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物理研究生论文

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物理研究生论文

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f真是难为你了,这么深奥的论题,当然我是外行人不明白,不过我哥前段时间也写了论文,不过当然不是自己写得了,他没那水平,找到个网站还帮忙发表。可以把网站推荐给你,燕子期刊网

物理学给人类提供了大量的物质财富,同时也提供了精神财富。物理学的高技术和强渗透性也使之成为社会发展的重要推动力。下面是我为大家整理的物理学论文,供大家参考。

摘要:论述了X射线的发现,不仅对医学诊断有重大影响,还直接影响20世纪许多重大发现;半导体的发明,使微电子产业称雄20世纪,并促进信息技术的高速发展,物理学是计算机硬件的基础;原子能理论的提出,使原子能逐步取代石化能源,给人类提供巨大的清洁能源;激光理论的提出及激光器的发明,使激光在工农业生产、医疗、通信、军事上得到广泛应用;蓝光LED的发明,将点亮整个21世纪.事实告诉我们,是物理学推动科技创新,由此得出结论:物理学是科技创新的源泉.昭示人们,高校作为培养人才的场所,理工科要重视大学物理课程.

关键词:X射线;半导体;原子能;激光;蓝光LED;科技创新;大学物理

1引言

物理学是一门研究物质世界最基本的结构、最普遍的相互作用以及最一般的运动规律的科学[1-3],其内容广博、精深,研究方法多样、巧妙,被视为一切自然科学的基础.纵观物理学发展历史可以发现:其蕴含的科学思维和科学方法能够有效促进学生能力的培养和知识的形成,同时,其每一次新的发现都会带动人类社会的科技创新和科技发展.正因如此,大学物理成为了高等学校理、工科专业必修的一门基础课程.按照教育部颁发的相关文件要求[4-5],大学物理课程最低学时数为126学时,其中理科、师范类非物理专业不少于144学时;大学物理实验最低学时数为54学时,其中工科、师范类非物理专业不少于64学时.然而调查显示,众多高校(尤其是新建本科院校)并没有严格按照教育部颁发的课程基本要求开设大学物理及其实验课程.他们往往打着“宽口径、应用型”的晃子,大幅压缩大学物理和大学物理实验课程的学时,如今,大学物理及其实验课程的总学时数实际仅为32-96学时,远远低于教育部要求的最低标准(180学时).试问这么少的课时怎么讲丰富、深奥的大学物理?怎么能够真正发挥出大学物理的作用?于是有的院、系要求只讲力学,有的要求只讲热学,有的则要求只讲电磁学,…面对这种情况,大学物理的授课教师在无奈状态下讲授大学物理.从《大学物理课程报告论坛》上获悉,这不是个别学校的做法,在全国具有普遍性.殊不知,力、热、光、电磁、原子是一个完整的体系,相互联系,缺一不可.这种以消减教学内容为代价,解决课时不足的做法,就如同削足适履,是对教育规律不尊重,是管理者思想意识落后的一种体现.本文且不论述物理学是理工科必修的一门基础课,只论及物理学是科技创新的源泉这一命题,以期提高教育管理者对大学物理课程重要性的认识.

2物理学是科技创新的源泉

且不说力学和热力学的发展,以蒸汽机为标志引发了第一次工业革命,欧洲实现了机械化;且不说库伦、法拉第、楞次、安培、麦克斯韦等创立的电磁学的发展,以电动机为标志引发了第二次工业革命,欧美实现了电气化.这两次工业革命没有发生在中国,使中国近代落后了.本文着重论述近代物理学的发展对科学技术的巨大推动作用,从而得出结论:物理学是科技创新的源泉.1895年,威廉•伦琴(WilhelmR魻ntgen)发现X射线,这种射线在电场、磁场中不发生偏转,穿透能力很强,由于当时不知道它是什么,故取名X射线.直到1912年,劳厄(MaxvonLaue)用晶体中的点阵作为衍射光栅,确定它是一种光波,波长为10-10m的数量级[6].伦琴获1901年诺贝尔物理学奖,他发现的X射线开创了医学影像技术,利用X光机探测骨骼的病变,胸腔X光片诊断肺部病变,腹腔X光片检测肠道梗塞.CT成像也是利用X射线成像,CT成像既可以提供二维(2D)横切面又可以提供三维(3D)立体表现图像,它可以清楚地展示被检测部位的内部结构,可以准确确定病变位置.当今,各医院都设置放射科,X射线在医学上得到充分利用.X射线的发现不仅对医学诊断有重大影响,还直接影响20世纪许多重大科学发现.1913-1914年,威廉•享利•布拉格(willianHenrgBragg)和威廉•劳仑斯•布拉格(WillianLawrenceBragg)提供布拉格方程[6,P140]2dsinα=kλ(k=1,2,3…)式中d为晶格常数,α为入射光与晶面夹角,λ为X射线波长.布拉格父子提出使用X射线衍射研究晶体原子、分子结构,创立了X射线晶体结构分析这一学科,布拉格父子获1915年诺贝尔物理学奖.当今,X射线衍射仪不仅在物理学研究,而且在化学、生物、地质、矿产、材料等学科得到广泛应用,所有从事自然科学研究的科研院所和大多数高等学校都有X射线衍射仪,它是研究物质结构的必备仪器.1907年,威廉•汤姆孙(W•Thomson)发现电子,电子质量me=×10-31kg,电子荷电e=×10-19C.电子的荷电性引发了20世纪产生革命.1947年,美国的巴丁、布莱顿和肖克利研究半导体材料时,发现Ge晶体具有放大作用,发明了晶体三极管,很快取代电子管,随后晶体管电路不断向微型化发展.1958年,美国的工程师基尔比制成第一批集成电路.1971年,英特尔公司的霍夫把计算机的中央处理器的全部功能集成在一块芯片上,制成世界上第一个微处理器.80年代末,芯片上集成的元件数已突破1000万大关.微电子技术改变了人类生活,微电子技术称雄20世纪,进入21世纪微电子产业仍继续称雄.到各个工业区看看,发现电子厂比比皆是,这真是小小电子转动了整个地球啊!电子不仅具有荷电性,还具有荷磁性.

1925年,乌伦贝克—哥德斯密脱(Uhlenbeck-Goudsmit)提出自旋假说,每个电子都具有自旋角动量S轧,它在空间任意方向上的投影只可能取两个数值,Sz=±h2;电子具有荷磁性,每个电子的磁矩为MSz=芎μB(μB为玻尔磁子)[7].电子的荷磁性沉睡了半个多世纪,直到1988年阿贝尔•费尔(AlberFert)和彼得•格林贝格尔(PeterGrünberg)发现在Fe/Cr多层膜中,材料的电阻率受材料磁化状态的变化呈显著改变,其机理是相临铁磁层间通过非磁性Cr产生反铁磁耦合,不加磁场时电阻率大,当外加磁场时,相邻铁磁层的磁矩方向排列一致,对电子的散射弱,电阻率小.利用磁性控制电子的输运,提出巨磁电阻效应(giantmagnetoresistance,GMR),磁电阻MR定义MR=ρ(0)+ρ(H)ρ(0)×100%式中ρ(0)为零场下的电阻率,ρ(H)为加场下的电阻率[8].GMR效应的发现引起科技界强烈关注,1994年IBM公司依据巨磁电阻效应原理,研制出“新型读出磁头”,此前的磁头是用锰铁磁体,磁电阻MR只有1%-2%,而新型读出磁头的MR约50%,将磁盘记录密度提高了17倍,有利于器件小型化,利用新型读出磁头的MR才出现笔记本电脑、MP3等,GMR效应在磁传感器、数控机库、非接触开关、旋转编码器等方面得到广泛应用.阿尔贝?费尔和彼得?格林贝格尔获2007年诺贝尔物理学奖.1993年,Helmolt等人[9]在La2/3Ba1/3MnO3薄膜中观察到MR高达105%,称为庞磁电阻(Colossalmagnetoresistance,CMR),钙钛矿氧化物中有如此高的磁电阻,在磁传感、磁存储、自旋晶体管、磁制冷等方面有着诱人的应用前景,引起凝聚态物理和材料科学科研人员的极大关注[10-12].然而,CMR效应还没有得到实际应用,原因是要实现大的MR需要特斯拉量级的外磁场,问题出在CMR产生的物理机制还没有真正弄清楚.1905年,爱因斯坦提出[13]:“就一个粒子来说,如果由于自身内部的过程使它的能量减小了,它的静质量也将相应地减小.”提出著名的质能关系式△E=△m莓C2式中△m.表示经过反应后粒子的总静质量的减小,△E表示核反应释放的能量.爱因斯坦又提出实现热核反应的途径:“用那些所含能量是高度可变的物体(比如用镭盐)来验证这个理论,不是不可能成功的.”按照爱因斯坦的这一重大物理学理论,1938年物理学家发现重原子核裂变.核裂变首先被用于战争,1945年8月6日和9日,美国对日本的广岛和长崎各投下一颗原子弹,迫使日本接受《波茨坦公告》,于8月15日宣布无条件投降.后来原子能很快得到和平利用,1954年莫斯科附近的奥布宁斯克原子能发电站投入运行.2009年,美国有104座核电站,核电站发电量占本国发电总量的20%,法国有59台机组,占80%;日本有55座核电站,占30%.截至2015年4月,我国运行的核电站有23座,在建核电站有26座,产能为千兆瓦,核电站发电量占我国发电总量不足3%,所以我国提出大力发展核电,制定了到2020年核电装机总容量达到58千兆瓦的目标.核能的利用,一方面减少了化石能源的消耗,从而减少了产生温室效应的气体———二氧化碳的排放,另一方面有力地解决能源危机.利用海水中的氘和氚发生核聚变可以产生巨大能量,受控核聚变正在研究中,若受控核聚变研究成功将为人类提供取之不尽用之不竭的能量.那时,能源危机彻底解除.

