▲第一作者:许适溥,付会霞;通讯作者:彭海琳 通讯单位:北京大学
论文DOI:
本工作将二维高迁移率半导体Bi2O2Se晶体应用于亚ppm范围痕量氧的高选择性和高稳定性的室温检测。利用扫描隧道显微镜(STM)、原位X射线光电子能谱技术(原位XPS)、以及霍尔器件的表征,并结合第一性原理的计算,阐明了二维Bi2O2Se对痕量氧高性能检测的机制。研究发现,二维Bi2O2Se表面暴露于氧时,形成高比表面积的非晶Se重构原子层,可有效吸附氧,二维Bi2O2Se半导体的迁移率和费米能级得以有效调制而改变其电导率;此外,二维Bi2O2Se阵列式氧传感器具有增强的信噪比,可实现低于 ppm浓度氧的检测。
A. 痕量氧传感的发展趋势
当前,痕量氧传感在生物检测、能源、化工、智能制造等众多领域有着广泛的应用。商用的电化学型氧传感器利用氧气在隔膜材料两侧产生的浓差电动势输出信号,其构型复杂,难以微型化。相较而言,电阻型氧传感器的核心结构是一个由传感材料构成的两端电阻,结构大大简化,十分有利于集成化应用。二维材料因其巨大的比表面积和较高的迁移率,可以进一步增强电阻型氧传感器的性能。当前已有文献报道二维MoS2具有较好的氧传感能力,可以实现对浓度为10 %左右氧气的探测。但是,对痕量氧(ppm级)的检测目前仍然是一个重大挑战,其主要原因是MoS2这类材料的表面的活性位点很少,对痕量氧气的吸附能力不足。为从根本上解决这个问题,需要从材料本身的原子和能带结构出发,设计和制备具有丰富活性位点的二维材料基氧传感器。
B. 高迁移率二维半导体材料—Bi2O2Se的引入
2017年,北京大学彭海琳课题组首次报道了具有高迁移率的二维Bi2O2Se晶体。不同于多数二维材料,二维Bi2O2Se的层状结构由[Se]n2n- 和 [Bi2O2]n2n+离子层构成。基于晶圆级的高质量二维Bi2O2Se生长技术,该课题组已将这种材料成功应用到各种高速低功耗电子器件和量子输运器件中,取得了优异的器件性能( Nat. Nanotech. 2017 , 12 , 530; Nano Lett. 2017 , 17 , 3021; Adv. Mater. 2017 , 29 , 1704060; Nat. Commun. 2018 , 9 , 3311; Sci. Adv. 2018 , 4 , eaat8355; Nano Lett. 2019 , 19 , 2148; Adv. Mater. 2019 , 31 , 1901964; J. Am. Chem. Soc. 2020 , 142 , 2726)。二维Bi2O2Se材料独特的晶体结构,超高的迁移率(2000 cm2V-1s-1以上)和合适的带隙( eV)使其成为潜在的高灵敏度氧传感材料。
研究的核心问题:对Bi2O2Se表界面进行调控,使其产生更多的吸附活性位点,达到ppm级的氧气检测灵敏度。
本研究从二维Bi2O2Se晶体的表界面结构设计和能带工程的角度出发,旨在实现亚ppm范围痕量氧的高性能室温检测。在表界面结构设计方面,作者证明了Bi2O2Se表面的Se空位能在吸附氧分子后引起表面原子层的重构,使材料表面生成具有高比表面积的非晶Se层。这一Se层具有非常丰富的活性位点,能高效吸附氧分子;在能带工程方面,作者制备了n型的半导体Bi2O2Se,其导带底要高于氧分子的LUMO轨道,这一能级关系会导致Bi2O2Se吸附氧分子后载流子浓度显著下降,使得电阻显著增加。结合二维Bi2O2Se的高比表面积,有望实现对ppm级痕量氧的检测。
4.、材料表征与1理论计算
首先,作者对Bi2O2Se表面Se层的氧吸附行为进行了表征,然后通过理论计算进行了验证和解释(图一)。在氧吸附表征中,作者先利用STM扫描了新鲜解离的Bi2O2Se,得到了Bi2O2Se表面的原子像,发现其具有大量二聚的Se空位。接下来,作者在腔体中引入非常少量的氧分子,发现Se空位作为活性位点开始对氧分子进行吸附。随着引入的氧分子量的增加,Bi2O2Se的表面开始发生重构,形成具有高比表面积的Se非晶层。理论计算的结果表明,Se层的重构是由于吸附分子与Se原子的强相互作用形成。在原位的XPS测试中,具有非晶Se层的Bi2O2Se在环境的氧气浓度只有大约 × 10-11 mol/L时依然可以有效吸附氧分子。这意味着Bi2O2Se可能对氧气非常敏感。
▲Figure 1. Oxygen adsorption on the surface of layered Bi2O2Se. a-c) STM images showing the fresh Bi2O2Se surface containing the Se termination and the Se vacancy after cleavage (a), the surface with little oxygen adsorbed (b), and that adsorbed by lots of oxygen (c). Note that the Se layer turns amorphous for more oxygen adsorbed. d-i) Top views (d-f) and side views (g-i) of atomic structural