牛顿, 《自然哲学的数学原理》 牛顿从绝对时空的假设进一步定义了“绝对运动”和“绝对静止”的概念,为了证明绝对运动的存在性,牛顿还在1689年构思了一个理想实验,即著名的水桶实验。在水桶实验中,一个注水的水桶起初保持静止。当它开始发生转动时,水桶中的水最初仍保持静止,但随后也会随着水桶一起转动,于是可以看到水渐渐地脱离其中心而沿桶壁上升形成凹状,直到最后和水桶的转速一致,水面相对静止。牛顿认为水面的升高显示了水脱离转轴的倾向,这种倾向不依赖于水相对周围物体的任何移动。牛顿的绝对时空观作为他理论体系的基础假设,却在其后的两百年间倍受质疑。特别是到了十九世纪末,奥地利物理学家恩斯特·马赫在他的《力学史评》中对牛顿的绝对时空观做出了尖锐的批判。编辑本段卡约里著《物理学史》中译本版权信息 卡约里著《物理学史》[1]书名:物理学史(A History of Physics) 作者:(美)弗·卡约里 译者:戴念祖译,范岱年校 出版社:广西师范大学出版社 版次:2002年10月第1版 印次:2002年10月第1次印刷,2002年12月第2次印刷 印数:1~10 000,10 001~15000 开本:787mm*1 092mm 1/16 印张:22.5 字数:325千字 定价:35.00元 ISBN:7-5633-3688-5作者简介弗·卡约里,美国著名数学家和科学史家,1859年生于瑞士,1875年回到美国,1930年卒于美国。他是美国数学学会、科学发展协会、科学史学会会员,还是国际科学史学会会员,著有《美国数学教学与数学史》《数学史》《北美洲和南美洲早期数学教学》《数学符号史》等著作。译者简介戴念祖,1942年生。现为中国科学院科学史研究所研究员。著有《中国力学史》《中国声学史》等,发表论文近百篇,数次荣获中国科学院自然科学奖。内容简介《物理学史》是一部早已为物理学界、科学史界所熟悉、重视和推崇的物理学通史,它叙述了从古代巴比伦时期至1925年物理学发展的重要历史事实。作者对于历史事实的取材及重大历史事件的描叙,态度是极为客观和严谨的,许多叙述甚至成为了哲学史、思想史的研究素材。此外,《物理学史》还描写了实验室的发展历程及现在出版的科学史著作中不再提及的历史事件或尚未引起人们注意的发展事实,这在科学史著作中是极少见并难能可贵的。 本书译者还为《物理学史》加上了中国物理学的发展简史,从而大大地丰富了该书的内容。《物理学史》在文后还附有参考文献和索引,便于读者深入研究和查索事实。 《物理学史》初版于1899年,1962年出了第6版,期间多次加印、修订。而相比之下,中国学者所著的多种版本的“物理学史”显得教条死板。本书目录再版序 第一版序 巴比伦人和埃及人 希腊人(力学、光学、电和磁、气象学、声学、原子论、希腊物理学研究的“失败”) 罗马人 阿拉伯人 中世纪时期的欧洲(火药和航海罗盘、流体静力学、光学) 文艺复兴(哥白尼体系、 力学、光学、电和磁、气象学、科学研究的归纳法) 17世纪(力学、光学、电和磁、气象学、声学) 18世纪(力学、光学、电和磁、气象学、声学) 19世纪(物质结构、光学、热学、电和磁、声学) 20世纪(放射现象、热学、光学、力学、物质结构、电和磁、声学、回顾、物理实验室的进化) 译后记 事项索引 人名索引
3、宇宙之起源 物理学中认为在量子世界里,物质可以从空无中产生。这里量子是指最小的能量单位。那么我们的宇宙从何产生的呢?科学家告诉我们,宇宙也是从空无中产生的。 美国NASA的奥敦沃博士说:当物理学家讲到这个「空」字,他们是在搞一个文字谜,因为我们平常观念中以为真空便是「空」,便是什么都没有,而实际上,物理学家很清楚,真空还不是真正意义上的「空」。而宇宙形成以前的这个状态,既没有时间,也没有空间,连真空都没有。这个状态,并非我们一般心目当中所思量的空无状态。 奥敦沃博士承认说【我们目前还没有一套完整的数学理论来描述这个宇宙前的状态,但是可以推断它是多维次。产生现在这个大宇宙的空灵状态并不是毫无一物,也不是我们今天所懂得的任何一物。我们用「空无」这个词,是不得已的说法。这样看来,《牛津大辞典》中讲的「空无」,于今天我们所发现的「空无」是完全不同的物理概念】。 佛家讲:宇宙本来的状态,在佛经上用「自性」或「佛性」或「心性」来表达。它并无形相,但确实存在,不得已才称之为「空」。打个比方说就容易理解,这个「空」就好比是磁铁的磁性,磁性是看不见、摸不着的,但你不能说它没有,学过物理的人都知道,磁性的作用极大,发电机与电动机都因磁力而显功用。佛家用「八不」来表达这种状态「不生不灭,不常不断,不一不异,不来不去。」佛家认为这种空灵能现妙有,能现宇宙万物之相。佛在三千年前就指出这种空灵是我们的心性。《首楞严经》云「诸法所生,唯心所现,一切因果,世界微尘,因心成体。」这里讲的「心」,就是自性,就是本来面目。最近,日本东京的科学工作者江本胜博士经过八年对水的微观观察,发现水的结晶体的形状能随着人的思想语言而变化。善心善言对水,水的结晶体形状就很美丽。恶意恶语对水,水的结晶体形状就很丑陋。证明佛经上所讲的万法唯心所现,唯识所变。 现在我们来看看科学家认为的宇宙形成的那一刹那是什么样子的。科学界目前广泛所接受的是所谓「宇宙大爆炸」的形成理论。根据大爆炸的理论,我们的宇宙是在大约100至150亿年以前在一个宇宙大爆炸中产生的。大爆炸以前,没有空间,也没有时间。那一种状态不是我们可以想像出来的。就连许多宇宙的定律在当时也不适用。佛用「不可思议」来描述这种状态,而科学家也承认这种状态我们可能永远不能用思维去理解。然而,佛告诉我们用「不思不议」的禅定方法,在精神意志深度集中时,所有的念头都放下,这时一切障碍我们了解真相的东西都去除了,那么宇宙的本来面目便完全显现,这种境界称为「明心见性」。那么我们的宇宙在出生之前有多大呢?根据科学家的计算,宇宙的大小当时只有10-33厘米。即0.00…001(33个0)厘米。这一个极微小的数字无法用我们常规思维去想像。打个比方来说,如果我们头上一根头发直径是0.01毫米,切取这根头发的直径平面,将这个宇宙原点放入我们的这个头发中,可以在这根头发的直径距离上平行放置多少个这样的原点呢?通过计算,我们可以放置一百万亿亿亿个这样的宇宙原点! 要知道,我们目前广袤的宇宙所蕴藏的全部信息原本存在于这样小的微粒之中!这些信息包括宇宙中所有的时空,所有的星系,包括过去、现在、未来,也包括你跟我!令人瞠目结舌的是,我们身上的一根头发竟能包容这么多亿亿亿个宇宙!难怪佛给我们讲,「大小不二,
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特 斯 拉,在他看来,相对论会被推翻的,而且现在脉冲波已经超过了光速
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现象:光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象,在光的照射下,某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流,即光生电 .光电现象由德国物理学家赫兹于1887年发现,而正确的解释为爱因斯坦所提出.科学家们对光电效应的深入研究对发展量子理论起了根本性的作用. 原理: 1905年,爱因斯坦提出光子假设,成功解释了光电效应,因此获得1921年诺贝尔物理奖.光照射到金属上,引起物质的电性质发生变化.这类光变致电的现象被人们统称为光电效应(Photoelectric effect).光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏特效应.前一种现象发生在物体表面,又称外光电效应.后两种现象发生在物体内部,称为内光电效应.赫兹于1887年发现光电效应,爱因斯坦第一个成功的解释了光电效应(金属表面在光辐照作用下发射电子的效应,发射出来的电子叫做光电子).光波长小于某一临界值时方能发射电子,即极限波长,对应的光的频率叫做极限频率.临界值取决于金属材料,而发射电子的能量取决于光的波长而与光强度无关,这一点无法用光的波动性解释.还有一点与光的波动性相矛盾,即光电效应的瞬时性,按波动性理论,如果入射光较弱,照射的时间要长一些,金属中的电子才能积累住足够的能量,飞出金属表面.可事实是,只要光的频率高于金属的极限频率,光的亮度无论强弱,光子的产生都几乎是瞬时的,不超过十的负九次方秒.正确的解释是光必定是由与波长有关的严格规定的能量单位(即光子或光量子)所组成.光电效应里电子的射出方向不是完全定向的,只是大部分都垂直于金属表面射出,与光照方向无关.光是电磁波,但是光是高频震荡的正交电磁场,振幅很小,不会对电子射出方向产生影响.光电效应说明了光具有粒子性.
