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一.能量、机械能1.能量：①定义：一个物体能够做功，这个物体就具有能量。 ②提示：第一，一个物体能够做功越多，表示这个物体的能量越大。第二，物体能够做功，是指有做功的本领，可以是正在做功，也可以是不在做功。第三，能量包括机械能、内能、电能等各种形式的能量。能量的单位都是焦耳。2.动能：①定义：物体由于运动而具有的能量叫做动能。 ②提示：物体的质量和速度决定其动能的大小，运动物体的质量越大，速度越大，动能就越大。一切运动的物体都具有动能。3.势能：重力势能：①定义：物体由于被举高而具有的能叫做重力势能。 ②提示：物体的质量和高度决定其重力势能的大小，物体的质量越大，被举得越高，具有的重力势能就越大。 弹性势能：①定义：：物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。 ②提示：物体的弹性势能跟物体的弹性形变的大小有关，物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大。4.机械能：①定义：动能和势能统称为机械能。 ②提示：物体的动能和势能的和等于它的机械能，动能和势能可以相互转化，如果能量只在动能和势能之间相互转化，则机械能的总量保持不变，自然界可供人类利用的机械能源有水能和风能。二.分子运动论 内能及内能的利用1.分子运动论：①内容：物质是由分子组成的，一切物体的分子都在不停地做无规则的运动，分子间存在着相互作用的引力和斥力。 ②提示：第一，分子是很微小的，分子直径以10－10米来量度。物体的分子可以互相进入对方，表明分子间有间隙。第二，不同的物质在互相接触时，彼此进入对方的现象叫扩散。气体、液体和固体的分子扩散现象表明了：一切物体的分子都在不停地做无规则的运动。第三，分子间的引力和斥力是同时存在的。紧压在一起的两块铅块不易拉开，表明分子间有相互作用的引力。液体和固体不易压缩，表明分子之间有斥力。2.内能：①定义：物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和叫物体的内能。 ②提示：一切物体都有内能。物体的内能跟物体的温度有关，温度升高，物体内部分子的无规则运动加剧，它的内能增加。反之它的内能减小，物体内能还和分子间的相互作用情况有关。改变物体内能的方法有两种：做功和热传递，外界对物体做功，物体的内能增加（常见的有克服摩擦做功和压缩气体做功）；物体对外界做，本身的内能会减小（如气体膨胀做功）。热传递的实质是内能从高温物体转移到低温物体。温度高的物体放热，温度降低，内能减小，低温物体吸热，温度升高，内能增加。内能的利用有两种：利用内能来加热和利用内能来做功。3.热量、比热、燃烧值：①定义：在热传递过程中传递能量的多少叫热量。单位：焦耳；单位质量的某种物质温度升高（或降低）1℃吸收（或放出）的热量叫做这种物质的比热容。单位：焦/(千克·℃)；1千克某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的燃烧值。单位：焦/千克。 ②提示：热量表示在热传递过程中，物体的能量转移了多少，它与物理过程( 升、降温等)相联系，不能说物体具有多少热量；比热是物质的一种特性，每种物质有一定的比热，不同的物质比热不同，物质的比热跟物质的质量、体积、温度等因素无关；某种燃料的燃烧值跟这种燃料的质量多少无关。4.热量公式：Q吸=cm(t－t0)或Q吸=cm△t；Q放=cm(t－t0)或Q放=cm△t；Q燃=qm。5.能量守恒定律：①内容：能量既不会消失，也不会创出，它只会从一种形式转化为其它形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变。 ②提示：能量守恒定律，是自然界最普遍，最重要的基本定律之一，任何一种形式的能量在转化和转移过程中，都遵守能量守恒定律，是人们认识和利用自然有力的武器。三.电路：1.两种电荷：①两种电荷规定：人们把绸子摩擦过的玻璃棒上带的电荷叫正电荷；把毛皮摩擦过的电荷叫做负电荷。②电荷间的相互作用规律：同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。③提示：检验物体是否带电可以利用带电体的性质(吸引轻小物体)，电荷间的相互作用(同电相斥)及验电器。用摩擦的方法使物体带电叫摩擦起电，摩擦起电并不是创造了电，只是电荷发生了转移。2.导体和绝缘体：①定义：容易导电的物体叫导体，不容易导电的物体叫绝缘体。 ②提示：导体容易导电是因为导体中有大量的自由电荷。金属靠自由电子导电，酸、碱、盐水溶液靠正、负离子导电。绝缘体不容易导电是因为绝缘体内几乎没有自由电荷。常见的导体有金属、大地、人体、碳(石墨)以及酸、碱、盐的水溶液等。常见的绝缘体有橡胶、玻璃、陶瓷、塑料等。3.电流：①电流定义：电荷的定向移动形成电流。②电流的方向：规定正电荷定向移动方向为电流方向。③持续电流存在的条件：有电源和闭合电路(通路)。④电源：把其它形式能转化为电能的装置。⑤提示：电流的方向除了规定以外，还要知道金属导体中的电流方向与自由电子的定向移动方向相反及在电源外部，电流方向是从电源的正极流向负极。常见的电源有干电池、蓄电池等化学电池及发电机。电源的作用是在电源内部不断使正级聚集正电荷，负极聚集负电荷以持续对外供电，绝对不允许用导线直接把电源两极连接起来，否则会因电流过大而损坏电源。4.电路：①电路的组成：把电源、用电器、开关用导线连接起来组成的电流路径。②电路的基本连接方法：串联电路和并联电路。③电路状态分为通路、开路和短路。④提示：第一，要求会画各种电路元件规定的符号。画电路图的基本要求：导线是直线，弯折处一般成直角；各元件连接紧密，分布合理，无断离；导线交叉连接处要注意打上黑圆点。第二，按照电路图连接实物图时要求：把导线的两端接在相应的元件的接线柱上，避免导线交叉；认真检查，电路图和实物图表示电路的连接情况要一致，连实物时，可采用“先干路后支路法”或“先通一路后补充法”均可。四.电流强度 电压 电阻1.电流强度：①定义：1秒钟内通过导体横截面的电量。②单位：安培。1A=1C/s。其它单位有毫安和微安。③大小：。④测量仪器：电流表。实验室里常用的电流表有两个量程：3A和0.6A，最小刻度分别是0.1A和0.02A。用电流表测电流时，要把电流表串联在被测电路中，必须使电流从“+”接线柱流入，从“－”接线柱线出。被测电流不要超过电流表的量程。绝对不允许不经过用电器而把电流表直接连到电源的两极上。⑤实验及结论：串联电路中I=I1=I2；并联电路中，I=I1+I2。2.电压：①定义：电压使电路中形成了电流。②单位：伏特。其它单位有千伏、毫伏和微伏。③常见电压值：1节干电池电压1.5伏，家庭电路电压220伏，安全电压为不高于36伏。④测量仪器：电压表。实验室里常用的电压表有两个量程：15伏和3伏。它们的最小刻度分别是0.5伏和0.1伏。使用电压表时必须把电压表并联在被测电路两端，必须使电流从“+”接线柱流入，从“－”接线柱流出。被测电压不要超过电压表量程，电压表可以直接接到电源的两极上，测出电源的电压值。⑤实验及结论：串联电路中U=U1+U2，并联电路中U=U1=U2。3.电阻：①定义：导体对电流的阻碍作用。②单位：欧姆。1Ω=1V/1A。其它单位有千欧和兆欧。③大小：电阻是导体本身的一种性质，它的大小决定于导体的长度、横截面积和材料，电阻的大小和温度有关。④电阻的测量：伏——安法测电阻。⑤滑动变阻器的原理是利用改变电阻线在电路中的长度来改变电阻，从而改变电流。使用滑动变阻器时要注意阻值范围及最大电流两个重要参数。使用前应将滑片调到电阻最大的位置。有四个接线柱的滑动变阻器，在金属棒的两端和电阻线圈两端各选取一个接线柱接在电路中，才能起到改变电路电阻大小的作用。五.欧姆定律：1.电流与电压、电阻关系的实验结论：在电阻一定的情况下，导体中的电流跟这段导体两端的电压成正比；在电压不变的情况下，导体中的电流跟导体的电阻成反比。2.欧姆定律：①文字叙述：导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比。②公式：。使用公式时注意公式中的I、U、R必须是同一导体(或同一电路)和同一时间的电流、电压、电阻。3.串联是路的规律：①I=I1=I2，②U=U1+U2③R=R1+R2，④几个R串联时R串=nR，⑤串联分压分式。4.并联是路的规律：①I=I1+I2，②U=U1+U2，③，④n个R并联⑤两个电阻R1、R2并联：，⑥并联分流公式：。5.利用欧姆定律可转化为，并由此做为测定电阻的方法。六.电动和电功率：1.电功：①定义：电流通过用电器所做的功。②单位：J和kWh，1kWh=3.6×106J.③计算式：。前二式为普遍适用公式，后二式适用于纯电阻电路。④测量：电能表。电能表的计数器上前后两次读数之差，就是这段时间内用户用电的度数。2.电功率：①定义：电流在单位时内所做的功。电功率表示电流做功快慢。②单位：W和KW。1KW=1000W。③公式：。前二式为普遍适用公式，后二式适用于纯电阻电路。④测量：用V—A法可测定用电器的电功率，P=UI。⑤额定功率：用电器铭牌上标出的功率值，是用电器在额定电压下的电功率值。⑥实际功率：用电器在实际电压下的功率值。一个用电器的额定功率只有一个，而实际功率有无数个。3.焦耳定律：①文字叙述，电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。②公式：焦耳定律数学表达式：Q=I2Rt，导出公式有Q=UIt和。③注意问题：电流所做的功全部产生热量，即电能全部转化为内能，这时有Q=W。电热器和白炽电灯属于上述情况。④电热器利用电流的热效应来加热的设备。电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大，熔点高的电阻丝绕在绝缘材料上制成。【解题点要】例1.人造卫星沿椭圆轨道运行的过程中，发生动能和势能的相互转化，下面说法正确的是（ ） A.卫星从近地点向远地点运动时，动能增大，势能减小。 B.卫星从远地点向近地点运动时，动能增大，势能减小。 C.卫星从远地点向近地点运动时，动能增大，势能增大。 D.卫星从远地点向近地点运动时，动能减小，势能减小。 解析：人造卫星沿椭圆轨道运行过程中，没有受到阻力，各位置的机械能总量保持不变。卫星运行到近地点时，离地面的高度最小，势能最小，动能最大；卫星运行到远地点时，离地面的高度最大，势能最大，则动能最小。也就是说卫星的势能增大时，动能必定减小。或势能减小，动能必定增大。正确答案选B。例2.下列关于内能的说法中，正确的是（ ） A.两杯水中，温度高的杯中水的内能一定大 B.物体的比热越大，内能也越大 C.0℃的物体内能为零 D.做功和热传递都可以改变物体的内能解析：根据内能的有关概念，内能是物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和，一切物体都有内能，C项错误。同一物体的温度越高，它的内能就越大。在A项中两杯水的多少没有明确给出，就无法比较哪杯水的内能大小。物体的内能跟比热没有关系，改变物体的内能的方法有做功和热传递。答案应选D项。例3.如图1所示“用电流表测电流”的实验中，当开关S闭合时，灯L1、L2均不亮，某同学用一根导线去查找电路的故障，他将导线先并接在灯L1两端时，发现灯L2亮，灯L1不亮，然后并接在灯L2两端时，发现两灯均不亮，由此可判断：（ ）A.灯L1断路 B.灯L2断路C.灯L1短路 D.灯L2短路 解析：电路的故障归纳起来一般有断路和短路两种情况，当电路断路时，电路无电流通过，串联在电路中的电流表无读数，用电器不工作（如电灯不亮，电铃不响），但电压表可能会有读数。发生短路或局部短路时，电流直接从导线或开关通过，不经过用电器。本题某同学有一根导线去查找电路的故障，把导线并接于灯L1两端时，发现灯L2亮，灯L1不亮，说灯L2不断路也不短路，故障出在灯L1，灯L1是断路还是短路呢？当导线并接于灯L2两端时，发现两灯均不亮；假若灯L1是短路，则题目一开始给出的开关S闭合时，灯L2就该亮了，由此可以判断电路的故障是L1断路。答案应选A项。例4.图2所示的电路中，电源电压不变，开关S闭合后，若滑动变阻器的滑片P向A端移动，则（ ） A.电压表的示数和电流表的示数都增大 B.电压表的示数和电流表的示数都减小 C.电流表的示数减小，电压表的示数增大 D.电流表的示数增大，电压表的示数减小 解析：图中的电阻R和滑动变阻器R¢是串联在电路中，电流表是测量电路中的电流，电压表是测量滑动变阻器R¢两端的电压，不要误认为是测量R两端的电压，也不是测量电源电压。电路中的电流和电压之所以会发生变化，是滑动变阻器的滑片移动引起，一般从电源——滑片开始分析：滑片向A端移动时，滑动变阻器R¢接入电路的电阻变小，电路的总电阻R总=R+R¢变小，欧姆定律，电源电压U不变，R总变小，电路中的电流变大，即电流表的示数增大。UR=IR，I增大，R不变，电阻R两端的电压UR增大，根据串联电路的特点，滑动变阻器两端的电压U¢=U－UR，得知U¢减小，即电压表的示数减小。答案选D。例5.如图3所示电路中，灯L1的电阻R1是灯L2电阻的（不考虑灯丝电阻随温度的变化），电源电压为10伏并保持不变，S1、S2为开关，闭合S1，断开S2时，灯L1正常发光，电阻R3消耗的电功率为2瓦，电压表示数为U1；当闭合S2，断开S1时，电阻R4消耗的电功率为瓦，电压表示数为U1。求：(1)灯L1的额定功率。(2)电阻R4的阻值。 解：当闭合S1，断开S2时，R1与R3串联，。当闭合S2，断开S1时，R1、R2、R4串联，I¢因而 I1∶I¢=2∶1，I3∶I4=2∶1，所以两次串联的电流之比I∶I¢=2∶1，即 ①又当闭合S1，断开S2时，电阻R3消耗功率为2瓦，即I2R3=2W。当闭合S2，断开S1时，电阻R4消耗功率为瓦，即I¢2R4=W。，即= ②由题目中，将其代入①中，得到，即2R3=R1+R4将②式代入得又因W=3WV=4V【同步练习】1.质量是0.5千克的铝壶里装了2千克的水，初温度为20℃，如果它们吸收了265.2×103焦耳的热量，温度升高到多少摄氏度[铝的比热为0.88×103焦/(千克·℃)]？2.甲、乙两物体的质量和温度都相同，把甲放入一杯热水中，搅拌后，当甲与水温相等时测得水温降低了了7℃，将甲取出，把乙放进去，搅拌后当乙与水温相等时测得水的温度也降低了7℃，(水的质量和热量损失不计)由此可知（ ） A.甲物体的比热大 B.乙物体比热大 C.甲、乙两物体比热一样大 D.条件不足无法判断3.甲、乙、丙、丁都是带电体，已知甲吸引乙，甲排斥丙，丙吸引丁，则甲、乙和丁的相互作用是（ ） A.甲吸引丁，乙排斥丁 B.甲排斥丁，乙吸引丁 C.甲、乙都吸引丁 D.甲、乙都排斥丁4.两个电阻R1=20欧，R2=30欧，串联后接入6伏电路中，它们消耗的电功率之比P1∶P2= ；它们并联后接入6伏电路中，它们消耗的电功率之比P1¢∶P2¢= ；串联时消耗的总功率与并联时消耗的总功率之比P串∶P并= 。5.两个定值电阻R1和R2(R1＞R2)串联后接入一个电压为U的电源上，R1和R2消耗的功率分别为P1和P2；并联后仍接入在这个电源上，R1和R2消耗的功率分别为P1¢和P2¢（电源电压不变），那么（ ） A.P1＞P2 P1¢＞P2¢ B.P1＜P2 P1¢＞P2¢ C.P1¢＜P1 P2¢＜P2 D.P1¢＞P1 P2¢＞P26.如图4所示，电源电压保持不变，S闭合时灯L的功率为100瓦，S断开时，电阻R的功率为9瓦，且RL＞R。求：(1)S断开或S闭合时，通过灯L的电流强度之比。(2)S断开时灯L的实际功率。【同步练习答案】1.50℃ 2.B 3.A 4. 3∶2；2∶3；6∶25 5.D 6. 9∶10； 81W