models for cleaved Bi2O2Se slab (d, g) and different representative O2 adsorption configurations (e, h; f, i). Purple, orange and red balls in structural models represent Bi, Se and O atoms from Bi2O2Se slab, respectively. Green balls serve as adsorbed oxygen molecules. The cleaved Bi2O2Se is terminated by alternate Se and Se vacancy dimers as (a). Single/five oxygen molecules per unit cell are put on Bi2O2Se surface to simulate the few and lots of oxygen introduced, respectively. j) O 1s spectra of the lattice and the adsorbed O under different O2 pressures at room temperature by APXPS measurement.
、器件性能测试
A. 氧传感机理阐述
在加工成氧传感器之前,作者先测试了氧气对Bi2O2Se器件电学特性的调制作用。作者制备了Bi2O2Se霍尔器件,并利用PPMS平台测试了材料曝露氧气后电阻、迁移率、载流子浓度的变化。图二显示,器件在曝露氧气后,电阻有了明显的上升。迁移率和载流子浓度的测试表明,器件电阻显著上升的原因是Bi2O2Se表面吸附了氧分子后迁移率和载流子浓度同时下降。这一现象可归结为:氧分子捕获Bi2O2Se的电子,导致Bi2O2Se载流子浓度的下降;同时,表面吸附的氧分子也会成为散射中心,降低了材料的迁移率。
▲Figure 2. a) Photograph of a typical Hall-bar device of 2D Bi2O2Se. b) The plot showing the resistance variation of Bi2O2Se after exposure to ~ 21 % O2 in air from the vacuum. c) The reduction in the carrier density/mobility of Bi2O2Se as the function of oxygen exposed time. d) Schematic diagram illustrating that the Bi2O2Se Fermi level E f1 shifts to E f2 due to oxygen exposed. ( E fi: the intrinsic Fermi level; CB: conduction band; VB: valence band).
B. 氧传感性能测试
在氧传感性能测试中,作者主要测试了Bi2O2Se传感器在室温下对氧气的灵敏度。为进一步增强性能,作者制备了叉指电极结构的Bi2O2Se传感器。图三显示了该Bi2O2Se器件对低至 ppm,高至400 ppm的氧气均有很好的响应。这一指标优于已知的所有电阻型氧传感器,实现了真正意义上的ppm级氧气传感(接近ppb级)。除了对器件灵敏度的测试,作者还检验了器件的稳定性、选择性等器件性能指标。在器件稳定性的测试中,保存一个月以上的器件依然显示了很好的灵敏度;气体选择性的测试中,Bi2O2Se传感器展现出对氧气的高度专一性。
▲Figure 3. Oxygen detection of 2D Bi2O2Se sensors. a) Schematic presenting 2D Bi2O2Se sensor and its atomic force microscopy image of selected area marked by a red rectangle (scale bar: 1 μm). b) Dynamic responses of 2D Bi2O2Se to different concentrations of oxygen. The sample possesses ppm of minimum detection at room temperature. c) Comparison between 2D Bi2O2Se oxygen sensor and other typical oxygen sensors subjected to minimum detection and working temperature (CNT: carbon nanotube). d) Stability test of 2D Bi2O2Se sensor. e) Selectivity test of 2D Bi2O2Se sensor. The concentration of the target gases is ~3 ppm.
