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毕业论文天体物理题目

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毕业论文天体物理题目

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从物理学专业本科毕业论文所涉及的研究领域来看,又可以将其分为物理学理论、电子技术、计算机和应用物理四大类。A、物理学理论方向的毕业论文内容:力学、声学、数学物理、物理学与交叉学科、引力与天体物理、原子与分子和团簇物理、凝聚态物理、量子物理、场论与粒子物理、等离子体物理、光学、核物理、化学物理、统计物理、物理学史、综合等。B、电子技术:物理实验、电路的设计、传感器、C、计算机技术:多媒体技术、数据库等。D、应用物理:①材料科学:纳米材料技术、生物医学材料、薄膜材料以及新型高性能结构材料等;材料的先进合成、制造、加工的理论与新方法,材料组分、结构与性能的设计理论;结构、性能控制、材料的环境效应和寿命的评价理论;分子、纳米及微观尺度下的材料科学理论。②信息科学:高速信息网络体系结构与安全性的基础理论;微(纳)米电子学与分子电子学基础与半导体集成系统;光子、光电子集成与光子学基础;以感觉系统、神经系统、免疫系统以及系统生物学仿生和建模的生物信息系统。从分子层次着手设计的具有半导体、超导、吸氢、吸波、非线性光学等特殊功能的光、电、磁和力学纳米功能材料。③传感器技术。④测量与仪器。