21世纪是知识爆炸的时代,大学物理也不例外。这是我为大家整理的大学物理学术论文,仅供参考!
中学物理中的物理模型
摘要:本文阐述了物理模型的概念、功能,中学物理教材中常见的六种物理模型,物理模型在中学物理教学中地位和作用,以及中学阶段在物理模型的教学过程中应该注意的若干问题。
关键词:中学物理;教学;物理模型
一、物理模型的概念及功能
物理学所分析、研究的实际问题往往很复杂,有众多的因素,为了便于着手分析与研究,物理学往往采用一种“简化”的方法,对实际问题进行科学抽象化处理,保留主要因素,略去次要因素,得出一种能反映原物本质特性的理想物质(过程)或假想结构,此种理想物质(过程)或假想结构就称之为物理模型。
物理模型按其设计思想可分为理想化物理模型和探索性物理模型。前者的特点是突出研究客体的主要矛盾,忽略次要因素,将物体抽象成只具有原物体主要因素但并不客观存在的物质(过程),从而使问题简化。如质点模型、点电荷模型、理想气体模型、匀速直线运动模型等等。后者的特点是依据观察或实验的结果,假想出物质的存在形式,但其本质属性还在进一步探索之中。如原子模型、光的波粒二象性模型等等。
人们建立和研究物理模型的功能主要在于:
一是可以使问题的处理大为简化而又不会发生大的偏差,从中较为方便地得出物体运动的基本规律;
二是可以对模型讨论的结果稍加修正,即可用于对实际事物的分析和研究;
三是有助于对客观物理世界的真实认识,达到认识世界,改造世界,为人类服务之目的。
二、中学物理教材中经常碰到的几种物理模型
物理模型就它在实际问题中所扮演角色或所起作用的不同,可分为:
1.物理对象模型 即把物理问题的研究对象模型化。
例如质点,舍去和忽略形状、大小、转动等性能,突出它具有所处位置和质量的特性,用一个有质量的点来描述,又如点电荷、弹簧振子、单摆、理想变压器、理想电表等等,都是属于将物体本身的理想化。
另外诸如点光源、电场线、磁感线等,则属于人们根据它们的物理性质,用理想化的图形来模拟的概念。
2.物理过程模型 即把研究对象的实际运动过程进行近似处理。排除其在实际运动过程中的一些次要因素的干扰,使之成为理想的典型过程。
如研究一个铁球从高空中由静止落下的过程。首先应考虑吸引力,由公式F=GMm�r2可知,铁球越接近地面,F就越大,其次还要考虑空气阻力、风速、地球自转等影响。这样考查铁球下落运动过程就显得十分复杂,研究起来十分不便。为此,我们在研究过程上突出铁球下落的主要因素,即受重力作用,而忽略其它次要影响,并把重力视为恒力,通过如此简化,使研究问题简化,其研究结果也不致影响到基本规律的正确性。从而成为物理学中一个典型的运动过程,即自由落体运动。这种物理模型称之为过程模型。
教材中的匀速直线运动、简谐振动、弹性碰撞;理想气体的等温、等容、等压、绝热变化等等都是将物理过程模型化。
3.物理条件模型 如自由落体运动规律就是在建立了“忽略空气阻力,认为重力恒定”的条件模型之后才得出来的。力学中的光滑斜面;热学中的绝热容器;电学中的匀强电场、匀强磁场等等,也都是把物体所处的条件理想化了。
4.物理等效模型 即通过充分挖掘原有物理模型的特征去等效具有相似性质或特点的现象和相似运动形态的物质和运动。如将理想气体分子等效为弹性小球,并用弹性小球对器壁的碰撞去解释和推导气体压强公式,用单摆振动模型去等效类比电磁振荡过程等等。
5.物理实验模型 在实验的基础上,抓住主要矛盾,忽略次要矛盾,然后根据逻辑推理法则,对过程作进一步的分析,推理,找出其规律,得出实验结论。
如伽利略就是从斜槽上滚下的小球滚上另一斜槽,后者坡度越小,小球滚得越远的实验基础上提出了他的理想实验――在无摩擦力情况下,从斜槽滚下的小球将以恒定的速度在无限长的水平面上永远不停地运动下去,从而推翻了延续两千多年的“力是维持物体运动的不可缺少”的结论,为惯性定律(牛顿第一定律)的产生奠定了基础。
再如在研究电场强度时,设想在电场中放置一个不会引起电场变化的点电荷,去考查它在各点的F�q值等等。
6.物理数学模型 即建立以物理模型为描述对象的数学模型,进行对客观实体近似的定量计算,从而使问题由繁到简。如单摆的摆线与竖直方向的夹角不得大于50,使弧线计算转化为三角计算等等。
三、物理模型在中学物理教学中的地位和作用
1.建立正确鲜明的物理模型是物理学研究的重要方法和有力手段之一
物理学所研究的各种问题,在实际上都涉及许多因素,而模型则是在抓住主要因素,忽略次要因素的基础上建立起来的。它具有具体形象、生动、深刻地反映了事物的本质和主流这一重要属性。
如“质点”模型,在物体的宏观平动运动中,描述运动的物理量位移、速度、加速度等对同一物体来说其上各点都相同,在这些问题的研究中,运动物体的大小和形状是可不考虑的,故可将运动物体质点化,即用质点模型来取代真实运动的物体。
2.正确鲜明的物理模型本身就是重要的物理内容之一,它与相应的物理概念、现象、规律相依托
人们认识原子结构的进程中,从汤姆逊模型到卢瑟福模型的飞跃就是生动的反映。
爱因斯坦光电效应方程的建立成功地解释了光电效应,而它是建立在反映光粒子性的“光子”模型之上的。
诸多的事实都在说明大凡物理现象、过程、规律都直接与之相应的物理模型关联着;一定的物理模型又是最生动最集中地反映着相应的物理概念、现象、过程和规律,二者密不可分。
3.正确鲜明的物理模型的建立,使许多抽象的物理问题变得直观化、具体化、形象化
例如,电场线对电场的描述,磁感线对磁场的描述。分子模型对理解分子动理论的基本观点,原子核式结构对a粒子散射实验现象的解释;光子模型对光的粒子性的理解等等,凡是学物理的人都会感受到物理模型所给予的无可争辩的重要作用。
四、物理模型的教学要着眼于学生掌握建立正确鲜明的物理模型这一根本方法
物理模型是物理基础知识的一部分,属物理概念的范畴。学习前人为我们创造的各种物理模型是完成教学内容的重要组成部分,培养学生掌握这一方法,即对一个具体的物理内容、现象或过程能反映出一幅鲜明的“物理图景”,是培养学生科学思维能力的一个重要方面。为此,我们在教学中应注意如下几点:
1.讲清各物理模型设计的依据。物理模型看上去是独立的,但设计物理模型的思想是相通的。