C. 氧传感器件的集成
为进一步展示Bi2O2Se传感器在集成化方面的潜力,作者对比了单个Bi2O2Se传感器与Bi2O2Se传感器阵列对痕量氧气的检测能力(图四)。结果显示,阵列器件显示了很高的信噪比,而检测极限也有了提升,达到比 ppm更低的检测下限。这意味Bi2O2Se传感器具有优秀的集成化潜力。
▲Figure 4. Integration of 2D Bi2O2Se sensors for trace oxygen detection. a) Schematic showing arrayed sensors integrated in the form of the parallel (I) and the inpidual (II). b) Optical photograph of the sensor array. Scale bar: 30 μm. c, d) Current variations and the corresponding d I /dt of the connect forms I and II for the change of oxygen concentration, respectively.
作者在此研究工作中利用二维Bi2O2Se材料实现了对痕量氧( ppm或更低)的检测。所制得的器件在传感器的灵敏度、稳定性、气体选择性和可重复性等多项指标中都具有很好的表现。作者通过STM、原位XPS和理论计算证明:这一系列高性能的指标得益于Bi2O2Se材料表面因为重构形成的高比表面积的Se层。这一工作清晰地阐明了Bi2O2Se表面结构与氧传感性能之间的构效关系,不仅促进了二维材料在气体传感领域的集成化应用,也为从原子结构出发设计高性能氧传感器提供了新的思路。
此工作的通讯作者是北京大学彭海琳教授,共同第一作者为北京大学博雅博士后许适溥和以色列魏茨曼科学研究所的付会霞博士,该工作的主要合作者还包括魏茨曼科学研究所的颜丙海教授、北京大学物理学院的江颖教授、牛津大学的陈宇林教授、上海 科技 大学的柳仲楷教授和刘志教授。该研究工作获得了来自国家自然科学基金、北京分子科学国家实验室、中国博士后科学基金、北京大学博雅博士后等项目的支持。
谨以此文热烈祝贺唐有祺先生百年华诞!
二维半导体材料5年前开始成为研究热点,尽管研究人员已发现了石墨烯、二硫化钼以及硼墨烯等多种二维材料,但这些材料只允许带负电荷的电子(N型)运动,而制造电子设备同时需要电子和带正电荷的“空穴”(P型)运动的半导体材料,最新发现的一氧化锡是有史以来第一种稳定的P型二维半导体材料。一氧化锡材料有助于科学家们研制出体型更小且运行速度更快的晶体管,计算机处理器包含有数十亿个晶体管,单个芯片上集成的晶体管越多,处理器的功能越强大,最终科学家们或能制备出比现有设备快100倍的计算机和智能手机。另外,在这种材料内,由于电子通过一层而非像在三维材料内部来回弹跳,因此,产生的摩擦更少,使处理器不会像传统计算机芯片那样容易变得过热,且其运行需要的能量也更少,这对那些必须依靠电池运行的移动设备尤其是包括电子植入设备在内的医疗设备来说,不啻为一个巨大的福音。蒂瓦里表示,模型设备有望于两三年内问世。相关研究论文发表在《先进电学材料》杂志在线版上。量子霍尔效应(quantum Hall effect)包括整数量子霍耳效应和分数量子霍尔效应。霍尔电阻的变化是量子化形式的现象在某些人造的二维半导体结构中,电子气限制在极薄的一层之内运动,在垂直层面方向施加强磁场,在层面与电流I相垂直的方向上出现电势差VH,称为霍耳电压,RH=VH/I称为霍耳电阻。经典霍耳效应表明,RH随所加磁场的磁感应强度B增加而增加,呈线性关系。1980年冯·克利青在或更低温度测量这种半导体结构的霍耳电阻,发现RH与B的关系是在总的直线趋势上出现一系列平台,平台处的RH=h/ie2,这里i是正整数,h为普朗克常数,e为电子电荷。该现象称为整数量子霍耳效应。
手机空控,懒的打那么多字。