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大学本科毕业论文标准格式×××××三号黑体)学 号:(××××××××三号黑体)指导教师:(××××××××三号黑体)专业:(××××××××三号黑体)年 级:(××××××××三号黑体)学 校:(××××××××三号黑体)摘要:摘要是论文内容不加注释和评论的简短陈述,应以第三人称陈述。它应具有独立性和自含性,即不阅读论文的全文,就能获得必要的信息。摘要的内容应包含与论文同等量的主要信息,供读者确定有无必要阅读全文,也供文摘等二次文献采用。摘要一般应说明研究工作目的、实验研究方法、结果和最终结论等,而重点是结果和结论。摘要中一般不用图、表、公式等,不用非公知公用的符号、术语和非法定的计量单位。摘要页置于封面页后。中文摘要一般为300汉字左右,用5号宋体,摘要应包括关键词。英文摘要是中文摘要的英文译文,英文摘要页置于中文摘要页之后。申请学位者必须有,不申请学位者可不使用英文摘要。关键词:关键词是为了文献标引工作从论文中选取出来用以表示全文主题内容信息款目的单词或术语。一般每篇论文应选取3~5个词作为关键词。关键词间用逗号分隔,最后一个词后不打标点符号。以显著的字符排在同种语言摘要的下方。如有可能,尽量用《汉语主题词表》等词表提供的规范词。目次页:目次页由论文的章、节、条、附录、题录等的序号、名称和页码组成,另起一页排在摘要页之后,章、节、小节分别以、等数字依次标出,也可不使用目次页5.主体部分格式:主体部分的编写格式由引言(绪论)开始,以结论结束。主体部分必须另页开始。序号毕业论文各章应有序号,序号用阿拉伯数字编码,层次格式为:1××××(三号黑体,居中) ××××××××××××××××××××××(内容用小四号宋体)。 ××××(小三号黑体,居左) ×××××××××××××××××××××(内容用小四号宋体)。 ××××(四号黑体,居左) ××××××××××××××××××××(内容用小四号宋体)。例子 原子核和强相互作用物质的相变[1]刘玉鑫,穆良柱,常雷1.北京大学物理系, 北京1008712.北京大学重离子物理教育部重点实验室,北京1008713.重离子加速器国家实验室理论核物理中心,兰州730000 摘要:简要回顾原子核和强相互作用物质的相结构及相变研究的现状。说明原子核和强相互作用物质的相结构和相变的研究是原子核物理、粒子物理、天体物理、宇宙学和统计物理等领域共同关心重要前沿领域,到目前为止已取得重大进展,但无论是具体实际问题还是研究方法等方面都需要系统深入的研究。关键词:原子核物理;强相互作用物质;相与相变 1 引言 100年前,爱因斯坦通过分析充满空腔的辐射系统的熵与充满空腔的气体系统的熵,提出电磁辐射由光量子组成[1,2],从而建立了光子的概念,吹响了引导人们探索微观世界的冲锋号。进一步的深入研究表明,组成物质世界的粒子可以分为强子和轻子两类,粒子间的相互作用可以分为引力作用、电磁作用、弱作用和强作用4类。参与强相互作用的粒子或具有强相互作用的系统统称为强相互作用物质(包括强子物质、夸克物质等)及其特殊形式——原子核(由有限个强子组成的系统),对原子核和强相互作用系统的相结构及相变的研究,对于认识强相互作用系统的相结构、相变,了解宇宙的起源和演化至关重要,并且可能是有限系统的统计物理的检验平台。因此,近年来关于原子核和强相互作用系统的相变的研究不仅是原子核物理、天体物理、宇宙学及粒子物理等领域研究的重要前沿课题,还引起了有限量子多体系统领域和统计物理学界的极大关注。本文简要介绍原子核及强相互作用系统的相及相变研究的现状。2 原子核的相及相变 原子核的单粒子运动与集体运动 原子核是有限数目的强子组成的束缚系统,其中的核子(质子和中子)自然具有单粒子运动,并建立壳模型成功的描述原子核的相应性质。实验上对原子核的能谱和电磁跃迁等的研究表明,原子核还具有整体运动,并建立了原子核具有形状和振动、转动等集体运动模式的概念。人们通常利用将核半径按球谐函数 展开来描述原子核的形状,并将相应的形变称为 极形变(如图1所示)。已经观测到和已经预言的原子核形状多种多样[3,4],比较重要的是四极形变,实验上已经观测到的最高极形变是16极形变[3,4]。按照壳模型和集体模型的观点, 幻数核多为球形, 而偏离满壳的核则为形变核,形变核可以细分为长椭球形、扁椭球形、三轴不对称形、梨形、香蕉形、纺锤形等。同时原子核还可能有形状共存现象。 图1 时原子核的 极形变的形状示意图(取自文献[3])Fig. 1 Sketch of the shape of a nucleus in -pole deformation with ( taken from Ref. [3] )近年来的研究表明,在较高激发能和较高角动量情况下,原子核的集体能谱消失,即出现带终结现象[5],这表明发生了由集体运动到单粒子运动的相变。 原子核的形状相变 原子核形状的研究一直是原子核结构理论中一个重要的问题,这是因为原子核形状与原子核组成成分及其两种运动形式--集体运动和单粒子运动、中子质子比、角动量、激发态能量和核环境的温度等都密切相关。例如,集体模型中计算单粒子运动时常用的变形平均势就和核形状有关,不同形状原子核的集体运动模式各不相同[6];同时原子核的形状由所有核子的空间分布决定,而且随集体运动模式的不同而变化[7]。另一方面,原子核的形状和一定的动力学对称性相联系[4],核形状变化与原子核的动力学对称性的破缺相联系。原子核的形状发生变化表明其状态和性质发生了变化,也就是发生了相变。因此,原子核的形状相结构和相变的研究是原子核结构研究的重要内容。由于形状共存可能是单粒子运动和集体运动较强耦合的结果[7],因此形状共存也是核形状研究中关注的焦点[8]。 早期对于原子核形状相变的研究大多集中在一系列同位素或同中子素的基态[4,9],基态核的形状相变普遍存在于各个质量区[3],近年来关于临界状态对称性和三相点的研究[10-16]以及对超重核的形变和形状共存的研究[17],极大地丰富了基态和形状相变的研究内容。另一方面,由于实验上g-射线探测器阵列技术的进步,使得我们不仅可以对原子核基态的形状进行研究,而且可以对激发态、尤其是高自旋态的核形状进行研究。激发态核的形变则更富含物理内容, 如超形变带、回弯现象、同核异能态等都和形变直接相关;2003年观测到的沿Yrast带出现的集体振动模式到定轴转动模式的变化表明低激发态中可能存在转动(或角动量)驱动的由球形(振动)到长椭球形(定轴转动)的形状相变[18]。 对于原子核基态形状的研究通常采用的理论模型有集体模型[6]、相互作用玻色子模型(IBM)[4]、Hartree-Fock-Bogoliubov(HFB)方法[19], 另外还可以使用热力学统计理论[20]。而对于原子核激发态的形状的研究则采用Landau相变理论[21]、有限温度推转HFB[22]、推转IBM[23]等。在这些方法中,集体模型有比较直观的几何图象,但是缺乏微观机制;而微观理论没有直接的几何图象。由于IBM既有较好的微观基础[24],又可以由相干态理论建立直观的几何图象[4],所以IBM理论在原子核的形状相变研究中得到了广泛的应用。早期利用IBM对原子核基态的形状相变的研究可以归纳为Casten三角形[4],近年来Iachello利用几何模型对原子核基态形状相变的研究将Casten三角形扩展到四面体[25],如图2所示。图中三个顶点对应IBM的U(5)、SU(3)、O(6)三种对称性极限,另一个顶点对应SU*(3)对称性(将SU(3)的生成元 中的 替换为 )。由相干态理论知,U(5)、SU(3)、SU*(3)、O(6)对称性分别对应球形、轴对称长椭球形变、轴对称扁椭球形变、g-不稳定形变[4]。并且,沿球形到g-不稳定形变的相变为二级相变,临界点附近的核态具有E(5)对称性[10];从球形区到长椭球形变区的相变为一级相变,临界点附近的核态具有X(5)对称性[11];还存在球形、长椭球形和g-不稳定形变三相共存的三相点[15,16]。此外,长椭球形变与扁椭球形变之间的临界点附近的核态具有O(6)对称性[12]、Y(5)对称性[13],也有人认为长椭球与扁椭球形状相变临界点附近的核态还可能具有Z(5)对称性[14]。理论上发现形状共存和各种临界点对称性之后,很快就在实验上找到了对应的原子核。如152Sm可能有形状共存现象[26], 与E(5)对称性对应的原子核有134Ba[27]、108Pd[28]、130Xe[29]等,与X(5)对称性对应的原子核有152Sm、154Gd、156Dy和其他N=90的同中子素链[30],与Y(5)对称性对应的原子核有166,168Er[31]等,与Z(5)对称性相对应的原子核有194Pt等[25]。同时,类似Iachello四面体的工作很快被推广到区分质子玻色子和中子玻色子的IBM-2[32],同样成功的找到了各种极限对称性之间的相变。 图2 扩展的IBM的对称性间的演化图(取自文献[25])Fig. 2 Extended sketch of the symmetries and their evolution in the IBM ( taken from Ref. [25] ) 对于角动量变化可能引起的原子核形状相变,早期的研究主要基于液滴模型[19]。近年来,人们开始利用Landau相变理论[21]、有限温度推转HFB理论[22]、推转IBM[23]、推转无规位相近似[33]以及IBM框架下考虑角动量投影的相干态方法[34,35]进行研究,结果表明即使是核的低激发态也可能存在各种形状之间的相变,并说明低激发能谱中出现振动到定轴转动的相变的机制可能是,随着角动量升高,振动逐渐减弱,转动逐渐加强,临界点以后成为很好的定轴转动。另一方面,直接从核子层次对原子核形状相变的研究也已取得进展[36]。3 强相互作用物质的相变 原子核的液气相变 早在20世纪30年代,根据实验观测到的原子核的性质,人们就对原子核的结构提出了费米气体模型和液滴模型。这说明在某些条件下,原子核呈液相,或者说其某些性质表现为液相的性质;而在另一些方面,原子核表现为气相。在这一层次上,所谓的“液相”和“气相”只是作为原子核的不同性质的唯象表述,根本没有关心这两种相之间的演化。到20世纪90年代中期,随着中高能核核碰撞研究的深入,人们研究了核核碰撞形成的系统的温度与其中核子的激发能之间的关系,最早的由德国GSI报告的结果[37]如图3所示,这一关系显然与通常物质处于液相、气相及其间相变中温度与单粒子平均能量间的关系相同,从而说明发生了液气相变。由于相变通常由热力学函数和状态方程出发进行研究,原子核的液气相变自然成为研究核物质状态方程、进而研究核天体状态及其演化的突破口。于是,美国Brookhaven国家实验室、Lawrence国家实验室、Michigan州立大学、德州农机学院、俄罗斯的Dubna、德国的GSI、法国的GANIL和LNS Saclay、意大利的del Sud国家实验室等国际大型实验室的核物理学家系统研究了中高能核核形成的系统的温度与单粒子激发能的关系、热容、高碎裂多重度、集体膨胀、有限尺寸及Fisher定律标度等[38~41],理论上发展了核玻尔兹曼方程[42]、有限系统费米子-分子动力学[43]、全反对称分子动力学[44]等方法、并利用渗渝理论[45]对这些系统进行研究,结果都表明,在一定的条件下,中高能核核碰撞形成的系统中都会出现液气相变,并说明该相变的机制是失稳分解。事实上,这些研究还都有待深化,尤其是相变的序参量、同位旋依赖性、相变的临界温度、对核天体的结构和演化的影响等都是目前研究关注的重要问题。图3 核核碰撞形成的系统的温度与单核子能量的关系(取自文献[37])Fig. 3 Relation between the temperature and the energy of single nucleon of the system formed in nucleus-nucleus collision (taken from Ref. [37]) 强相互作用物质的相变 强相互作用物质是由强子(包括重子和介子)组成的强子物质和由夸克、胶子组成的夸克物质的统称。因此,对强相互作用物质的组分、性质、相结构及相变的研究是当代原子核物理、粒子物理、天体物理和宇宙学等领域共同关注的重大课题。 我们已经知道,强子由夸克和胶子组成,并且可以形象地将之比喻为束缚有夸克和胶子的口袋,口袋内的夸克、胶子的相互作用与强相互作用真空内的作用之间的差异提供的袋常数常被用来描述束缚的强度。随着强子物质系统温度的升高,强子无规则运动的能量和其内部夸克、胶子无规则运动的能量都会升高,压强会增大;系统密度的增大也会引起压强增大,当系统的真空压不能平衡强子内部的压强时,强子将消失,夸克和胶子将成为夸克物质,也就是可以发生退禁闭相变。退禁闭形成的夸克物质可能以等离子体状态存在,从而形成夸克胶子等离子体(QGP)。另一方面,描述强相互作用的基本理论是量子色动力学(QCD),QCD具有渐近自由的性质(上述退禁闭相变正是渐近自由的结果和表现),并且零质量的费米子(夸克等)具有左旋和右旋的等价性,这种等价性称为手征对称性。然而,现实的强子世界处于低能区域,夸克是禁闭的、有质量的,并且不具有手征对称性。但当退禁闭相变发生以后,手征对称性可能恢复,从而发生手征恢复相变。再者,我们知道,由于电声作用的相互影响,声子可以为电子之间提供一个较弱的吸引力,从而形成电子库珀对,出现超导现象;由于夸克之间的特殊的相互作用道本来就是吸引的,因此夸克之间也可以形成夸克库珀对,由于夸克具有3种颜色,3种色混合或一种色与其反色混合形成无色的强子,但两个夸克形成的对却带有颜色,因此由夸克库珀对形成的凝聚状态称为色超导态[46]。根据色超导态的夸克库珀对的色味结构,色超导态具有两味色超导、色味锁定色超导等多种相(有时简单地统称之为色超导相)。目前的研究表明,强相互作用物质的相图如图4所示。图4 强相互作用物质相图(取自)Fig. 4 Phase diagram of strong interaction matter (taken from ) 由于QCD具有渐近自由的性质,因此,对于高能区的场和粒子性质,可以利用微扰QCD进行研究,并得到了很好的结果。但对于低能区域,QCD的求解问题尚没有解决,于是人们发展了QCD因子化和重求和(硬热圈展开和硬密圈展开)方法[47],并利用QCD的非微扰有效场论模型方法和唯象模型方法(Dyson-Schwinger方程、瞬子模型、整体色对称模型、手征模型、孤立子模型、夸克介子耦合模型、NJL模型、袋模型)[48~54]等对强相互作用物质进行理论研究。近年来,随着对基本原理的扩展和计算方法的发展,利用格点QCD对强相互作用物质的研究已有重大进展[55]。实验上,人们利用高能核核碰撞对强相互作用物质及其相变进行研究。目前,美国Brookhaven国家实验室的AGS和RHIC、欧洲核子中心的SPS等大型高能核核碰撞装置都已为强相互作用物质的研究作出了重大贡献,即将开始运行的欧洲核子中心的LHC和正在兴建的德国GSI的SIS将为强相互作用物质的研究揭开新的一页,我国在兰州兴建并即将运行的CSR装置也将为强相互作用物质的研究谱写新的篇章。尽管对强相互作用物质的相结构和相变的研究已取得丰硕成果,但仍有很多重大基本问题(例如手征对称性破缺和恢复的机制、过程和准确信号、费米子质量的起源、QGP的准确信号和鉴别、强子物质和夸克物质的状态方程,等等)需要研究。4 小结 综上所述,原子核和强相互作用物质的相结构和相变的研究是原子核物理、粒子物理、天体物理、宇宙学和统计物理等领域共同关心的重要前沿领域,尽管已取得重大进展,但无论是实际问题还是研究方法都需要系统深入的研究。 参考文献[1] EINSTAIN A. Ann. Phys[J]. 1905 (17): 132-148; G. N. Lewis, Nature [J]. 1926 (118): 874.[2] ZEILINGER A., WEIHS G., JENNEWEIN T., ASPELMEYER M., Nature[J]. 2005 (433): 230. [3] LUCAS R. Europhysics News[J] 2001(31).[4] IACHELLO F ,Arima A. The interacting boson model[M].Cambridge: Cambridge University Press, 1987.[5] AFANASJEV A V,FOSSAN D B, LANE G J, RAGNARSSON I., Phys. Rept[J]. 1999(322): 1.[6] BOHR A., MOTTELSON B. R. Nuclear Structure[M]( :W. A. Benjamin, 1975, 1-748.[7] GREINER W, MARUHN J. A. Nuclear Models[M] Berlin:Springer, 1996, 47-53.[8] HEYDE K, JOLIE J., FOSSION R., BAERDEMACKER S De, HELLEMANS V. Phys. Rev[J]. 2004( C 69): 054304.[9] CASTEN R. F. KUSNEZOV N. V..Phys. Rev. Lett[J]. 1999(82): 5000. Phase Transitions of Nucleus and Strong Interacting MatterLIU Yu-xin 1,2,3,MU Liang-zhu1,CHANG Lei1 1. Department of Physics, Peking University, Beijing 100871,China2. The Key Laboratory of Heavy Ion Physics at Peking University, Ministry of Education, Beijing 100871,China3. Center of Theoretical Nuclear Physics, National Laboratory of Heavy Ion Accelerator, Lanzhou 730000,ChinaAbstract: We review the status of the research on the phase structure and phase transitions of nucleus and strong interacting matter briefly. It shows that the related studies are the very active current frontier commonly interested by nuclear physics, particle physics, astrophysics, cosmology, statistical physics and other areas. A lot of significant progress has been made. However, not only concrete problems but also researching approaches need to be studied Words: nucleus, strongly interacting matter, phase and phase transition