2.讲授物理模型要前后呼应,触类旁通。运动学中建立的“质点”模型,发展到质点动力学中,万有引力定律中,以至物体转动问题中,还可引伸到单摆中的摆球,弹簧振子中的振子,甚至帮助我们建立电学中的点电荷模型,光学中的点光源模型。
3.物理模型思维贯穿在物理教学的过程中,随着人们对某个物理问题认识的不断深刻和提高,物理模型也必将随之完善和准确。例如对于光本性的问题,人们从牛顿的微粒说,惠更斯的波动说、电磁说、粒子说到波粒二象性,在此发展过程中光的模型也随之一次次地得到深化。
4.在平时的例题教学中也是处处体现了物理模型的重要地位和作用。解答各类物理习题,学生能否依据题意建立起相应的物理模型,是解题成败的重要环节。如果解题者所理解的题意中的物理模型与命题者的设计模型一致,题意就必然变得清晰鲜明,习题的难点便会随之而突破,这种例子是垂手可得的。
总之,物理模型的教学确实需要我们予以足够的重视,这个问题对提高我们的物理教学水平关系甚大。
物理猜想与中学物理教学
【摘 要】阐述物理猜想在中学物理教学中的意义及教师在物理课堂教学中引导学生进行物理猜想的方法。
【关键词】中学 物理猜想 物理教学
【中图分类号】 G 【文献标识码】 A
【文章编号】0450-9889(2014)11B-0076-02
随着基础教育课程改革的逐步深入,在新课程标准中,对高中生在学习物理过程中的学习能力提出了更高的要求,由此教会学生运用物理猜想方法可以让学生更有效地学好物理。为了促进中学生学会运用物理猜想方法,新课程的物理教材刻意设计了许多研究物理现象的活动。以此增进学生对物理知识的理解,提高学生学习物理知识的能力,例如提出问题、猜想与假设、合作与交流等能力。这些基本能力是确保科学研究各种物理现象得以顺利进行的前提和基础。只有通过猜想、假设,并经过许多的研究活动,才能使研究物理现象过程顺利完成。根据笔者这十多年的教学经验,总结出物理猜想对高中物理教学的作用以及如何通过物理猜想提高物理教学的经验,现浅谈自己的看法。
一、物理猜想对中学物理教学有着重要的意义
新课标义务教育阶段的物理课程中,提出要鼓励学生积极大胆地进行科学研究,使学生从基本的科学研究过程中学到科学研究的方法,最终达到提高他们的科学研究能力的目的。使学生养成尊重事实、大胆想象的科学习惯,发扬研究真理的科学精神;培养学生敢于质疑、勇于创新、战胜困难的信心和决心。在中学物理教学中教师的作用是引导学生进行科学猜想,引导学生进行科学探索活动,提升他们的科学探索创新能力。鼓励他们在研究活动过程中,根据已经了解的物理知识和物理现象,进行猜想与假设,然后设计实验,通过亲自动手做实验来验证自己的猜想与假设。因此,要达到新课标中的要求,笔者认为猜想在新课程标准的教学过程中的运用起到了关键的作用。物理猜想的运用是教育教学发展的要求,也是促进物理教育教学改革和发展的需要。笔者认为运用物理猜想法在中学物理教学中有以下几个重要的意义。
1.提高学生学习兴趣和增进学生学习主动性
学生往往对新生事物比较好奇,都希望能够尽快了解其中的知识、规律和奥秘。如果在中学物理教学过程中多鼓励学生对所要学习的物理现象猜想出其可能出现的某些现象或规律,那么不但能增强学生的新奇心,而且还能激发学生的探究意识和能力,使他们更能积极地深入到学习新知识当中。锻炼和培养中学生的物理猜想能力,能提高学生对研究物理问题的兴趣和欲望。兴趣和欲望正是学生学习物理知识的动力。因此,物理猜想是提高学生学习兴趣和增进学生主动学习的好方法。
2.提高学生的思维能力
在中学物理教学过程中,教师要经常通过提出问题并引导学生根据他们现有知识和理解问题的能力进行猜想,经过观察、实验、归纳、总结等进行严格推理和验证,使学生在学习物理知识的过程中逐渐提高他们的发散思维能力,也使他们思想更加灵活。因此通过猜想法不仅使学生容易理解和掌握物理知识,而且有利于提高学生的思维能力。
3.有利于学生巩固所学的物理知识
物理猜想是学生根据自己的思维意识进行推测,是开放性的思维方式。经过对事物仔细观察和辩别认识,提高了学生对事物整体性的研究,促进学生的思维进程,使学生迅速地理解和掌握新知识。如果这些新知识是由学生自己主动猜想后经过验证推理得来的,那么学生就比较容易接受。因此,这些物理现象及规律就会深深刻印在学生的心里,巩固这些新的物理知识。
4.培养学生创新能力
在新课程标准中,特别着重对中学生创新能力培养。科学的物理猜想是培养中学生创新能力的主要方法之一。科学的物理猜想对中学生创新能力的培养起着积极的作用,它能提高学生的反应能力和灵活解题能力。因此,科学的物理猜想能够非常有效地提高中学生的创新能力。
二、教师在物理课堂教学中引导学生进行物理猜想的方法
教师在教学过程中为了尽可能地发挥学生的想象能力,要根据学生现已掌握的物理知识、兴趣爱好和想象能力等引导学生提出猜想。教师如何更好地引导学生运用已掌握的物理知识和技能来构建出新的物理猜想呢?笔者认为,教师在实际教学过程中需要讲究提出猜想一些方法。
1.启发学生根据自己各种经历、各种经验和已学的知识提出猜想
科学发展的经验告诉我们,科学的猜想并非胡乱猜测,它需要有科学依据,要根据学生的经历、经验、生活常识等提出猜想。爱因斯坦创立的“相对论”起初就是根据前人的经验、自己的经历以及自己掌握的科学知识提出的猜想,然后通过观察、推理、推导、证明,才提出了理论依据,最后才建立了举世闻名的“相对论”。例如,在学习“自由落体运动”时,先让学生观察羽毛和铁片在有空气的玻璃管中同时下落的情况,再启发他们猜想如果将玻璃管中的空气抽出后,再让羽毛和铁片同时下落会出现什么情况。让学生猜想并记下这些猜想,然后通过演示实验让学生观察,最后得出结论。这种通过启发学生猜想和实验演示相结合的教学方法,更能加深学生理解所学的物理知识。
2.激励学生讨论,诱发物理猜想
在教学过程中学生引导学生进行猜想时,应该将学生分成几个组,让各组提出各自不同的猜想,并由他们各自陈述自己猜想的理由和依据。激励他们讨论、争辩,经过讨论和争辩提高他们对物理猜想的兴趣和对物理猜想的积极性。例如,在学习“牛顿第二定律”时,将同学们分成两个小组,一组猜想物体的加速度与力的关系,另一组猜想物体的加速度与质量的关系,然后让他们分别做实验,得出结论。教师在课堂中认真听取各组学生的观点后,引导诱发他们讨论并猜想加速度与力及质量的关系,最后总结出牛顿第二定律。这样能更好地完成教学任务,取得更好的教学效果。