电磁，物理概念之一，是物质所表现的电性和磁性的统称。如电磁感应、电磁波等等。电磁是丹麦科学家奥斯特发现的。电磁现象产生的原因在于电荷运动产生波动，形成磁场，因此所有的电磁现象都离不开磁场。电磁学是研究电磁和电磁的相互作用现象，及其规律和应用的物理学分支学科。麦克斯韦关于变化电场产生磁场的假设，奠定了电磁学的整个理论体系，发展了对现代文明起重大影响的电工和电子技术，深刻地影响着人们认识物质世界的思想。电磁是能量的反应是物质所表现的电性和磁性的统称，如电磁感应、电磁波、电磁场等等。所有的电磁现象都离不开磁场；而磁场是由运动电荷产生的。运动电荷可以产生波动。其波动机理为：运动电荷e运动时，必然受到其毗邻e地阻碍，表现为运动电荷带动其毗邻1向上运动，即毗邻随同运动电荷e一起向上运动；当毗邻1向上运动时，必然受到其自身毗邻1地阻碍，表现为毗邻1带动其自身毗邻向上运动，即毗邻2随同毗邻1一起向上运动。这样以此向前传播，形成波动。显然，真空中这种波动的传播速度为光速。
G蛋白偶联受体（G Protein-Coupled Receptors， GPCRs）,是一大类膜蛋白受体的统称。这类受体的共同点是其立体结构中都有七个跨膜α螺旋，且其肽链的C端和连接第5和第6个跨膜螺旋的胞内环上都有G蛋白（鸟苷酸结合蛋白）的结合位点。目前为止，研究显示G蛋白偶联受体只见于真核生物之中，而且参与了很多细胞信号转导过程。在这些过程中，G蛋白偶联受体能结合细胞周围环境中的化学物质并激活细胞内的一系列信号通路，最终引起细胞状态的改变。已知的与G蛋白偶联受体结合的配体包括气味，费洛蒙，激素，神经递质，趋化因子等等。这些受体可以是小分子的糖类，脂质，多肽，也可以是蛋白质等生物大分子。一些特殊的G蛋白偶联受体也可以被非化学性的刺激源激活，例如在感光细胞中的视紫红质可以被光所激活。与G蛋白偶联受体相关的疾病为数众多，并且大约40%的现代药物都以G蛋白偶联受体作为靶点。[1]G蛋白耦联受体的下游信号通路有多种。与配体结合的G蛋白耦联受体会发生构象变化，从而表现出鸟苷酸交换因子(GEF)的特性，通过以三磷酸鸟苷(GTP)交换G蛋白上本来结合着的二磷酸鸟苷(GDP)使G蛋白的α亚基与β、γ亚基分离。这一过程使得G蛋白(特别地，指其与GTP结合着的α亚基)变为激活状态，并参与下一步的信号传递过程。具体的传递通路取决于α亚基的种类(Gαs,Gαi/o,Gαq/11,Gα12/13).其中两个主要的通路分别涉及第二信使环腺苷酸(cAMP)和磷脂酰肌醇。参见AC系统（腺苷酸环化酶系统）。根据对人的基因组进行序列分析所得的结果，人们预测出了近千种G蛋白耦联受体的基因。这些G蛋白耦联受体可以被划分为六个类型，分属其中的G蛋白耦联受体的基因序列之间没有同源关系。A 类 (或 第一类) (视紫红质样受体)B 类 (或 第二类) (分泌素受体家族)C 类 (或 第三类) (代谢型谷氨酸受体)D 类 (或 第四类) (真菌交配信息素受体)E 类 (或 第五类) (环腺苷酸受体)F 类 (或 第六类) (Frizzled/Smoothened家族)其中第一类即视紫红质样受体包含了绝大多数种类的G蛋白耦联受体。它被进一步分为了19个子类A1-A19。[11]最近，有人提出了一种新的关于G蛋白耦联受体的分类系统，被称为GRAFS，即谷氨酸(Glutamate)，视紫红质(Rhodopsin)，粘附(Adhesion),Frizzled/Taste2以及分泌素(Secretin)的英文首字母缩写。[12]一些基于生物信息学的研究着眼于预测那些具体功能尚未明了的G蛋白偶联受体的分类。研究者使用被称为伪氨基酸组成的方法利用G蛋白偶联受体的氨基酸系列来预测它们在生物体内可能的功能以及分类。G蛋白偶联受体均是膜内在蛋白（Integral membrane protein），每个受体内包含七个α螺旋组成的跨膜结构域，这些结构域将受体分割为膜外N端（N-terminus），膜内C端（C-terminus），3个膜外环（Loop）和3个膜内环。受体的膜外部分经常带有糖基化修饰。膜外环上包含有两个高度保守的半胱氨酸残基，它们可以通过形成二硫键稳定受体的空间结构。有些光敏感通道蛋白（Channelrhodopsin）和G蛋白耦联受体有着相似的结构，也包含有七个跨膜螺旋，但同时也包含有一个跨膜的通道可供离子通过。与G蛋白偶联受体相似，脂联素受体（例如ADIPOR1和ADIPOR2）也包含七个跨膜域，但是它们以相反的方向跨于膜上（即N端在膜内而C端在膜外），并且它们也不与G蛋白相互作用。早期关于G蛋白偶联受体结构的模型是基于他们与细菌视紫红质（Bacteriorhodopsin）之间微弱的相似（Analogy）关系的，其中后者的结构已由电子衍射（蛋白质数据库资料编号：PDB2BRD和PDB1AT9）和X射线晶体衍射（PDB1AP9）实验所获得。在2000年，第一个哺乳动物G蛋白偶联受体——牛视紫红质的晶体结构（PDB1F88）被解出。2007年，第一个人类G蛋白耦联受体的结构（PDB2R4R和PDB2R4S）被解出。随后不久，同一个受体的更高分辨率的结构（PDB2RH1）被发表出来。这个人G蛋白耦联受体——β2肾上腺素能受体，显示出与牛视紫红质的高度相似，不过两者在第二个膜外环的构象上完全不同。由于第二膜外环组成了一个类似盖子的结构罩住了配体结合位点，这个构象上的区别使得所有对从视紫红质建立G蛋白耦联受体同源结构模型的努力变得困难重重。一些激活的即结合了配体的G蛋白耦联受体的结构也已经被研究清楚。这些结构显示了G蛋白耦联受体的膜外部分与配体结合了之后会导致膜内部分发生构象变化。其中最显著的变化是第五和第六跨膜螺旋之间的膜内环会向外移动，而激活的β2肾上腺素能受体与G蛋白形成的复合体的结构显示了G蛋白α亚基正是结合在了上述运动所产生的一个空穴处。G蛋白耦联受体参与众多生理过程。包括但不限于以下例子：感光:视紫红质是一大类可以感光的G蛋白耦联受体。它们可以将电磁辐射信号转化成细胞内的化学信号，引导这一过程的反应称为光致异构化（Photoisomerization）。具体细节为：由视蛋白（Opsin）和辅因子视黄醛共价连接所构成的视紫红质在光源的刺激下，分子内的视黄醛会发生异构化，从“11-顺式”变成“全反式”，这个变化进一步引起视蛋白的构象变化从而激活与之耦联的G蛋白，引发下游的信号传递过程。嗅觉：鼻腔内的嗅上皮（Olfactory epithelium）和犁鼻器上分布有很多嗅觉受体，可以感知气味分子和费洛蒙。行为和情绪的调节：哺乳动物的脑内有很多掌控行为和情绪的神经递质对应的受体是G蛋白耦联受体，包括血清素，多巴胺，γ-氨基丁酸和谷氨酸等。免疫系统的调节：很多趋化因子通过G蛋白耦联受体发挥作用，这些受体被统称为趋化因子受体。其它属于此类的G蛋白耦联受体包括白介素受体（Interleukin receptor）和参与炎症与过敏反应的组胺受体（Histamine receptor）等。自主神经系统的调节：在脊椎动物中，交感神经和副交感神经的活动都受到G蛋白耦联受体信号通路的调节，它们控制着很多自律的生理功能，包括血压，心跳，消化等。细胞密度的调节:最近在盘基网柄菌中发现了一种含有脂质激酶活性的G蛋白耦联受体，可以调控该种黏菌对细胞密度的感应。维持稳态：例如机体内水平衡的调节。当配体与受体结合，三聚体G蛋白解离，并发生GDP与GTP交换，游离的Ga—GTP处于活化的开启态，导致结合并激活效应器蛋白，从而传导信号；当Ga—GTP水解成Ga—GDP时，则处于失活关闭态，终止信号传递并导致三聚体G蛋白的重新组装，系统恢复进入静息状态北京时间2012年10月10日下午5点45分，2012年诺贝尔化学奖揭晓， 两位美国科学家罗伯特·莱夫科维茨（Robert J. Lefkowitz）和布莱恩·克比尔卡（Brian K. Kobilka）因“G蛋白耦联受体研究”获奖。[3]Brian K. Kobilka美国斯坦福大学医学院的教授，分子和细胞生理学和医学博士。他也是ConfometRx，一家专注于G-蛋白耦联受体的生物技术公司的共同创办人。2011年入选美国国家科学院院士。G蛋白耦联受体最新研究成果：今年Kobilka教授领导组成的国际研究团队一连公布了三篇论文，报道了G蛋白耦联受体(GPCR)作用复合物的详细晶体结构，这一发现被称为是一项真正具有突破意义的成果。G蛋白耦联受体(GPCR)是与G蛋白有信号连接的一大类受体家族，是最著名的药物靶标分子，调控着细胞对激素，神经递质的大部分应答，以及视觉，嗅觉，味觉等。目前世界药物市场上至少有三分之一的小分子药物是GPCR的激活剂或者拮抗剂，据报道，目前上市的药物中，前50种最畅销的药物20%就属于G蛋白受体相关药物，比如充血性心力衰竭药物Coreg，高血压药物Cozaar，乳腺癌药物Zoladex等等。由于GPCR属于膜蛋白——穿插细胞膜多达7次，而且构象形态多，因此其结构生物学分析不容易开展，而这篇文章完成了GPCR跨膜信号作用复合物的X-射线晶体结构，实现了许多人未能完成的任务，正如密苏里州大学的Stephen Sprang所说的那样：这是一篇真正具有突破意义的文章，多年以来，我们这行里的人都在梦想得到这个结构图，因为它最终会告诉我们GPCR受体是如何发挥作用的。在这篇文章中，研究人员利用X线晶体成像技术(X-ray crystallographic)对与G蛋白耦联的β2肾上腺素能受体复合物进行了研究，据报道，G蛋白是一种由三个不同亚单位组成的蛋白，它很容易与GPCR蛋白分开，并且解离成三个独立的亚单位，而且这个复合物的大小大约是β2肾上腺素能受体蛋白的2倍。如果要拿到β2肾上腺素能受体蛋白——G蛋白复合物的晶体结构首先就得开发出纯化该复合物并且让它稳定存在的新技术，比如让复合物与抗体结合，或者对数千种不同的结晶条件进行系列实验等等。另外一篇Nature文章则介绍了利用“肽酰胺氢-氘交换质谱”对这一信号作用复合物的蛋白动态所做的探测研究，同期Nature杂志还发表了特写文章“It's all about the structure”，称要确定这些复合物的结构特别具有挑战性。不过也有科学家表示，由于这项研究实验采用的是经过人工改造的，并且与抗体结合的GPCR蛋白复合体，这可能不能反应天然蛋白的真实情况。对此，Kobilka等人则认为他们已经做过蛋白功能实验，实验结果表明他们使用的蛋白与天然蛋白在功能上没有差异。领导这项研究的是著名的结构生物学，斯坦福大学Brian K. Kobilka教授，他曾2007年与另外一位科学家Raymond C. Stevens，利用T4溶菌酶融合蛋白方法解析了第一个非视紫红质GPCR晶体结构：人β2肾上腺素受体，这篇发表在Sciene上的文章被引上千次，后来他还独立地通过抗体片段介导法解析了人β2肾上腺素受体的结构。
确证蛋白质蛋白质相互作用可以用酵母双杂交系统（Yeast two-Hybrid System），荧光共振能量转移（Fluorescence Resonance Energy Transfer）等；研究与特定蛋白相互作用的有噬菌体展示（Phage Display），免疫共沉淀（co- Immuno precipitation），蛋白质芯片等；研究蛋白质互作动力学的有等离子共振技术（Surface Plasmon Resonance）等；研究蛋白质互作的结构则需要X射线，NMR等。研究未知蛋白的功能可以用基因敲除或RNA干扰等使蛋白不表达，看对细胞功能有怎样的影响。如果要研究蛋白质不同结构域的功能可以利用酶切或者用质粒构建等方法表达蛋白质的片段来看蛋白质不同结构域对功能的影响。这个过程中也离不开Western，质谱（Mass Spectrum）这些技术的辅助。这些技术原理都比较好理解，实际做还是比较复杂的，可以看看Wikipedia和相关书籍。具体策略制定还是看你的具体需要了。
我是一个叫晶晶的女孩，前几天，我晚自习回家，被一辆大卡车撞死了司机将我的尸体抛入了路径边的小河里，然后逃走了，你看见了这条消息后 ，请将她发给4个论坛，如果没有发，你的妈妈会在1个月后被车撞死，你的爸爸会得绝症，如果你照着上面做了，在5天后，你喜欢的人也会喜欢你，对不起大家不无意中看评论看 到了 这个吓死我了。不管是真是假我都害怕! 对不起