半个世纪以来,学校从单一的师范学院逐步发展成综合类研究型大学。截至2013年,学校有本科专业85个,覆盖哲学、经济学、法学、教育学、文学、历史学、理学、工学、管理学、农学等11大学科门类。中国语言文学专业为教育部批准设立的国家文科基础学科人才培养和科学研究基地,古典文献专业为全国重点培养古典文献人才的四个基地之一。旅游会展经济与管理、教师教育、汉语言文学、影视传播、英语、应用化学和生物技术等是上海市本科教育高地建设项目。学校拥有博士后流动站7个,一级学科博士点6个,二级学科博士学位授予点42个,自设博士点2个。一级学科硕士点29个,二级学科硕士学位授予点154个,自设硕士点2个,另外还有专业学位硕士点10个。比较文学与世界文学是国家重点学科;学校还拥有14个上海市重点学科;3个上海市高校E-研究院;15个上海市教委重点学科;3个教育部人文社会科学重点研究基地;3个上海市普通高校人文社会科学重点研究基地;1个省部共建教育部重点实验室;2个上海市重点实验室和1个上海市教委重点实验室。学校有全日制本、专科学生23296人,研究生逾6000人,夜大学学生13707人。学校被列入“来华留学生中国政府奖学金院校”及上海市外国留学生预科基地。截至2011年11月,该校已与美国、加拿大、英国、爱尔兰、德国、法国、西班牙、波兰、丹麦、荷兰、比利时、芬兰、意大利、匈牙利、澳大利亚、新西兰、俄罗斯、博茨瓦纳、以色列、日本、韩国、新加坡、泰国、印度尼西亚、越南、智利、墨西哥以及中国香港、台湾、澳门等32个国家和地区的228个高校和组织建立了合作交流关系。学校在进一步与美国、日本、韩国的大学发展校际交流关系的同时,也同欧洲一些国家,如英国、德国、法国、芬兰等国的高校开展合作交流,并注重发展与世界一流大学的关系。哈佛大学与该校签订了联合培养研究生的合作协议,每年将选拔一批数理学院研究生前往哈佛大学学习,由双方导师共同指导研究生完成毕业论文,培养天体物理人才。此外该校与日本早稻田大学、澳大利亚悉尼大学签订了校际交流协议;与英国纽卡斯尔大学、美国弗吉尼亚大学建立了校际合作关系。

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空间天体物理学毕业论文

浩瀚的宇宙魅力无穷,它吸引着无数的科学志士为之求索探秘。千百年来,人们为了认识天体和宇宙的奥秘,不屈不挠地探求着。伟大的波兰天文学家哥白尼有一句名言:“人类的天职是勇于探索”,中国古代诗人屈原说过:“路漫漫,其修远兮,吾将上下而求索”,可见探索天文知识是人类永恒的科学主题。 天文学是人类运用所掌握的最新的物理学、化学、数学等知识以及最尖端的科学技术手段,对宇宙中的恒星、行星、星系以及其它像黑洞等天文现象进行专业研究的一门科学.它是一门集人类智慧之大成的综合系统。 天文学主要研究天体的分布、运动、位置、状态、结构、组成、性质及起源和演化。随着天文学的发展,人类的探测范围由目测的太阳、月球、天空中的星星到达了距地球约100亿光年的距离,根据尺度和规模,天文学的研究对象可以分为:行星层次,恒星层次以及整个宇宙。 天文学的一个重大课题是各类天体的起源和演化。天文学和其他学科一样,都随时同许多邻近科学互相借鉴,互相渗透。天文观测手段的每一次发展,又都给应用科学带来了有益的东西。 天文学的研究对于我们的生活有很大的实际意义,对于人类的自然观有很大的影响。古代的天文学家通过观测太阳、月球和其他一些天体及天象,确定了时间、方向和历法。这也是天体测量学的开端。如果从人类观测天体,记录天象算起,天文学的历史至少已经有5、6千年了。天文学在人类早期的文明史中,占有非常重要的地位。埃及的金字塔、欧洲的巨石阵都是很著名的史前天文遗址。哥白尼的日心说曾经使自然科学从神学中解放出来;康德和拉普拉斯关于太阳系起源的星云说,在十八世纪形而上学的自然观上打开了第一个缺口。 牛顿力学的出现,核能的发现等对人类文明起重要作用的事件都和天文研究有密切的联系。当前,对高能天体物理、致密星和宇宙演化的研究,能极大地推动现代科学的发展。对太阳和太阳系天体包括地球和人造卫星的研究在航天、测地、通讯导航等部门中都有许多应用。

已知水的密度,测其体积。

空间就是能量,能量就是物质,物质就是时间...没有什么都没有的空间,宇宙空间无穷大,宇宙能量无穷层,宇宙就一切,光速不是宇宙速度的上限,只是人类还没有认识到那种能量层次而已,但它确实存在,就在我们身边!还有,宇宙并不是由一个奇点爆开来的,而是由无穷层次的能量扭曲(假定的曲线玄)而成的,这些能量会相互作用形成一种规则之力,宇宙万物都遵行这个规则之力运行的!不同层次能量(或以“物质”的形态表现在我们眼前)会有不同的表现形式。当然能量层次是可以越迁的!我们可以凝聚我们可以直接或间接利用的能量(比如光能),假如我们无限制地凝聚光能,凝聚凝聚再凝聚,那么越迁能量层次终有时,当光能凝聚到一定程度,就会引爆深层次的能量形态越迁过来(总会有更加巨大的能量越迁到我们可以直接或间接可以利用的能量层次),这就是可以从所谓的“真空”中获取能量的能源机器啦!