3.鼓励学生大胆猜想
在教学过程中许多学生由于害怕自己提出的猜想被其他同学取笑或者自己提出的猜想不正确被老师责怪而羞以启齿,这时教师应该鼓励、引导学生大胆猜想,消除他们的顾虑。例如,研究玻璃的折射率时,可以猜想单色光通过平行玻璃砖后传播方向是否发生改变。先鼓励学生大胆进行猜想其出射的方向,并记下来。不管他们的猜测是否合理、准确,教师都要持平和的态度,让实验验证结果。只有这样才能提高学生的学习积极性,增强学生科学猜想的意识。
4.创造良好的猜想条件
在教学过程中,当教学到有利于培养学生猜想能力的内容时,教师应该积极引导鼓励学生进行猜想。例如,在“楞次定律”教学中,教师在课堂演示让磁体的N极靠近闭合的铝环的实验之前,先启发学生猜想让磁体的N极靠近闭合的铝环时会看到什么现象,让磁体的N极去靠近有缺口的铝环时又会看到什么现象。然后通过实验引导学生注意观察实验现象。同样,让磁体的S极去靠近闭合的铝环时又会出现什么情况。总之,教师要尽最大可能为学生进行猜想创造条件。
物理猜想既是一种自由尝试,也是一种严谨的创造,因此,在教学过锃中,教师要善于抓住每一个有利于提高学生猜想能力的机会,鼓励学生大胆猜想,从而提高他们的思维能力,增加他们学习物理的兴趣,进而提高物理教学的效率。
【参考文献】
[1]王较过,孟蓓.物理探究教学中培养“猜想与假设”能力的策略[J].当代教师教育,2008(6)
[2]付红周.新课程下全方位认识猜想及其在物理教学中的培养・高中物理[M].北京:人民教育出版社,2012
[3]林东槟.物理探究教学中培养猜想与假设能力的策略[J].实验教学与仪器.2013(4)
[4]蔡严娟.新课改物理探究教学中猜想与假设能力的培养[J].现代教育科研论坛.2011(5)
光强=Nhv,N是光子数,v是频率,强度相同时,频率越大的光子数越少,最后决定饱和光电流大小的其实是光子数量所以,增大频率会使电流减小,虚线应大体在实线以下。但会更早达到发射频率,所以虚线比实线更早出现。因为光子数少,饱和光电流小,所以最终虚线也比实线低。
三极管的工作状态与应用论文【1】
摘 要:半导体三极管是电子电路的重要元件,它在不同的外部条件下表现出不同的工作状态,从而具有多种不同的功能,因此得到了广泛的应用。
本文主要阐述了三极管的工作状态及其在不同状态下的应用。
关键词:三极管 工作状态 应用
半导体三极管是电子电路的重要元件,它在不同的外部条件下表现出不同的工作状态,从而具有多种不同的功能,因此得到了广泛的应用。
1 三极管的工作状态
三极管在电路中一般表现出三种工作状态:截止状态、放大状态和饱和状态。
1.1 截止状态
当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压时,基极电流为零,三极管处于截止状态。
实际上为了使三极管可靠地截止,常使UBE≤0,此时发射结和集电结均处于反向偏置状态,[1]集电极和发射极之间相当于开关的断开状态。
1.2 放大状态
当三极管的发射结正向偏置,且加在发射结的电压大于PN结的导通电压,集电结反向偏置时,三极管处于放大状态。
这时基极电流的微小变化,会引起集电极电流的较大变化,三极管具有电流放大作用。
1.3 饱和状态
当三极管的发射结正向偏置,且加在发射结的电压大于PN结的导通电压,集电结也正向偏置时,三极管处于饱和状态。
这时基极电流较大,集电极电流也较大,但集电极电流不再随着基极电流的变化而变化,三极管失去电流放大作用,集电极与发射极之间的电压很小,相当于开关的导通状态。
2 三极管不同状态下的应用
2.1 三极管放大状态下的应用
三极管处于放大状态时具有电流放大作用,利用这一特点,三极管常用在模拟放大电路中。
三极管对小信号实现放大作用时,基本放大电路有三种不同的连接方式:共发射极接法、共基极接法和共集电极接法。
在共发射极接法中,常用的放大电路有固定式偏置电路、分压式偏置电路和带有射极电阻的固定式偏置电路。
固定式偏置电路静态工作点不太稳定,受温度的影响,输出信号容易产生失真,故在实际中常采用分压式偏置电路以稳定静态工作点。
电路如图1所示。
共发射极接法放大电路因其电压放大倍数比较高,而得到广泛的应用,在多级放大电路中,多用作中间级。
在共集电极接法中,负载接在发射极,输出电压从发射极输出,因此,叫射极输出器。
因输出电压与输入电压同相,输出信号跟随输入信号的变化而变化,因此,射极输出器又称为射极跟随器或电压跟随器。
射极跟随器的电压放大倍数略小于1,没有电压放大作用,但有一定的电流放大作用和功率放大作用。
在多级放大电路中,射极输出器作为输入级可减轻信号源的负担,作为输出级可提高放大电路的带负载能力,作为中间级起阻抗变换作用,使前后级共发射极放大电路阻抗匹配,实现信号的最大功率传输。[2]
在共基极接法中,交流信号从发射极输入,从集电极输出。
该电路没有电流放大作用,但具有电压放大作用,而且其频率特性比较好,一般多用于高频或宽频带放大电路及恒流源电路。
2.2 三极管截止和饱和状态下的应用
三极管处于截止状态时相当于开关的断开状态,处于饱和状态时相当于开关的导通状态,利用这种开关特性,三极管常用在数字电路中。
在稳定状态下,三极管只能工作在饱和区或截止区,它的输出端要么处于高电位,要么处于低电位,即要么有信号输出,要么无信号输出。
实际应用时,由于三极管需要频繁地在断开和闭合状态之间进行切换,因此为了提高开关速度,常使三极管工作在浅饱和区状态。
三极管的开关特性常见的具体应用有:用于彩色电视机、通信设备的开关电源;用于驱动电路,驱动发光二极管、蜂鸣器、继电器等器件;用于彩色电视机行输出管;用于开关电路、高频振荡电路、模数转换电路、脉冲电路、低频功率放大电路、电流调整等;在冶金、机械、纺织等工业自动控制系统中,光电开关可作指示信号,指示加工工件是否存在或存在的位置。[3]
开关三极管因其寿命长、安全可靠、没有机械磨损、开关速度快、体积小等特点,得到越来越广泛的应用。
掌握了三极管的各种工作状态,了解了三极管的基本应用,在分析和设计更复杂电路时,就能灵活运用。
参考文献
[1] 袁明文,谢广坤.电子技术[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2013:11.