李宝键教授在“展望21世纪的生命科学”一文中谈到基因组研究计划研究重要性时，引用《Scinence》上“第三次技术命革”中的一句话：“下一个传大时代将是基因组革命时代，它正处于初期阶段。”在当前的研究水平上，只要涉及生命体重要现象的课题，几乎离不开对基因及其作用的分析。2000年6月26日，英美两国首脑会同公私两大人基因组测序集团向世人正式宣告，人基因组的工作草图已绘制完成。科学家把这作为生命科学进入新时代的标志，即后基因组时代(post-genome era)。因此有必要对基因组及其研究内容和进展作一个了解。1基因组学及其研究内容基因组(GENOME)一词是1920年Winkles从GENes和chromosOMEs组成的，用于描述生物的全部基因和染色体组成的概念。1953年Watson和Crick发现DNA双螺旋结构，标志分子生物学的诞生，随着各学科的发展，当前生物学研究进入新的进代，在生物大分子水平上将不同的研究技术和手段有机的结合以攻克生物学难题。基因组研究可以理解为：(1)基因表达概况研究，即比较不同组织和不同发育阶段、正常状态与疾病状态，以及体外培养的细胞中基因表达模式的差异，技术包括传统的RTPCR，RNase保护试验，RNA印迹杂交，但是其不足是一次只能做一个。新的高通量表达分析方法包括微点阵(microarrary)，基因表达序列分析(serial analysis of gene expression，SAGE)，DNA芯片(DNA chip)等；(2)基因产物-蛋白质功能研究，包括单个基因的蛋白质体外表达方法，以及蛋白质组研究；(3)蛋白质与蛋白质相互作用的研究，利用酵母双杂交系统，单杂交系统(one-hybrid system)，三杂交系统(thrdee-hybrid system)以及反向杂交系统(reverse hybrid system)等。1986年美国科学家Thomas Roderick提出了基因组学(Genomics)，指对所有基因进行基因组作图(包括遗传图谱、物理图谱、转录图谱)，核苷酸序列分析，基因定位和基因功能分析的一门科学。因此，基因组研究应该包括两方面的内容：以全基因组测序为目标的结构基因组学(structural genomics)和以基因功能鉴定为目标的功能基因组学(functional genomics)。结构基因组学代表基因组分析的早期阶段，以建立生物体高分辨率遗传、物理和转录图谱为主。功能基因组学代表基因分析的新阶段，是利用结构基因组学提供的信息系统地研究基因功能，它以高通量、大规模实验方法以及统计与计算机分析为特征。随着1990年人类基因组计划(Human Genome Project，HGP)的实施并取得巨大成就，同时模式生物(model organisms)基因组计划也在进行，并先后完成了几个物种的序列分析，研究重心从开始揭示生命的所有遗传信息转移到从分子整体水平对功能的研究上。第一个标志是功能基因组学的产生，第二个标志是蛋白质组学(proteome)的兴起。2 结构基因组学研究内容结构基因组学(structural genomics)是基因组学的一个重要组成部分和研究领域，它是一门通过基因作图、核苷酸序列分析确定基因组成、基因定位的科学。遗传信息在染色体上，但染色体不能直接用来测序，必须将基因组这一巨大的研究对象进行分解，使之成为较易操作的小的结构区域，这个过程就是基因作图。根据使用的标志和手段不同，作图有三种类型，即构建生物体基因组高分辨率的遗传图谱、物理图谱、转录图谱。2.1遗传图谱通过遗传重组所得到的基因在具体染色体上线性排列图称为遗传连锁图。它是通过计算连锁的遗传标志之间的重组频率，确定他们的相对距离，一般用厘摩(cM，即每次减数分裂的重组频率为1%)来表示。绘制遗传连锁图的方法有很多，但是在DNA多态性技术未开发时，鉴定的连锁图很少，随着DNA多态性的开发，使得可利用的遗传标志数目迅速扩增。早期使用的多态性标志有RFLP(限制性酶切片段长度多态性)、RAPD(随机引物扩增多态性DNA)、AFLP(扩增片段长度多态性)；80年代后出现的有STR(短串联重复序列，又称微卫星)DNA遗传多态性分析和90年代发展的SNP(单个核苷酸的多态性)分析。2.2物理图谱物理图谱是利用限制性内切酶将染色体切成片段，再根据重叠序列确定片段间连接顺序，以及遗传标志之间物理距离［碱基对(bp)或千碱基(kb)或兆碱基(Mb)的图谱。以人类基因组物理图谱为例，它包括两层含义，一是获得分布于整个基因组30 000个序列标志位点(STS，其定义是染色体定位明确且可用PCR扩增的单拷贝序列)。将获得的目的基因的cDNA克隆，进行测序，确定两端的cDNA序列，约200bp，设计合成引物，并分别利用cDNA和基因组DNA作模板扩增；比较并纯化特异带；利用STS制备放射性探针与基因组进行原位杂交，使每隔100kb就有一个标志；二是在此基础上构建覆盖每条染色体的大片段：首先是构建数百kb的YAC(酵母人工染色体)，对YAC进行作图，得到重叠的YAC连续克隆系，被称为低精度物理作图，然后在几十个kb的DNA片段水平上进行，将YAC随机切割后装入粘粒的作图称为高精度物理作图.2.3转录图谱利用EST作为标记所构建的分子遗传图谱被称为转录图谱。通过从cDNA文库中随机条区的克隆进行测序所获得的部分 cDNA的5＇或3＇端序列称为表达序列标签(EST)，一般长300～500bp左右。一般说，mRNA的3＇ 端非翻译区(3＇-UTR)是代表每个基因的比较特异的序列，将对应于3＇-UTR的EST序列进行RH定位，即可构成由基因组成的STS图。截止到1998年12月底，在美国国家生物技术信息中心(NCBI)数据库中分布的植物EST的数目总和已达几万条，所测定的人基因组的EST达180万条以上。这些EST不仅为基因组遗传图谱的构建提供了大量的分子标记，而且来自不同组织和器官的EST也为基因的功能研究提供了有价值的信息。此外，EST计划还为基因的鉴定提供了候选基因(candidantes)。其不足之处在于通过随机测序有时难以获得那些低丰度表达的基因和那些在特殊环境条件下(如生物胁迫和非生物胁迫)诱导表达的基因。因此，为了弥补EST计划的不足，必须开展基因组测序。通过分析基因组序列能够获得基因组结构的完整信息，如基因在染色体上的排列顺序，基因间的间隔区结构，启动子的结构以及内含子的分布等。3功能基因组学研究功能基因组学(functional genomics)又往往被称为后基因组学(postgenomics)，它利用结构基因组所提供的信息和产物，发展和应用新的实验手段，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使得生物学研究从对单一基因或蛋白质的研究转向多个基因或蛋白质同时进行系统的研究。这是在基因组静态的碱基序列弄清楚之后转入基因组动态的生物学功能学研究。研究内容包括基因功能发现、基因表达分析及突变检测。基因的功能包括：生物学功能，如作为蛋白质激酶对特异蛋白质进行磷酸化修饰；细胞学功能，如参与细胞间和细胞内信号传递途径；发育上功能，如参与形态建成等采用的手段包括经典的减法杂交，差示筛选，cDNA代表差异分析以及mRNA差异显示等，但这些技术不能对基因进行全面系统的分析。新的技术应运而生，包括基因表达的系统分析，cDNA微阵列，DNA芯片等。鉴定基因功能最有效的方法是观察基因表达被阻断或增加后在细胞和整体水平所产生的表型变异，因此需要建立模式生物体。比较基因组学(Comparative Genomics)是基于基因组图谱和测序基础上，对已知的基因和基因组结构进行比较，来了解基因的功能、表达机理和物种进化的学科。利用模式生物基因组与人类基因组之间编码顺序上和结构上的同源性，克隆人类疾病基因，揭示基因功能和疾病分子机制，阐明物种进化关系，及基因组的内在结构。目前从模式生物基因组研究中得出一些规律：模式生物基因组一般比较小，但编码基因的比例较高，重复顺序和非编码顺序较少；其G+C%比较高；内含子和外显子的结构组织比较保守，剪切位点在多种生物中一致；DNA 冗余，即重复；绝大多数的核心生物功能由相当数量的orthologous蛋白承担；Synteny连锁的同源基因在不同的基因组中有相同的连锁关系等。模式生物基因组研究揭示了人类疾病基因的功能，利用基因顺序上的同源性克隆人类疾病基因，利用模式生物实验系统上的优越性，在人类基因组研究中的应用比较作图分析复杂性状，加深对基因组结构的认识。 此外，可利用诱变技术测定未知基因，基因组多样性以及生物信息学（Bioinformatics）的应用。4蛋白质组学研究基因是遗传信息的携带者，而全部生物功能的执行者却是蛋白质，它有自身的活动规律，因而仅仅从基因的角度来研究是远远不够的，必须研究由基因转录和翻译出蛋白质的过程，才能真正揭示生命的活动规律，由此产生了研究细胞内蛋白质组成及其活动规律的新兴学科——蛋白质组学（proteomics）。蛋白质组（proteome）是由澳大利亚Macquarie大学的Wilkins和Williams于1994首先提出，并见于1995年7月的“Electrophonesis”上，指全部基因表达的全部蛋白质及其存在方式，是一个基因、一个细胞或组织所表达的全部蛋白质成分，蛋白质组学是对不同时间和空间发挥功能的特定蛋白质群体的研究。它从蛋白质水平上探索蛋白质作用模式、功能机理、调节控制以及蛋白质群体内相互作用，为临床诊断、病理研究、药物筛选、药物开发、新陈代谢途径等提供理论依据和基础。 蛋白质组学旨在阐明生物体全部蛋白质的表达模式及功能模式，内容包括鉴定蛋白质表达、存在方式（修饰形式）、结构、功能和相互作用方式等。它不同于传统的蛋白质学科，是在生物体或其细胞的整体蛋白质水平上进行的，从一个机体或一个细胞的蛋白质整体活动来揭示生命规律。但由于蛋白质具有多样性和可变性，复杂性，低表达蛋白质难以检测等，应该明确其研究的艰难性。总体上研究可以分为两个方面：对蛋白质表达模式（或蛋白质组成）研究，对蛋白质功能模式（目前集中在蛋白质相互作用网络关系）研究。对蛋白质组研究可以提供如下信息：从基因序列预测的基因产物是否以及何时被翻译；基因产物的相对浓度；翻译后被修饰的程度等。由于蛋白质数目小于基因组中开放阅读框（ORF, open reading frame）数目，因此提出功能蛋白质组学（functional proteomics），功能蛋白质指在特定时间、特定环境和试验条件下基因组活跃表达的蛋白质，只是总蛋白质组的一部分。功能蛋白质组学研究是位于对个别蛋白质的传统蛋白质研究和以全部蛋白质为研究对象的蛋白质研究之间的层次，是细胞内与某个功能有关或某种条件下的一群蛋白质。对蛋白质组成分析鉴定，要求对蛋白质进行表征化，即分离、鉴定图谱化，包括两个步骤：蛋白质分离和鉴定。双向凝胶电泳（2-DGE）和质谱（MS）是主要的技术。近年来，有关技术和生物信息学在不断并迅速开发和发展中。蛋白质组研究技术体系包括：样品制备；双向聚丙烯酰胺凝胶电泳（two-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis,2-D PAGE）；蛋白质的染色；凝胶图像分析；蛋白质分析；蛋白质组数据库。其中三大关键是：双向凝胶电泳技术、质谱鉴定、计算机图像数据处理与蛋白质数据库。5与基因组学相关学科诞生随着基因组学研究的不断深入，人类有望揭示生命物质世界的各种前所未知的规律，完全揭开生命之谜，进而驾驶生命，使之为人类的社会经济服务。基因组研究和其它学科研究交叉，促进一些学科诞生，如营养基因组学（nutritional genomics），环境基因组学（environmental genomics），药物基因组学（phamarcogenomics），病理基因组学（pathogenomics），生殖基因组学(reproductive genomics)，群体基因组学(population genomics)等。其中，生物信息学正成为备受关注的新型产业的支撑点。生物信息学是以生物大分子为研究，以计算机为工具，运用数学和信息科学的观点、理论和方法去研究生命现象、组织和分析呈指数级增长的生物信息数据的一门科学。研究重点体现在基因组学和蛋白质两个方面。首先是研究遗传物质的载体DNA及其编码的大分子量物质，以计算机为工具，研究各种学科交叉的生物信息学的方法，找出其规律性，进而发展出适合它的各种软件，对逐步增长的DNA 和蛋白质的序列和结构进行收集、整理、发布、提取、加工、分析和发现。由数据库、计算机网络和应用软件三大部分组成。其关注的研究热点包括：序列对比，基因识别和DNA序列分析，蛋白质结构预测，分子进化，数据库中知识发现（Knowledge Discovery in Database, KDD）。这一领域的重大科学问题有：继续进行数据库的建立和优化；研究数据库的新理论、新技术、新软件；进行若干重要算法的比较分析；进行人类基因组的信息结构分析；从生物信息数据出发开展遗传密码起源和生物进化研究；培养生物信息专业人员，建立国家生物医学数据库和服务系统［5］。20世纪末生物学数据的大量积累将导致新的理论发现或重大科学发现。生物信息学是基于数据库与知识发现的研究，对生命科学带来革命性的变化，对医药、卫生、食品、农业等产业产生巨大的影响。邹承鲁教授在谈论21世纪的生命科学时讲到，生物学在20世纪已取得巨大的发展，数理科学广泛而又深刻地深入生物学的结果在新的高度上揭示了生命的奥妙，全面改变了生物学的面貌。生物学不仅是当前自然科学发展的热点，进入21世纪后将仍然如此。科学家称21世纪是信息时代。生物科学和信息科学结合，无疑是多个学科发展的必然结果。
电力系统自动化装置的原理大部分都是一样的,但是随着我国经济和社会的不断发展,电力系统的装置类型和型号也发生了很多的改变。下面是我为大家整理的电力系统自动化论文，供大家参考。
摘要：在电力系统中应用电子自动化技术，不仅能够有效节省系统的成本投入，提高系统的工作效率，还能够有效提高电力系统的安全性能。在实际工作中，电力系统的工作人员要对电气自动化技术引起重视，对目前电气自动化技术的应用进行清晰把握，从而为保证电力系统的良性运行做出贡献。
关键词：电气自动化技术;电力系统;控制技术;仿真技术;智能技术;安全监控技术
随着经济建设速度的加快，我国电力系统得到了很大的发展。在电力系统中，传统的应用模式伴随数字技术的发展已经表现出了一定的不适应性。而在电力系统中应用电子自动化技术，不仅能够有效节省系统的成本投入，提高系统的工作效率，还能够有效提高电力系统的安全性能。本文将对电力系统控制技术的发展要求进行分析，探讨电子自动化在电力系统中的应用情况，研究电子自动化的发展趋势，希望为我国电力系统的发展提供帮助。
1电力系统对控制技术的要求
1.1信息化要求
随着科学技术的发展，电力系统对于信息化的要求越来越迫切。对于电力系统来说，为了保证系统运行的稳定性，同时实现良好的经济效益，因此在电力系统控制方面需要更高的安全性和稳定性。而信息技术的发展为电力系统提供了良好的控制平台。在电力系统中，电气自动化控制技术依托信息化的发展，在机器的自动化运行方面实现了非常重大的突破。可见良好的信息化技术和智能化水平对于提高电力系统的运行效率、保证系统的运行稳定具有非常重要的作用。