为了纪念伟大的爱因斯坦发表改变世界的五篇论文一百周年,以及他逝世50周年,联合国大会在04年6月份一致通过决议把2005年定为“世界物理年”。 谈到物理学,首先要对物理学下一个定义。物理者,万物之理也。在英文中PHYSICS一词与PHYLOSOPHY(哲学)很相近,物理学最早被称为自然哲学,是哲学专门研究自然界的分支。这个概念最早可追溯到亚里士多德《物理学》一书,后来在牛顿的巨著《自然哲学的数学原理》给了物理学的诞生时一个比较准确的定义:用数学工具解决自然哲学问题,即用数学了解整个自然界的运动规律。中国古代采用“格物至知”一词来定义这门学科,即采用分析的方法研究物质获得知识,与中国古代哲学重视整体统一性而严重忽略事物细节和内部规律的做法大相径庭。 从诞生的那一天起,物理学就通过对自然界五花八门千变万化的各种现象内在本质的探索来帮助人类认识这个世界,从而能改造这个世界。既然物理学追求的是物质世界的一切运动规律,那么从广义上讲,一切自然科学都是物理学。这中说法毫不过分,自然科学本身就是人类为了认识这个世界而发展起来的方法和知识体系,自然科学的其他分支诸如化学,生命科学,宇宙学(天文),地球科学(地理)等等研究领域都是自然界的一部分或是一个知识层面,只有物理学研究的是整个自然界,大到浩瀚宇宙小到基本粒子。相比于其他学科定性概念居多研究深度有限而言,物理学深入探索整个自然界一切现象的本质规律,并尽可能地使其数学定量化,其他自然科学学科领域最基础最本质的运动规律和产生现象的原因都要靠物理学来回答,因此从广义上讲一切自然科学都是广义上的物理学。 然而这并不意味着其他自然科学学科可以简单地并入物理学成为他的一个分支,系统科学的出现表明,很多宏观概念还原到微观本质上的物理学规律以后是不能准确地反映这个概念的,因为在微观还原过程中层层近似并且忽略了在微观情况下可以忽略而组成宏观系统后影响较大不能忽略的那部分因素,因此还原论只是寻找本质,而本质并不代表一切。在化学和生物学等学科中很多概念都是复杂系统特有而对单个粒子意义不大的性质,诸如PH值、反应速率、生态系统等等。物理学本身也有很多这样的概念,例如温度本质上虽然是分子平均动能的体现,但在实际研究中后者显然不能替代前者。 于是我们通常所说的物理学便是狭义上的物理学。探讨中国物理学的现状,首先要知道世界物理学的现状,因为中国物理学一直落后于西方,它的现状和发展很基本上是由世界物理学现状及发展所决定的。国内将物理学列为一级学科,其下有理论物理,粒子物理及原子核物理,原子分子物理,凝聚态物理,光学,声学,等离子体物理,无线电物理八个二级学科。从研究目的和方法上可以把物理学分为理论物理,实验物理和应用物理三个领域。其中粒子物理和原子核物理以及原子分子物理两个二级学科主要属于实验物理方面,而后五个二级学科大多研究方向以应用为主,可划归到应用物理领域。 理论物理本身可分为基础理论研究和应用理论研究两大部分,公众往往把这个小小的基础理论研究部分误认为是物理学本身了,这是因为从古到今成就物理学界耳熟能详的大师级人物基本都来自这个领域。基础理论研究就是一步一步深入探索寻找自然界最深层次的统一规律,它是整个物理学最前沿的最神秘也是最挑战人类智力的部分,其成果也是物理学最核心最辉煌的,这些成果包括历史上的牛顿力学,麦克斯韦电磁理论,到二十世纪初的相对论和量子力学以及目前的量子场论和超弦,现在研究基础理论的学者们都是在做量子场论(既结合了相对论之后更深入的量子理论)及在场论基础上发展起来的超弦假说。 大三时教我热统的老师曾说搞基础理论研究一般只有两个结果:一是是零,即成为后人成功的铺路石而终生默默无闻;另一个是无穷大,既成为诸如爱因斯坦、狄拉克、费曼、温博格或威藤等等那样的大师级人物。而能成为后者的毕竟是少数幸运天才,因此不但研究理论物理的人是所有研究物理的人中很少的一部分(小于5%,在中国应该更少),搞基础理论的人在研究理论物理的人中也只是少部分,剩下的一大半做的是应用理论研究,这其中包括凝聚态理论,量子光学,原子分子理论等等,它们大多采用现成的量子理论来解释各自领域的内在物理机制,与基础理论研究最大的区别是它们停留在原子(确切地说是核外电子)的层面上采用现有的量子理论解决问题,而对更深入的粒子本质不做探讨。由于应用理论研究很大程度上是对现有基础理论的复杂应用,于是它的研究方式不可避免地引入大量计算,甚至有人将计算物理看做物理学的又一分支。 谈完理论物理,下面说一说实验物理和应用物理。其实这两个领域并没有明显的界限,区别只是实验出的结果应用程度大小的问题。本文所说的实验物理主要是指高能物理(即粒子物理),他的实验目的不是以应用而是以验证基础理论是否正确为主,并希望通过高能实验的某些新现象来促进基础理论的发展,这个领域最重要也是最独特实验仪器便是“加速器”。建造加速器需要国家政府投入大量的财力物力而且在经济上很难得到回报,因此世界上除几个大国外其他国家都对它望而却步。由于加速器更新改进的财政困难使得国际粒子物理学研究陷入一个瓶颈,中国自然也不例外。这样客观上导致了中国研究高能物理的人与研究理论物理的人一道成为物理学界为数很少的小团体。 谈到这里我不得不提出一个事实,那就是搞物理的人绝大多数是在研究应用物理,即研究领域与人类生活密切相关,比较容易其将成果转化为应用技术的领域。在研究的过程中运用应用理论研究的成果来解决人类需要,并能反过来推动应用理论发展。 凝聚态物理是现在物理学最大的分支领域,所谓凝聚态是指物质固态和液态的统称。在地球上与人类生活密切相关的物质除了阳光和空气其余都是以凝聚态的形式存在,这足以看出研究凝聚态物理对人类的重要性。凝聚态物理最早的重大成就是半导体的发现及应用,它最后产生的社会价值想必不用我多说了,您只需看一眼身边这台电脑变见分晓。凝聚态物理最近有两个大名鼎鼎的热门方向,一个是“超导”,另一个是“纳米”,传媒上关于它们已经有很多的介绍,我就不再重复。其他领域诸如软物质,准晶体,磁学等等很可能酝酿着下一个重大的突破。可以肯定的是,作为物理学最大的分支方向,它已经逐渐发展为整个物理学的主干和中心,超过半数研究物理的人在这个领域辛勤地工作着为人类造福。 前面说过原子分子物理目前主要停留在实验物理学阶段,单个原子对人类的意义虽然没有多个原子形成的凝聚态物质重要,但既然一切物质除光以外都是由原子所构成。这个领域麻雀虽小却是五脏俱全,它与物理学乃至整个自然科学各个分支学科都有非常紧密的联系,而这些交叉领域恰恰是其最重要的应用领域。研究化学反应化合物本质的量子化学实质上就是分子物理学,研究DNA大分子的分子生物学实质上也是分子物理学的一个研究领域。由此可见这个学科的发展义对其他的自然科学学科有多么重大的意义。 光也许是世界上最神奇的东西了,难怪古希伯莱人认为上帝先创造了光然后创造的万物。通常人们爱把所有物质分为狭义的由原子分子组成的“物质”,以及由光子作为载体的“能量”。毫不夸张地说物质世界一切能量传递的过程都是靠传递光子完成的(如果广义相对论和量子场论标准模型正确的话)。例如声光电热磁,声音和热量本质上可还原为电磁相互作用,而电磁相互作用本质上就是靠电荷吸收辐射光子来完成的(QED)。因为光是一切能量的载体,量子力学中的“量子”实际上指的就是光量子,即光子。光速是一切速度的极限,光子可以转化为正反粒子对,也许对光的本质的研究会直接触及物质世界最深层次的奥秘。 然而光学的发展却完全偏离探索光本性的方向,光学目前是物理学最接近应用领域的一个分支,因为它的应用性太强了,在实际应用中即可成为能量的载体也可成为信息的载体。激光的发现重要性丝毫不亚于半导体,它使得光学发展为仅次于凝聚态物理的物理学第二大分支,并且目前比凝聚态物理更接近实际应用。这个分支的基础部分自然还是划归于物理学,但其应用研究部分很可能会继电子之后成为一门从物理学独立出去的学科。 其它的应用方向都是物理学比较小的分支,对于声学的情况我不是很了解,所以不敢枉加评论,但可以肯定的是它的研究领域集中在经典宏观领域,其学科特点更像是工科,声音对人类的重要性决定着这门学科的重要性。 等离子体是气体在极高温状态下形成的一种电离态,它跟原子分子物理联系的最为密切。虽然浩瀚宇宙中到处弥漫着等离子体构成的恒星,但由于在地球上很少出现所以对它的研究长期不受重视,直到受控核聚变的研究采用了激光约束等离子体的办法才使对等离子的研究有了十分重要的意义,一旦受控核聚变应用成功将一劳永逸解决人类能源问题。 谈到核聚变就要说说核物理了,核物理的核子(质子,中子)探索部分属于前面讲过的高能物理范畴,但它的应用部分对人类的影响却是更加深远。原子弹和氢弹的发明对人类是福是祸也许只有若干个世纪以后才会有最后的答案。除了巨大的能量之外,核物理的其他一些成果例如核磁共振以及中子散射等的应用对人类贡献也是十分重要的。 欧美国家习惯上都把天文学(宇宙学)纳入物理学的范畴,二十世纪在天文学领域有重大发现的几个人都获得了诺贝尔物理学奖。爱因斯坦的广义相对论巨大成就使得天体物理在理论上很难有新的东西出现,只有那神秘的黑洞一直激发着霍金等大师的无尽创造力。这个方向越来越像高能物理,成了一门观察实验物理学,一个深入最微观领域,一个畅游于最宏观的宇宙,他们源源不断地给基础理论物理学家提供数据,共同寻求着万物一理的统一答案。宇宙学最近由于暗物质和暗能量的出现激发着基础理论的大师们酝酿着一个新的突破。 以上简要介绍了现今物理学的现状及发展方向,希望能够消除读者对物理学的误解。物理专业的学生并不是出来都要像爱因斯坦一样从事世界最本质规律的探索,也不是都要像建国后老一辈物理家那样去大西北研究核武器。前面已经说过从事基础理论研究和从事核物理研究的人只是在物理专业的人中很少很少的一部分,大多数人都从事着凝聚态物理和光学这样与人类生产生活密切相关的领域做应用研究,现代物理学的主干和重心恰恰就是这些应用领域,整个世界都是如此。 国内的物理系一般把本科专业分为三个,即物理学,应用物理学,光信息科学技术。光信息专业自然是光学方向;应用物理学主要研究偏向工科的微电子,声学,微波无线电等方向,剩下的物理学专业俗称大物理今后主要研究方向是凝聚态物理学,少量会研究原子分子物理学以及相关的物理化学,其中每年只有很少几个人会选择理论物理或者高能物理核物理方向。 从广义上说物理学可泛指所有自然科学,从狭义上说物理学研究物质世界最基本最深入最普遍的东西,当其在某个层面知识领域发展出比较完善的理论基础以后,这个理论所发挥作用的领域便成为完全以应用为主的科学进而形成一门技术学科(工科)。例如:经典力学体系的完善产生了机械等专业;热力学的理论体系完善产生了热能等专业;麦克斯韦方程组的完善产生了电力、无线电、通讯工程等学科;半导体能带理论的完善产生了电子科学技术专业。那么从物理学中诞生出来下一个这样的学科将会是什么?毫无疑问将是光学,从光学理论基础来看,几何光学加上麦克斯韦方程组连同非线性光学的理论虽然远不足以解释光的本性,但对应用来说基本已足够,目前国家已经把光学工程列为一级学科正好说明了这个趋势。也许在不远的将来,凝聚态物理学的理论和实验趋于完善之时,它很可能也会独立成为一门应用技术学科,那么留给物理学的的仅剩下原子尺度及以下领域的探索了,研究物理学的人也许会变少,但这并不代表物理学会枯萎。物理学是自然科学之母,它的成果早已遍地开花深入到每一门学科的领域,并且一次次诞生新的学科来实现人类认识自然,改造自然的愿望。 如果看我帖子的人中,有今后有志于进入大学物理专业学习的高中生的话,我的奉劝是学物理是一个比想像中困难得多的过程,除了专业上四大力学等高深理论需要花费大量时间去理解外,在生活中真正想融入这个专业也要耐的住寂寞。一般国内高校较知名的物理系除了个别师范院校外,大多男女生比例高打7:1到8:1。当然我希望更多的优秀高中毕业生投入到这个专业中来,因为前面已经说过,学物理的人只有极少数在搞高深的基础理论和恐怖的高能实验,大多数人在研究凝聚态和光学等倾向于应用的方向,如今交叉学科领域成果层出不穷,很多地方都是无人开采的金矿。而具备雄厚物理理论基础并从事应用方向研究的人在这些领域最容易做出成果,成就自己的事业。顺便提一句,研究物理只会让你的理性思维变得更强,并不会对你感性的一面构成明显伤害,由于国内多年片面的宣传使得物理学家们有了一种被神化同时又被妖魔化的感觉。其实物理学家也是人,有着正常人的喜怒哀乐爱恨情仇,有着正常人的一切人性特点,他们是最正常不过的人,只是由于社会分工的不同使他们走上了探索大自然奥秘来改善人类生活的道路。杨振宁82岁高龄同样可以娶28岁的妻子新闻正好说明了这一点。 对于高中正在进行中学物理学习的学生,我想告诉你们一个事实,那就是大学物理和中学物理基本上完全是两回事,中学物理学的好坏可能对你在大学普通物理(理工科任何专业都要学的物理基础课)力学部分的课程稍微有一点影响,但对于物理学专业来讲,中学物理的内容可以近似为零忽略不计。如果某位同学因为看了“第一推动丛书”等优秀的科普读物,或者因为其他原因从而喜欢上探索自然奥秘的基础理论物理的话,如果你仍然对它有或一样的激情,那么我奉劝你选择物理专业。即使因为4年的专业学习觉得大自然远远比你想像的神秘从而放弃基础理论转向应用研究方向的话(绝大多数物理专业学生最终会这样),你毕竟对自然界的规律和各种现象产生的原因有了比别人更深的理解。可是现实中往往是一些没有或很少有物理专业背景的人却对探索自然奥秘有着火一样的热情,这样的结果导致这些人成了物理学的民科(民间科学家),使得各个论坛科学版上类似于“驳倒相对论,我超越爱因斯坦了……我发现了惊世定律……”等等等等民科的垃圾文章层出不穷。当然我不是反对民科,他们也许可能在一些应用技术方面能有少许的创新和贡献,这些人都是在表面上认识了几个理论物理的词汇却根本不明白它的含义,然后通过整天的胡思乱想用他们编造出了毫无用处离物理学研究十万八千里的一堆“原理”、“定律”甚至还有出版社为之出书,这些人不但浪费是在浪费自己的时间,也是在浪费读者的饿时间,从这上面来看中国的科普工作还任重道远,而物理专业的人才对自然的认识比其它专业要深刻得多使他们更能胜任这一角色。