[2] 李仁华,冯�.电子技术[M].北京:北京理工大学出版社,2010:44.
[3] 于敏,李闽.三极管开关特性探讨[J].硅谷,2012(1):24.
晶体三极管在不同工作状态下的应用【2】
【摘 要】本文提出了晶体三极管的在不同工作状态下的分类和特性,并指出如何根据晶体三极管的不同工作状态时的作用进行实际应用,从而增强学生对晶体三极管的工作状态的了解,提高学生分析和解决问题的能力。
【关键词】非线性器件;导通角;正向偏置;反向偏置
1.引言
晶体三极管是电子电路中非常重要的元器件,每一种电子电路几乎都离不开它。
它是一种非线性器件,在不同的外部条件下会呈现出不同的工作状态。
在实际应用时,可根据它的不同工作状态应用到不同的电子电路中,从而有效地发挥它的作用。
为了更好地在电路中发挥晶体三极管的作用就要掌握不同工作状态下它的分类和特性,这样不但有利于很好地应用晶体三极管,而且有利于学习和掌握电路的基本知识,这样在分析和设计电路时就会得心应手,避免出现错误。
2.晶体三极管在不同工作状态下的分类
晶体三极管是有源器件,它在电路中工作时,要在它发射结和集电结施加不同的偏置电压。
而根据它的基极和集电极偏置电压的不同,晶体三极管呈现不同的工作状态。
此时可把晶体三极管的工作状态划分成不同的区域。
即如果发射结正向偏置、集电结反向偏置,晶体三极管工作在放大区;如果发射结正向偏置、集电结正向偏置,晶体三极管工作在饱和区,如果发射结反向偏置或零偏、集电结反向偏置,晶体三极管工作在截止区。
晶体三极管工作在饱和区和放大区时都说明它是导通的,放大器在信号的一个周期内的导通情况可用导通角来衡量。
放大器的导通角用θ来表示,定义为晶体三极管一个信号周期内导通时间乘以角频率ω的一半。
根据放大器导通角的不同可晶体三极管放大器分为甲类、乙类、丙类、丁类等放大器。
3.各类放大器的特性和应用
3.1 甲类放大器
当晶体三极管放大器的静态工作点设置在放大区时,即发射结正向偏置、集电结反向偏置时,放大器工作在放大状态。
此时,在输入信号的整个周期内,晶体三极管都是导通的`,导通角θ为1800,此时晶体三极管放大器称为甲类放大器。
其工作波形如图a所示。
它的工作特性是:静态工作点电流比较大,非线性失真小、管耗大、效率低、输出功率小。
甲类放大器有电压放大的作用,可应用到电压放大和小功率放大电路中。
另外由于它的失真小,所以在宽带功率放大器中,晶体三极管也工作在甲类状态,但由于它的效率低、输出功率小,不能满足功率放大器对输出功率的要求,所以常采用功率合成技术,实现多个功率放大器的联合工作,获得大功率的输出。
3.2 乙类放大器
当晶体三极管放大器的静态工作点设置在截止区时,如果信号为正时三极管导通,信号为负时三极管截止。
即三极管在信号的半个周期导通,导通角θ为900,此时放大器为乙类放大器,它放大的信号缺少半个周期,是失真的。
但是在乙类互补推挽放大电路中,用两个互补的三极管轮流推挽导通就可以弥补这种失真的不足,从而输出完整的信号波形,电路如图b所示。
乙类放大器由于管耗小,效率大大提高。
3.3 甲乙类放大器
在实际功率放大电路中,由于晶体三级管发射结存在导通压降,所以在乙类互补功率放大器中,由于V1、V2管没有基极偏流,静态时两个管的发射结偏置电压为零。
当输入信号小于晶体管的死区电压时,管子仍处于截止状态。
因此,在输入信号的一个周期内,两个晶体三极管轮流导通时形成的基极电流波形在过零点附近一个区域内出现失真。
即在两管输出波形的交接处存在失真,这种失真称为“交越”失真。
这时需要在两个晶体三极管的基极加上等于发射结导通压降的电压,使两个晶体三极管均处在微导通状态,两管轮流导通时,交替得比较平滑,这样就消除了交越失真。
电路如图c所示。
3.4 丙类放大器
当导通角θ小于900时,晶体三极管放大器称为丙类放大器。
丙类放大器又因工作状态的不同可分为欠压、临界和饱和三种工作状态。
当放大器工作在放大区和截止区时为欠压状态,如果晶体三极管工作刚好不进入饱和区时,则称为临界工作状态。
晶体三极管工作进入饱和区时为过压状态。
三种状态时集电极输出的波形分别为尖顶余弦脉冲、略微平缓的余弦脉冲和顶端凹陷的余弦脉冲。
由于这几种余弦脉冲都可以分解出基波分量和各次谐波分量,又由于谐振回路具有滤波作用,晶体三极管放大器的输出电压仍为没有失真的余弦波形。
所以丙类放大器可和谐振回路共同构成丙类谐振功率放大器或丙类倍频器。
丙类放大器工作在欠压状态时,放大器输出功率小,管耗大,效率低。
工作在过压状态时,放大器输出功率较大,管耗小,效率高。
工作在临界状态时,放大器输出功率大,管耗小,效率高。
3.5 丁类放大器
丙类放大器可以通过减小电流导通角θ来提高放大器的效率,但是为了让输出功率符合要求又不使输入激励电压太大,导通θ就不能太小,因而放大器效率的提高就受到了限制。
丁类放大器的导通角也是900,但是丁类放大器工作在饱和或截止状态。
由于三极管工作在饱和状态时集电极电流ic最大,但集电极和发射极之间的电压uce最小。
三极管工作在截止状态时集电极电流ic最小,但集电极和发射极之间的电压uce最大。
所以丁类放大器在工作时,ic和uce的乘积最小,理想情况下它们的乘积可接近于零。
在积分区间不变时,即导通角θ不变时,ic和uce的乘积越小,晶体管集电极的耗散功率起小,晶体管放大器集电极的效率就越高,输出功率就越大。
因此,在这两种状态时集电极损耗很小,三极管的效率高,即丁类放大器的效率比丙类放大器要高。
3.6 振荡电路中的放大器
晶体三极管放大器在具体电路中应用时,可以不单单间工作在一种工作状态。
有时会根据电路的要求,在设计时,当电路中的输入信号发生变化时,放大器的工作状态也发生变化,从而满足电路的实际要示。
比如在振荡电路中,起振时,电路工作于小信号状态,即三极管工作在甲类状态,因此可将振荡电路作为线性电路来处理,用小信号等效电路求出振荡环路的传输系数。
随着振荡幅度的增大,输入信号的幅度也越来越大,放大器的工作由线性状态进入非线性状态,再加上电路中偏置电路的自给偏压效应,使得晶体管的基极偏置电压随着输入信号的增大而减小,这样使三极管的工作状态进入乙类或丙类非线性工作状态,相应的放大倍数随之减小,直到振荡进入平衡状态。
在振荡电路的起振到平衡的过程中,电路由小信号工作到大信号工作,放大器的工作状态也由甲类、乙类过渡到丙类,从而满足了振荡电路对放大器的要求。
这正是放大器各种工作状态的很好的应用。
4.结束语
总之随着放大器的进一步研究和应用,其分类也越来越多,应用也越来越广泛。
现在又出现了效率比丁类放大器还高的戊类放大器。
在实际电路中,要根据电路对放大器的要求来选用放大器的不同状态。
比如电压放大时要求电压放大倍数要高,就要选用电压放大器。
功率放大时就要选择功率放大倍数高的功率放大器。
在输入信号频率不同时,还要考虑电路中的参数与信号频率的关系。
只有掌握了放大器的各类状态,才能很好地把知识应用到实际电路中。
参考文献:
[1]胡宴如.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社,2004:95-97.