影响摩擦力大小的因素 摘要;在我们的生活、生产中,摩擦力无处不在。摩擦力按其性质可分为滑动摩擦力、静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。选择了滑动摩擦力和静摩擦力进行研究,并研究其影响。 关键词:摩擦力大小;性质;因素;研究;影响 摩擦力为什么有大有小,在小的时候我们就知道下雨是要穿有丁的鞋或鞋底有花纹的鞋,那样的话可以防滑,但都不知道是什么原因,后来上初中知道了摩擦力,高中大学对摩擦力有了更深的认识。 首先对于滑动摩擦力,从课本中知道它与正压力成正比。我们组员采取控制变量法,通过实验准确验证了在动摩擦因数一定时,滑动摩擦力与正压力成正比这一结论。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,我们仍可得出f=μN这一公式。 那么动摩擦因数由什么决定呢?我们知道动摩擦因数反映物体表面的粗糙程度,反过来说就是物体表面的粗糙程度决定了动摩擦因数,而动摩擦力是两个有不光滑接触,有相对运动的物体间的相互作用,因此动摩擦因数也不是单独由某一物体表面粗糙程度决定的,而是由两个有相互作用摩擦力的物体的接触面粗糙程度决定的。假如我们拿一支笔,一段小绳,把绳子缠绕在笔上,我们会发现绳子缠绕的圈数越多越难拉动,如果绳子之间有重叠的话,则更是难以拉动。这中间是否存在其它影响摩擦力的因素呢?我们分析得到:绳子在笔上每绕一圈,绳子与笔之间就多了一圈(无数多个)接触点,两者之间的相互作用就多了无数处,即有更多的地方产生摩擦力,所有的摩擦力叠加在一起,便使合力增大了。若绳子中有重叠,则不止绳子与笔之间,连绳子与绳子之间也会有相互作用,阻碍对方运动。且这时绳子与笔的压力除直接与笔接触的绳子的压力外,也包括绳子与绳子之间的压力,这样摩擦力便急剧增大,以致难拉动绳子。生活中,船靠岸时总是用绳子绑住岸上的桩,也是采用多绕几圈绳子的办法来增大摩擦力的。但这里面并不包括除正压力及动摩擦因数以外的其它影响摩擦力大小的因素。 那么对于静摩擦力,其产生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。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,物体便开始运动,静摩擦力变为滑动摩擦力。那么最大静摩擦力与什么有关呢?经过实验可知fmax=μN即最大静摩擦力与静摩擦因数和正压力成正比,其中静摩擦因数比动摩擦因数稍大,因为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。 至于物体在流体中运动时,主要是受到排开流体时流体产生的阻力,但物体侧面受到流体的摩擦力也是不可忽略的。对于排开流体时所受的阻力,可采用把运动物体改造成流线型等方法来减小,也可采用相反的方法来增大。对于物体运动时侧面所受摩擦力,我们知道,物体运动时会带动附近流体随之运动,而稍远处的流体仍是静止的,这样,根据伯努利方程 “ =常量”可知,静止的流体会对物体有压力,加之物体与流体间的接触不光滑,便会产生摩擦力。而且随着速度的增加,运动的流体的压强减小,而静止的流体压强不变,所以压强差与压力都增大,摩擦力也就增大;经过类似的分析可得随着深度的增加,摩擦力也是增加的。 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)。 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。 所以得出,可以从摩擦力的性质和影响摩擦力的因素进行研究分析,根据其特点增大或减少摩擦力,让摩擦力为我们生活的服务。
前轮向后,后轮向前从动轮和驱动轮在行驶的时候受到的力的作用效果不一样,从动轮受到的推力作用在轮子的轴线上,力的作用效果使轮子平动,如果地面绝对光滑,轮子就在地面上滑动,和地面接触的点相对于地面有向前运动的趋势,所以如果地面粗糙,受到的摩擦力向后,而且由于力的方向不通过轴心,所以拉动轮子转动驱动轮的轴由于驱动齿轮结构,驱动时受力的作用效果是使轮子转动,和地面接触的点相对于地面有向后运动的趋势,如果地面绝对光滑,轮子就会在原地打滑,如果地面粗糙,受到的摩擦力是向前的。简单的说就像人的行走,奔跑用钉子鞋一样有向后“耙地”,所以受到的摩擦力向前。