1.2安全性要求
电力行业是我国支柱性产业，对国民经济具有非常重要的作用。保持电力系统的稳定性是促进我国各个行业良好发展的基础保障。而伴随目前社会各行业对于电力应用的依赖程度进一步提高，如何保证电力系统的安全性和可靠性已经成为了非常重要的课题。为了满足电力系统对于安全性的要求，电力系统要能够具有较好的维护功能以及非常简便的操作性，同时在电力系统发生故障时，系统自身要能够对故障做出迅速的诊断。而在电力系统中，应用电力自动化控制技术能够有效地提高电力系统对于安全性的要求，简化系统的操作难度，对系统产生的故障能够进行及时的诊断和处理，从而保证电力系统的安全性。
2电气自动化在电力系统中的应用分析
2.1电力系统中应用电气自动化的技术目前，电气自动化技术已经在电力系统中得到了广泛的应用。具体来说，在电力系统中电气自动化技术的应用主要包括以下方面：
2.1.1电气自动化中的仿真技术。电气自动化仿真技术对于电力系统的良性运行具有重要作用。仿真技术能够为电力系统管理大量的数据信息，并根据数据信息提供逼真数据模拟操作环境，同时仿真技术还能够通过多项控制技术来实现同时、同步操作。对电力系统中出现的故障，仿真技术能够通过有效的模拟来对故障进行分析和判断，从而有效提高电力系统的运行效率。目前，在新的电力系统中，仿真技术被广泛应用于设备测试方面，并取得了非常好的测试效果。
2.1.2电气自动化中智能技术。智能技术是比较先进的研究成果，特别是对具有较复杂关系的非线性系统进行控制时，智能系统具有非常好的控制效果。电力系统通过智能技术能够有效提高系统的控制灵活度，同时通过网络信息化技术，能够实现数据信息的实时传递，从而有效提高了系统发现故障的速度，并能够及时地制定出解决方案。另外，智能技术还可以有效完善系统的漏洞，可见在电力系统中智能技术拥有非常广阔的发展前景。
2.1.3电气自动化中的安全监控技术。安全监控技术是电气自动化在电力系统中应用的重要表现形式。安全监控技术能够通过科学的监测手段对系统的运行情况进行有效监测，保证系统的良性运行。目前，安全监控技术主要通过对电磁暂态故障信息的实时收集，来达到对电力系统进行监测的目的。安全监控技术的应用主要以GPS技术和SCADA技术为依托，达到动态监控的目的。其中信息通信系统、中央数据处理系统、动态相量测量系统、同步系统是安全监控技术的四个主要组成部分。随着电力系统中监测工作由稳态向着动态的转变，也标志着安全监控技术进入了动态监测的新纪元。动态安全监控技术对于保障电力系统的稳定性，提高电力系统的运行效率具有非常重要的作用。
2.1.4电气自动化中的柔性交流电系统技术。柔性电流技术也是电气自动化在电力系统中应用的关键一环。具体来说，柔性电流技术指的是在电力供应系统中，通过对电力供应的关键环节进行科学的技术处理，采用具有较强独立性能的电子设备，从而实现对电力供应系统的参数进行有效调节的目的。柔性电流技术的应用对于保证电力系统的稳定性和安全性具有非常重要的作用。柔性交流技术的核心设备是ASVC装置。ASVC装置的技术结构比较简单，属于静止无功发生器。但由于ASVC装置通过和柔性交流电系统技术的有效结合，因此具有非常优良的应用效果。当系统发生故障的时候，ASVC装置能够进行快速的调整，从而在短时间内保证电压的稳定。另外，ASVC装置具有良好的电压调节范围和快速的反应速度，因此在实际工作中很少出现延迟的情况。同时在噪音和惯性方面，ASVC装置也具有良好的效果，在电力系统中得到了广泛的应用。
2.1.5电气自动化中的多项集成技术。在电力系统中，通过电气自动化技术能够有效促进系统的统一管理。而实现统一管理功能的就是电气自动化中的多项集成技术。在传统的电力系统中，通常采用的是分开管理的模式，这种管理方式对于工作效率不能够保证，同时还增加了系统的运行成本。而多项集成技术能够根据用户的不同要求，通过科学的技术手段，将电力系统中管理、安全保护几个环节进行统一，从而实现集中管理的目的。通过集中统一的管理模式，不仅能够对电力系统的设计工作、施工工作、测试工作以及维护工作等提供有力的技术支持，在保证了系统各个环节良性运行的同时，还有效地降低了系统运行产生的经济和人力成本。根据统计发现，采用电气自动化技术的电力系统，相比传统系统来说，能够有效地降低运营成本，间接提高的经济效益能够达到30%左右。
2.2电力系统中应用电气自动化的领域
2.2.1变电站的自动化控制。在电力系统中，变电站的自动化控制是电气自动化应用的重要领域。在变电站中应用电气自动化技术能够有效提高变电站的运行效率。具体来说，在变电站中应用电气自动化技术主要通过程序化的设备来实现。技术人员将变电站中的传统的电磁设备转变成程序化设备，从而有效提高变电站的自动化程度，并可以实现对变电站工作过程的全方位监控，在提高变电站工作效率的同时，保证了变电站工作的稳定性和安全性。
2.2.2电网的自动化控制。电网的运行质量对于供电的稳定性具有决定性的影响，因此通过科学的手段保证电网工作的可靠性一直是电力企业重点研究的问题。在电网工程领域中，通过电气自动化技术的应用能够有效地提高电网运行的自动化程度，从而为电网运行的稳定性提供保证。电气自动化技术通过强大的数据信息处理能力，能够对电网工程中的变电站、工作站、服务器等进行科学的调度工作，并通过控制部门和变电站的设备终端对电网的运行信息进行准确的采集，根据这些信息系统可以对电网的运行状态做出科学的判断。
3电气自动化在电力系统中的发展趋势
电气自动化对于电力系统的良性运行具有非常重要的作用。通过电气自动化能够有效提高电力系统的运行效率，提高系统运行的安全性和稳定性。随着科学技术的发展，在电力系统中应用电气自动化具有以下三点发展趋势：
3.1保护和控制一体化趋势保护和控制一体化趋势是电气自动化发展的一个主要趋势。目前，我国的电气化控制系统主要通过相对独立的方式对监控数据进行采集和分析工作。而将保护和控制工作进行统一结合，能够有效地降低系统重复配置的情况，增加技术的合理性，从而达到降低工作量的目的。在实际工作中，电力系统的测量、保护和控制等的数据信息都是从电力现场得到的，这些信息相对来说不够精确。而通过CPU总控单元进行控制，能够免除遥控输出和执行的步骤，从而有效提高了系统的可靠性，可见电力系统保护和控制的一体化已经成为了非常重要的发展趋势。
3.2国际化趋势国际化趋势是电气自动化在电力系统中主要的发展趋势。目前，国际通用的是IEC61850标准，该标准能够使不同型号和规格的IED设备实现信息之间的有效交流，从而达到信息共享的目的。而我国也已经有效展开了适用国际标准的电气自动化研究工作，并将其作为未来电气自动化的主要发展方向。
3.3信息化趋势信息化趋势也是电气自动化发展的主要趋势。随着以太网技术的发展，电气自动化在数据传输方面的速度要求得到了极大的满足。可以预见，在未来的电力系统发展趋势中，以信息化技术作为发展基础，通过和工业生产的有效结合，能够形成以信息化技术为核心的现场总线技术。
4结语
在电力系统中，应用电气自动化技术能够有效地提高系统的工作效率，提升电力系统的安全性和稳定性。在实际工作中，电力系统的工作人员要对电气自动化技术引起重视，对目前电气自动化技术的应用进行清晰把握，从而为保证电力系统的良性运行做出贡献。
参考文献
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摘要：随着经济发展水平的提高，对电力的需求也在激增中。为了满足生产生活对电力的使用需求，国家逐步投入建设自动化的配电网工程。这是一项需要周密规划，并投入巨大资金，应用复杂的技术要求，涉及方方面面的综合性工程。文章对电力系统配电网自动化建设策略进行了探讨。
关键词：电力系统;配电网工程;自动化建议策略;电力需求;供电效率;电力质量
配电网实施自动化应用对于科学分配电力、合理应用科技成果促进电网发展有着重要意义。通过自动化工程，不仅可以有力提高电网的供电效率、电力质量，还可以合理缓解电网压力，释放电网潜能，减少故障频率，并提高电网的服务能力。自动化工程可以帮助电网自我检查，缩短故障检修、处理时间，进一步提高电网安全性与稳定性。这对于极度依赖电力的现代化社会来说，是具有重大意义的一项改造工程。
1研究背景
配电网自动化工程的定义一般可以理解为，利用先进的通信技术与网络技术，依托各类自动化设备，通过计算机系统，保护电网，控制发电，检测问题，计量电力使用状况，并据此为供电事业单位提供各类信息，简化管理难度，提高供电效率与电力质量。通过自动化的配电，有助于了解用户的各类需求，并调整电网的供电量与价格，达到经济性、科学性、安全性并重的发展目标。当然这是一个系统的综合性工程，对于电力企业的管理模式、设备改造都是一个巨大的调整，最终形成一个统一的服务型电网。这一工程的基本原理是，通过分段开关将本来是统一运行的线路改造为不同的几个供电区域。这样一来，即使某一供电部位出现问题，也可以迅速锁定区域关掉开关，将故障区域隔离出正常供电的电网中，使得正常运行的其他区域可以恢复供电，从而避免了因为某一个小的故障而使得一条线上的电路全部断掉，造成更大的影响范围与损失，极大地减少了影响区域，并使得供电的可靠性增强。
2基本要求
2.1线路的形式应该采用环网型，而且为了保证供电稳定性，可以使用双电源甚至多电源供电系统。
2.2干线的模式多使用分段式。分段式的好处是一旦某段线路出现故障，可以通过切断这段故障电路而保证其他线路仍然正常供电。一般对于分段式干线供电的建设原则是：合理利用投资，在充分考虑收益的情况下，实事求是地采用均等原则，或线长相等，或负荷相等，或用户量相等，以三千米干线为例，一般分为三段。
2.3抛弃传统断路器自动化工程多采用负荷开关，既可以节约成本，减少投资规模，又可以在故障发生时，有效隔离故障区域，使之不影响非故障区域。
3设计要点
3.1软件要具备可维护性
在配电网满足了硬件条件，比如可靠的电源，有完善的监测、控制设备，有齐备的线路设施后，自动化工程的一大重要内容就是是否配套了专业化的软件设备。只有软件硬件配套，才能保障配网自动、安全、稳定地运行。通常提到软件系统，多考虑其可维护性。一款合适的软件必须是可以被不断完善、更新的。基于我国社会经济的发展性，对于电力的需求也在波动变化中，所以配电网的负荷也在变化中，如果配电网的自动化软件不能有效维护波动变化的电网，所谓的自动化就变得不切实际了，所以软件的可维护性成为了配电网自动化工程的最基本前提。其技术软件只有可以维护，才能有效保障电力系统的稳定性及正常运行，延长自动化工程的整体使用寿命。只有保证了电网的稳定性，才能使得供电企业在竞争愈发激烈的供电市场站稳脚跟，并满足社会发展需求。
3.2提高配网自动化系统的可靠性
配电网的自动化改造，有一个重要诉求就是增强电网的稳定性，提高电网的容错率。所以，建设自动化的电网工程，一个重要的衡量因素就是当系统运行发生故障或者不可控意外时，系统是否能自我处理，保障整个系统的供电能力与供电质量。所以说，对于建设自动化配电网工程，是需要想办法提高其系统稳定性以及运行的可靠性。
3.3进一步提高系统的运行效率和可移植性
提高电网自动化效率，一般是指是否可以充分利用计算机资源。可移植性，顾名思义是指将此系统整体移植到另一个软硬件环境时，系统可以稳定、高效地运行。可移植性对于电力企业来说是十分重要的，它使得电力企业可以在固定成本投入下，满足不同供电环境的使用需求，并与其他相关单位有效兼容。
4技术实现时的注意事项
4.1加强配网的建设和改造
对于供电企业来说，电力系统的平稳运行是首要任务，即使是改造电网为自动化工作，也是为了这一目标。所以说，实现自动化作业，必须要完善配电网络结构，并积极应用先进的前沿科技，还要改造老旧设备，提高智能化。在对配电网建设中，要强调计量装置的重要性，合理安置，全面整顿。
4.2进一步完善相应的硬件支持系统
现阶段电力企业对配网自动化工程的建设中，一般会在以下两方面开始：第一是市场预测。主要是利用科学的数据处理分析系统，对于供电网络在不同地区、不同时段的不同电力使用量进行记录、分析、比较、预测。通过对接下来的电力使用情况进行预测，为企业发展规划提供可信的数据;第二是修复系统建设。当常态化的供电情况发生异常现象时，自动化系统必须要有及时自检的能力以及在确定故障后的警报能力，更进一步有初步的解决措施。一系列的修复系统可以最大化地降低事故发生率以及事故危害程度，保障系统的安全稳定运行。
4.3提高配电网的自我诊断能力
技术、新设备，满足系统的自我检查、自我检测、自我管理的功能性需求，从而保障系统的稳定性运行。
5电力系统配网自动化实用化模式
5.1集中智能模式
集中智能模式是电力系统配网自动化的第一大模式，主要指整个系统的智能是依靠主站的。线路上的实时情况是通过线路上的分段开关上传的，通过主站的智能诊断对线路的故障进行定位，进而通过对每一段的电网结构隔断故障，寻求出合适的解决方案。这种模式的好处是适用性强，并且对于一些多故障情况进行处理比较容易，是一种比较高级的智能模式。
5.2分布智能模式
分布智能模式是指线路上的开关有自己的智能判断能力，在不需要上传实时状态，请求主站反馈的情况下，自我检测故障并判定哪一部分需要被隔离修复，主要是分段开关发挥作用。具体又分为电流计数型与电压时间型。这种智能模式的好处是在通信条件不完善的地区，网架结构简单的系统，可用性较强。
6未来技术发展
电力系统配电网自动化是现阶段电力企业发展的必然趋势之一，而未来的发展趋势也在研究者的展望中浮出水面。发展趋势如下：其一是电能质量在大功率设备的应用下有效提高;其二是配电网系统保护能力更强，综合运用GIS平台管理电网自动化成为可行方案;其三是分布式小电流接地保护方案的可行性。这是基于其高灵敏度与大承载力而言的。
7结语
通过以上分析，我们可以发现电网系统的自动化是一个明显的趋势，而对于这一技术的应用，可以切实促进供电的稳定性，并且创造更大的社会效益。在我国电力企业谋求发展与创新的情形下，对于此类工程的探索是一个重要的方向，有助于解决电网中的运行故障，提高配电的科学性。因此，对于电力技术的研究以及自动化工程的应用，具有十分重要的意义。
参考文献
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[2]苏俊斌.城市电网配电自动化系统技术分析[J].广东科技，2011，(18).