20世纪最杰出的成果是计算机,物理学是计算机硬件的基础.从1946年计算机问世以来,经历了第一至第五代,计算机硬件中的电子元件随着物理学的进步,依次经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路;主存储器用的是磁性材料,随着物理学的进步,磁性材料的性能越来越高,计算机的硬盘越来越小.近日在第十六届全国磁学和磁性材料会议(2015年10月21—25日)上获悉,中科院强磁场中心、中科院物理所等,正在对斯格明子(skyrmions)进行攻关,斯格明子具有拓扑纳米磁结构,将来的笔记本电脑的硬盘只有花生大小,ipod平板电脑的硬盘缩小到米粒大小.量子力学催生出隧道二极管,量子力学指导着研究电子器件大小的极限,光学纤维的发明为计算机网络提供数据通道.

1916年,爱因斯坦提出光受激辐射原理,时隔44年,哥伦比亚大学的希奥多•梅曼(TheodoreMaiman)于1960制成第一台激光器[14].由于激光具有单色性好,相干性好,方向性好和亮度高等特点,在医疗、农业、通讯、金属微加工,军事等方面得到广泛应用.激光在其他方面的应用暂不展开论述,只谈谈激光加工技术在工业生产上的应用.激光加工技术对材料进行切割、焊接、表面处理、微加工等,激光加工技术具有突出特点:不接触加工工件,对工件无污染;光点小,能量集中;激光束容易聚焦、导向,便于自动化控制;安全可靠,不会对材料造成机械挤压或机械应力;切割面光滑、无毛刺;切割面细小,割缝一般在;适合大件产品的加工等.在汽车、飞机、微电子、钢铁等行业得到广泛应用.2014年,仅我国激光加工产业总收入约270亿人民币,其中激光加工设备销售额达215亿人民币.

2014年,诺贝尔物理学奖授予赤崎勇、天野浩、中山修二等三位科学家,是因为他们发明了蓝色发光二极管(LED),帮助人们以更节能的方式获得白光光源.他们的突出贡献在于,在三基色红、绿、蓝中,红光LED和绿光LED早已发明,但制造蓝光LED长期以来是个难题,他们三人于20世纪90年代发明了蓝光LED,这样三基色LED全被找到了,制造出来的LED灯用于照明使消费者感到舒适.这种LED灯耗能很低,耗能不到普通灯泡的1/20,全世界发的电40%用于照明,若把普通灯泡都换成LED灯,全世界每个节省的电能数字惊人!物理学研究给人类带来不可估量的益处.2010年,英国曼彻斯特大学科学家安德烈•海姆(AndreGeim)和康斯坦丁•诺沃肖洛夫(Kon-stantinNovoselov),因发明石墨烯材料,获得诺贝尔物理学奖.目前,集成电路晶体管普遍采用硅材料制造,当硅材料尺寸小于10纳米时,用它制造出的晶体管稳定性变差.而石墨烯可以被刻成尺寸不到1个分子大小的单电子晶体管.此外,石墨烯高度稳定,即使被切成1纳米宽的元件,导电性也很好.因此,石墨烯被普遍认为会最终替代硅,从而引发电子工业革命[14].2012年,法国科学家沙吉•哈罗彻(SergeHaroche)与美国科学家大卫•温兰德(),在“突破性的试验方法使得测量和操纵单个量子系统成为可能”.他们的突破性的方法,使得这一领域的研究朝着基于量子物理学而建造一种新型超快计算机迈出了第一步[16].

2013年,由清华大学薛其坤院士领衔、清华大学物理系和中科院物理研究所组成的实验团队从实验上首次观测到量子反常霍尔效应.早在2010年,我国理论物理学家方忠、戴希等与张首晟教授合作,提出磁性掺杂的三维拓扑绝缘体有可能是实现量子化反常霍尔效应的最佳体系,薛其坤等在这一理论指导下开展实验研究,从实验上首次观测到量子反常霍尔效应.我们使用计算机的时候,会遇到计算机发热、能量损耗、速度变慢等问题.这是因为常态下芯片中的电子运动没有特定的轨道、相互碰撞从而发生能量损耗.而量子霍尔效应则可以对电子的运动制定一个规则,电子自旋向上的在一个跑道上,自旋向下的在另一个跑道上,犹如在高速公路上,它们在各自的跑道上“一往无前”地前进,不产生电子相互碰撞,不会产生热能损耗.通过密度集成,将来计算机的体积也将大大缩小,千亿次的超级计算机有望做成现在的iPad那么大.因此,这一科研成果的应用前景十分广阔[17].物理学的每一个重大发现、重大发明,都会开辟一块新天地,带来产业革命,推动社会进步,创造巨大物质财富.纵观科学与技术发展史,可以看出物理学是科技创新的源泉.

3结语

论述了X射线,电子、半导体、原子能、激光、蓝光LED等的发现或发明对人类进步的巨大推动作用,自然得出结论,物理学是科技创新的源泉.打开国门看一看,美国的著名大学非常注重大学物理,加州理工大学所有一、二年级的公共物理课程总学时为540,英、法、德也在400-500学时[18].国内高校只有中国科学技术大学的大学物理课程做到了与国际接轨,以他们的数学与应用数学为例,大一开设:力学与热学80学时,大学物理—基础实验54学时;大二开设:电磁学80学时,光学与原子物理80学时,大学物理—综合实验54学时;大三开设:理论力学60学时,大学物理及实验总计408学时.在大力倡导全民创业万众创新的今天,高等学校理所应当重视物理学教学.各高校的理工科要按照教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导委员会颁发的《非物理类理工学科大学物理课程/实验教学基本要求》给足大学物理课程及大学物理实验课时.

参考文献:

〔1〕祝之光.物理学[M].北京:高等教育出版社,.

〔2〕马文蔚,周雨青.物理学教程[M].北京:高等教育出版社,.

〔3〕倪致祥,朱永忠,袁广宇,黄时中,大学物理学[M].合肥:中国科学技术大学出版社,2005.前言.

〔4〕教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会.非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求[J].物理与工程,2006,16(5)

〔5〕教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会.非物理类理工学科大学物理实验课程教学基本要求[J].物理与工程,2006,16(4):1-3.

〔6〕姚启钧,光学教程[M].北京;高等教育出版社,.

〔7〕张怪慈.量子力学简明教授[M].北京:人民教育出版社,.

〔8〕孙阳(导师:张裕恒).钙钛矿结构氧化物中的超大磁电阻效应及相关物性[D].中国科学技术大学,.