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指导物理类本科生毕业设计的一些尝试 郭立平刘传胜 (武汉大学物理科学与技术学院,湖北武汉430072) [摘要] 介绍了笔者在指导物理类大学本科生进行毕业设计工作中的一些思考和尝试。针对不同学生的毕业去向和个人兴趣,结合笔者的科研需要,提出毕业设计题目、研究目标和应当完成的基本任务。将毕业设计内容与毕业后继续攻读研究生学位相结合、与出国留学相结合、与参加工作的职业性质相结合,尽可能使学生获得基本的科研和技术训练,为毕业后尽快向所从事工作的顺利过渡打下基础。 [关键词] 毕业设计;学术研究;研究生学位;出国留学;职业发展 [中图分类号] [文献标识码] A [文章编号] 1005-4634 (2012) 06-0049-03 0 引言 作为大学教学的最后一个综合性环节,毕业设计是学生极为重要的一个学习和训练过程。毕业设计的目的是培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力。对理工科学生而言,提高毕业设计的质量,是学生提高技术能力并获取初步科研能力的一个重要环节。不同的学生未来所面临的实际问题可能差别很大。据统计,近五年来,武汉大学物理科学与技术学院物理类专业的本科生毕业后约65%继续攻读研究生学位,20%的学生出国留学,其他学生参加工作。对这些毕业后不同去向的学生,在毕业设计阶段尽可能进行一些有针对性的科研和技术训练,对于学生毕业后尽快向工作过渡是很有意义的。笔者在2008年至2012年期间共指导了23名物理系本科毕业生作毕业设计,题目全部来自于所承担的科研项目,要求学生参加科研项目的某个部分或者环节。本文介绍了笔者在指导物理专业本科生进行毕业设计方面的一些思索、尝试和效果。 1 毕业设计内容与出国留学相结合 在笔者指导的本科生中,先后有多人被国外高校录取为研究生继续深造,如2009届学生徐水钢被香港科技大学录取,2012届学生周明亮被美国石溪大学录取。相对而言,国内高校的本科生在理论知识的学习上比较系统、深入,而动手能力的培养则比较薄弱;对传统知识的掌握比较牢固,而对学科前沿的最新动态则了解不多,专业知识面和学科视野不够宽广。对于这些即将出国深造的学生而言,国外的课程学习并不困难,比较困难的是研究能力的欠缺,因此尽快过渡并适应国外高校的研究工作显得比较迫切。在指导这些本科生毕业设计时,特别注意对文献调研能力和动手能力的锻炼。 在文献调研方面,要求学生做系统深入的国内外文献检索,完成对被国际权威数据库SCI和EI收录的英文论文的检索,特别是对本学科国际和国内主要专业期刊和国际顶级权威期刊的论文检索,获得所研究课题的最新文献和最权威文献,以及发展过程中的关键文献和早期的基础文献。在充分掌握文献的基础上,先阅读中文文献,后阅读英文文献,并在组内做文献阅读报告,进行文献讨论,帮助学生理解文献内容。在此基础上,撰写调研报告,并在组内做文献综述报告。通过完整的文献调研、大量的文献阅读、深入的文献讨论和系统的文献综述,学生不仅极大地开拓了视野,更重要的是大大提高了获取知识的能力,为日后快速适应国外研究生生活打下良好基础。 例如,2012届学生周明亮同学的毕业设计题目是《武汉大学离子枪一电镜联机装置》,所研究的装置是我国唯一的一台,目前国际上正在运行的类似装置总共只有不到十台。这种装置可以在离子辐照注入现场原位研究材料的微观结构变化过程,是研究离子束与物质相互的极富特色的稀有设备。该同学不仅对国际上现有装置进行了全面调研,而且调研了自1961年Pashley和Pre sland国际上首次报道利用80 kV透射电子显微镜原位观察Au的电子束辐照损伤以来至今50年来的全部类似装置。通过对该类装置发展历程的完整调研,对该类装置的技术特点、关键技术、技术难点、主要应用和未来发展趋势有了全面深入的了解,并提高了文献调研、阅读和综述能力。 对于动手能力的培养,往往有一个误区,就是培养学生仪器设备的操作能力。笔者认为,只会操作是不够的,而是更加强调对设备的结构、部件的加工、功能的改进、故障的排除等多方面的锻炼。例如,给周明亮同学的毕业设计任务是绘制工图、改进真空、调节离子光路、测量离子束流。首先要求该生对装置进行工程制图,这对一个从未接触过工程制图的学物理的学生来说有一定难度,但他去美国攻读研究生的研究方向会经常涉及制图问题。(毕业设计 )由于了解工程制图对其未来研究工作的重要性,该生积极自学,在1个月时间内就掌握了基本的电脑制图技术,并绘制了满足基本要求的图纸,包括该装置的主要部件:离子源、聚焦透镜、双偏转板、四刀狭缝、光阑、离子束与电镜接口和真空接口的图纸,以及按离子光路传输的实际几何布局进行组装的完整装置图纸。在绘制图纸过程中,利用装置出现故障的机会,拆开了装置并测量其中各部件的尺寸。通过这一过程,该生既培养了绘图能力,又对装置的原理有了更直观的理解,并为后面的装置改进和调试打下了基础。例如,加工并改进了聚焦器与偏转器之间的过渡板,提高了装置的真空度;用激光准直完成了离子传输光路的调整。在测束流时发现聚焦高压加不上去,出现打火现象,高压摇表测试发现聚焦透镜的中间圆筒与地之间电阻很低,于是判断中间圆筒出现故障,取下后发现果然是圆筒被击穿,处理后恢复正常。通过参与束流测试工作,获得满意的测量结果。通过这些绘图、加工、改进、反复拆装、多次测量、故障排除、反复调试等过程,在使学生能力得到锻炼的同时,也对实际科研中的物理实验研究所需要的'细致、坚持、创新等必备品质有了真切的体会。 2 毕业设计内容与攻读国内研究生学位相结合 在笔者所指导的本科毕业生中,有的学生考上或被保送到国内高校或研究单位攻读研究生学位,包括在笔者的指导下攻读博士学位和硕士学位。对于这样的学生,笔者将其毕业设计的研究内容与即将开始攻读研究生学位期间的研究内容紧密衔接起来,以利于学生尽快进入研究生阶段的学习。实际上,由于研究生一年级学位课程学习任务很重,很难有时间从事研究工作,大多数学生是在研究生二年级才开始真正有时间投入到科研中。因此,从大学四年级上学期修完本科学分到研究生二年级,留下了一年半的空档期。但是,如果在毕业设计期间能受到良好的科研训练,那么就有可能在读研究生一年级时在课程学习的同时就能进行一部分研究工作。按照这个思路对准备继续攻读研究生学位的本科毕业生进行比较深入的科研训练,取得了较好效果。例如,2008届本科毕业生李铁成考上了笔者的博士研究生,博士论文的研究方向是核技术在材料科学中的应用,包括同步辐射和离子注入技术。为此,布置给该生的本科毕业设计题目是《Si1-xMnx稀磁半导体的同步辐射研究》,任务是应用同步辐射X射线精细结构谱学(XAFS)对过渡金属Mn离子参杂硅所制备的磁性半导体进行局域结构分析。其学术背景是,稀磁半导体同时兼有铁磁性和半导体性质,是未来自旋电子学的关键材料,在材料如硅单晶中注入峰值浓度约1%的Mn即可产生铁磁性,因此掺入的少量Mn原子对磁性的产生起着决定性作用。与所有其他物理性质一样,此磁性的产生也起源于其结构的变化,因此,研究Mn原子周围的局域结构,对于了解铁磁性的产生机理可以提供关键的信息,而XAFS方法则是研究局域结构的独特技术。该生在本科专业课学习期间曾系统地学习过XAFS方法,但没有用该方法研究过实际问题。毕业设计期间,通过在磁性半导体中的实际应用,学习并熟练掌握了XAFS数据处理方法和软件,并通过对实际数据的处理和分析,不但获得了多个样品的掺杂原子局域结构结果,合理解释了其磁性的微观结构起源,而且加深了对这种特色实验方法的理解。进入研究生学习后,立即先后赴上海光源和北京同步辐射装置做XAFS实验测量,进一步熟悉了实验技术,并获取了新的实验数据。该生将本科论文和研究生期间补充的工作进行总结后,在国际专业期刊《Vacuum》上发表SCI论文一篇,顺利实现了本科毕业设计与研究生阶段研究工作的有机衔接。 3 毕业设计内容与参加工作相结合 笔者指导的毕业生中有一部分直接参加工作,他们毕业的主要去向是企业类用人单位,将主要从事与生产实际相结合的技术工作,而不是实验室里的基础研究。对这部分学生,如何使其尽快从大学课程学习过渡到实际工作,也是值得思考的问题。笔者在指导其进行毕业设计时,根据其毕业后实际的工作性质,有针对性地安排毕业设计内容和任务。同时,作为综合性大学的物理系学生,最基本的科研训练也是不可缺少的。例如,2008届毕业生周国芹同学毕业后将去华为公司从事软件开发,笔者给他的毕业设计题目是《低活化钢的穆斯堡尔谱学研究》,主要任务是应用专业软件MOSFUN和MBT对穆斯堡尔谱进行拟合分析。同时,要求完成厚度小于30微米的样品制备、穆斯堡尔谱测量和拟合结果的物理分析。该同学通过毕业设计掌握了穆斯堡尔谱的数据处理方法和专业软件的使用,对软件所采取的算法也有了比较深入的了解,这种训练对于其日后从事软件开发是有益的。 4 结束语 本文介绍了笔者在指导物理系本科生毕业论文方面的一些思考和尝试。主要是根据学生毕业后的去向有针对性地布置内容和任务,提高学生的文献调研能力、动手能力、数据处理能力、分析能力和科研论文写作能力,为尽快向毕业后工作的顺利过渡打下基础。通过毕业设计,有本科生作为第一作者在国际专业期刊上发表了SCI论文,有本科生作为第一作者获得了授权的实用新型专利,表明这些尝试获得了良好的效果。对于本科毕业生而言,虽然毕业设计只有短短的三个多月的时间,只占四年的大学学习时间的一小部分,然而却是大学学习的收官之作,是进行一些最基本的科研和技术训练的良机,值得不断地思考、探索和改进,为提高学生的科学和技术素质把好最后一关。