配电网络规划 配电网络的规划是供电企业的一项重要工作，为了获取最大的经济效益，电网规划既要保证电网安全可靠，又要保证电网经济运行，所以配电网络规划的主要任务是，在可行技术的条件下，为满足负荷发展的需求，制定可行的电网发展方案。 1 负荷预测 网络规划设计最终目的是为满足负荷需求服务的，负荷的发展状况足以影响网络发展的每个环节。网络规划的发展步骤要以负荷发展状况为依据，使用各馈线负荷数据可以掌握负荷发展情况，将过去的负荷进行分析，掌握负荷的发展规律。要对负荷进行分析，确定最高用电负荷时间和负荷率，得出最高用电负荷时间和负荷值，这些数据是预测未来负荷的基本资料。配电网络规划可以使用两种常用的预测方法。外推法就是基于用电区域的历史数据，假设负荷发展率是连续变化的，根据原来的负荷发展率推移以后各时期的发展状况。在一个用电区域里，初期负荷发展比较快，但土地资源逐步使用，用电负荷逐步趋于稳定，负荷发展率从大到小变化，最终负荷达到饱和或稳步发展状态。但对于经济发展迅速的地区，负荷发展率并不是连续变化的，而是呈现跳跃式的增长，用外推法显得有一定的误差。而仿真法与外推法有互补的作用，仿真法是以用电区域每年的用电量为依据的，通过调查每个用电负荷类型和每个类型用户的数量来计算负荷预测值。任何负荷预测方法都不可能完全准确，当掌握更新的负荷发展数据后，就必须对原有的负荷预测值进行修正。 2 确定网络的系统模型 确定网络的系统模型，包括确定网络是采用架空线路还是电缆供电，确定导线截面大小，网络接线方式，负荷转移方案，网络中有关设备的选型，网络在运行期间遇到不适应要求时应如何进行改造，系统保护功能，配网自动化规划等。 (1)在负荷分散或发展缓慢地区应使用架空线供电。在负荷密度比较大、发展迅速或基于城市环境美化建设考虑，应使用电缆供电。 (2)导线截面大小的选择确定了导线的输送容量，要选择足够大的导线保证线路满足网络规划的要求，例如：负荷发展时期，不应经常更换导线截面。在线路故障时，可以将故障线路的负荷转由临近馈线供电，而不会过负荷运行。另外，导线截面的选择要保证线路末端电压降处于合格的范围内。在线路发生短路故障时也能承受故障电流。所以导线截面要比最大负荷电流所需的截面大，但同时截面的选择要符合经济原则，在导线输送容量与工程投资之间作比较。 (3)具有灵活接线方式的规划，可以使供电网络最大地发挥功能。对于架空线网络，最有效的方式，是将馈线与邻近变电所或同一个变电所的不同母线段的出线在线路末端联网，两回馈线也分别装上分段负荷开关和隔离刀闸。在其中一回馈线出现故障时，可通过分段开关将故障段隔离出来，对于电缆网络接线方式可以采用两回馈线组成互为备用网络，或采用三回馈线相互联络组成一个供电区域，其中两回带负荷，一回空载，作为两回负荷线的备用线。馈线之间可以组成大环网，一条馈线的负荷之间也可以组成小环网，形成大环套小环的形式。在负荷密集地区还可以建设开关站，变电所与开关站通过电源线连接，再由开关站向附近负荷供电，其作用是将变电所母线延长至用电负荷附近。 (4)制定负荷转移方案的原则是减少停电范围，尽量减少停电时间。在发现回馈线发生故障时，必须尽快查找到故障点，并将故障点前后的负荷转由邻近馈线供电，以使故障点的负荷隔离出去。 (5)国内外对各种电气设备都制定了详细标准，为设备选型提供了可靠依据。作为配网规划应选用运行效益好，损耗低，可靠性高，免维护的设备。对于开关设备应选用具备配网自动化功能，在设备中先安装配网自动化设备或者为以后发展预留空间。有些新型设备的购置费用虽然高，但运行可靠性高，故障率低，维护费用少，总体经济效益是相当理想的。 (6)配电网络规划在实施过程中随着负荷的发展状况稳定，在馈线负荷超出安全电流或没有足够的备用容量时，应该增加馈线，对用电区域的馈线正常供电范围进行调整。同时，配网规划内容也应作相应修改。 (7)为确保电网正常运行，必须建立健全的保护系统，在系统出现故障时，通过最少的操作次数将故障点隔离，保证非故障点尽早恢复用电。现在常用的系统保护方法有： ①用熔断器或过电流继电器实现过流保护，熔断器在超过熔断电流时自动熔断，迅速切断电流、保护用电设备，熔断器主要用于变压器保护。过电流继电器用于线路保护。 ②接地故障保护用于消除接地故障，对直接接地或通过不可调阻抗接地的系统，可以把电流互感器二次绕组接到接地故障继电器上，或者把过流继电器与接地故障继电器集中使用。对于中性点不接地系统或通过消弧线圈接地的系统，由于接地故障会造成系统电压和电流不对称，继电器可根据基本判据来确定是否控制相应的断路器动作断开。 ③单元保护，用于对系统中一个单元的保护，根据正常运行两侧电压相同的电路，流入的电流和流出的电流是相同的，通过比较两侧电流大小可以判断是否出现故障。但是单元保护要使用通讯线路，在保护线路太长的地方，很难将数据完整地集中起来进行比较。使用距离保护法可以打破这种局限性，在距离保护方案中，根据故障距离与故障阻抗成正比的原理，采用线路的电压和电流来计算故障距离。 ④自动重合闸装置的方法是利用继电器控制断路器去执行不同的跳闸与闭合顺序。线路中有大部分故障是可以自动消除或暂时性的，使用自动重合闸装置可以自动恢复供电。⑤电力系统中，有时出现运行电压远远超过额定电压值的情况，例如：开关操作瞬间或系统受雷击时，都会产生过电压现象。加强各设备绝缘强度和绝缘水平，或在网络中安装过电压保护设备，可以使过电压降低到安全水平，例如使用空气间隙保护或安装避雷器作保护。 (8)配电网络自动化管理系统是利用计算机网络，将自动控制系统和管理信息系统结合起来，建立系统控制和数据采集系统，为全面管理网络安全和经济运行提供依据。配网自动化系统的主要功能可以分成四个组成部分，第一是电网运行监控和管理功能，包括电网运行监视，电网运行的控制，故障诊断分析与恢复供电，运行数据统计及报告。第二是运行计划模拟和优化功能，包括配网运行模拟，倒闸操作计划的编制，各关口电量分配计划和优化。第三是运行分析和维护管理功能，包括对电网故障和供电质量反馈的信息进行分析，确定系统薄弱环节安排维修计划。第四是用户负荷监控和报障功能，包括用户端负荷和电能质量的遥测，用户端计量设备的控制，用户故障报修处理系统。 3 效益评估 配网规划经济效益评估，包括电网投资与增加用电量所产生收益的比较，以及为了使电网供电可靠性，线损率，电压合格率达到一定指标与所需投入费用之间的比较，采用投资与收益的研究可以确定使用那一种供电方式。 加快电力建设为地区经济发展提供了有利条件，但是电网投资与增加的用电量作比较，以此确定这些投资是否值得。所以电网投资要以分地区分时期发展，用电量发展快的地方相应电网投资也大，用电量发展慢的地方，相应电网投资也少一些。 对于用户来说，供电可靠性越高越好，但相应电网的投资也会大大增加。对于大用电量或重要用户，为确保有更高的可靠性，可以加大电网投资，因为减少停电时间可以同时减少用户和供电企业的损失。线损率是用来反映电能在电网输送过程中的损耗程度，公共电网中的损耗是由供电企业来承担的，通过对电网设备的技术改造，可以让供电企业直接得到经济效益。为了使供用电设备和生产系统正常运行，国家对供电电压质量制定了标准，对电压的频率、幅值、波形和三相对称性的波动范围作了规定。稳定的电压质量可以使供用电设备免受损害，让用户能正常生产，相比之下用户得到的好处会更多。
（一）广义惯性使牛顿力学进化爱因斯坦独具慧眼，从司空见惯的现象中及自由落体运动与质量因素无关的经验事实，总结出了等效原理，且明确与准确地说：物体的同一性质按照不同的处境或表现为"惯性"，或表现为"重性"（[3]第55页）。这个同一性就是广义惯性，这个处境就是空间。牛顿第二定律实质是其第一定律涵义的数学表达式。所以，广义惯性的发现，其革命意义是指动摇了牛顿第一定律的核心地位。广义惯性包含了牛顿惯性，所以，又是其进化。同时，也说明了需要建立一个取代牛二律的进化性质的核心命题系统的新力学理论。广义惯性又引出了两种空间及其区别的新问题。这个新问题困扰了爱因斯坦的一生，走了一大圈"弯"路后，在他晚年时，才看到了解决这个问题的曙光--物体具有空间的广延性（[3]第十五版说明），由此"广延性"再往前走一步，就是[2]文说的ρ空间及其区别的标志是其梯度值的有否。这说明还需要一个新的涉及空间的基本概念及与其相对应的原来等效原理所没有涉及到的新的经验事实：物体质量部分的压强梯度现象（注：在固态的具体物体内部，此"压强梯度"表现为"胁强"），也就是爱因斯坦的物体的空间广延性的具体体现。同时也引出了物体的非刚性及其具有内部空间结构的抽象性质（[4]第六章）。于是，"万事俱备"，只欠建立一个新的核心命题系统了。可以说，惯三律就是这个系统。广义惯性是由于把"重性"也归于同牛顿惯性一样的物体属性，所以，其革命意义也主要体现在"重力"方面。"引力"是对重力本质的错误认识。广义惯性与场概念把原来引力中的两个平权的物体分离开来：一个是仅表现广义惯性的一般（非整体）物体；另一个是具有产生重力场的特殊性的中心物体。一般物体与中心物体之间已经没有"力"的关系了。但通过重力场（原来引力场与自转惯性离心力合成的重力场涵义需要改变）有"能"的关系（见此文的"ρ空间与能"一节）。到此为止，广义惯性已经完成了其逻辑任务，即取消了引力及导出了中心物体的特殊性（当然也具有广义惯性的一般性）。这个特殊性的中心物体就是整体天体。于是，广义惯性与整体天体就构成了理论的内部逻辑性（也就是"自圆其说"）。广义惯性取消了惯性质量与引力质量的区别。当然，更没有质量的第三个属性--产生引力场。说重力场是特殊的ρ空间，也有其对应的经验事实，即具有重力场的质量部分的天体，一般都具有密度及压强（也有温度及磁场因素）与中心距离近似反比分布（中聚度）的现象。同时，其现象也表明了这个天体（中心物体）的特殊性。中聚度现象已经是整体性的一种体现。（二）再看牛顿力学为什么人们回避牛顿第二定律中的"力"（外力）的反作用力就是物体的惯性力的道理呢？就是因为把重力也当作外力（引力）时，物体本身没有反作用力 --惯性力（重力加速度与物体质量的大小无关），这正是牛顿力学理论内部的不能"自圆其说"的地方，这也正是爱因斯坦所注意的地方。为了回避这矛盾性（无意识的），不得不让其"外力"担当"广义"的力的重任。"力是物体加速运动的原因"这一没有条件限制的观念，是牛顿力学最主要的思维定势。不管是相对的加速运动还是"绝对"的加速运动，人们都在头脑中马上反映出来要乘上物体的质量，使力成为其运动的原因。于是，其直接错误后果就是把非牛顿惯性系内或重力场内的物体"自由"或有阻力的"不自由"的加速运动，也当作有外力（不包括阻力）正在作用之。之所以把非牛顿惯性系中的外力惯性力叫做虚构力，是说明牛顿力学中还有第二个观念："力是物体对物体的直接作用"--这是作用方式力，但有的教材除了摩擦力外，把作用方式力几乎都归结于弹性力则是错误的。又从这第二个观念来看其外力惯性力时，真的不存在另一个物体来表现之，只得权宜称为虚构力。当把重力也当作外力时，发现确实有另一个物体（中心物体）与之对应，这可是"真实"的外力了。麻烦又出现了，这个引力是超距作用性质的力，从作用方式力的观念角度来看时，又难理解了。为了让引力回复到可理解的直接作用性，又引起了从牛顿时代起至今的许多人去虚构在两个超距的物体之间飞来飞去的各种"微粒子"，以此物来担当引力成为直接作用性的重任。引力本来也是虚构力，还要为这虚构的"东西"再虚构一些东西，麻烦可就大了。因为凡是具有质量的物体都具有广义惯性，也可以说是"万有"惯性。之所以惯性力学在力学体系中占有主要及重要的地位，而其他属性（如弹性与磁性等）力学占次要地位，且以"惯性力"作为力的物理单位，也是由于其"万有"的原因。但作为表现广义惯性力的重力的空间（重力场）及场源物体（整体天体）可不"万有"。这两个角度分不开，还会认为重力（引力）"万有"，这又会回到为什么会超距作用的难理解的怪圈。广义惯性使探索"引力作用机制"的研究方向成为毫无意义的方向，是徒劳无功的方向，因为引力本身是由牛二律的局限性而派生出来的虚构的力。（三）再看广义相对论爱因斯坦特有的知识结构（马赫哲学、狭义相对论、四维时空、光、场及黎曼几何），决定了他走上了一条充满荆棘的理论之路。马赫的功绩是看到了牛顿力学体系中有一个缺陷，就是物体的运动状态依参考系的不同而有所不同，于是，作为判断牛顿惯性运动的前提也就成为不确定的了（相对性）。不得已，马赫把现象世界的远处的恒星当作其绝对参考系了。马赫的错误就是把牛顿惯性定律中的物体的属性（保持性）与其运动状态问题混在一起了。爱因斯坦受马赫哲学的启发，又发现了等效原理，但同时又继承了马赫的错误。被夸大为改变人们时空观念意义的四维时空，只不过是用"运动"（还是光运动）角度来规定空间的一种方法。规定有结构的空间可有各种方法，其各种方法是平权的。用什么方法来规定空间则取决于理论与实践的需要。如果去掉了"光速"的弯曲时空还有力学意义的话，与牛顿引力定律正是互为补充的关系本体性的场的描述：一个是以广义惯性"运动"的角度的描述；一个是以广义惯性"力"的角度的描述。而牛顿引力势所包含的空间意义，正是中心结构的ρ非均匀空间（重力场）的经验性的描述。终究是"描述"，都不能代替核心命题性质的"表述"。没有明确的命题表述，其描述也就没有明确的理解前提。惯三律与广义相对论都以等效原理为其经验基础。只不过爱因斯坦又走上了光速的等效原理之路。而光速的等效原理是由"思维"实验得来的，且唯一能验证其理论的星光在太阳附近偏转现象，爱因斯坦在具体计算其偏转角度时，实际上是"非常谨慎地用惠更斯原理"（[5]第23页）。而惯三律所依据的" 低速"等效原理，连幼儿园里的儿童都可以感觉到坐滑梯时的加速度与坐汽车时的汽车加速度的区别，因其身体内有胁强的有否或大小之区别。战斗机飞行员已经体验了低速等效原理的所有内涵。所以，任何脱离与回避"低速"等效原理的力学理论，肯定是不会成功的理论，因为其现象普遍存在于客观世界，且与力学密切相关。爱因斯坦之所以对"光"情有独钟，也许是无意识的回避其理论中的一个内在矛盾："产生"引力场的中心质量（中心物体）必须很大，而体现弯曲时空（引力场）作用的物体必须很小且产生与不产生引力场无关紧要，这与引力中的两个平权的物体涵义是矛盾的。而"光子"正好是最小的物体，也就回避了这个矛盾。只有"整体天体才产生重力场"的结论，才可以解决这个矛盾。引力波、黑洞与四种相互作用力的统一的课题，来源于爱因斯坦。引力已经不存在了，当然"引力"波也不存在了；如果重力场有边界，重力场就与电磁场不同，当然引力"波"也不存在了。如果以光线在重力场中弯曲的角度而导出的"黑洞"，黑洞不存在，因为光线在重力场中弯曲的原理不是由于"引力"；如果是由于"弯曲时空"原理而导出的"黑洞"，黑洞也不存在，因为本来弯曲时空是由光线的弯曲（光子的广义惯性运动）而规定出来的，反过来又认为光线的弯曲是由弯曲时空所造成的，这是什么逻辑？如果光线在重力场中有红移效应，那么，由此原理而导出的黑洞，黑洞有可能存在。引力都不存在了，也就无所谓四种相互作用力的统一的问题。目前的"大统一理论"仅剩下"引力"没有被统一进去，也正说明了这个问题。经归纳的现象）再变为抽象层次的基本概念的过程，是人们最不习惯的过程，总不容易摆脱"具象"。之所以不习惯，其原因之一也是因为人们先有了原来理论的抽象及已经习惯了的思维方式，即使有了"具象"也看不到其抽象意义。而由抽象变为"具象"的过程，那可容易多了，但也往往"具象"出来客观世界不存在的东西。从逻辑学角度，基本概念是不能被其它概念来定义的概念，其内涵具有一定的模糊性。ρ空间也是如此，只能用"感觉"到的物体质量部分的压强梯度现象来说明之，但又不是压强梯度本身。"真空"是具象空间，真空里照样存在"重力场"的ρ梯度值的有否，可用具象的压强梯度来检验之。但不能认为真空是ρ均匀空间。ρ空间与压强梯度的关系可类比铁粉末直观表现磁场结构的关系。摆脱不了具象，不能变为一个基本概念，也是爱因斯坦的"一无所有"的空间怎能分出两种空间的困惑原因之一，而用"运动"规定出来的弯曲时空又不能区分出是表述了物体的广义惯性还是表述了场的属性。特别强调的是：物体内部空间只能指物体质量部分所占据的空间，也是爱因斯坦晚年醒悟的"物体具有空间广延性"的涵义；而重力场空间不仅包含质量部分（整体天体）的空间，也包含没有质量部分的空间。这样就避免了变为"一无所有"的无边界的抽象参考系而带来的"相对"不清的问题。总的说来，ρ空间仅在数学形式上是标量场（其梯度为矢量场），但在物理意义上，则包含了表述广义惯性、可变为物体内部空间及重力场的本体性场、势、能、熵与质量部分的压强梯度等涵义。 就这些了，