最好分析的时候准备地排车轱辘,玩具四驱车结合实验最好! baidu搜索的解释:自行车与汽车相类似,当后轮吃到动力--自行车是用脚蹬踏脚板,汽车是靠发动机传来的动力,使后轮向前进方向转动,它们的轮子在与地面的接触处,相对于地面的运动方向是向后的,这样一来,地面对车轮产生了一个阻碍车轮向后滑动的而方向向前的摩察力,正因为有了这个摩察力,才使得自行车也好,汽车也好能够前进,如果你把车子的后轮填高让它离开地面,你用再大的劲去蹬踏板,后轮转得再欢,车子也不会前进半步,所以后轮受到的方向向前的摩擦力其实质是驱动车子前进的动力;那么前轮的情况如何呢?设想把前轮,用刹车制动,即不让它转,这样由于车身前进,它将跟车身一起向前滑动,于是前轮跟地面的接触点相对地面有向前滑动的趋势,这样的话,地面对前轮产生了一个阻碍车轮向前滑动的方向向后的摩擦力,也正因为前轮受到方向向后的摩擦力,所以前轮才转动了起来。再有,一旦后轮的动力切除,后轮的情况变得跟前轮的情况一样,所受的摩擦力方向马上变成了向后,对这一点也应引起注意。当被问起自行车在运动过程中,前后两轮受到的摩擦力方向如何时,有同学回答说两轮方向一致,且都向前,因为前后两轮转动方向一致,所以地面给它们的摩擦力都向前。此话乍说觉得有道理,可实际分析起来却并非如此。 要弄清这个问题,首先要正确理解摩擦力的概念。摩擦力产生于相互接触的有相对运动的两个物体间,且阻碍物体的这种相对运动。要使车轮与地面产生相对运动,首先必须有力作用在车轮上,这个力即脚施于踏板的力。正是由于这个力作用才使后轮逆时针转动,此时后轮与地面间产生相对运动,而摩擦力就是阻碍这种运动的。因此,后轮受到的摩擦力向前。 那么,前轮的情况怎样呢?不难看出,前轮是受后轮驱动才有向前运动的趋势的,正因为如此,地面才给前轮向后的摩擦力,由此可见,两轮受到摩擦力方向不同, 人们将后轮称为主动轮,将前轮称为从动轮。当被问起自行车在运动过程中,前后两轮受到的摩擦力方向如何时,有同学回答说两轮方向一致,且都向前,因为前后两轮转动方向一致,所以地面给它们的摩擦力都向前。此话乍说觉得有道理,可实际分析起来却并非如此。 要弄清这个问题,首先要正确理解摩擦力的概念。摩擦力产生于相互接触的有相对运动的两个物体间,且阻碍物体的这种相对运动。要使车轮与地面产生相对运动,首先必须有力作用在车轮上,这个力即脚施于踏板的力。正是由于这个力作用才使后轮逆时针转动,此时后轮与地面间产生相对运动,而摩擦力就是阻碍这种运动的。因此,后轮受到的摩擦力向前。 那么,前轮的情况怎样呢?不难看出,前轮是受后轮驱动才有向前运动的趋势的,正因为如此,地面才给前轮向后的摩擦力,由此可见,两轮受到摩擦力方向不同, 人们将后轮称为主动轮,将前轮称为从动轮。 推车时,前后轮转动都是因为受到地面给它们施加的摩擦力的作用,即前后轮都有相对地面向前运动的趋势,所以地面对前轮的摩擦力和对后轮的摩擦力都向后。 骑车时,人通过链条给后轮一个力,使后轮转动,假设地面光滑,则后轮会向前加速转动,说明后轮有相对地面向后转动的趋势,所以地面对后轮的摩擦力向前。前轮转动是因为受到力的作用,假设地面光滑,前轮就不会转动,所以地面对前轮的摩擦力向后。 (判断摩擦力方向时,可以假设接触面光滑,这时物体的运动方向就是它的运动趋势方向 。随便问一句, 你是不是谷城一中的。
你是谷一中的/? 我刚还准备借借你的答案, 我也是谷一中的, 看来不行了。
用玻璃棒擦绸布就产生负电荷用橡胶棒擦皮制品就产生正电荷(不知有没有调换,只供参考)
写论文的时候 应该时刻关注论文的重心;写论文的时候,有时会觉得是不是这个也要加进去,那个也要放进去,觉得什么东西都有必要介绍一下,我们论文的重点一定是在自己的研究工作上,前面都是为了我们自己的研究工作做铺垫,点到即可,不需要全面展开介绍,如果觉得需要介绍的话,可以通过标注参考文献的方式,千万不要放错重心。
不同的物质的原子核束缚电子的能力不同,两种不同物质相互摩擦时,舒服力不弱的物质的部分电子回转移到束缚力强的另一个物质上,这样得到电子的物质因得多余电子而带负电,失去电子的物质因缺少电子而带正电。