[2]胡宴如.高频电子线路[M].高等教育出版社,2004:35-37,65-66.
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平板显示技术现状与发展趋势分析 姓 班 学 名: 级: 号: 指导老师: 日 期: 2010.12.20~2010.12.25 1 摘 要:平板显示与 CRT 显示技术简介与对比,介绍平板显示 的主要技术类型以及主流产品。 分析中国平板显示市场现状以及发展 趋势,对该产业的发展提出具体建议。 关键词:平板显示;显像管技术;液晶显示技术;等离子显示技 关键词 术; 发展现状;前景。 An Analysis of the Current Situation and Development Trend of FPD Technology LIU gui-liang (Class 3,College major of Electronic Science and Technology,SCAU.) Abstract:Differents between the FPD and CRT technology.Introduce the main technology and mainstream products of FPD.Summary of the current stage and development trend of FPD.Some suggestion. Keyword: flat panel display; television picture tube technology; liquid-crystal display; plasma display panel; situation of development; future prospect. 目录 一.引言 …………………………………………………………3 …………………………………………3 二.平板显示技术概述 2.1.阴极射线管(CRT) …………………………………3 2.2.液晶显示器(LCD) …………………………………5 2.3.等离子显示器(PDP) ………………………………6 2.4.其他平板显示产品 四.中国平板行业前景 五.发展规划 六.结论 参考文献 …………………………………6 ……………………………7 三.中国平板电视行业的发展现状 …………………………………………7 ……………………………………………………8 …………………………………………………………9 …………………………………………………………9 一.引言 2 从 1999 年-2009 年,中国平板行业走过了不平凡的十年。十年来中国平板 电视行业经历了从无到有、从小到大、从弱到强的成长历程。在这波澜壮阔的发 展进程中,造就了一批行业明星,同时也倒下了一些辉煌一时的品牌。 10 年对于中国平板电视行业,是一段曲折崛起的峥嵘岁月。总结过去经验, 我们可以很清楚地看到自身优势与不足;立足现在,我们可以坦然地面对困惑与 问题,寻找突破之道;展望未来,我们期待中国的平板电视行业能突破瓶颈,取 得关键性进展。 本文立足于各种显示技术特点以及中国平板显示行业自身特点, 对此行业目 前的境况作出较为客观的分析。 二.平板显示技术概述平板显示(FPD)技术,顾名思义,就是采用平面屏幕显示的技术,它是相 对于传统阴极射线管作比较而言的一类显示技术,主要包括液晶显示(LCD)、 等离子显示 (PDP) 有机电致发光显示 、 (OLED) 表面传导电子发射显示 、 (SED) 等几大技术类型的相关产品。 平板显示器与传统的阴极射线管(CRT)相比,具有薄、轻、功耗小、辐射 低、没有闪烁、有利于人体健康等优点。下面将分类简单介绍几种主要显示技术 的主要原理。 2.1 阴极射线管(CRT) 阴极射线管的关键部件是连在荧光屏后部成为一体的电子枪。 电子枪发射出 一束经过图像信号调制的窄电子流,经过加速、聚焦、偏转后打在荧光屏的荧光 粉上使之发光。电子枪以一个相当快的速度发射电子流,同时偏转线圈控制电子 束方向,逐行在屏幕上扫过,达到显示图像的目的。CRT 显示图像是是不断连 续刷新着的,因此此类显示器看上去给眼睛一种“闪烁”的感觉。容易引起眼睛 疲劳损坏视力。 CRT 有黑白和彩色两种,黑白的显像管构造相对简单。图 1.为黑白显像管 的构造示意图。 3 图 1.阴极射线管 彩色显像管与黑白显像管的区别是前者有三个电子枪, 前端多一个布满微小 孔洞的 “荫罩” 以及荧光粉是红绿蓝三种原色排列的。 , 彩色显像管显示图像时, 三个电子枪发射出三束电子,在同一个荫罩小孔上通过,分别打在三种颜色的荧 光粉上,人眼看到的效果会自动把三种色光混合,组成一幅图像。如图 2. 图 2. 彩色显像原理 4 荫罩的作用就是保证三个电子共同穿过同一个荫罩小孔,以激发荧光粉,使 之发出红、绿、蓝三色光。不同形状的荫罩有不同的透光率、对比度、分辨率等 参数。制造成本也不同。有一种栅条状的荫罩其透过率达到 95%。如图 3. 图 3. 孔状荫罩(左上)、沟槽状荫罩(右上)以及栅条状荫罩(下) 2.2 液晶显示器(LCD) 液晶显示器的关键物质是液晶材料,此类显示器也因此而得名。液晶材料具 有一个特别的特性:当它被加上适当电压时,液晶材料的分子会发生偏转,引起 其透射率变化,从而由“遮光”状态变换到“通光”状态,达到显示的目的。如 图: 5 图 1.液晶显示器件构成示意图 按照不同的分类方式,液晶显示有多种类型,根据所采用的液晶材料不同而 异:分别有扭曲向列型(TN)等多种,并不一一列举。根据显示像素构成不同, 液晶显示器分为无源矩阵液晶显示器(PM-LCD)与有源矩阵液晶显示器 (AM-LCD) 较早期的扭曲向列型 。 (TN) 液晶显示器与超扭曲向列型 (STN) 液晶显示器均同属于无源矩阵液晶显示器。新一代的薄膜晶体管液晶显示 器(TFT-LCD)等属于有源矩阵液晶显示器。作为 STN 的换代产品具有响应 速度快、不产生闪烁等优点。 AM-LCD 与 PM-LCD 的差别在于前者每象素 加有开关器件,可克服交叉干扰,可得到高对比度和高分辨率显示。 2.3 等离子显示器(PDP) 等离子显示器是利用两块玻璃基板之间的惰性气体电子放电,产生紫 外线激发所涂布的红、绿、蓝荧光粉,呈现各种彩色光点的画面。