我最反感抄袭论文的人……希望楼主只是借鉴而已
摩擦力是物体与物体相接触时，在接触面上产生一种阻止它们相对滑动的作用力。摩擦是一种极为普遍的力学现象，在人类生活、生产中无处不在。不仅固体与固体的接触面上有摩擦（这类摩擦称为干摩擦），就连固体与液体的接触面或固体与气体的接触面上都有摩擦（这两类摩擦称为湿摩擦）。在干摩擦中，摩擦力按其性质可分为静摩擦力、滑动摩擦力和滚动摩擦力三种。不同性质的摩擦力，影响其大小的因素亦不相同。 一、干摩擦力 （一）静摩擦力 只要两物体之间存在着相对滑动趋势，就会出现摩擦力。如果滑动趋势不太强，则由于摩擦力的作用，相对滑动不致真正实现，这时的摩擦力称为静摩擦力fS。可见静摩擦力产生的原因是因为物体间有相对运动的趋势。而相对运动趋势产生的原因是有外力作用，因此，产生静摩擦力的条件不仅包括接触面不光滑、有正压力，还需要有外力作用。静摩擦力的大小与指向都取决于相对滑动趋势。既然摩擦力是阻止相对滑动的作用力，静摩擦力的指向自然与接触面上相对滑动趋势的指向相反。两物体都受静摩擦力的作用，其指向分别与各该物体在接触面上的相对滑动趋势的指向相反。静摩擦力的大小也取决于相对滑动趋势，没有相对滑动趋势，就没有静摩擦力，即摩擦力大小为零；一有相对滑动趋势，静摩擦力也随之出现。在一定条件下，物体之间相对滑动趋势一定，静摩擦力就具有与之相应的一定的大小，这一大小应当恰恰足以抵消相对滑动趋势，使相对滑动不致真正发生。因此，在具体问题中，静摩擦力的大小往往不能预先知道，需要根据“物体之间并不真正发生相对滑动”这一条件从动力学的运动方程计算出来。情况一旦变了，物体之间的相对滑动趋势变了，静摩擦力的大小也就随之自动调节，使相对滑动总是不能真的发生。但是静摩擦力的自动调节并不能无限度地进行，其最大限度称为最大静摩擦力。在不超出最大静摩擦力的范围时，外力越大，静摩擦力越大。一旦超出最大静摩擦力的范围，物体便开始滑动，静摩擦力转变为滑动摩擦力。那么最大静摩擦力与什么有关呢？实验查明，最大静摩擦力fmax与两物体之间的正压力N成正比，与接触面的面积无关，与接触面的性质有关（如接触面的材料、接触面的粗糙程度等）。即fmax=μSN，其中μS称为静摩擦因数，它取决于接触面的材料与接触面的表面状态等。实践证明fS≤fmax=μSN。 （二）滑动摩擦力 当外力超出最大静摩擦力的范围时，物体便开始滑动，摩擦力继续存在，只是静摩擦力转变为滑动摩擦力。物体沿着接触面相对滑动，接触面上阻止相对滑动的摩擦力称为滑动摩擦力。滑动摩擦力的指向自然是与接触面上相对滑动的指向相反。滑动摩擦力的大小随相对滑动速度而变，相对滑动速度从零逐渐增大，滑动摩擦力则相应地从最大静摩擦力fmax=μN逐渐减小。通常说滑动摩擦小于静摩擦，将静止着的物体推动比较费劲，既以推动之后维持匀速运动则较省力，就是指此而言。但相对滑动速度过分大的时候，滑动摩擦力又急剧增大。我们可以采取控制变量法，通过实验准确验证在动摩擦因数一定时，滑动摩擦力的大小正比于接触面上的正压力N。但因为动摩擦因数较难控制，只粗略验证了在正压力一定时，滑动摩擦力与动摩擦力系数成正比这一结论。由此，可得出公式：fK＝μN，其中μ称为滑动摩擦因数，它取决于接触面的材料与接触面的表面状态及相对滑动速度（如图所示）等。在一些特殊情况下（例如材料的硬度保持一定，接触面经过一定加工等等），滑动摩擦 力几乎不随运动速度而变，并且差不多就等于最大静摩擦力，即μ=常数≈μS 当外力等于动摩擦力时，物体受力还是平衡的，要使物体运动，就必须增大外力。 二、湿摩擦力 物体相对于液体或气体（称为流体）而运动时，沿着接触面上也有阻止相对滑动的摩擦力，这种摩擦力称为湿摩擦。物体浸没于液体或气体中，运动时除了受到湿摩擦力外，同时还有另一种效应，即在接触面上，物体受到液体或气体的压力，这压力的指向垂直于接触面，而且迎面所受压力大于背面所受压力，因而物体所受压力的总效果也是阻止物体的相对运动。由此而引起的阻力称为介质阻力，并且一般来说，介质阻力远远大于湿摩擦力。介质阻力和湿摩擦力的本质完全不同，但在物体相对于液体或气体的运动中，它们起着同样的作用。一般就将介质阻力归到湿摩擦力中，不去追究它们的本质。湿摩擦力不同于干摩擦力，没有相对运动也就没有湿摩擦力。所以对于湿摩擦现象，谈不上静摩擦力。既然不存在静摩擦，不论多小的力都能推动物体使其在液体或气体中运动。在干摩擦的情况下，小于最大静摩擦力的力根本不能推动物体。可以用竹竿撑船使船前进，却从来没看见过用竹竿撑汽车使汽车前进，就是这个道理。 一旦发生相对运动，湿摩擦力也随之出现。湿摩擦力的指向自然与物体相对运动速度指向相反。至于湿摩擦力的大小则随着相对运动的加快而增大。当相对运动比较慢的时候，湿摩擦力的大小大致与速度成正比；当相对运动比较快的时候，湿摩擦力大致与速度的平方成正比。 物体浸于液体或气体中，如以一定大小的力去推物体，由于不存在静摩擦，物体将逐渐动起来。物体一开始运动，湿摩擦力也就出现。起初，湿摩擦力比较小，还小于所加推力，物体仍然继续加速。物体速度加快，湿摩擦力随之而增大。最后，物体达到某个速度，其相应的湿摩擦力与所加推动力相等，物体保持这一速度而作匀速运动，这一速度称为极限速度。如物体的初速度超过极限速度，则湿摩擦力大于所加推动力，运动变慢，最后也是达到极限速度而作匀速运动。极限速度的大小显然与所加推动力的大小有关。在力学中湿摩擦力一般不去分析与研究，主要考虑的是干摩擦力。 三、摩擦力带来的影响 推桌子时,如果没有推动,则桌子有一个向右的运动趋势,同时桌子会受到一个向左的静摩擦力的作用,阻碍它的这种运动趋势，使桌子处于相对静止状态。传递带把货物往上运的过程中,如果没有摩擦,则货物要沿斜面下滑,所以物体有沿斜面下滑的趋势,所以传送带给了货物一个沿斜面向上的静摩擦力的作用,以阻碍货物向下滑的运动趋势。假如没有摩擦力,我们就不能走路了。因为既站不稳,也无法行走。比如在冰上步行,由于冰滑,走不多远就累得满头大汗。如果没有摩擦力的话,道路比冰还滑,那时人们只有伏倒在地上才会觉得好受些。假如没有摩擦力,螺钉就不能旋紧,钉在墙上的钉子就会自动松开而落下来。根据万有引力定律得知，一切物体就会在万有引力的作用下，全部聚集在了一起。家里的桌子,椅子都要聚在一起。给一点推力就都会散开来,并且会在地上滑过来,滑过去,根本无法使用。。。 如果没有摩擦和介质阻力,物体只发生动能和势能的相互转化时,机械能的总量保持不变。这就是摩擦力带来的影响。总之，影响摩擦力大小的因素是固定的，较少的，但其表现形式却十分多样化、复杂化、只有充分了解、控制这些因素，才能充分利用有益摩擦，避免有害摩擦，最大程度地改进生产，改善生活。 四、高端物理学中对摩擦力的产生的解释 至到今天，人们对摩擦力的本质认识得不是十分清楚。最早对摩擦进行实验研究的代表性人物是文艺复兴时期的达·芬奇。他对表面光滑程度不同的物质的摩擦作了比较，提出物体间的摩擦程度取决于物体表面粗糙程度的大小，表面愈粗糙，摩擦力愈大，即固体表面的凹凸程度是产生摩擦的根本原因。这一想法后来逐步被发展为一种学说——凹凸说。该学说认为：物体表面无论经过何种加工，都必然留下或大或小的凹凸，这种表面凹凸不平的物体相互接触，就必然产生摩擦。有人对此做过这样一个比喻：固体表面的接触，犹如把一列山脉翻过来盖在另一列山脉上一样。由于它们的相互咬合，所以只有把凸部破坏掉，才能使之滑动，这便是产生阻碍相对运动的摩擦力的基本原理。这种学说在很长一段时间里，受到许多人的支持。 对于摩擦力的另外一种看法是分子说。这是由英国的物理学家德萨古利埃提出的。他认为，摩擦力产生的原因是摩擦面上的分子力相互交错所致。该学说指出，物体表面愈是光滑，摩擦面愈是相互接近，表面分子力就愈大，这样摩擦力也就愈大。但是这种学说由于加工技术上的原因，一直没有得到实验的证实，因而入们对此很难接受。 进入20世纪以后，分子说逐渐得到很多人的支持。一个叫尤因的人首先指出因摩擦引起的能量损失，是因固体表面分子引力场的相互干涉所致，与凹凸程度无关。而另一名著名的学者哈迪，他进行了大量的实验，从而证明了分子说的正确性。他首先把两个物体表面研磨得极光滑，然后来做摩擦实验，结果发现，两物体磨得越光滑，它们之间的摩擦力就越少，但是这种光滑水平达到一定程度时，摩擦力反而有所增加，甚至两个光滑的金属面能“粘”在一起。而这正好证实了分子说的观点：当两个表面的分子互相进入彼此的分子间的引力圈时，两者间就能产生强烈的粘合作用，并以摩擦力的形式显示出来。哈迪的实验为分子说提供了有力的证据，分子说因而获得了广泛的承认，并被进一步发展为“粘合说”。但是，凹凸说并没有因分子说和粘合说的进展而被完全废弃，它与对立的分子说和粘合说都持之有据，言之有理。有人在这两者的基础上提出了包含凹凸说内容的综合性的现代粘合论。 （一）凹凸啮合说 从15世纪至18世纪，科学家们提出的一种关于摩擦本质的理论，啮合说认为摩擦是由于互相接触的物体表面粗糙不平产生的。两个物体接触挤压时，接触面上很多凹凸部分就相互啮合。如果一个物体沿接触面滑动，两个接触面的凸起部分相碰撞，产生断裂、摩损，就形成了对运动的阻碍。 （二）粘附说 这是继凹凸啮合说之后的一种关于摩擦本质的理论。最早由英国学者德萨左利厄斯于1734年提出，他认为两个表面抛得很光的金属，摩擦会增大，可以用两个物体的表面充分接触时它们的分子引力将增大来解释。 上世纪以来，随着工业和技术的发展，对摩擦理论的研究进一步深入，到上世纪中期，诞生了新的摩擦粘附论。 新的摩擦粘附论认为，两个互相接触的表面，无论做得多么光滑，从原子尺度看还是粗糙的，有许多微小的凸起，把这样的两个表面放在一起，微凸起的顶部发生接触，微凸起之外的部分接触面间有10-8 m或更大的间隙。这样，接触的微凸起的顶部承受了接触面上的法向压力。如果这个压力很小，微凸起的顶部发生弹性形变；如果法向压力较大，超过某一数值（每个凸起上约千分之几牛顿），超过材料的弹性限度，微凸起的顶部便发生塑性形变，被压成平顶，这时互相接触的两个物体之间距离变小到分子（原子）引力发生作用的范围，于是，两个紧压着的接触面上产生了原子性粘合。这时要使两个彼比接触的表面发生相对滑动，必须对其中的一个表面施加一个切向力，来克服分子（原子）间的引力，剪断实际接触区生成的接点，这就产生了摩擦。在现代摩擦理论中，还加进了静电作用。光滑表面摩擦过程中可能带上异号电荷，它们之间的静电作用，也是摩擦力的一个原因。 综上所述，摩擦现象的机理是复杂的，是必须在分子尺度内才能加以说明的。由于分子力的电磁本性，摩擦力说到底也是由于电磁相互作用引起的。 上述理论，已经否定了“物体表面越光滑，摩擦力越小”的说法。在非常平滑的物体表面之间，摩擦力是存在的。在教学中经常使用“表面光滑”，其含义是指无摩擦或摩擦因数等于零的表面，即没有摩擦力。这是教学中的一种约定，而并非真的是说两个表面光滑。在平玻璃板上推木块很容易，而在平玻璃板上推与木块相同质量的玻璃时就不容易了，这说明摩擦力增大了。