一、全息教学在初中物理教学中运用的策略

1.运用全息理论,对初中物理教学课型进行合理选择与搭配

新课改以后,物理课堂教学由传统的讲授内容方面转变到物理的过程方面,其核心是给学生提供机会、创造机会。因此,在物理教学中,教师要善于运用全息教学理论,并根据学生的生活经验和已有的知识背景,对课型合理地选择与搭配,带领学生运用多种方法对物理知识进行重演在现,激励学生发现并提出问题,进而激发学生学习物理的兴趣,培养学生创新和探究能力。例如:在讲静电屏蔽时,首先带领学生对静电屏蔽进行了实验,并得到了正确的结果。突然有一个学生提出问题“:用电吹风吹头时,电吹风其对电视信号有影响,那么是不是静电屏蔽不完全成立?”于是带领学生们又做了如下实验:将一个手机放在一个密闭的纸盒内,用另一部手机呼叫,学生们听到了响声。再让同学思考,如果将手机放在前面做过实验的金属笼内,是否能听到铃声?多数学生根据静电屏蔽原理猜测肯定不能。然而将手机放进铁笼后,仍能听到铃声。学生们都感到疑惑,难道静电平衡理论有误?针对这种现象让大家思考了“静电”二字,然后向学生们解释手机信号是一种电磁波而不是静电,其属一种交变的电磁场,遇到金属网时,金属网会感应出同频率的电磁波,只是强度变小,因此在仍能听到笼中手机铃声,也解释了,也就解释了为什么吹风机对电视信号有影响。这样通过对物理知识重演再现与对比的方式,加深了学生对物理知识的理解,从而提高了教学质量。

2.运用全息理论,根据物理教材和学情选择合适的教学方法

在进行物理教学时,物理教材中的安排的知识点难易程度不同,如果各个知识点都按照相同的教学方法去讲解,容易理解的知识点学生会掌握的相对熟练,而对于相对较难的知识点,就可能会导致学生对其似懂非懂,这样就会不利于学生的学习。这样物理教师在运用全息理论时,不要一味的按照一个教学方法进行讲解要注意对教学方法的改变,使学生能够熟练地掌握知识点。另外,每个学生对于知识点的掌握情况不同,有些学生可能掌握的好一些,有些学生掌握的差一些,因此物理教师要根据学情来选择教学方式,既要照顾那些掌握知识差的同学,也要让掌握较好的同学能够学到更多的知识。例如,在向同学讲解“测量”的知识点时,对与学生来说这个相对知识点相对容易,在日常生活中很容易接触到,因此教师在运用全息教学论时,可以先向学生对所要内容的主旨,主要思路进行讲解,然后对主要知识点进行仔细讲解,经过这样的讲解,学生会很容易对测量知识进行掌握。而在向学生讲解“光学规律”时,学生对其中的规律和容易混淆,如果物理教师还按照讲解“测量”方法向学生进行讲解,学生就很难掌握。因此,教师要改变教学方法,既要向学生进行理论讲解,也要带领学生对个规律进行实验,通过实验加深学生对光学规律的理解,使学生对知识点能够更好地掌握。3.运用全息理论,根据知识内容和特点选择合适的评价方式在物理教学中,物理教师对学生的评价方式非常重要,有的评价方式会激发学生学习物理的知识的兴趣,而有的评价方式可能使学生受到打击,从而失去学习物理的兴趣。因此教师要合理的运用全息理论,并且根据知识内容和特点选择合适的评价方式,激发学生学习物理的兴趣。例如,在课堂上让学生回答问题时,学生回答对了要给与肯定的评价,而如果学生回答错了,要用积极的评价方式去评价,用全息理论去告诉他,其在探讨知识的过程中,没有选择正确的方式方法,让其用正确的方式再去进行探讨,这样既让学生知道了自己了不足,也对学生进行了鼓励学生,这样学生就会乐意去学习,从而大大地提高物理教学质量。

二、结束语

研究生物理论文范文

力学是力与运动的科学,它既是一门基础科学, 又是一门应用众多且广泛的科学。下文是我为大家整理的关于物理学力学论文的范文,欢迎大家阅读参考!

浅析物理力学的产生及其发展

摘 要:物理力学主要是研究宏观力学的微观理论学科。研究物理力学的主要目的是通过理解微观粒子性质的相互作用,找出介质的力学性质计算方法,进而使解决力学问题建立在微观分析的基础上。本文主要探讨了物理力学的产生和发展,为有关物理力学问题的解决提供理论基础。

关键词:物理力学;产生;发展

一、物理力学发展需要解决的问题分析

在物理力学的发展过程中,我们需要解决两方面的问题,一个是关于物性的问题,另一个是有关运动规律的问题。物理力学主要通过物性及其运动规律这两个方面的微观化而成为解决问题、建立微观分析的基础。关于物性的参数主要表现为运动方程组中的系数,例如弹性系数、热导率、粘性系数、声速、比热等。为了求解运动的方程组,需要知道它们相关的数值。

在传统力学中,物性参数的数值是需要试验测定的。而在我们研究的物理力学中,是通过微观的分析以及对宏观数据分析相结合的方法计算参数的数值。我们研究物理力学,不仅是为了能够找出物质性质的微观规律,而且还需要找能够预见新物质性质的方法。

针对物理力学发展中的相关问题,先了解一下有关激波结构问题的例子。物态在激波前后会有很大的变化,在波阵面一定的厚度之内,物质是处在远离平衡的状态的。这时,对于宏观物态的参数已经不适用了。因此,我们需要从分子运用的这一个角度进行描述。像从波尔兹曼方程的角度出发,进而直接进行求解。

在上世纪60年代,一对无内部自由度的影响激波结构的问题得到了进一步发展。其发展主要得力于计算机技术的发展,从而能够使波尔兹曼方程进而得到模型数学方程,求精确解。另外,还能够实现激波管与稀薄气体风洞在较高区域的分辨率的相关方面的测量。虽然对于这些问题的处理都是初步的,但是从物理力学微观运动规律上看,确是一个非常大的进步。

还有一个相似的例子就是对爆震波反应区结构方面的研究。对于这方面的研究是比激波结构更加复杂的,解决问题的困难在于理论的复杂性,也有实验经验的不足等原因。分子气体的动力激光器中非平衡流方面的问题,主要是因为分子内部自由度性质在不断膨胀的气流中产生的自身不平衡现象。在这种迅速膨胀的气流中,分子振动的自由度两方面是不平衡的,不能够采用统一的温度对其进行描述。因此,这也是一个远离平衡的问题。

二、新技术不断推动物理力学的发展

物理力学的产生及其发展即是力学学科发展的重要趋势,也是促进现代工程技术发展的重要手段。自上世纪40年代至今,由于尖端的技术以及基础科学的不断发展与进步,力学面临着大量的超高温和超高压等特殊条件下的问题。我国著名的力学家钱学森在上世纪50年代初提出应该建立物理力学这门学科,其真知灼见把握了力学发展的大趋势,并且预见了今后突飞猛进的结果。

人类社会科学技术的不断发展,给物理力学的研究提供了更多的条件。纵观近五十年间的物理力学的发展,值得一提的是液体理论的重大进步。1972年,麦克唐纳等人计算出等压线结果和多种液体实测数据等,促进了对液体理论的研究。1997年,威尔逊提出了采用重正化群理论解决临界现象,取得了重大的进展。近20年来,对于耗散结构理论是非平衡系统的研究也取得了突破性的进展。上世纪50年代之后,原子分子物理学才重新被重视,尤其是计算机的不断应用大大地促进了这门学科的发展。其他的像分子束技术、光散射技术、中子衍射技术等都成为了研究固体以及液体微观结构的有效手段。另外,高压技术能够产生千万大气压以上的高压条件,高倍电子显微镜能够用来观测原子尺的现象等。新技术以及新发明都为进一步研究物理力学提供了有利的条件。

本文对物理力学的产生及其发展进行了相关的探讨。通过本文的研究,我们了解到,在对物理力学进行研究时,我们应该明确物理力学研究的目的,还应该充分采用新技术、新发明,将其不断应用到研究中。只要我们不断探索和实践,一定能够进一步促进物理力学的发展。

参考文献:

[1]范继美.理论力学与普通物理力学的关系[J].云南师范大学学报(自然科学版),2009,(02).

[2]钱学森.从原子分子物理出发,经由物理力学的思路和方法搞发明创造[J].原子与分子物理学报,2007,(02).

[3]干洪.力学学科的发展现状与21世纪展望[J].安徽建筑工业学院学报(自然科学版),2001,(02)。

[4]陈卫平.现代力学发展趋势及研究课题[J].台州师专学报,2007,(06).