电气自动化在智能建筑中的应用摘要][关键词]随着我国国民经济的迅猛发展,高档智能化建筑已成为当今建筑的主流。文章就电气自动化在智能建筑中的应用谈一下自己的观点。电气自动化智能建筑接地一、TN-S系统二、TN-C-S系统三、交流工作接地四、安全保护接地五、屏蔽接地与防静电接地六、直流接地七、防雷接地八、结束语TN-S系统是把中性线N和保护接地线PE严格分开的低压配电系统,是一个三相四线加PE线的接地系统。中性线N与保护接地线PE除在变压器中性点共同接地外,两线不再有任何的电气连接。系统正常运行时,中性线N带电,而PE线不带电。该接地系统具备安全可靠的基准电位,PE线不允许断线,对地没有电压,故设备金属外壳接在PE线上安全、可靠。因此,TN-S系统可作为智能建筑的电气接线系统。在智能建筑里,单相用电设备较多,单相负荷比重较大,三相负荷通常是不平衡的,因此在中性线N中带有随机电流。另外,由于大量采用荧光灯照明,其所产生的三次谐波叠加在N线上,加大了N线上的电流量,如果将N线接到设备外壳上,会造成电击或火灾事故;如果在TN-S系统中将N线与PE线连在一起再接到设备外壳上,那么危险更大,凡是接到PE线上的设备,外壳均带电;会增加电击事故的范围;如果将N线、PE线、直流接地线均接在一起除会发生上述的危险外,电子设备将会受到干扰而无法工作。因此智能建筑应设置电子设备的直流接地,交流工作接地,安全保护接地及普通建筑也应具备的防雷保护接地。此外,由于智能建筑内多设有具有防静电要求的程控交换机房、计算机房、消防及火灾报警监控室以及大量易受电磁波干扰的精密电子仪器设备,所以在智能楼宇的设计和施工中,还应考虑防静电接地和屏蔽接地的要求。TN-C-S系统由两个接地系统组成,第一部分是TN-C系统,第二部分是TN-S系统,分界面在N线与PE线的连接点。该系统一般用在建筑物的供电由区域变电所引来的场所,进户之前采用TN-C系统,进户处做重复接地,进户后变成TN-S系统。TN-S接地系统明显提高了人及物的安全性。同时只要我们采取接地引线,各自都从接地体一点引出,及选择正确的接地电阻值使电子设备共同获得一个等电位基准点等措施,因此TN-C-S系统可以作为智能型建筑物的一种接地系统。工作接地主要指的是变压器中性点或中性线(N线)接地。N线必须用铜芯绝缘线。在配电中存在辅助等电位接线端子,等电位接线端子一般均在箱柜内。必须注意,该接线端子不能外露;不能与其它接地系统,如直流接地,屏蔽接地,防静电接地等混接;也不能与PE线连接。在高压系统里,采用中性点接地方式可使接地继电保护准确动作并消除单相电弧接地过电压。中性点接地可以防止零序电压偏移,保持三相电压基本平衡,这对于低压系统很有意义,可以方便使用单相电源。安全保护接地就是将电气设备不带电的金属部分与接地体之间作良好的金属连接。即将大楼内的用电设备以及设备附近的一些金属构件,用PE线连接起来,但严禁将PE线与N线连接。在现代建筑内,要求安全保护接地的设备非常多,有强电设备,弱电设备,以及一些非带电导电设备与构件,均必须采取安全保护接地措施。当没有做安全保护接地的电气设备的绝缘损坏时,其外壳有可能带电。如果人体触及此电气设备的外壳就可能被电击伤或造成生命危险。我们知道:在一个并联电路中,通过每条支路的电流值与电阻的大小成反比,即,接地电阻越小,流经人体的电流越小,通常人体电阻要比接地电阻大数百倍,经过人体的电流也比流过接地体的电流小数百倍。当接地电阻极小时,流过人体的电流几乎等于零。实际上,由于接地电阻很小,接地短路电流流过时所产生的压降很小,所以设备外壳对大地的电压是不高的。人站在大地上去碰触设备的外壳时,人体所承受的电压很低,不会有危险。加装保护接地装置并且降低它的接地电阻,不仅是保障智能建筑电气系统安全,有效运行的有效措施,也是保障非智能建筑内设备及人身安全的必要手段。在现代建筑中,屏蔽及其正确接地是防止电磁干扰的最佳保护方法。可将设备外壳与PE线连接;导线的屏蔽接地要求屏蔽管路两端与PE线可靠连接;室内屏蔽也应多点与PE线可靠连接。防静电干扰也很重要。在洁净、干燥的房间内,人的走步、移动设备,各自磨擦均会产生大量静电。例如在相对湿度10~20%的环境中人的走步可以积聚万伏的静电电压,如果没有良好的接地,不仅仅会产生对电子设备的干扰,甚至会将设备芯片击坏。将带静电物体或有可能产生静电的物体(非绝缘体)通过导静电体与大地构成电气回路的接地叫防静电接地。防静电接地要求在洁静干燥环境中,所有设备外壳及室内(包括地坪)设施必须均与PE线多点可靠连接。智能建筑的接地装置的接地电阻越小越好,独立的防雷保护接地电阻应≤10Ω;独立的安全保护接地电阻应≤4Ω;独立的交流工作接地电阻应≤4Ω;独立的直流工作接地电阻应≤4Ω;防静电接地电阻一般要求≤100Ω。在一幢智能化楼宇内,包含有大量的计算机、通讯设备和带有电脑的大楼自动化设备。在这些电子设备在进行输入信息、传输信息、转换能量、放大信号、逻辑动作及输出信息等一系列过程中都是通过微电位或微电流快速进行,且设备之间常要通过互联网络进行工作。因此为了使其准确性高,稳定性好,除了需有一个稳定的供电电源外,还必须具备一个稳定的基准电位。可采用较大截面的绝缘铜芯线作为引线,一端直接与基准电位连接,另一端供电子设备直流接地。该引线不宜与PE线连接,严禁与N线连接。智能化楼宇内有大量的电子设备与布线系统,如通信自动化系统、火灾报警及消防联动控制系统、楼宇自动化系统、保安监控系统、办公自动化系统、闭路电视系统以及他们相应的布线系统。这些电子设备及布线系统一般均属于耐压等级低、防干扰要求高、最怕受到雷击的部分。不管是直击、串击、反击都会使电子设备受到不同程度的损坏或严重干扰。因此,智能化楼宇的所有功能接地,必须以防雷接地系统为基础,并建立严密、完整的防雷结构。智能建筑多属于一级负荷,应按一级防雷建筑物的保护措施设计,接闪器采用针带组合接闪器,避雷带采用25×4(mm)镀锌扁钢在屋顶组成≤10×10(m)的网格,该网格与屋面金属构件作电气连接,与大楼柱头钢筋作电气连接,引下线利用柱头中钢筋、圈梁钢筋、楼层钢筋与防雷系统连接,外墙面所有金属构件也应与防雷系统连接,柱头钢筋与接地体连接,组成具有多层屏蔽的笼形防雷体系。这样不仅可以有效防止雷击损坏楼内设备,而且还能防止外来的电磁干扰。电气自动化在智能建筑的应用在我国还是一个新兴的技术领域,随着更多智能建筑的出现,将有更加先进的技术补充到这一领域中,使这一技术更加成熟、完善。