任何两个物体磨擦,都可以起电。18世纪中期,美国科学家富兰克林经过分析和研究,认为有两种性质不同的电,叫做正电和负电。物体因磨擦而带的电,不是正电就是负电。科学上规定:与用丝绸磨擦过的玻璃棒所带的电相同的,叫做正电;与用毛皮磨擦过的橡胶棒带的电相同的,叫做负电。 磨擦起电只是一种现象。近代科学告诉我们:任何物体都是由原子构成的,而原子由带正电的原子核和带负电的电子所组成,电子绕着原子核运动。在通常情况下,原子核带的正电荷数跟核外电子带的负电荷数相等,原子不显电性,所以整个物体是中性的。原子核里正电荷数量很难改变,而核外电子却能摆脱原子核的束缚,转移到另一物体上,从而使核外电子带的负电荷数目改变。当物体失去电子时,它的电子带的负电荷总数比原子核的正电荷少,就显示出还正电;相反,本来是中性的物体,当得到电子时,它就显示出带负电。 两个物体互相磨擦时,其中必定有一个物体失去一些电子,另一个物体得到多余的电子。如用玻璃棒跟丝绸磨擦,玻璃棒的一些电子转移到丝绸上,玻璃奉因失去电子而带正电,丝绸因得到电子而带等负电。用橡胶棒跟毛皮磨擦,毛皮的一些电子转移到橡胶棒上,毛皮带正电,橡胶棒带着等量的负电。 同种材料磨擦起的原因。 利用一些容易起电的同种材料进行相互摩擦,两个摩擦表面就能够出现带电现象。通过进一步的实验表明:两个表面所带电荷为同性电荷,并且有的材料摩擦可以带同性正电荷,有的摩擦后可以带同性负电荷。在排除了外界的影响(如通过其它导体导走电荷等)之后,实验仍能得到相同的结果。 将介质表面污染考虑进去从而来解释此现象。 因为介质在未摩擦之前会在周围的环境中受到了一定程度的污染,污染的结果是介质和污染物之间因接触而产生了偶电层。摩擦会使一部分污染脱离介质表面,从而脱离部分的介质与污染之间的偶电层也随之分离使介质带上电荷。因为介质相同,且污染物也相同,这里偶电层也是相同的,故偶电层脱离时,介质上带上同种电荷。
一个物体在另一个物体表面运动时,在两个物体接触面会产生一种阻碍运动的力叫摩擦力.例如:日常生活中汽车在公路上行驶是靠汽车轮胎与地面的摩擦力向前行进的.摩擦通常分为滑动摩擦、滚动摩擦和静摩擦几种. 我们知道踢出去的足球会慢慢停下来,是由于受到摩擦力的作用.木匠在把木板磨光滑的工作中,是用砂纸在木板上靠砂纸和木板产生的摩擦力将木板打磨平滑的; 汽车发动机靠与皮带的摩擦力将动能传给发电机发电;人们洗手时双手摩擦把手上的灰尘洗掉;洗衣机洗衣时转动使衣服和水产生摩擦;吃东西时牙齿和食物发生摩擦;用拖把擦地;用布擦桌子;用板擦擦黑板都会产生摩擦力.在我们的生活中只要物体相互接触且有相对运动或有相对运动趋势都会产生摩擦力. 影响摩擦力大小的两个因素: 1.摩擦力的大小与接触面间的压力大小有关,接触面粗糙程度一定时,压力越大摩擦力越大.生活中我们有这样的常识,当自行车车胎气不足的时候,骑起来更费力一些. 2.摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关,压力一定时,接触面越粗糙,摩擦力越大. 如何增大摩擦力和减少摩擦力 1.物体的接解面越粗糙,摩擦力越大.比如鞋底和轮胎的花纹.汽车在路面行驶时,轮胎与粗糙的柏油路面接触,这样摩擦力就能增大.汽车行驶在雪、水的路面,摩擦力就会减小.所以雨、雪天就要注意安全. 2.减小接触面间的粗糙程度; 风扇转轴要做得很光滑.钟表加油可以减少摩擦力,使走时更准确.滑冰场上,工作人员经常打扫冰面使它平整,可减少摩擦,加快滑冰的速度. 拔河比赛比的是什么?很多人会说:当然是比哪一队的力气大喽!实际上,这个问题并不那么简单. 对拔河的两队进行受力分析就可以知道,只要所受的拉力小于与地面的最大静摩擦力,就不会被拉动.因此,增大与地面的摩擦力就成了胜负的关键.首先,穿上鞋底有凹凸花纹的鞋子,能够增大摩擦系数,使摩擦力增大;还有就是队员的体重越重,对地面的压力越大,摩擦力也会增大.大人和小孩拔河时,大人很容易获胜,关键就是由于大人的体重比小孩大. 另外,在拔河比赛中,胜负在很大程度上还取决于人们的技巧.比如,脚使劲蹬地,在短时间内可以对地面产生超过自己体重的压力.再如,人向后仰,借助对方的拉力来增大对地面的压力,等等.其目的都是尽量增大地面对脚底的摩擦力,以夺取比赛的胜利. 通过以上的学习观察总结出,摩擦力的大小取决两物体压力和表面的粗糙程度.