浅析力学在机械中的应用

[摘 要]力学是力与运动的科学,它既是一门基础科学, 又是一门应用众多且广泛的科学。本文立足于力学,简要论述了力学的内涵及其发展历程,并对力学在机械中的应用进行了较为深入的探讨与分析。

[关键词]力学 弹性力学 断裂力学 工程力学 机械

力学是力与运动的科学,它的研究对象主要是物质的宏观机械运动,它既是一门基础科学,又是一门应用众多且广泛的科学。力学与天文学和微积分学几乎同时诞生,在经典物理的发展中起关键作用,推动了地球科学的发展进步,如大气物理、海洋科学等,同时力学也在机械中起着越来越重要的作用,且应用广泛。

一、力学

力学是一门独立的基础学科,主要研究能量和力以及它们与固体、液体及气体的平衡、变形或运动的关系,可粗分为静力学、运动学和动力学三部分。

力学的发展历史悠久,古希腊时代力学附属于自然哲学,后来成为物理学的一个大分支,1687年,牛顿三大定律的提出标志着力学作为一门独立的学科开始形成。此后,随着资本主义生产的发展,到18世纪末,以动力学和运动学为主要特征的经典力学日益完善。19世纪,大机器生产促进了力学在工程技术和应用方面的发展,推动了结构力学、弹性固体力学和流体力学等主要分支的建立。19世纪末,力学已是一门相当发展并自成体系的独立学科。

二、力学在机械中的应用

力学在机械中的应用广泛,其典型应用主要有以下几种:

1.弹性力学在机械设计中的应用

弹性力学也称弹性理论,是固体力学的重要分支,主要研究弹性体在外力作用或温度变化等外界因素下所产生的应力、应变和位移,从而解决结构或机械设计中所提出的强度和刚度问题。机械运动当中,许多机械运转速度较高、承载很大,机械的弹性变形对系统的影响不容忽视,必须将机械系统按弹性系统进行分析和设计。由此可见,弹性力学在机械设计中应用广泛。一般情况下,弹性力学在凸轮机构设计、齿轮机构设计、轴设计中应用较为广泛。

齿轮机构在设计时运用了弹性力学的知识,渐开线作为齿廓曲线存在诸多优点,但用弹性力学知识加以分析便可得出它存在的一些固有缺陷,即当两齿轮啮合传动时,根据弹性力学中的赫兹公式分析可得,在其它条件相同的情况下,要想降低两齿轮在接触处的最大接触力,就必须增大两轮齿廓在接触点处的综合曲率半径,对于渐开线齿轮传动来说,由于要增大两轮齿廓在接触点处的综合曲率半径,就需要增大齿轮机构的尺寸,而两轮齿廓在接触点处的综合曲率半径增大的范围是有限的,所以难以进一步达到齿轮机构尺寸小、而承载能力大幅度提高的目的。同时,弹性力学在轴设计中也有众多应用。为避免共振现象,对高转速的轴,如汽轮机主轴、发动机曲轴等设计时振动计算尤其重要,此时必须运用弹性力学知识。

2.断裂力学在机械工程中的应用

断裂力学,是固体力学的一门新分支,主要研究含裂纹构件的强度与寿命,是结构损伤容限设计的理论基础。断裂力学主要可分为线弹性断裂力学与弹塑性断裂力学两大类,前者适用于裂纹尖端附近小范围屈服的情况;而后者适用于裂纹尖端附近大范围屈服的情况。断裂力学发展迅速,在机械工程中应用广泛,并占据重要地位。断裂力学在机械工程中的有效应用,不仅可以提高机械的性能与功效,更能防止工程设备发生灾难性的断裂事故,以确保机械、设备的安全可靠与良好运行。

首先,我国在采用断裂力学方法制订结构缺陷评定标准及安全设计规范方面已取得了较好的成绩,如压力容器、小型但用量大的液化石油气钢瓶及汽轮一发电机组等。

其次,概率断裂力学在可靠性设计中应用较多。概率断裂力学在可靠性设计中的广泛应用推动了可靠性设计的快速发展。运用参量的分布及安全余度来反映常规设计中不能准确反映的客观实际和常规设计安全评定中用安全系数不能准确反映的真实安全性。由于安全余度考虑了应力和强度的二阶矩,较好地反映了结构可靠度的实质,既考虑了变异特性又考虑了平均值,因而与失效分布有较直接的关系,使安全设计更可靠。国外已较完整地应用于飞机结构,如概率损伤容限分析、飞机结构可靠性和事故分析、飞机结构的耐久性分析等方面。我国在这方面开展的典型性研究则是海洋石油平台导管架焊接管节点的疲劳强度分析。

再者,可用断裂力学方法进行机械产品的失效分析。失效分析是指事故或故障发生后所进行的检侧和分析,目的在于找到失效的部位、失效原因和机理,从而掌握产品应当改进的方向及修复的方法,防止同类问题再次发生,以推进技术不断前进。因此,失效分析技术受到了社会各界的重视。断裂力学在机械产品失效分析中具有着重要作用。机械产品的主要失效模式有: 断裂、蠕变、疲劳、腐蚀、磨损及热损伤等,它们都可以借助断裂力学方法及断裂分析技术予以解决,断裂力学方法是失效分析的有力工具。

最后,运用断裂力学可以指导改进工艺及合理选材,如模具、焊接工艺等方面,可以减少工人的劳动量。

3.工程力学在机械修理中的应用

工程力学涉及众多的力学学科分支与广泛的工程技术领域,是一门理论性较强、与工程技术联系极为密切的技术基础学科,工程力学的定理、定律和结论广泛应用于各行各业的工程技术中,是解决工程实际问题的重要基础。处理机械工程出现的大量破坏问题,绝大多数是根据力学方面的知识作出判断和分析的。例如,汽车修理中汽车零部件的破坏分析与修理也是如此,其中,判断汽车半轴套管断裂的原因与确定修复方案等,全部流程无一不体现着工程力学知识在汽修中的应用。

三、结语

当今社会,科学技术迅猛发展,作为一门基础学科,力学也一定会得到进一步的发展与进步,且在机械中获得更广更深的应用。

参考文献

[1]林同骥,浦群.现代力学的发展[J].力学进展,1990,(1).

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[3]侯岩滨.弹性力学在机械设计中的应用[J].辽宁师专学报,2005,(1).

[4]吴清可,刘元杰,张毓槐.断裂力学在机械工程中的应用[J].机械强度,1988,(6).

物理学给人类提供了大量的物质财富,同时也提供了精神财富。物理学的高技术和强渗透性也使之成为社会发展的重要推动力。下面是我为大家整理的物理学论文,供大家参考。

摘要:论述了X射线的发现,不仅对医学诊断有重大影响,还直接影响20世纪许多重大发现;半导体的发明,使微电子产业称雄20世纪,并促进信息技术的高速发展,物理学是计算机硬件的基础;原子能理论的提出,使原子能逐步取代石化能源,给人类提供巨大的清洁能源;激光理论的提出及激光器的发明,使激光在工农业生产、医疗、通信、军事上得到广泛应用;蓝光LED的发明,将点亮整个21世纪.事实告诉我们,是物理学推动科技创新,由此得出结论:物理学是科技创新的源泉.昭示人们,高校作为培养人才的场所,理工科要重视大学物理课程.

关键词:X射线;半导体;原子能;激光;蓝光LED;科技创新;大学物理

1引言

物理学是一门研究物质世界最基本的结构、最普遍的相互作用以及最一般的运动规律的科学[1-3],其内容广博、精深,研究方法多样、巧妙,被视为一切自然科学的基础.纵观物理学发展历史可以发现:其蕴含的科学思维和科学方法能够有效促进学生能力的培养和知识的形成,同时,其每一次新的发现都会带动人类社会的科技创新和科技发展.正因如此,大学物理成为了高等学校理、工科专业必修的一门基础课程.按照教育部颁发的相关文件要求[4-5],大学物理课程最低学时数为126学时,其中理科、师范类非物理专业不少于144学时;大学物理实验最低学时数为54学时,其中工科、师范类非物理专业不少于64学时.然而调查显示,众多高校(尤其是新建本科院校)并没有严格按照教育部颁发的课程基本要求开设大学物理及其实验课程.他们往往打着“宽口径、应用型”的晃子,大幅压缩大学物理和大学物理实验课程的学时,如今,大学物理及其实验课程的总学时数实际仅为32-96学时,远远低于教育部要求的最低标准(180学时).试问这么少的课时怎么讲丰富、深奥的大学物理?怎么能够真正发挥出大学物理的作用?于是有的院、系要求只讲力学,有的要求只讲热学,有的则要求只讲电磁学,…面对这种情况,大学物理的授课教师在无奈状态下讲授大学物理.从《大学物理课程报告论坛》上获悉,这不是个别学校的做法,在全国具有普遍性.殊不知,力、热、光、电磁、原子是一个完整的体系,相互联系,缺一不可.这种以消减教学内容为代价,解决课时不足的做法,就如同削足适履,是对教育规律不尊重,是管理者思想意识落后的一种体现.本文且不论述物理学是理工科必修的一门基础课,只论及物理学是科技创新的源泉这一命题,以期提高教育管理者对大学物理课程重要性的认识.