大统一理论公式 现在,人们发现微观粒子之间仅存在四种相互作用力,它们是万有引力、电磁力、强相互作用力、弱相互作用力.宇宙间所有现象都可以用这四种作用力来解释.进一步研究四种作用力之间联系与统一,寻找能统一说明四种相互作用力的理论称为大统一理论.爱因斯坦在提出相对论以后,从20年代开始就致力于寻找一种统一的理论来解释所有相互作用,也就是解释一切物理现象,直到他1955年逝世.他几十年的努力虽未成功,但却激励了后人. 地球膨裂说认为，要想搞清大统一理论公式，必须首先搞清为什么万有引力公式和库仑力公式中的常数G和K互换万有引力和库仑力相等要想搞清这一问题，必须搞清万有引力就是磁力。现代科学证明：“任何物质都具有磁性，所以任何物质在不均匀磁场中都会受到磁力的作用”{1}。科学家们现已测出：“星际空间磁感应强度为10^-10（T）、原子核表面约10^12（T）、中子星表面 约10^8（T）、人体表面 3×10^(-10) （T）{2}” 。连人体表面磁感应强度都 3×10^-10 （T），这说明铅球和苹果也必然具有磁力，所以苹果坠地并不是被万有引力吸落的，而是被地球磁力吸落的。因此万有引力是不存在的，万有引力就是磁力。我们以原子核和电子间的万有引力和库仑力对万有引力公式和库仑力公式中的常数G和K互换万有引力和库仑力相等进行验证。我们知道：G=6.67×10^-11、原子核质量为1.67×10^-27、电子质量为9.1×10^-31、原子核的电荷q1=1.6×10^-19、电子的电荷q2=1.6×10^-19、K=9.0×10^9。常数G和K互换后原子核和电子间的库仑力G q1q2/r^2=6.67×10^-11×1.6×10^-19×1.6×10^-19=1.7×10^-48/r^2；常数G和K互换后原子核和电子间万有引力KMm/r^2=9.0×10^9×1.67×10^-27×9.1×10^-31 =1.36×10^-47/r^2。因为原子不显电性（磁性）电子和原子核的距离的正常距离，和原子显电性（磁性）电子和原子核的的超正常距离二者的差别非常小，所以差别可以乎略不计。因此，常数G和K互换后的原子核和电子间的库仑力与常数G和K互换后原子核和电子间的万有引力二者基本相等。因此说库仑力就是万有引力就是磁力。 我们从G=6.67×10^-11、星际空间磁感应强度为10^-10（T），二者基本相等可以看出万有引力常数G就是星际空间磁感应强度；我们从K=9.0×10^9、原子核表面磁场强度约10^12（T）二者基本相等，可以看出库仑力常数K就是原子核表面磁场强度。因此计算万有引力和库仑力时，用的万有引力公式GMm/r^2和库仑力公式Kq1q2/r^2中的常数G和K应该换成磁场强度。为什么计算原子核和电子间的万有引力和库仑力时，万有引力公式和库仑力公式中的常数G和K应该互换呢？地球膨裂说认为，原子之所以不显电性（磁性）是因为电子和原子核的距离是正常距离，因为原子核和电子都有磁性，原子核和电子间的距离是正常距离，因此，原子和电子之间的磁场强度应为原子核表面磁场强度约10^12（T）。原子之所以显电性（磁性）是因为流动的电子数量会受外界作用增多或减小,这样宏观反映为带电体，流动的电子和原子核的距离超出正常距离，所以原子核和流动电子之间的磁场强度应为星际空间磁感应强度为10^-10（T）。因此，求宏观中的万有引力公式中的常数G应为空间磁感应强度；求微观中的万有引力公式中的常数G应为原子核表面磁场强度；求宏观中库仑力公式中的常数K应为原子核表面磁场强度，求微观中库仑力公式中的常数K应为星际空间磁感应强度。因此宏观中的磁场强度和微观中的磁场强度正好相反，万有引力和库仑力公式中的磁场强度正好相反。因为宏观中的磁场强度和微观中的磁场强度正好相反，因此计算原子核和电子间的万有引力和库仑力时，用的万有引力公式GMm/r^2和库仑力公式Kq1q2/r^2中的常数G和K应该互换。 为什么万有引力公式GMm/r^2和库仑力公式Kq1q2/r^2只适用于宏观，万有引力公式KMm/r^2和库仑力公式Gq1q2/r^2只适用于微观呢？这是因为万有引力公式GMm/r^2和库仑力公式Kq1q2/r^2是在宏观条件下求得的，宏观中的磁场强度和微观中的磁场强度正好相反，所以只适用于宏观。地球膨裂说认为，既然万有引力就是库仑力，万有引力就是磁力，所以库仑力也是磁力，这就是大统一理论。只要把万有引力公式F=GMm/r^2中的常数G换成磁场强度B（可变量），F=BMm/r^2就是大统一理论公式。因为微观和宏观中的库仑力等于常数互换后的万有引力，所以只要测出两个带电体的质量，求库仑力求常数互换后的万有引力就可以了。参考文献：{1}、百度搜索：百度百科，磁性。磁性概述：因为任何物质都具有磁性，所以任何物质在不均匀磁场中都会受到磁力的作用。{2}、百度搜索：磁感应强度，4量纲，(单位:T)，原子核表面 约10^12；中子星表面 约10^8；星际空间 10^(-10)；人体表面 3*10^(-10)。作者：赖柏林
稀土掺杂氟化物多波长红外显示材料的研究摘 要本文简单介绍了稀土发光原理、上转换发光材料的大致发展史、红外上转换发光材料的应用以及当前研究现状。以PbF2为基质材料，ErF3为激活剂，YbF3为敏化剂，采用高温固相反应法制备了PbF2: Er,Yb上转换发光材料。重点讨论了制备过程中，制备工艺中的烧结时间、烧结温度对红外激光显示材料发光效果的影响。研究了Er3+/Yb3+发光系统在1064nm激光激发下的荧光光谱和上转换发光的性质。实验表明，在1064nm激光激发下，材料可以发射出绿色和红色荧光，是一种新型的红外激光显示材料。关键字：1064nm 上转换 红外激光显示 Er3+/Yb3+AbstractThis paper simply described the rare earth luminescence mechanism, the development of up-conversion materials and their applications were systematically explained. Present situation of the research on infrared up-conversion luminescence is also presented. PbF2 as matrix, ErY3 as activator and YbF3 as sensitizer were adopted to synthesize PbF2: Er,Yb up-conversion material with high temperature solid-phase reaction. A great emphasize was paid on the factors that effect on the luminescence properties of infrared laser displayed materials such as sinter temperature, time of sinter. The luminescence system of Er3+/Yb3+, their fluorescence spectrum and their character of up-conversion with 1064nm LD as an excitation source were studied. The experimental results that intense green and wed up-conversion emissions were observed under 1064nm LD excitation, which is a new type of infrared laser displayed materials.Key Words: 1064nm Up-conversion Infrared laser displayed materials Er3+/Yb3+目 录摘要Abstract第一章 绪论 11.1 稀土元素的光谱理论简介 11.1.1 稀土元素简介 11.1.2 稀土离子能级 11.1.3 晶体场理论 21.1.4 基质晶格的影响 21.2 上转换发光材料的发展概况 31.3 上转换发光的基本理论 41.3.1 激发态吸收 41.3.2 光子雪崩上转换 41.3.3 能量传递上转换 51.4 敏化机制与掺杂方式 61.4.1 敏化机制 61.4.2 掺杂方式 71.5 上转换发光材料的应用 81.6 本论文研究目的及内容 8第二章 红外激光显示材料的合成与表征 102.1 红外激光显示材料的合成 102.1.1 实验药品 102.1.2 实验仪器 102.1.3 样品的制备 112.2 红外激光显示材料的表征 122.2.1 XRD 122.2.2 荧光光谱 12第三章 结果与讨论 143.1 基质材料的确定 143.2 助熔剂的选择 153.3 烧结时间的确定 153.4 烧结温度的确定 163.5 掺杂浓度的确定 17结 论 21参考文献 22致 谢 23第一章 绪论1.1 稀土元素的光谱理论简介1.1.1 稀土元素简介稀土元素是指周期表中IIIB族，原子序数为21的钪（Sc）：39的钇（Y）和原子序数57至71的镧系中的镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu），共17个元素[1]。稀土元素的原子具有未充满的受到外界屏蔽的4f和5d电子组态，因此具有丰富的电子能级和长寿命激发态，能级跃迁通道多达20余万个，可以产生多种多样的辐射吸收和发射。稀土化合物发光是基于它们的4f电子在f-f组态之内或f-d组态之间的跃迁。稀土发光材料具有许多优点：（1）与一般元素相比，稀土元素4f电子层构型的特点，使其化合物具有多种荧光特性；（2）稀土元素由于4f电子处于内存轨道，受外层s和P轨道的有效屏蔽，很难受到外部环境的干扰，4f能级差极小，f-f跃迁呈现尖锐的线状光谱，发光的色纯度高；（3）荧光寿命跨越从纳秒到毫秒6个数量级；（4）吸收激发能量的能力强，转换效率高；（5）物理化学性质稳定，可承受大功率的电子束、高能辐射和强紫外光的作用。1.1.2稀土离子能级稀土离子具有4f电子壳层，但在原子和自由离子的状态由于宇称禁戒，不能发生f-f电子跃迁[3&7]。在固体中由于奇次晶场项的作用宇称禁戒被解除，可以产生f-f跃迁，4f轨道的主量子数是4，轨道量子数是3，比其他的s，p，d轨道量子数都大，能级较多。除f-f跃迁外，还有4f-5d，4f-6s，4f-6p电子跃迁。由于5d，6s，6p能级处于更高的能级位置，所以跃迁波长较短，除个别离子外，大多数都在真空紫外区域。由于4f壳层受到5s2，5p6壳层的屏蔽作用，对外场作用的反应不敏感，所以在固体中其能级和光谱都具有原子状态特征。因此，f-f跃迁的光谱为锐线，4f壳层到其他组态的跃迁是带状光谱，因为其他组态是外壳层，受环境影响较大。稀土离子在化合物中一般出现三价状态，在可见和红外光区观察的光谱大都属于4fN组态内的跃迁，在给定组态后确定光谱项的一般方法是利用角动量耦合和泡利原理选出合理的光谱项，但这种方法在电子数多，量子数大时，相当麻烦且容易出错。所以，对稀土离子不太适合。利用群论方法，采用U7>R7>G2>R3群链的分支规则可以方便地给出4fN组态的全部正确的光谱项，通常用大写的英文字母表示光谱项的总轨道角动量的量子数的数目，如S，P，D，F，G，H，I，K，L，M，N，O，Q……分别表示总轨道角动量的量子数为0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，……，25+l表示光谱项的多重性，S是总自旋量子数。在光谱学中，用符号2S+1L表示光谱项。1.1.3 晶体场理论晶体场理论认为，当稀土离子掺入到晶体中，受到周围晶格离子的影响时，其能级不同自由离子的情况。这个影响主要来自周围离子产生的静电场，通常称为晶体场[2]。晶体场使离子的能级劈裂和跃迁几率发生变化。稀土离子在固体中形成典型的分立发光中心。在分立发光中心中，参与发光跃迁的电子是形成中心离子本身的电子，电子的跃迁发生在离子本身的能级之间。中心的发光性质主要取决于离子本身，而基质晶格的影响是次要的。稀土离子的4f电子能量比5s，5p轨道高，但是5s，5p轨道在4f轨道的外面，因而5s，5p轨道上的电子对晶体场起屏蔽作用，使4f电子受到晶体场的影响大大减小。稀土离子4f电子受到晶体场的作用远远小于电子之间的库仑作用，也远远小于4f电子的自旋—轨道作用。考虑到电子之间的库仑作用和自旋—轨道作用，4f电子能级用2J+I LJ表示。晶体场将使具有总角动量量子数J的能级分裂，分裂的形式和大小取决于晶体场的强度和对称性。稀土离子4f能级的这种分裂，对周围环境（配位情况、晶场强度、对称性）非常敏感，可作为探针来研究晶体、非晶态材料、有机分子和生物分子中稀土离子所在局部环境的结构，且2J+I LJ能级重心在不同的晶体中大致相同，稀土离子4f电子发光有特征性，因而很容易根据谱线位置辨认是什么稀土离子在发光。1.1.4 基质晶格的影响基质晶格对f→d跃迁的光谱位置有着强烈的影响，另外其对f→f跃迁的影响表现在三个方面：（1）可改变三价稀土离子在晶体场所处位置的对称性，使不同跃迁的谱强度发生明显的变化；（2）可影响某些能级的分裂；（3）某些基质的阴离子团可吸收激发能量并传递给稀土离子而使其发光，即基质中的阴离子团起敏化中心的作用。特别是阴离子团的中心离子（Me）和介于中间的氧离子O2-以及取代基质中阳离子位置的稀土离子（RE）形成一直线，即Me-O-RE接近180°时，基质阴离子团对稀土离子的能量传递最有效。1.2 上转换发光材料的发展概况发光是物体内部以某种方式吸收的能量转换为光辐射的过程。发光学的内容包括物体发光的条件、过程和规律，发光材料与器件的设计原理、制备方法和应用，以及光和物质的相互作用等基本物理现象。发光物理及其材料科学在信息、能源、材料、航天航空、生命科学和环境科学技术中的应用必将促进光电子产业的迅猛发展，这对全球的信息高速公路的建设以及国家经济和科技的发展起着举足轻重的推动作用。三价镧系稀土离子具有极丰富的电子能谱，因为稀土元素原子的电子构型中存在4f轨道，为多种能级跃迁创造了条件，在适当波长的激光的激发下可以产生众多的激光谱线，可从红外光谱区扩展到紫外光谱区。因此，稀土离子发光研究一直备受人们的关注。60年代末，Auzel在钨酸镱钠玻璃中意外发现，当基质材料中掺入Yb3+离子时，Er3+、Ho3+和Tm3+稀土离子在红外光激发下可发出可见光，并提出了“上转换发光”的观点[5&4]。所谓的上转换材料就是指受到光激发时，可以发射比激发波长短的荧光的材料。其特点是激发光光子能量低于发射光子的能量，这是违反Stokes定律的。因此上转换发光又称为“反Stokes发光”。从七十年代开始，上转换的研究转移到单频激光上转换。到了八十年代由于半导体激光器泵浦源的发展及开发可见光激光器的需求，使其得到快速发展。特别是近年来随着激光技术和激光材料的进一步发展，频率上转换在紧凑型可见激光器、光纤放大器等领域的巨大应用潜力更激起广大科学工作者的兴趣，把上转换发光的研究推向高潮，并取得了突破性实用化的进展。随着频率上转换材料研究的深入和激光技术的发展，人们在考虑拓宽其应用领域和将已有的研究成果转换成高科技产品。1996年在CLEO会议上，Downing与Macfarlanc等人合作提出了三色三维显示方法，双频上转换三维立体显示被评为1996年物理学最新成就之一，这种显示方法不仅可以再现各种实物的立体图像，而且可以随心所欲的显示各类经计算机处理的高速动态立体图像，具有全固化、实物化、高分辨、可靠性高、运行速度快等优点[15]。上转换发光材料的另一项很有意义的应用就是荧光防伪或安全识别，这是一个应用前景极其广阔的新兴研究方向。由于在一种红外光激发下，发出多条可见光谱线且各条谱线的相对强度比较灵敏地依赖于上转换材料的基质材料与材料的制作工艺，因而仿造难、保密强、防伪效果非常可靠。目前，研究的稀土离子主要集中在Nd3+，Er3+，Ho3+，Tm3+和Pr3+等三价阳离子。Yb3+离子由于其特有的能级特性，是一种最常用的敏化离子。一般来说，要制备高效的上转换材料，首先要寻找合适的基质材料，当前研究的上转换材料多达上百种，有玻璃、陶瓷、多晶粉末和单晶。其化合物可分为：（1）氟化物；（2）氧化物；（3）卤氧化物；（4）硫氧化物；（5）硫化物等。迄今为止，上转换发光研究取得了很大的进展，人们已在氟化物玻璃、氟氧化物玻璃及多种晶体中得到了不同掺杂稀土离子的蓝绿上转换荧光。