摩擦力的教具(滑动摩擦)研究物:长方木块f=uN现阶段:通过匀速运动,得到F拉=f 通过判断F拉来得到f大小(弹簧称,橡皮筋等) 通过同质量的物块,分别放在研究物块上,来改变N 通过把研究物块放在不同表面来说明u不同(接触面粗糙程度不同)(毛巾,玻璃,课桌)其他好解决,难点,如何保证匀速运动。
小车,木板,毛巾,弹簧秤
初中物理论文 通过初中的学习,我发现物理是一门很广阔的学科,它首先是拥有基本概念,然后到探究实验,最后应用到生活中,解释生活中的现象。下面有几个例子:例如, 一个物体在另一个物体表面运动时, 在两个物体接触面会产生一种阻碍运动的力叫摩擦力。例如:日常生活中汽车在公路上行驶是靠汽车轮胎与地面的摩擦力向前行进的。摩擦通常分为滑动摩擦、滚动摩擦和静摩擦几种。 我们知道踢出去的足球会慢慢停下来,是由于受到摩擦力的作用。木匠在把木板磨光滑的工作中,是用砂纸在木板上靠砂纸和木板产生的摩擦力将木板打磨平滑的; 汽车发动机靠与皮带的摩擦力将动能传给发电机发电;人们洗手时双手摩擦把手上的灰尘洗掉;洗衣机洗衣时转动使衣服和水产生摩擦;吃东西时牙齿和食物发生摩擦;用拖把擦地;用布擦桌子;用板擦擦黑板都会产生摩擦力。在我们的生活中只要物体相互接触且有相对运动或有相对运动趋势都会产生摩擦力。 影响摩擦力大小的两个因素: 1. 摩擦力的大小与接触面间的压力大小有关,接触面粗糙程度一定时,压力越大摩擦力越大。生活中我们有这样的常识,当自行车车胎气不足的时候,骑起来更费力一些。 2. 摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关,压力一定时,接触面越粗糙,摩擦力越大。 如何增大摩擦力和减少摩擦力: 1. 物体的接解面越粗糙,摩擦力越大。比如鞋底和轮胎的花纹。汽车在路面行驶时,轮胎与粗糙的柏油路面接触,这样摩擦力就能增大。汽车行驶在雪、水的路面,摩擦力就会减小。所以雨、雪天就要注意安全。 2. 减小接触面间的粗糙程度; 风扇转轴要做得很光滑。钟表加油可以减少摩擦力,使走时更准确。滑冰场上,工作人员经常打扫冰面使它平整,可减少摩擦,加快滑冰的速度。 拔河比赛比的是什么?很多人会说:当然是比哪一队的力气大喽!实际上,这个问题并不那么简单。 对拔河的两队进行受力分析就可以知道,只要所受的拉力小于与地面的最大静摩擦力,就不会被拉动。因此,增大与地面的摩擦力就成了胜负的关键。首先,穿上鞋底有凹凸花纹的鞋子,能够增大摩擦系数,使摩擦力增大;还有就是队员的体重越重,对地面的压力越大,摩擦力也会增大。大人和小孩拔河时,大人很容易获胜,关键就是由于大人的体重比小孩大。 另外,在拔河比赛中,胜负在很大程度上还取决于人们的技巧。比如,脚使劲蹬地,在短时间内可以对地面产生超过自己体重的压力。再如,人向后仰,借助对方的拉力来增大对地面的压力,等等。其目的都是尽量增大地面对脚底的摩擦力,以夺取比赛的胜利。 通过以上的学习观察总结出,摩擦力的大小取决两物体压力和表面的粗糙程度。 又例如,有关光的反射,光是通过平面镜或其他不规则物体改变光的传播路径实现的, 光反射原理和规律:参考书本详细说明 应用:汽车后视镜、太阳灶、遥控器、自行车后灯可以参考上面两个例子,再举例子。 这是我学习初中物理所总结出的经验 ,它可能也高中物理学习必不可少的环节。相信我在物理学能越学越好,越学越有兴趣。