2物理学是科技创新的源泉

且不说力学和热力学的发展,以蒸汽机为标志引发了第一次工业革命,欧洲实现了机械化;且不说库伦、法拉第、楞次、安培、麦克斯韦等创立的电磁学的发展,以电动机为标志引发了第二次工业革命,欧美实现了电气化.这两次工业革命没有发生在中国,使中国近代落后了.本文着重论述近代物理学的发展对科学技术的巨大推动作用,从而得出结论:物理学是科技创新的源泉.1895年,威廉•伦琴(WilhelmR魻ntgen)发现X射线,这种射线在电场、磁场中不发生偏转,穿透能力很强,由于当时不知道它是什么,故取名X射线.直到1912年,劳厄(MaxvonLaue)用晶体中的点阵作为衍射光栅,确定它是一种光波,波长为10-10m的数量级[6].伦琴获1901年诺贝尔物理学奖,他发现的X射线开创了医学影像技术,利用X光机探测骨骼的病变,胸腔X光片诊断肺部病变,腹腔X光片检测肠道梗塞.CT成像也是利用X射线成像,CT成像既可以提供二维(2D)横切面又可以提供三维(3D)立体表现图像,它可以清楚地展示被检测部位的内部结构,可以准确确定病变位置.当今,各医院都设置放射科,X射线在医学上得到充分利用.X射线的发现不仅对医学诊断有重大影响,还直接影响20世纪许多重大科学发现.1913-1914年,威廉•享利•布拉格(willianHenrgBragg)和威廉•劳仑斯•布拉格(WillianLawrenceBragg)提供布拉格方程[6,P140]2dsinα=kλ(k=1,2,3…)式中d为晶格常数,α为入射光与晶面夹角,λ为X射线波长.布拉格父子提出使用X射线衍射研究晶体原子、分子结构,创立了X射线晶体结构分析这一学科,布拉格父子获1915年诺贝尔物理学奖.当今,X射线衍射仪不仅在物理学研究,而且在化学、生物、地质、矿产、材料等学科得到广泛应用,所有从事自然科学研究的科研院所和大多数高等学校都有X射线衍射仪,它是研究物质结构的必备仪器.1907年,威廉•汤姆孙(W•Thomson)发现电子,电子质量me=×10-31kg,电子荷电e=×10-19C.电子的荷电性引发了20世纪产生革命.1947年,美国的巴丁、布莱顿和肖克利研究半导体材料时,发现Ge晶体具有放大作用,发明了晶体三极管,很快取代电子管,随后晶体管电路不断向微型化发展.1958年,美国的工程师基尔比制成第一批集成电路.1971年,英特尔公司的霍夫把计算机的中央处理器的全部功能集成在一块芯片上,制成世界上第一个微处理器.80年代末,芯片上集成的元件数已突破1000万大关.微电子技术改变了人类生活,微电子技术称雄20世纪,进入21世纪微电子产业仍继续称雄.到各个工业区看看,发现电子厂比比皆是,这真是小小电子转动了整个地球啊!电子不仅具有荷电性,还具有荷磁性.

1925年,乌伦贝克—哥德斯密脱(Uhlenbeck-Goudsmit)提出自旋假说,每个电子都具有自旋角动量S轧,它在空间任意方向上的投影只可能取两个数值,Sz=±h2;电子具有荷磁性,每个电子的磁矩为MSz=芎μB(μB为玻尔磁子)[7].电子的荷磁性沉睡了半个多世纪,直到1988年阿贝尔•费尔(AlberFert)和彼得•格林贝格尔(PeterGrünberg)发现在Fe/Cr多层膜中,材料的电阻率受材料磁化状态的变化呈显著改变,其机理是相临铁磁层间通过非磁性Cr产生反铁磁耦合,不加磁场时电阻率大,当外加磁场时,相邻铁磁层的磁矩方向排列一致,对电子的散射弱,电阻率小.利用磁性控制电子的输运,提出巨磁电阻效应(giantmagnetoresistance,GMR),磁电阻MR定义MR=ρ(0)+ρ(H)ρ(0)×100%式中ρ(0)为零场下的电阻率,ρ(H)为加场下的电阻率[8].GMR效应的发现引起科技界强烈关注,1994年IBM公司依据巨磁电阻效应原理,研制出“新型读出磁头”,此前的磁头是用锰铁磁体,磁电阻MR只有1%-2%,而新型读出磁头的MR约50%,将磁盘记录密度提高了17倍,有利于器件小型化,利用新型读出磁头的MR才出现笔记本电脑、MP3等,GMR效应在磁传感器、数控机库、非接触开关、旋转编码器等方面得到广泛应用.阿尔贝?费尔和彼得?格林贝格尔获2007年诺贝尔物理学奖.1993年,Helmolt等人[9]在La2/3Ba1/3MnO3薄膜中观察到MR高达105%,称为庞磁电阻(Colossalmagnetoresistance,CMR),钙钛矿氧化物中有如此高的磁电阻,在磁传感、磁存储、自旋晶体管、磁制冷等方面有着诱人的应用前景,引起凝聚态物理和材料科学科研人员的极大关注[10-12].然而,CMR效应还没有得到实际应用,原因是要实现大的MR需要特斯拉量级的外磁场,问题出在CMR产生的物理机制还没有真正弄清楚.1905年,爱因斯坦提出[13]:“就一个粒子来说,如果由于自身内部的过程使它的能量减小了,它的静质量也将相应地减小.”提出著名的质能关系式△E=△m莓C2式中△m.表示经过反应后粒子的总静质量的减小,△E表示核反应释放的能量.爱因斯坦又提出实现热核反应的途径:“用那些所含能量是高度可变的物体(比如用镭盐)来验证这个理论,不是不可能成功的.”按照爱因斯坦的这一重大物理学理论,1938年物理学家发现重原子核裂变.核裂变首先被用于战争,1945年8月6日和9日,美国对日本的广岛和长崎各投下一颗原子弹,迫使日本接受《波茨坦公告》,于8月15日宣布无条件投降.后来原子能很快得到和平利用,1954年莫斯科附近的奥布宁斯克原子能发电站投入运行.2009年,美国有104座核电站,核电站发电量占本国发电总量的20%,法国有59台机组,占80%;日本有55座核电站,占30%.截至2015年4月,我国运行的核电站有23座,在建核电站有26座,产能为千兆瓦,核电站发电量占我国发电总量不足3%,所以我国提出大力发展核电,制定了到2020年核电装机总容量达到58千兆瓦的目标.核能的利用,一方面减少了化石能源的消耗,从而减少了产生温室效应的气体———二氧化碳的排放,另一方面有力地解决能源危机.利用海水中的氘和氚发生核聚变可以产生巨大能量,受控核聚变正在研究中,若受控核聚变研究成功将为人类提供取之不尽用之不竭的能量.那时,能源危机彻底解除.

20世纪最杰出的成果是计算机,物理学是计算机硬件的基础.从1946年计算机问世以来,经历了第一至第五代,计算机硬件中的电子元件随着物理学的进步,依次经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路;主存储器用的是磁性材料,随着物理学的进步,磁性材料的性能越来越高,计算机的硬盘越来越小.近日在第十六届全国磁学和磁性材料会议(2015年10月21—25日)上获悉,中科院强磁场中心、中科院物理所等,正在对斯格明子(skyrmions)进行攻关,斯格明子具有拓扑纳米磁结构,将来的笔记本电脑的硬盘只有花生大小,ipod平板电脑的硬盘缩小到米粒大小.量子力学催生出隧道二极管,量子力学指导着研究电子器件大小的极限,光学纤维的发明为计算机网络提供数据通道.

1916年,爱因斯坦提出光受激辐射原理,时隔44年,哥伦比亚大学的希奥多•梅曼(TheodoreMaiman)于1960制成第一台激光器[14].由于激光具有单色性好,相干性好,方向性好和亮度高等特点,在医疗、农业、通讯、金属微加工,军事等方面得到广泛应用.激光在其他方面的应用暂不展开论述,只谈谈激光加工技术在工业生产上的应用.激光加工技术对材料进行切割、焊接、表面处理、微加工等,激光加工技术具有突出特点:不接触加工工件,对工件无污染;光点小,能量集中;激光束容易聚焦、导向,便于自动化控制;安全可靠,不会对材料造成机械挤压或机械应力;切割面光滑、无毛刺;切割面细小,割缝一般在;适合大件产品的加工等.在汽车、飞机、微电子、钢铁等行业得到广泛应用.2014年,仅我国激光加工产业总收入约270亿人民币,其中激光加工设备销售额达215亿人民币.