固体地球物理毕业论文题目

论文题目是全文给读者和编辑和第一印象,文题的好坏对论文能否利用具有举足轻重的作用。如何进行物理学 毕业 论文的选题呢?下面我给大家带来优秀物理学毕业论文题目2021,希望能帮助到大家!

物理学毕业论文题目

1、物理学史与物理教学结合的理论与实践研究

2、二氧化碳深含水层隔离的二相渗流模拟与岩石物理学研究

3、二十世纪中国原子分子物理学的建立和发展

4、普通高中物理课程内容与大学物理课程内容的适切性研究

5、从现代物理学理论发展探讨孙思邈修道养生观

6、地震岩石物理学及其应用研究

7、碎屑岩地震岩石物理学特征研究

8、信息技术支持下的物理学与教的研究

9、物理学中对称现象的语境分析及其意义

10、本质直观视域下的量子引力学困境

11、复杂金融系统的相互作用结构与大波动动力学研究

12、大小细胞视觉通路在早期开角型青光眼和双眼竞争中作用的功能磁共振成像及视觉心理物理学研究

13、经济物理学中的金融数据分析:统计与建模

14、农村高中物理学困生的差异教学研究

15、基于PD控制的拟态物理学优化算法的研究

16、多目标拟态物理学优化算法解集分布性研究

17、利用物理学史 教育 资源优化中学物理教学的研究

18、中学生与物理学家共同体概念形成过程的对比研究

19、物理学专业师范生PCK研究

20、物理学史融入高中物理教学的实践研究

21、莱布尼茨物理学哲学思想研究

22、运用高中物理教材栏目开展物理学史教育的实践

23、新课程下 高一物理 学困生转化策略

24、运用高中物理“学案教学”提高学生问题意识的实践

25、基于书目记录的《中图法》物理学类目调整 方法

26、物理学专业师范生教学技能训练现状调查与对策研究

27、高中物理学困生成因及转化策略研究

28、从物理学家的研究方法看物理学的进展

29、高中物理学困生学习动机的实证调查与影响因素分析

30、食管癌调强放疗物理学参数对放射性肺炎的评估价值

31、近代物理学史在高中物理教学中的应用

32、提升物理学困生自主学习能力的教学策略研究

33、物理学史在高中物理教学中的应用研究

34、关于培养学生物理学科素养的教学实践研究

35、高一物理学困生学习效率低下成因及转化策略

36、校本课程《生活中的物理学原理 DIY 》的开发与实践

37、高中物理教学中物理学史教育现状调查与研究

38、高中物理学困生学业情绪现状及影响因素的调查研究

39、利用物理学史促进高中生理解科学本质的实践研究

40、物理学史融入中学课堂教学的实践研究

2021中学物理论文题目

1、 中学物理教材的重难点内容表达方式的研究

2、 关于中学物理学习中学生素质培养之设想

3、 中学物理学习中互动作用的深入研究

4、 通过力学教学实现中学物理到大学物理的良好过渡

5、 一类变分问题在中学物理课外教学中的尝试

6、 在中学物理知识结构化中锻造学生核心素养

7、 浅谈中学物理探究教学的策略

8、 物理模型在中学物理教学中的作用研究

9、 浅谈中学物理学习中创造性思维的障碍与对策

10、 中学物理知识在甜樱桃保鲜中的应用

11、 浅谈中学物理教学中的“骆驼教学法”