摩擦是一种极为普遍的现象,摩擦在实际生活中的例子也很多,如抓住物体需要摩擦,皮带传动需要摩擦,铁钉固定在墙上也要靠摩擦等等。但摩擦也会给我们的日常生活带来麻烦。例如:机器开动时,滑动部件之间因摩擦而浪费动力,还会使机器的部件磨损,缩短寿命。我们有时希望地球上从来就没有摩擦力,但如果真的没有摩擦力,人们的生活又会发生什么样的变化呢? 首先,也是最基本的,我们无法行动,脚与地面没有了摩擦,人们简直寸步难行。自行车车轮与地面间光滑,怎么才能开动呢?汽车还没发动就打滑,要么就是车子开起来了就停不下来,没有阻碍它运动的力,就只能无限滑下去最后与其它车相撞造成一起又一起的交通事故。飞机无论是活塞发动机或者涡轮喷气发动机都无法启动。第二,我们无法拿起任何东西,我们能拿东西靠的就是摩擦力,摩擦力来自于物体本身的凹凸和我们手上的指纹,这下好,物体光滑,我们也没有了指纹,想拿东西却和它作用不上,只能干着急,不仅拿不起东西,拧盖子扭把手,一系列的力的作用都无法进行;生活处处困难重重。想写字却拿不起笔,笔又不能和纸产生摩擦写字,想吃饭碗筷却拿不住,筷子怎么也夹不住菜,想喝水又提不起杯子;想穿衣服却拿不起穿不上;想工作劳动,但任何工具都一次次从手上滑落……这样的话,人安会多么无助。如果没有了摩擦,那么以后我们就再也不能够欣赏美妙的用小提琴演奏的音乐等,因为弓和弦的摩擦产生振动才发出了声音。总之,假如没有摩擦的存在,那么人们的衣、食、住、行都很难解决。如果衣食住行、学习、生活、工作、劳动等所有方面人们都因拿不起东西这个小小的因素困扰,人们还怎么有最基本的生存,更别提发展了。有资料说,某国家已研制出所谓的“超润滑材料”,可将它用到军事上,一旦战争暴发,将这种超润滑材料洒到对方的公路上、铁路的铁轨上和飞机起飞的跑道上,使对方的战车、运兵车、火车无法运行,军用物资无法运送;飞机不能起飞,失去制空权……用以谋求战争的胜利,这种超润滑材料所起的作用还真有点战略意义呢!我们可能幻想过如果没有摩擦,干什么事情都将不会有阻力,可等我们真正到了没有摩擦力的世界,才感受到摩擦力的重要。摩擦力有利也有蔽,我们应该尽量减少那些有害摩擦,学会利用摩擦造福人类。
一个物体在另一个物体表面运动时, 在两个物体接触面会产生一种阻碍运动的力叫摩擦力。例如:日常生活中汽车在公路上行驶是靠汽车轮胎与地面的摩擦力向前行进的。摩擦通常分为滑动摩擦、滚动摩擦和静摩擦几种。
我们知道踢出去的足球会慢慢停下来,是由于受到摩擦力的作用。木匠在把木板磨光滑的工作中,是用砂纸在木板上靠砂纸和木板产生的摩擦力将木板打磨平滑的; 汽车发动机靠与皮带的摩擦力将动能传给发电机发电;人们洗手时双手摩擦把手上的灰尘洗掉;洗衣机洗衣时转动使衣服和水产生摩擦;吃东西时牙齿和食物发生摩擦;用拖把擦地;用布擦桌子;用板擦擦黑板都会产生摩擦力。在我们的生活中只要物体相互接触且有相对运动或有相对运动趋势都会产生摩擦力。
影响摩擦力大小的两个因素:
1. 摩擦力的大小与接触面间的压力大小有关,接触面粗糙程度一定时,压力越大摩擦力越大。生活中我们有这样的常识,当自行车车胎气不足的时候,骑起来更费力一些。
2. 摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关,压力一定时,接触面越粗糙,摩擦力越大。
如何增大摩擦力和减少摩擦力