2014年,诺贝尔物理学奖授予赤崎勇、天野浩、中山修二等三位科学家,是因为他们发明了蓝色发光二极管(LED),帮助人们以更节能的方式获得白光光源.他们的突出贡献在于,在三基色红、绿、蓝中,红光LED和绿光LED早已发明,但制造蓝光LED长期以来是个难题,他们三人于20世纪90年代发明了蓝光LED,这样三基色LED全被找到了,制造出来的LED灯用于照明使消费者感到舒适.这种LED灯耗能很低,耗能不到普通灯泡的1/20,全世界发的电40%用于照明,若把普通灯泡都换成LED灯,全世界每个节省的电能数字惊人!物理学研究给人类带来不可估量的益处.2010年,英国曼彻斯特大学科学家安德烈•海姆(AndreGeim)和康斯坦丁•诺沃肖洛夫(Kon-stantinNovoselov),因发明石墨烯材料,获得诺贝尔物理学奖.目前,集成电路晶体管普遍采用硅材料制造,当硅材料尺寸小于10纳米时,用它制造出的晶体管稳定性变差.而石墨烯可以被刻成尺寸不到1个分子大小的单电子晶体管.此外,石墨烯高度稳定,即使被切成1纳米宽的元件,导电性也很好.因此,石墨烯被普遍认为会最终替代硅,从而引发电子工业革命[14].2012年,法国科学家沙吉•哈罗彻(SergeHaroche)与美国科学家大卫•温兰德(),在“突破性的试验方法使得测量和操纵单个量子系统成为可能”.他们的突破性的方法,使得这一领域的研究朝着基于量子物理学而建造一种新型超快计算机迈出了第一步[16].

2013年,由清华大学薛其坤院士领衔、清华大学物理系和中科院物理研究所组成的实验团队从实验上首次观测到量子反常霍尔效应.早在2010年,我国理论物理学家方忠、戴希等与张首晟教授合作,提出磁性掺杂的三维拓扑绝缘体有可能是实现量子化反常霍尔效应的最佳体系,薛其坤等在这一理论指导下开展实验研究,从实验上首次观测到量子反常霍尔效应.我们使用计算机的时候,会遇到计算机发热、能量损耗、速度变慢等问题.这是因为常态下芯片中的电子运动没有特定的轨道、相互碰撞从而发生能量损耗.而量子霍尔效应则可以对电子的运动制定一个规则,电子自旋向上的在一个跑道上,自旋向下的在另一个跑道上,犹如在高速公路上,它们在各自的跑道上“一往无前”地前进,不产生电子相互碰撞,不会产生热能损耗.通过密度集成,将来计算机的体积也将大大缩小,千亿次的超级计算机有望做成现在的iPad那么大.因此,这一科研成果的应用前景十分广阔[17].物理学的每一个重大发现、重大发明,都会开辟一块新天地,带来产业革命,推动社会进步,创造巨大物质财富.纵观科学与技术发展史,可以看出物理学是科技创新的源泉.

3结语

论述了X射线,电子、半导体、原子能、激光、蓝光LED等的发现或发明对人类进步的巨大推动作用,自然得出结论,物理学是科技创新的源泉.打开国门看一看,美国的著名大学非常注重大学物理,加州理工大学所有一、二年级的公共物理课程总学时为540,英、法、德也在400-500学时[18].国内高校只有中国科学技术大学的大学物理课程做到了与国际接轨,以他们的数学与应用数学为例,大一开设:力学与热学80学时,大学物理—基础实验54学时;大二开设:电磁学80学时,光学与原子物理80学时,大学物理—综合实验54学时;大三开设:理论力学60学时,大学物理及实验总计408学时.在大力倡导全民创业万众创新的今天,高等学校理所应当重视物理学教学.各高校的理工科要按照教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导委员会颁发的《非物理类理工学科大学物理课程/实验教学基本要求》给足大学物理课程及大学物理实验课时.

参考文献:

〔1〕祝之光.物理学[M].北京:高等教育出版社,.

〔2〕马文蔚,周雨青.物理学教程[M].北京:高等教育出版社,.

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〔4〕教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会.非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求[J].物理与工程,2006,16(5)

〔5〕教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会.非物理类理工学科大学物理实验课程教学基本要求[J].物理与工程,2006,16(4):1-3.

〔6〕姚启钧,光学教程[M].北京;高等教育出版社,.

〔7〕张怪慈.量子力学简明教授[M].北京:人民教育出版社,.

〔8〕孙阳(导师:张裕恒).钙钛矿结构氧化物中的超大磁电阻效应及相关物性[D].中国科学技术大学,.

一、全息教学在初中物理教学中运用的策略

1.运用全息理论,对初中物理教学课型进行合理选择与搭配

新课改以后,物理课堂教学由传统的讲授内容方面转变到物理的过程方面,其核心是给学生提供机会、创造机会。因此,在物理教学中,教师要善于运用全息教学理论,并根据学生的生活经验和已有的知识背景,对课型合理地选择与搭配,带领学生运用多种方法对物理知识进行重演在现,激励学生发现并提出问题,进而激发学生学习物理的兴趣,培养学生创新和探究能力。例如:在讲静电屏蔽时,首先带领学生对静电屏蔽进行了实验,并得到了正确的结果。突然有一个学生提出问题“:用电吹风吹头时,电吹风其对电视信号有影响,那么是不是静电屏蔽不完全成立?”于是带领学生们又做了如下实验:将一个手机放在一个密闭的纸盒内,用另一部手机呼叫,学生们听到了响声。再让同学思考,如果将手机放在前面做过实验的金属笼内,是否能听到铃声?多数学生根据静电屏蔽原理猜测肯定不能。然而将手机放进铁笼后,仍能听到铃声。学生们都感到疑惑,难道静电平衡理论有误?针对这种现象让大家思考了“静电”二字,然后向学生们解释手机信号是一种电磁波而不是静电,其属一种交变的电磁场,遇到金属网时,金属网会感应出同频率的电磁波,只是强度变小,因此在仍能听到笼中手机铃声,也解释了,也就解释了为什么吹风机对电视信号有影响。这样通过对物理知识重演再现与对比的方式,加深了学生对物理知识的理解,从而提高了教学质量。

2.运用全息理论,根据物理教材和学情选择合适的教学方法

在进行物理教学时,物理教材中的安排的知识点难易程度不同,如果各个知识点都按照相同的教学方法去讲解,容易理解的知识点学生会掌握的相对熟练,而对于相对较难的知识点,就可能会导致学生对其似懂非懂,这样就会不利于学生的学习。这样物理教师在运用全息理论时,不要一味的按照一个教学方法进行讲解要注意对教学方法的改变,使学生能够熟练地掌握知识点。另外,每个学生对于知识点的掌握情况不同,有些学生可能掌握的好一些,有些学生掌握的差一些,因此物理教师要根据学情来选择教学方式,既要照顾那些掌握知识差的同学,也要让掌握较好的同学能够学到更多的知识。例如,在向同学讲解“测量”的知识点时,对与学生来说这个相对知识点相对容易,在日常生活中很容易接触到,因此教师在运用全息教学论时,可以先向学生对所要内容的主旨,主要思路进行讲解,然后对主要知识点进行仔细讲解,经过这样的讲解,学生会很容易对测量知识进行掌握。而在向学生讲解“光学规律”时,学生对其中的规律和容易混淆,如果物理教师还按照讲解“测量”方法向学生进行讲解,学生就很难掌握。因此,教师要改变教学方法,既要向学生进行理论讲解,也要带领学生对个规律进行实验,通过实验加深学生对光学规律的理解,使学生对知识点能够更好地掌握。3.运用全息理论,根据知识内容和特点选择合适的评价方式在物理教学中,物理教师对学生的评价方式非常重要,有的评价方式会激发学生学习物理的知识的兴趣,而有的评价方式可能使学生受到打击,从而失去学习物理的兴趣。因此教师要合理的运用全息理论,并且根据知识内容和特点选择合适的评价方式,激发学生学习物理的兴趣。例如,在课堂上让学生回答问题时,学生回答对了要给与肯定的评价,而如果学生回答错了,要用积极的评价方式去评价,用全息理论去告诉他,其在探讨知识的过程中,没有选择正确的方式方法,让其用正确的方式再去进行探讨,这样既让学生知道了自己了不足,也对学生进行了鼓励学生,这样学生就会乐意去学习,从而大大地提高物理教学质量。