PDP 适 合应用于中大型尺寸(约 40-70 寸)显示器。等离子体显示器具有阴极射 线管的优点,但其超薄体积与重量远优越于传统大尺寸 CRT 电视,在高解 析度、不受磁场影响、视角广及主动发光等胜于 TFT-LCD 的特点,图像具 有丰富的层次。缺点是功率大,比较耗电。 2.4 其他平板显示产品 除了 LCD、PDP 外,还有应用于各种智能家电、汽车仪表、数码电子 产品显示屏、投影设备以及电子纸等等多种显示技术,都属于平板产品的 范畴。 6 三.中国平板电视行业的发展现状从行业的技术与产品成熟程度来看,虽然经过不断地改进,平板电视的画质 和产品性能都已经达到比较稳定和舒适的水平,特别是 LED 背光模组的大规模 应用,确实带动了液晶电视的响应速度和画面质量取得较大进步。但是与国外起 步早的大型企业相比,中国平板行业还有较大差距,各种自主知识产权的关键技 术并不多。这也是中国平板行业脚步沉重的一大因素。 从市场形态来看,2009 年,平板电视的零售量占比达到 80%,零售额占比 超过 95%, 平板电视在市场消费形态上已经为彩电行业的绝对主流, 这说明平板 电视对 CRT 电视的市场替代已经基本实现。 从消费需求看, 平板电视已经逐渐成为老百姓购置新家电的首选, 少量 CRT 电视的购买者主要集中在流动人口、低保户家庭和边远乡村。随着平板电视的价 格进一步下降,这一部分 CRT 人群还会快速转化; 从厂家的产品策略来看,一线品牌已经停产 CRT 电视,二线品牌还在少量 维持,但是从总体趋势看,都已经把 CRT 作为补充和辅助,预计 2010 年各厂家 的 CRT 产品线将基本上处于清理库存状态; 从产业链来看,平板上下游相关的面板、模组、玻璃、IC 和化学材料等企 业都与日韩企业有较大差距。 中国平板若要真正立足世界市场一方,整个产业链势必要经过大幅度升级。 以目前的状况观察,此路虽远但并非遥不可及。我国政府在十一五的后期已经把 显示产业的复兴上升到国家意志,并通过《电子信息产业振兴规划》和其他的科 技发展规划,加大了对平板显示产业的扶持力度,赋予平板显示产业链建设以重 要任务和使命;预计在十二五规划中,显示产业的重要性和产业地位将会更加突 出。作为平板显示产业的重要支撑和重要支柱,平板电视行业将会从以上扶持政 策中得到最直接的支持。各地方政府和社会投资的持续跟进,将为平板电视产业 链的建设和为发展提供强大的资金来源、技术合作支持和人才培养支持。所以可 以推断中国平板电视行业在未来十年将迎来前所未有的宽松政策环境。 四.中国平板行业前景总体来说,中国平板在未来的十多年将会是机遇与挑战并存的局面。 旺盛的市场需求为中国平板行业提供稳定的成长空间。人民生活水平提高、 新增家庭、 旧彩电自然淘汰、 家电下乡政策城市化进程、 房地产发展、 商用市场、 国际市场需要等等,都将成为中国平板行业稳步快速发展的契机。 7 而起步晚,设备旧,世代早等等,是限制中国平板发展的绊脚石。中国的平 板行业比起日韩等普遍晚 2-3 年,世代线也较之落后。还要避免产业链建成即落 后的风险、现有品牌格局被颠覆的风险、对行业方向判断错误和反应迟钝的风险 等等,都将影响中国平板行业前行的脚步。 五.发展规划中国平板行业过去凭借着一定的优势,已经取得较为瞩目的成就。但是未 来是否能继续保持,就不但是要看行业的机会,更要看企业能否抓住机遇,规避 风险,还要看政府的支持和引导是否得力而有效。关键的几点是: 1、需要借鉴韩国和台湾地区在平板显示产业的发展经验 2、必须推动行业的核心技术研发 3、在下一代显示技术上的及早布局 4、借助行业标准力量规范和引导行业发展 5、建立和完善资本进出机制,加强行业融资渠道建设 从整个行业层面上,需要有正确的战略布局: 要推动行业整体的联合和协作,解决一些单个企业无法解决的行业共性问 题;比如由中国电子视像行业协会牵头成立的中彩联,积极主动的应对国外专利 公司的谈判,大幅度降低了企业的专利费用标准,取得了非常重大的专利授权突 破; 要通过集体协作,通过争取国家主管政府部门的支持,在行业标准建设、 行业准入门槛和行业游戏规则的制定等方面,进行持续努力和推动,为中国彩电 行业的长远发展和整体竞争力的提升创造条件。比如在产品的接口标准规范、尺 寸规范、售后服务规范等方面,积极行动起来,为推动行业的健康和有序发展创 造条件。 为了应对下一代显示技术核心技术的专利限制,我们可以推动行业骨干企 业成立联合技术研发开发小组,共同进行前沿技术的战略性投入,这样可以使行 业花最小的代价获得最高程度的收益。 从企业层面看,为了企业的长远发展,提前做好战略布局是十分有必要的。 要解决核心资源的站队问题。在平板时代,没有核心上游面板资源供应的 支持,就意味着要流血和被其他竞争对手伤害。但是这个资源的来源,究竟是自 己建还是选择与现有主力面板供应商合作,是和其中主要的少数几家合作,还是 货比三家全面合作,这都是值得深思熟虑的问题。由于在 2010 年-2011 年期间 全球平板显示产业还会不定期出现面板资源相对紧张的局面, 因此要避免断货和 供应不及时的问题,就首先要考虑好如何站队的问题 8 要找准自身的行业定位,在技术、资源和产品的持续建设上,梳理出适合 自身特征的阶段性发展目标。 要时刻保持清醒,做好企业应对彩电行业转型和升级的具体战略规划。 六.结论总而言之,一个行业的崛起离不开核心技术和扶持力量。若具备了这两方面 的有利因素,中国平板显示技术行业迅速跟上世界领先脚步,将会是时间问题而 已。 参考文献:《平板显示技术》 《液晶显示技术》 《等离子体技术及应用》 应根裕等 毛学军 赵青, 刘述章, 童洪辉 北京人民邮电出版社,2002 北京电子工业出版社,2008 北京国防工业出版社,2009 9
医学检验人才培养旨在通过建立教学团队的合作机制,进一步加强教学基层组织培养,不断深化教学改革,加强课程培养和技术培养,开发优质教学资源,促进教学研讨和教学经验交流,促进教学队伍培养的可持续发展,提高教师队伍的整体教学水平,最终达到大力提高教育教学质量的目的。
一、医学检测技术人员培养的必要性
1.行业发展的需要。随着经济社会的迅速发展,人民群众对医疗卫生服务提出了更高的需求,临床医学对医学检验技术的依赖和需求日益增强,现代实验室科学的发展促使原来的医学检验工作的内容、方式及人员结构和管理工作各方面都起着显著的变化,人才的技术化、仪器的自动化、试剂的商品化、方法的标准化、管理的科学化对从业人员的素质提出了更新、更高的要求。