1.3 上转换发光的基本理论通过多光子机制把长波辐射转换成短波辐射称为上转换，其特点是吸收光子的能量低于发射光子的能量[2&8]。稀土离子上转换发光是基于稀土离子4f电子能级间的跃迁产生的。由于4f外壳层电子对4f电子的屏蔽作用，使得4f电子态间的跃迁受基质的影响很小，每种稀土离子都有其确定的能级位置，不同稀土离子的上转换发光过程不同。目前可以把上转过程归结于三种形式：激发态吸收、光子雪崩和能量传递上转换。1.3.1激发态吸收激发态吸收（Excited Stated Absorption简写为ESA）是上转换发光中的最基本过程，如图1-1所示。首先，发光中心处于基态能级E0的电子吸收一个ω1的光子，跃迁到中间亚稳态E1上，E1上的电子又吸收一个ω2光子，跃迁到高能级E2上，当处于能级E2上的电子向基态跃迁时，就发射一个高能光子。图1-1 上转换的激发态吸收过程1.3.2 光子雪崩上转换光子雪崩上转换发光于1979年在LaCl3∶Pr3+材料中首次发现。1997年，N. Rakov等报道了在掺Er3+氟化物玻璃中也出现了雪崩上转换。由于它可以作为上转换激光器的激发机制，而引起了人们的广泛的注意。“光子雪崩”过程是激发态吸收和能量传输相结合的过程，如图1-2所示，一个四能级系统，Mo、M1、M2分别为基态和中间亚稳态，E为发射光子的高能级。激发光对应于M1→E的共振吸收。虽然激发光光子能量同基态吸收不共振，但总会有少量的基态电子被激发到E与M2之间，而后弛豫到M2上。M2上的电子和其他离子的基态电子发生能量传输I，产生两个位于M1的电子。一个M1的电子在吸收一个ω1的光子后激发到高能级E。而E能级的电子又与其他离子的基态相互作用，产生能量传输II，则产生三个为位于M1的电子，如此循环，E能级上的电子数量像雪崩一样急剧地增加。当E能级的电子向基态跃迁时，就发出能量为ω的高能光子。此过程就为上转换的“光子雪崩”过程。图1-2 光子雪崩上转换1.3.3能量传递上转换能量转移（Energy Transfer，简写成ET）是两个能量相近的激发态离子通过非辐射过程藕合，一个回到低能态，把能量转移给另一个离子，使之跃迁到更高的能态。图1-3列出了发生能量传递的几种可能途径：（a）是最普通的一种能量传递方式，处于激发态的施主离子把能量传给处于激发态的受主离子，使受主离子跃迁到更高的激发态去；（b）过程称为多步连续能量传递，在这一过程中，只有施主离子可以吸收入射光子的能量，处于激发态的施主离子与处于基态的受主离子间通过第一步能量传递，把受主离子跃迁到中间态，然后再通过第二步能量传递把受主离子激发到更高的激发态；（c）过程可命名为交叉弛豫能量传递（Cross Relaxation Up-conversion，简称CR），这种能量传递通常发生在相同离子间，在这个过程中，两个相同的离子通过能量传递，使一个离子跃迁到更高的激发态，而另一个离子弛豫到较低的激发态或基态上去；（d）过程为合作发光过程的原理图，两个激发态的稀土离子不通过第三个离子的参与而直接发光，他的一个明显的特征是没有与发射光子能量匹配的能级，这是一种奇特的上转换发光现象；（e）过程为合作敏化上转换，两个处于激发态的稀土离子同时跃迁到基态，而使受主离子跃迁到较高的能态。（a）普通能量传递 （b）多步连续能量传递（c）交叉弛豫能量传递 （d）合作发光能量传递（e）合作敏化上转换能量传递图1-3 几种能量传递过程的示意图稀土离子的上转换发光都是多光子过程，在多光子过程中，激发光的强度与上转换荧光的强度有如下关系：Itamin ∝ Iexcitationn其中Itamin表示上转换荧光强度，Iexcitation表示激发光强度，在双对数坐标下，上转换荧光的强度与激发光的强度的曲线为一直线，其斜率即为上转换过程所需的光子数n，这个关系是确定上转换过程是几光子过程的有效方法。1.4 敏化机制与掺杂方式1.4.1 敏化机制通过敏化作用提高稀土离子上转换发光效率是常用的一种方法[9]。其实质是敏化离子吸收激发能并把能量传递给激活离子，实现激活离子高能级的粒子数布居，从而提高激活离子的转换效率，这个过程可以表述如下：Dexc+A→D+AexcD表示施主离子，A是受主离子，下标“exc”表示该离子处于激发态。Yb3+离子由于特有的能级结构，是最常用的也是最主要的一种敏化离子。（1）直接上转换敏化对与稀土激活中心（如Er3+，Tm3+，Ho3+）和敏化中心Yb3+共掺的发光材料，由于Yb3+的2F5/2能级在910-1000nm均有较强吸收，吸收波长与高功率红外半导体激光器的波长相匹配。若用激光直接激发敏化中心Yb3+，通过Yb3+离子对激活中心的多步能量传递，可再将稀土激活中心激发至高能级而产生上转换荧光，这类过程会导致上转换荧光明显增强，称之为直接上转换敏化。图1-4以Yb3+/Tm3+共掺杂为例给出了该激发过程的示意图。图1-4 直接上转换敏化（2）间接上转换敏化由于Yb3+离子对910-1000 nm间泵浦激光吸收很大，泵浦激光的穿透深度非常小，因此虽然在表面的直接上转换敏化能极大的提高上转换效率，但它却无法应用到上转换光纤系统中。针对这种情况，国际上与1995-1996年首次提出了“间接上转换敏化”方法[7]。间接上转换敏化的模型首先在Tm3+/Yb3+双掺杂体系中提出的：当激活中心为Tm3+时，如果激发波长与Tm3+的3H6→3H4吸收共振，激活中心Tm3+就被激发至3H4能级，随后处于3H4能级的Tm3+离子与位于2F5/2能级的Yb3+离子发生能量传递，使Yb3+离子的2F5/2能级上有一定的粒子数布居。然后处于激发态2F5/2的Yb3+离子再与Tm3+进行能量传递，实现Tm3+的1G4能级的粒子数布居，这样就通过Tm3+→Yb3+→Tm3+献的能量过程间接地把Tm3+离子激发到了更高能级1G4。从而导致了Tm3+离子的蓝色上转换荧光。图1-5给出了间接上转换敏化的示意图。考虑到稀土离子的敏化作用与前述的上转换机理，在实现上转换发光的掺杂方式通常要考虑如下几点：（1）敏化离子在激发波长处有较大的吸收截面和较高的掺杂浓度；（2）敏化离子与激活离子之间有较大的能量传递几率；（3）激活离子中间能级有较长的寿命。图1-5 间接上转换敏化1.4.2 掺杂方式表1-1给出了当前研究比较多的掺杂体系，表中同时列出了某一掺杂体系对应的激发波长、基质材料、敏化机制等。表1-1 常见的掺杂体系稀土离子组合 激发波长 基质材料 敏化机制单掺杂 Er3+ 980nm ZrO2纳米晶体 —Nd3+ 576nm ZnO–SiO2–B2O3 —Tm3+ 660nm AlF3/CaF2/BaF2/YF3 —双掺杂 Yb3+：Er3+ 980nm Ca3Al2Ge3O12玻璃 直接敏化Yb3+：Ho3+ 980nm YVO4 直接敏化Yb3+：Tm3+ 800nm 氟氧化物玻璃 间接敏化Yb3+：Tb3+ 1064nm 硅sol–gel玻璃 合作敏化Yb3+：Eu3+ 973nm 硅sol–gel玻璃 合作敏化Yb3+：Pr3+ 1064nm LnF3/ZnF2/SrF2 BaF2/GaF2/NaF 直接敏化Nd3+：Pr3+ 796nm ZrF4基玻璃 直接敏化三掺杂 Yb3+： Nd3+ ：Tm3+ 800nm ZrF4基玻璃 间接敏化Yb3+： Nd3+ ：Ho3+ 800nm ZrF4基玻璃 间接敏化Yb3+： Er3+ ：Tm3+ 980nm PbF2:CdF2玻璃 直接敏化1.5 上转换发光材料的应用稀土掺杂的基质材料在波长较长的红外光激发下，可发出波长较短的红、绿、蓝、紫等可见光。通常情况下，上转换可见光包含多个波带，每个波带有多条光谱线，这些谱线的不同强度组合可合成不同颜色的可见光[7]。掺杂离子、基质材料、样品制备条件的改变，都会引起各荧光带的相对强度变化，不同样品具有独特的谱线强度分布与色比关系（我们定义上转换荧光光谱中各荧光波段中的峰值相对强度比称为色比，通常以某以一波段的峰值强度为标准）。因而上转换发光材料可应用到荧光防伪或安全识别上来。上转换发光材料在荧光防伪或安全识别应用上的一个研究重点是制备上转换效率高，具有特色的防伪材料，实现上转换荧光防伪材料能够以配比控制色比；也就是通过调整稀土离子种类、浓度以及基质材料的种类、结构和配比，达到控制色比关系。1.6 本论文研究目的及内容Nd:YAG激光器发出1064nm的激光，在激光打孔、激光焊接、激光核聚变等领域具有广泛的应用价值，是最常用的激光波段。然而，由于人眼对1064nm的红外光不可见，因此，需要采用对1064nm激光响应的红外激光显示材料制备的显示卡进行调准和校正。本论文采用氟化物作为基质，掺杂稀土离子，通过配方和工艺研究，制备对1064nm响应的红外激光显示材料。研究组分配比、烧结温度、气氛和时间等对粉体性能的影响。并采用XRD和荧光光谱分析等测试手段对粉体进行表征。确定最佳烧结温度、组分配比，最终获得对1064nm具有优异红外转换性能的红外激光显示材料。第二章 红外激光显示材料的合成与表征经过多年研究，红外响应发光材料取得了很大进展，现已实现了氟化物玻璃、氟氧化物玻璃、及多种晶体中不同稀土离子掺杂的蓝绿上转换荧光。然而上转换荧光的效率距离实际实用还有很大的差距，尤其是蓝光，其效率更低。因此，寻找新的红外激光显示材料仍在研究之中，本文主要研究对1064nm响应的发光材料。本章研究了双掺杂Er3+/Yb3+不同基质材料的蓝绿上转换荧光，得到了发光效果较好的稀土掺杂氟化物的红外激光显示材料，得到了一些有意义的研究结果。2.1 红外激光显示材料的合成2.1.1 实验药品（1）合成材料所用的化学试剂主要有：LaF3，BaF2，Na2SiF6，NaF，氢氟酸，浓硝酸等。稀土化合物为Er2O3、Yb2O3，纯度在4N以上。（2）ErF3、YbF3的配制制备Yb3+/Er3+共掺氟化物的红外激光显示材料使用的ErF3，YbF3是在实验室合成的。实验采用稀土氧化物，称取适量的Er2O3，Yb2O3放在烧杯1和烧杯2中，滴加稍微过量的硝酸（浓度约为8mol/L），置于恒温加热磁力搅拌器上搅拌，直至烧杯1中出现粉红色溶液、烧杯2中出现无色溶液停止。其化学反应如下：Er2O3+6HNO3→2Er(NO3)3+3H2OYb2O3+6HNO3→2Yb(NO3)3+3H2O再往烧杯1和烧杯2中分别都加入氢氟酸，烧杯1中生成粉红色ErF3沉淀，烧杯2中生成白色絮状YbF3沉淀，其化学反应如下：Er(NO3)3+3HF→ErF3↓+3HNO3Yb(NO3)3+3HF→YbF3↓+3HNO3生成的ErF3、YbF3沉淀使用循环水式多用真空泵进行分离，并多次使用蒸馏水进行洗涤，将从溶液中分离得到的沉淀倒入烧杯放入电热恒温干燥箱，在100℃条件下保温12小时，得到了实验所需的ErF3、YbF3，装入广口瓶中备用。2.1.2 实验仪器SH23-2恒温加热磁力搅拌器（上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司）PL 203电子分析天平（梅特勒一托多利仪器上海有限公司）202-0AB型电热恒温干燥箱（天津市泰斯特仪器有限公司）SHB-111型循环水式多用真空泵（郑州长城科工贸有限公司）WGY-10型荧光分光光度计（天津市港东科技发展有限公司）DXJ-2000型晶体分析仪（丹东方圆仪器有限公司）1064nm半导体激光器（长春新产业光电技术有限公司）4-13型箱式电阻炉（沈阳市节能电炉厂）2.1.3 样品的制备（1）实验方法本实验样品制备方法是：以稀土化合物YbF3、ErF3，基质氟化物为原料，引入适量的助熔剂，采用高温固相法合成红外激光显示材料。高温固相法是将高纯度的发光基质和激活剂、辅助激活剂以及助熔剂一起，经微粉化后机械混合均匀，在较高温下进行固相反应，冷却后粉碎、筛分即得到样品[8]。这种固体原料混合物以固态形式直接参与反应的固相反应法是制备多晶粉末红外激光显示材料最为广泛使用的方法。在室温下固体一般并不相互反应，高温固相反应的过程分为产物成核和生长两部分，晶核的生成一般是比较困难的，因为在成核过程中，原料的晶格结构和原子排列必须作出很大调整，甚至重新排列。显然，这种调整和重排要消耗很多能量。因而，固相反应只能在高温下发生，而且一般情况下反应速度很慢。根据Wagner反应机理可知，影响固体反应速度的三种重要因素有：①反应固体之间的接触面积及其表面积；②产物相的成核速度；③离子通过各物相特别是通过产物相时的扩散速度。而任何固体的表面积均随其颗粒度的减小而急剧增加，因此，在固态反应中，将反应物充分研磨是非常必要的[6]。而同时由于在反应过程中在不同反应物与产物相之间的不同界面处可能形成的物相组成是不同的，因此可能导致产物组成的不均匀，所以固态反应需要进行多次研磨以使产物组成均匀。另外，如果体系存在气相和液相，往往能够帮助物质输运，在固相反应中起到重要作用，因此在固相反应法制备发光材料时往往加入适量助熔剂。在有助熔剂存在的情况下，高温固相反应的传质过程可通过蒸发-凝聚、扩散和粘滞流动等多种机制进行。（2）实验步骤根据配方中各组分的摩尔百分含量（表3-1，表3-2，表3-3中给出了实验所需主要样品的成分与掺杂稀土离子浓度），准确计算各试剂的质量，使用电子天平精确称量后，把原料置于玛瑙研钵中研磨均匀后装入陶瓷坩埚中（粉体敦实后大概占坩埚体积的1/3），再放入电阻炉中保温一段时间。冷却之后即得到了实验所述的红外激光显示材料样品。图2-1为实验流程图：图2-1 实验流程图2.2 红外激光显示材料的表征2.2.1 XRDX射线衍射分析是当今研究晶体精细结构、物相分析、晶粒集合和取向等问题的最有效的方法之一[10&9]。通常采用粉末状晶体或多晶体为试样的X射线衍射分析被称为粉末法X射线衍射分析。1967年，Hugo M.Rietveld鉴于计算机处理大量数据的能力，在粉末中子衍射结构分析中，提出了全粉末衍射图最小二乘拟合结构修正法。1977年，Malmros等人把这个方法引入X射线粉末衍射分析中，从此Rietveld分析法的研究开始迅速发展起来[16&10]。本实验采用丹东方圆仪器有限公司生产的DXJ-2000型晶体分析仪对粉末样品进行数据采集，主要测试参数为：Cu靶Kα线，管压45kV，管流35Ma，狭缝DSlmm、RS0.3mm.、SS1 mm，扫描速度10度/min（普通扫描）、0.02度/min（步进扫描），通过测试明确所制备的材料是否形成特定晶体结构的晶相，也可以简单判断随着掺杂量的增加，是否在基质中有第二相形成或者掺杂的物质同基质一起形成固溶体。
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