二、结束语

建议你去参考教育进展或者创新教育研究这些期刊的文献,上面的论文都是免费下载查阅的哦

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植物生理学研究论文

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162-166孙国荣,陈月艳,关旸,阎秀峰,盐碱胁迫下星星草种子萌发过程中有机物、呼吸作用及其几种酶活性的变化,植物研究,1999,19(4):445-451孙国荣,关旸,阎秀峰,Na2CO3胁迫对星星草幼苗游离氨基酸含量的影响,植物研究,2000,20(1):69-72孙国荣,关旸,阎秀峰,Na2CO3胁迫对星星草幼苗保护酶系统的影响,草地学报,2001,9(1):34-38孙国荣,张睿,姜丽芬,阎秀峰,干旱胁迫下白桦幼苗叶片的水分代谢与部分渗透调节物质的变化,植物研究,2001,21(3):413-415孙国荣,刘波,赵光伟,刘德玉,阎秀峰,烤烟伸根期的光合特性及其对土壤水分的响应,植物研究,2002,22(1):46-50孙国荣,阎秀峰,刘波,李春生,邵占文,烤烟旺长期气孔和非气孔限制对水分胁迫的反应,植物研究,2002,22(2):179-183孙国荣,阎秀峰,李 晶,星星草的生长对碱化土壤物理性质的影响,草地学报,2002,10(2):118-123孙国荣,阎秀峰,李 晶,星星草的生长对碱化土壤化学性质的影响,草地学报,2002,10(3):179-184孙国荣,彭永臻,阎秀峰,张 睿,蒋丽芬,干旱胁迫对白桦实生苗保护酶活性及脂质过氧化作用的影响,林业科学,2003,39(1):165-167孙国荣,彭永臻,阎秀峰,张 睿,干旱胁迫对白桦实生幼苗叶片蛋白质的影响,林业科学,2003,39(4):151-154孙国荣,彭永臻,岳中辉,阎秀峰,不同改良方法对盐碱土壤氮素营养状况的影响,植物研究,2004,24(3):369孙国荣,彭永臻,岳中辉,阎秀峰,星星草的生长对盐碱土壤磷素营养的影响,草地学报,2004,12(4):337-340皮名济,孙国荣,阎秀峰,不同生育时期玉米幼苗冷害时游离脯氨酸含量的累积,哈尔滨师范大学自然科学学报,1986(4):85-88朱 鹏,孙国荣,刘文芳,肖翌华,MDH和GDH活性与水稻杂种优势预测,武汉大学学报(自然科学版),1991,(4):89-94万清林,孙国荣,俎桂芹,杂交水稻幼根呼吸和抗氰呼吸强度的研究,哈尔滨师范大学自然科学学报,1991,7(生物专辑):262-268.皮名济,俎桂芹,孙国荣,土壤保水剂对玉米幼苗抗旱性的促进作用,哈尔滨师范大学自然科学学报,1991,7(2):83-86万清林,俎桂芹,孙国荣,杂交水稻幼芽呼吸和抗氰呼吸强度的研究,武汉植物学研究,1992,10(2):154-159.俎桂芹,孙国荣,万清林,苗期几种酶活性及生理性状与水稻杂种优势的早期预测,黑龙江农业科学,1992,(4):6-10万清林,皮名济,俎桂芹,孙国荣,分层分段的植物生理学实验教学初探,植物生理学通讯,1992,28(5):397李景信,孙国荣,盐碱胁迫对苜蓿萌发种子呼吸代谢的影响,草业科学,1993,10(1):24-26.李景信,孙国荣,割草地羊草叶面施肥的研究,中国草地,1993(3):15-19.阎秀峰,孙国荣,肖玮,萘乙酸处理与碳酸钠胁迫影响星星草种子萌发的初步研究,黑龙江畜牧兽医,1993(12):4-6万清林,俎桂芹,孙国荣,新的植物生理学教学程式——四个领域不同层次的教学,《高师教学改革,实践与探索》,东北林业大学出版社,1993,P144-147.刘保东,孙国荣,光照对蕨类植物配子体假根向重力性的影响,武汉植物学研究,1994,12(2):165-169阎秀峰,孙国荣,羊草和星星草光合蒸腾日变化的比较研究,植物研究,1994,14(3):287-291阎秀峰,孙国荣,李景信,李敬兰,佟振宇,赵 彬,星星草泌盐能力的初步研究,草业科学,1994,11(3):36-39阎秀峰,孙国荣,盐分对星星草种子萌发的胁迫作用,草业科学,1994,11(4):27-31阎秀峰,孙国荣,我国耐盐牧草的研究现状,中国草地,1994(3):68-72阎秀峰,肖玮,孙国荣,盐胁迫下星星草幼苗的生理反应,I.盐胁迫对星星草幼苗生长的影响,黑龙江畜牧兽医,1994(3):1-3阎秀峰,孙国荣,那守海,盐胁迫下星星草幼苗的生理反应,II.盐胁迫对星星草幼苗膜透性的影响,黑龙江畜牧兽医,1994(4):1-3刘保东,孙国荣,卷柏配子体发育及其制约因素的研究,中国青年科学技术论文精选,中国科学技术出版社,1994,1028-1032刘保东,孙国荣,两种卷柏幼孢子体形态建成的系统学研究,中国青年科学技术论文精选,中国科学技术出版社,1994,1038-1043阎秀峰,孙国荣等,人工种植星星草的光合蒸腾日变化,植物研究,1995,15(2):252-255肖玮,孙国荣,阎秀峰,松嫩盐碱草地星星草种群地上生物量的季节动态,哈尔滨师范大学自然科学学报,1995,11(1):81-83肖玮,孙国荣,阎秀峰,盐胁迫下星星草幼苗地上部无机离子的累积,哈尔滨师范大学自然科学学报1995,11(2):82-85那守海,孙国荣,阎秀峰,松嫩草地六种牧草地上部分养分含量与土壤因子的关系,黑龙江畜牧兽医,1996(3):1-4那守海,孙国荣,阎秀峰,松嫩草地六种牧草地上部分蛋白质含量与土壤因子的关系,黑龙江畜牧兽医,1996(6):4-7杨 威,肖 玮,殷 华,孙国荣,土壤保水剂对星星草幼苗抗碱性的影响,哈尔滨师范大学自然科学学报,1996,12(4):91-94阎秀峰,孙国荣,肖 玮,星星草光合蒸腾日变化与气候因子的关系,植物研究,1996,16(4):477-484阎秀峰,孙国荣,肖 玮,星星草光合蒸腾的季节变化,植物研究,1996,16(3):340-345陈月艳,孙国荣,李景信,碳酸钠对星星草种子萌发的影响,黑龙江畜牧科技,1997(1):4-7陈月艳,孙国荣,李景信,Na2CO3胁迫对星星草种子萌发过程中水分吸收及膜透性的影响,草业科学,1997,14(2):27-30阎秀峰,孙国荣,肖 玮,星星草光合蒸腾季节变化与气候因子的关系,植物研究,1997,17(3):325-331阎秀峰,孙国荣,肖 玮,生长不同年数星星草光合能力的比较研究,植物生态学报,1998,22(3):231-236李艳波,陈月艳,孙国荣,阎秀峰,盐碱胁迫下星星草种子萌发过程中氮代谢的初步研究,植物研究,19(2):153-158阎秀峰,孙国荣,李 晶,肖 玮,碱性盐胁迫下星星草幼苗中几种渗透调节物质的变化,植物研究,19(3):347-355(英文)阎秀峰,孙国荣,李 晶,盐碱草地植物种群分布与土壤营养关系的一种分析方法—土壤营养位分析,植物研究,19(4):435-444肖 玮,李艳波,殷 华,孙国荣,能力的系统培养要与知识的系统传授有机地结合起来,黑龙江教育学院学报,1999,(4):38殷 华,肖 玮,孙国荣等,盐碱条件下磷素营养对星星草幼苗呼吸代谢的影响,哈尔滨师范大学自然科学学报,1998,14(5):92-95肖 玮,殷 华,阎秀峰,孙国荣,星星草种群地上生物量形成规律的数学拟合,哈尔滨师范大学自然科学学报,1997,13(1):102-106李晶,孙国荣,阎秀峰,星星草地上部6种元素含量季节动态及其分布,草地学报,2001,9(3):213-217范亚文,孙国荣,阎秀峰,李 晶,种植星星草对盐碱土壤养分状况的改良作用,植物研究,2001,21(4):600-604阎秀峰,孙国荣,李 晶,松嫩盐碱草地几种植物的土壤营养位分析,生态学报,2001,21(12):1973-1985陈月艳,孙国荣,阎秀峰,Na2CO3对星星草种子保护酶活性的影响,草地学报,2002,10(3):194-198路 芳,殷 华,曹文钟,孙国荣,玉米幼苗冷袭敏感性的初步研究,植物研究,2002,22(4):464-466(通讯作者)辛钢,赵光伟,刘德玉,孙国荣,烤烟旺长期需水特点的研究,烟草科技,2002(4):39-42刘德玉,赵光伟,孙国荣,烤烟成熟期土壤水分状况对烟叶光合生理及其产质的影响,黑龙江烟草,2002(2):23-25肖 玮,金建丽,孙国荣,阎秀峰,盐胁迫下星星草种子的抗氰呼吸,哈尔滨师范大学自然科学学报,2002,18(5): 65-69岳中辉,孙国荣,阎秀峰,不同改良方法对盐碱土壤腐殖质及几种酶活性的影响,植物研究,2003,23(2):211-214(通讯作者)淮虎银,吴晓霞,高红明,张彪,孙国荣,同一生境下两种车前属植物资源配置的物种特异性比较,植物研究,2003,23(2):323-327淮虎银,高红明,张彪,吴晓霞,孙国荣,外来植物空心莲子草入侵人工草坪中种群特征变化研究,草原与草坪,2003(4):36-38吴建慧,杨玲,孙国荣,低温胁迫下玉米幼苗叶片活性氧的产生及保护酶活性的变化,植物研究,2004,24(4):456-459(通讯作者)王顺心,王 台,朱 宏,孙国荣,RNAi机制及其应用研究进展,哈尔滨师范大学自然科学学报,2004,20:(通讯作者)吴晓霞,高红明,张彪,徐 平,张 毅,孙国荣,低浓度Na2CO3胁迫下星星草(Puccinellia tenuiflora)幼苗保护酶活性与活性氧之间的关系,草业学报,2004,(6):87-91(通讯作者)岳中辉,金建丽,孙国荣,不同改良方法对盐碱土壤磷素营养的影响,植物研究,2004,24(1):49-52(通讯作者)韦存虚,王建波,陈义芳,周卫东,孙国荣,耐盐植物星星草叶表皮具有泌盐功能的蜡质层,生态学报,2004,24:2451-2456(通讯作者)张彪,淮虎银,孙国荣,杜 坤,“雌蕊的类型”一节的教学改进,生物学杂志,2004,21(4):45-47张彪,吴剑,宋晓森,淮虎银,孙国荣,杜坤,被子植物分类学实验教学改革,实验室研究与探索,2004,23(5):54-57淮虎银,孙国荣,张彪,高红明,吴晓霞,金银根. 浅谈如何在药用植物学教学中培养学生的创新意识,扬州大学学报(自然科学版),2004,7(理论与实践探索) (2):26-28汪良驹,刘卫琴,孙国荣,王建波,姜卫兵,刘辉,李志强,庄猛,ALA对萝卜不同叶位叶片光合作用与叶绿素荧光特性的影响,西北植物学报,2005,25(3):488-496.吴建慧,赵 军,孙国荣,高温对玉米幼苗膜脂过氧化作用的影响,哈尔滨师范大学自然科学学报,2004,21:82-85(通讯作者)高红明,淮虎银,张彪,孙国荣,植物生物学课程教学内容改革初探,扬州大学学报(自然科学版),2004,7(理论与实践探索)(4):94-96樊明寿,陈 刚,孙国荣,缺磷玉米根内通气组织的发育时间及基因型差异,作物学报,9:1120-1124高红明,王建波,孙国荣,星星草耐盐碱生理机制再探讨,西北植物学报,2004,26(4):1589-1594(通讯作者)Yu Zhenzhe, Sun Dezhi, Shi Pengfei, Duan Xiaodong, Sun Guorong, UV-catalytic treatment of spent caustic from ethane plant with hydrogen peroxide and ozone oxidation, Journal of Environmental Science, 2004,16(2): 272-275.