2.职业教育的需要。职业教育的改革发展需要培养一批职业教育的品牌学校,因卫生职业教育的教学改革起步较晚,学科体系的课程模式、传授为主的教学方法、实验为主的技能训练的培养模式在全国中等卫生学校普遍存在,不能完全适应以就业为导向、能力培养为中心的系统化课程改革的要求,不能适应“以学生为中心”的教学模式改革的要求。
3.学校发展的需要。学校靠技术打造,技术培养靠队伍支撑。医学检验人才是学校发展的核心竞争力,没有一支结构合理、理念先进、善于学习、勇于创新的技术团队,学校的发展培养就不能适应时代的发展。
4.团队发展的需要。团队教师多来自医学院校,大学毕业后直接来校任教,普遍缺乏行业工作背景,学历结构、能力结构还没有达到北京市中等职业学校示范技术的高标准要求,因此急需完善医学检验人员的知识结构,提高技术技能。
二、医学检验技术人才培养的措施
1.更新教育教学理念
(1)国外教学模式的学习。国外先进的卫生职业教育的理念、课程实施的模式、职业技能培训的方法与考核、实训基地培养的特点都有了进一步的了解和认知,对实施团队培养项目起到了借鉴和促进作用。
(2)国内职业教育专家培训。医学检验人员参加了由国内关于职业学校技术培养和课程开发的培训,使人员对医学检验课程开发和改革的情况有了进一步的认识,对以就业为导向、工作过程为引领、能力培养为中心的课程改革和校本教材开发有了深刻的认识。
2.完善医学检验人员的知识结构和技术技能
(1)研究生学历进修。医学检验人员参加研究生课程班的学习,使团队具有研究生学历水平的教师比例明显上升,知识结构和学历水平得到了明显改善,对新的教学理念的领悟和教学模式的探索能力也得到提高。
(2)技术岗位实践。医学检验人员保定期到专业化的医院进行岗位实践,通过在行业的顶岗实践,了解行业中的需求动向,以及职业岗位所需能力的发展变化,明确了行业需要的人才培养要求,并运用来自行业一线的实践经验和案例,总结和推广教育教学改革的新方法和模式。
(3)“双师型”教师培养。鼓励医学检验人员参加全国卫生技术技术资格考试,取得相应卫生职业资格证书,技术教师考取相应的技术资格证书,一方面是对行业要求的'技术知识和技能掌握情况的一次检验,另一方面是为日后指导学生考取技术资格证书打下基础。
(4)技术知识的拓展。医学检验人员定期参加了有关的技术知识讲座和技术技能培训,学习本行业的最新技术和进展。并审视自我在理论和实践两个方面存在的不足,从而确定自我进修、提高方面的具体计划。
3.加强医学检验人员意识的培养
(1)团队培养知识的学习。医学检验人员参加了由知识管理中心田志刚关于《基于知识管理的团队培养与实践》的讲座,对团队培养的内涵,有了新的理解和提高,认识到一个团队的发展,不仅要重视个人的学习和个人智力的开发,更强调医学检验人员的合作学习和群体智力的开发,强化医学检验人员彼此理解支持、协调合作,有效利用医学检验人员所拥有的各项资源,最大程度地发挥每个人员的潜力。
(2)互相学习和促进。教师通常被认为是一个各自独立工作的职业,但作为一个团队,人员之间经常集中在一起进行学习,探索教学改革的途径和方法,采用“头脑风暴法”进行思维碰撞和思想交流,通过人员间的密切交流、相互影响和感染,拓展了教学教研的思路,达到相互学习、促进的目的。
三、医学检验人员培养的体会
1.明确团队培养目标。医学检验人员应花费充分的时间、精力来讨论、制定共同的培养目标,并在这一过程中使每个医学检验人员都能够深刻地理解团队的目标。并将团队共同的目标分解为具体的行动目标。这一行动目标既能使个人不断开拓自己,又能促进整个团队的发展,并能督促团队始终为实现最终目标而努力。
2.坚持教学与教研相结合。团队培养坚持学习与实践结合的原则,坚持在“学习中工作,在工作中成长”。教学与教研工作并须紧密结合,认识到教研是一种在理论指导下的实践活动,必须到将所研究内容应用于教学实践。
3.坚持与课程培养、技术培养相结合。医学检验人才培养应当紧密结合学校的课程培养和技术培养来开展,改革教学内容、创新教学方法,围绕特色技术培养、精品课程培养进行。
4.注重团队整体水平的提升。医学检验人员培养更多的关注是人员间共同的发展和提高,团队发展的瓶颈不仅包括短板效应,也体现在“新木桶理论”的“缝隙效应”中,必须通过团队共同目标的确立、人员间的角色互补、团结协作和每个人员特长的最大程度的发挥,才能实现团队整体工作水平的提高和目标的实现,取得1+1>2的高绩效。
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木桶效应----扬长更应补短 有一位经济学家提出了一个“木桶理论”:一只木桶最大的盛水量不取决于最长的木板,而取决于最短的那一块。这是一个十分精辟的结论,他告诉我们这样一个道理:决定一个人或一个团体的整体能耐,并不完全取决于能力最大的那个元素,而是更大的受牵制于最弱的那个元素。因此对于我们每一个想要成功的人,在发扬自身优点的同时更应该注意弥补自身的缺陷与不足。一辆汽车是由无数个零部件组成的,只有每一个零部件都达到最佳工作状态,那汽车才能奔驰绝尘。试想倘若一辆任何性能都十分优良的跑车,只是其轮胎存在一个致命缺陷的话,无论它的引擎是多么的强劲,最终也会因为轮胎的缺陷而阻碍其前进的步伐。因为任何一个整体要正常运行,有赖于其中每一个个体、部件的正常运作,而任何一个部件的故障都会不可避免地制约或者影响整体的运行。机器如此,人生亦然。人非圣贤,孰能无过。每个人都有自身的优点和缺点,在奔向目标的进程中,我们往往想方设法,最大限度地发挥我们自身的种种优势,以期在那强手如林的人生物台上寻找到自己的一个落脚点,独占鳌头。殊不知,假如我们不对自身存在的某些缺点或软肋足够的重视,那成功也许只会与我们擦肩而过。笔者有一位朋友是奥数高手,曾经过五关斩六将挺进市里的决赛。但做事不细心是他的致命伤。非常不幸的是,粗心在他走向成功的道路上成了绊脚石最终因此与一等奖失之交臂,令人遗憾。当然对于每一个人,这样或者那样的缺点固然会存在。性格上的,习惯上的。一个人会是有诸多积极因素和消极因素组成,而这些缺点便是消极因素,好比那块“最短的木板”。而积极因素就是那些长木板。其实要想实现我们的最大潜质,我们只需将那块最短的木板加长。换言之,就是对那些缺点加以改造,使之变成我们成功之路上的垫脚石,那么我们离成功也许就更进了一步。