12、 中学物理良性学习习惯的现状调查及分析

13、 函数图像法在中学物理中的应用

14、 中学物理异课同构教研活动设计研究

15、 中学物理教学中缄默知识的应用研究

16、 中学物理教学对大学物理教学的影响——以安阳师范学院为例

17、 物理实验在中学物理教学中的地位和作用

18、 中学物理活动教学的设计研究

19、 中学物理课堂环境评价量表的实证检测

20、 中学物理教学中概念的教学策略研究

21、 几何画板在中学物理教学中的应用

22、 引导式 反思 :将HPS教育融入中学物理教学的方式

23、 中学物理实验课堂环境的测评研究——以北京地区为例

24、 我国中学物理教育研究的进展与趋势——基于中国知网的文献计量学研究

25、 国际科学教育坐标中的我国中学物理教育研究:基于文献计量学的国际比较研究

26、 中学物理实验技能的评价研究

27、 中学物理教学中激发学生学习动机的策略研究

28、 突破中学物理教学难点的策略

29、 探究中学物理课堂的实际案例中如何引入新的教学模式

30、 中学物理“微实验”创设的价值思考

31、 中学物理实验教学的新思考

32、 提高中学物理教师信息技术应用技能的策略

33、 高师本科物理专业中学物理教学能力培养目标体系的研究

34、 刍议中学物理教科书中的举例说明题

35、 中学物理教学的问题情境创设

36、 3D虚拟增强现实技术在中学物理教学中的应用研究

37、 以藏族 文化 生活为例,开发藏区中学物理课程实验资源

38、 贯通大中学物理综合能力培养的物理学术竞赛教学模式

39、 中学物理在教学内容上的改革思考

40、 我国中学物理“时间观”课程教学的现实与改进

41、 中学物理教学中演示实验的应用策略

42、 中学物理教学中学生动手能力的培养

43、 新课程背景下农村中学物理实验教学的探索

44、 浅谈提高中学物理低成本实验教学的有效性

45、 浅谈中学物理“生活化”教学的策略

物理教学论文题目

1、 高中物理教学中常见电学实验问题分析

2、 以生活化教学模式提高初中物理教学的有效性

3、 工科专业大学物理教学现状与改革方向研究

4、 大学物理教学中创新型人才的培养与实践

5、 教学新范式下大学物理教学的几点思考

6、 基于翻转课堂理念的独立学院大学物理教学模式研究

7、 基于CDIO理念的大学物理教学改革探索

8、 统计物理教学中引入Jarzynski等式的必要性

9、 物理教学融入工匠精神的思考与实践

10、 让“陶花”在物理教学实践中绽放——浅议过程性评价和物理教学实践

11、 高中物理教学中培养学生的思维

12、 “蜂窝视频元”在高中物理教学中的应用实践研究

13、 中学物理教学中缄默知识的应用研究

14、 提高大学物理教学质量的 措施 与对策

15、 高分子物理教学中关于链段概念的讲解

16、 以提高人才培养质量为目标,探索新形势下大学物理教学策略

17、 基于翻转式课堂模式的大学物理教学研究

18、 中学物理教学对大学物理教学的影响——以安阳师范学院为例

19、 高分子物理教学中“结晶”概念的讲解

20、 引导式反思:将HPS教育融入中学物理教学的方式

21、 高中物理教学核心素养:演示实验创新

22、 数形结合思想在高中数学与物理教学中的应用研究

23、 浅析信息技术在初中物理教学中的应用——以欧姆定律学习为例

24、 新工科背景下大学物理教学研究

25、 地方本科院校大学物理教学改革模式探究

26、 高师本科物理专业中学物理教学能力培养目标体系的研究

27、 高中物理教学使用 思维导图 的几个误区

28、 中学物理教学的问题情境创设

29、 3D虚拟增强现实技术在中学物理教学中的应用研究

30、 MATLAB的可视化在物理教学中的应用

31、 案例教学法在“半导体器件物理”教学中的尝试与反思

32、 新工科背景下“类像思维”在半导体物理教学中的应用

33、 核心素养下的高校半导体物理教学改革路径研究

34、 材料专业大学物理教学内容的改革与实践

35、 为提高大学物理教学的学术水平而努力

36、 材料学专业固体物理教学中的抽象与形象思维转化

37、 大学物理教学研究现状与展望——基于10年核心期刊论文分析

38、 高考3+3新模式下中学与大学物理教学的衔接性校本研究:热学部分

39、 浅析STS教育在职业学校物理教学中的有效渗透

40、 智慧教育理念在大学物理教学改革中的应用研究

41、 混合教学模式在固体物理教学中的应用

42、 物理学思维方法在大学物理教学中的应用

43、 多媒体在应用型本科院校大学物理教学中的应用

44、 在物理教学中渗透生涯教育的探索——由新高考选考物理遇冷说开去

45、 浅谈初中物理教学中“弱势学生”激励策略

46、 “物理教学论实验”课程的“课例化”教学模式研究

47、 提高大学物理教学效果的策略

48、 利用虚拟实验改进物理教学

49、 基于建筑学学生思维特点的实践性建筑物理教学初探

50、 核心素养视角下初中物理教学的方法

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我的就是《新技术在物理实验中的应用》

12月26日,学校教育实践活动领导小组办公室、校机关党委和校工会联合主办学校2013年八件实事群众问政会,邀请相关责任单位主要负责人报告工作,接受师生员工代表的质询和评议。房产管理处、基建管理处、总务长办公室

几个典型的地球物理学原理论文

在现实的学习、工作中,大家总少不了接触论文吧,论文是描述学术研究成果进行学术交流的一种工具。那么,怎么去写论文呢?以下是我整理的几个典型的地球物理学原理论文,希望能够帮助到大家。

题目:

浅谈几个典型的地球物理学原理

摘要:

地球物理学是以从固体内核至大气圈边界的整个地球为研究对象的地矿类学科,所涉及的基本原理涵盖物理学、地球化学、地质学等多个学科的综合内容,对学生的逻辑思维能力和数值计算能力要求很高。本文重点对解决地球物理学问题所必需的几个基本原理进行了总结性的论述。

关键词:

典型;地球物理;原理

从地球物理学的组成来看,主要分两种,其一是研究大尺度和一般原理的,叫理论地球物理学;其二是勘查石油、金属、非金属矿或解决其它地质问题的,叫应用地球物理学。显然,理论地球物理学是实际应用的前提,而有关地球物理学的基本原理则是理论内容最基础的部分。

一、地球形状与重力分布的重力学基本原理

地球是太阳系中的一颗行星,它有自转和公转运动。通俗说地球形状是两极稍扁,赤道略鼓的椭球体。对地球形状的研究是大地测量学和固体地球物理学的一个共同课题,其目的是运用几何方法、重力方法和空间技术,确定地球的形状、大小、地面点的位置和重力场的精细结构,地球的形状主要是由地球的引力和自转产生的离心力决定的,且地球非常接近于一个旋转椭球,其长半轴为6378136米,扁率为1∶。严格而言,地球形状应该是指地球表面的几何形状,但是地球自然表面极其复杂,所以从科学上,人们都把平均海水面及其延伸到大陆内部所构成的大地水准面作为地球形状的研究对象,因为大地水准面同地球表面形状十分接近,又具有明显的物理意义。但是大地水准面还不是一个简单的数字曲面,无法在这样的面上直接进行测量和数据处理。而从力学角度看,如果地球是一个旋转的均质流体,那么其平衡形状应该是一个旋转椭球体。于是人们进一步设想用一个合适的旋转椭球面来逼近大地水准面。要确定这一椭球,只需知道其形状参数(长半轴a,扁率α)和物理参数(地心引力常数GM和旋转角速度ω)即可。同大地水准面最为接近的椭球面称为平均地球椭球面。如果能确定大地水准面与该椭球面之间的偏差,亦即大地水准面与椭球面之间的差距(大地水准面差距N)和倾斜(垂线偏差θ),则大地水准面的形状可完全确定。

地球的重力源于牛顿的万有引力定律,即宇宙空间任意两质点,彼此相互吸引,其引力大小与他们的质量成积成正比,与他们之间的距离平方成反比。地面点重力近似值980Gal,赤道重力值978Gal,两极重力值983Gal。由于地球的极曲率及周日运动的原因,重力有从赤道向两极增大的'趋势。地球上重力的大小与方向只与被吸引点的位置有关,理论上应该是常数,但重力是随时间变化而变化,即相同的点在不同的时刻所观测到的重力不相同。

二、地震及弹性波在地球内部的传播规律

地震波是地下传播的震动,必然与岩石的弹性有关,一般都假定岩石是一种完全弹性体。科技小论文在地震波计算中,地球介质可以做为各向同性的完全弹性体来对待。而在地震波理论中,通常把地球介质当作均匀、各向同性和完全弹性介质来处理,只是一种简化的假定。实践证明,这种假定可以使分析大大简单,并且在多数情况下可以得到与观测结果颇为符合的结果。研究地震波在地球内部传播的问题,主要有动力学和运动学两种方法。动力学方法是直接求解波动方程,研究平面波在平界面上的反射、折射,均匀半空间及平行分层空间中的地震面波,以及球对称模型的地球的自由振荡。该方法相对繁琐,本书不做介绍。我们介绍的是第二种方法:运动学方法,就是将波动方程的求解简化成波传播的射线理论,用地震射线这一概念,研究地震波在地球内部传播的运动学特征。

地震波在地球内部的传播研究,主要是基于以下几个基本原理,其一是惠更斯原理,即在均匀弹性介质中,点振源产生球面波向周围传播,当距离r趋向无穷大时,球面波前的半径很大,曲率很小,此时球面波蜕变成了平面波;其二是费马原理,即地震波沿射线的旅行时间(传播)与沿其它任何路径的旅行时间相比为最小,换言之,波总是沿所使用旅行时间最少的路径传播,又叫费马最小原理和射线原理。

总结来讲,惠更斯是从波前面的角度来描述波在介质空间中传播的规律,而费马原理则从波射线的角度来描述波的传播规律。

三、地球磁现象和地球电性质

地球磁现象是指地球周围空间分布的磁场。地球磁场近似于一个位于地球中心的磁偶极子的磁场。它的磁南极(S)大致指向地理北极附近,磁北极(N)大致指向地理南极附近。其磁力线分布特点是赤道附近磁场的方向是水平的,两极附近则与地表垂直,地球表面的磁场受到各种因素的影响而随时间发生变化,地磁的南北极与地理上的南北极相反。地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分。基本磁场是地磁场的主要部分,起源于地球内部,比较稳定,属于静磁场部分。变化磁场包括地磁场的各种短期变化,主要起源于地球内部,相对比较微弱。地球变化磁场可分为平静变化和干扰变化两大类型。地磁场强度大约是—高斯。

根据大气电现象的探测,从静电角度来看,地球和大气近似形成一个漏电的球状电容器。由大气电测量表明:接近地球表面的电场是垂直指向地球表面,在晴天情况下,其数值约为E=100V/m,而地球表面上的电荷密度—×10—10C/m2,由此可计算得知,地球表面上携带总负电荷量为×105C,大气的电流密度约为—3×10—12A/m2。总电流约为1350安培,大气中消耗的总电功率P=亿瓦。整个地球由于自转使正负电荷分开,正电荷分布在地核,负电荷分布在地表,进而在外层产生一个环形电流,电流方向自东向西(电流方向与负电荷运动方向相反),由此产生了由南向北的地磁。

四、结语

了解地球物理学的基本理论和基本原理,有助于学生自我知识框架的建立,同时对地球物理学的整体内容有非常好的梳理作用,笔者也建议广大在校学生能够从最基础的内容开始研究,以便于后期在深造上具备一定的优势。

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[3]陈运泰,滕吉文,张中杰.地球物理学的回顾与展望[J].地球科学进展,2001,05:634-642.

[4]霍振华,戴世坤,蒋奇云.地球物理学中的电磁场积分方程正演[J].地球物理学进展,2014,02:742-747.

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