光学物理研究生论文

随着社会的不断进步,人民对提高生活质量的需求,尤其是对视力保健的关注度越来越高。统计数据表明, 中国 在校小学生佩戴眼镜的人数比例达到30%,中学生为50%,而大学生则达到了75%,成为名符其实的眼镜王国”。 一、应社会需求 发展 起来的新学科 1988年,中国计量 科学 研究院(以下简称“计量院”)组织了新中国成立以来首次、也是北京市第一次眼镜市场的产品质量调查。根据英国标准化协会(BSI)的标准,京城20多家大眼镜店被抽查的上千副眼镜的质量合格率不足10%。 为此,我国著名光学专家王大珩院士率先向社会发出呼吁:眼镜是保健用品,不是一般的商品,全社会都应陔关注消费者的视力健康!一些政协委员和人大代表电纷纷提出提案,建议国家有关部门对眼镜行业进行治理和整顿。 眼镜质量问题引起了原国家技术监督局的高度重况和关注.眼镜立即在“质量万里行”活动中被列为重点监督的产品。计量院正是从这时开始涉足眼科光学领计量和检测标准的研究的。近20年过去了,具有中国旖色的眼科光学计量取得了长足的发展和进步。 二、眼科光学与相关产业密切结合、与其他学科相巨交叉 眼科光学是集眼科学、计量学、光学和光学仪器、验光学、眼镜学、像质评价技术、光电检测技术、光谱光度学、神经学、生物学、材料学、制造工艺等为一体的新兴的边缘学科。眼科光学计量是眼科诊断、 治疗 、视力矫正和眼保健的基础保证。 根据国际标准化组织(ISO)的专业划分,至少有五大产业领域与眼科光学密切相关,它们是眼镜镜片、眼科仪器、角膜接触镜、人工晶体和个体眼部防护用品。由此可见,眼科光学又是医疗卫生、眼镜行业和光学 工业 的结合体。 三、具有中国特色的眼科光学计量体系 根据日益增长的国际市场和贸易全球化的需要,20世纪80年代中期,ISO在IS0C172“光学和光子学”标准化技术委员会下面设立了SC7“眼科光学和仪器”标准化分技术委员会。由于信息不畅以及行业划分的制约,中国的眼科光学计量研究与国际IS0C172,sC7的建立虽然同步,却又毫不相干。而国际计量界的同行们,无论是德国联邦物理技术研究院(PTB)、美国国家标准与技术研究院(NIST),还是英国国家物理实验室(NPL),都还没有开展这一领域的研究。 命运注定,中国眼科光学计量的生存、确立和发展必须自主创新。 1。独创性 由于有了计量院这样一支实力雄厚的技术队伍的实质性介入,仅仅十几年,中国已经开始步人国际先进水平的行列。 在国家质检总局的大力支持下.计量院会同全国质监系统先后研究建立了顶焦度计量基准、验光机顶焦度工作基准、角膜接触镜顶焦度工作基准等一系列有代表性的基、标准装置,并在全国范围内建立了具有中国特色的顶焦度量值传递和溯源体系,如图1所示。 纵观国际眼科光学大家庭,中国的眼科光学计量颇具独创性。正如国际计量局局长瓦拉德于2005年下半年参观计量院眼科光学实验室时所说的:“我在你们这里看到了一片新天地。” 2.建标与量值传递的新模式 传统的计量工作,往往是先投入巨资研究检测装置,待建立计量基准或计量标准后,再对社会开展周期检定和量值溯源。 计量院在开展眼科光学计量研究的初期.面临着技术上走哪条路的抉择。由于服科光学计量服务的对象是一个个不同的生命体,从某种意义上说.如果初期没有选择好突破口,计量检定方法不能通过临床医学的考验,就不可能得到今天医学界的承认,更不会被国内外市场广泛使用并接受,也绝无可能发展到今天的规模和水平。回顾 历史 ,眼科光学计量所实现的突破在于: (1)选择了以动态或在线检测为研究目标 事实证明,这种模式能够较好地适应眼镜行业或医学界在使用现场进行动态测量或在线校准和检测的需求显然,传统的、基于静态或分量程的工业计量模式,以及高成本低使用率的计量建标和检定模式.不适于眼科临床医学的需求。而中国自主研发的各种眼科光学计量标准器具,如标准镜片和标准模拟眼等,则以其高科技含量、低成本高使用率、便于携带等显著特点.一下子就被国内外客户广泛接受,并占领了市场。 (2)以Map手段实现量值传递的新模式 面对具有3.6亿用户的眼镜市场,我们只有通过大面积的建标和计量检定,才能有效控制眼镜行业的产品质量,才能保证全国范围内顶焦度量值的统一。而Map了用客传递手段,就像勾画一张全国地图一样,把顶焦度一级或二级标准、验光机顶焦度标准、瞳距仪检定装置、透射比计量标准装置、角膜曲率计检定标准等通过自上而下的逐级推广、很快就覆盖了全国除 台湾 和西藏以外的大部分省、市地区计量所,甚至远销海外。这种新模式,满足了我国眼镜行业分布区域大、计量检定贯穿始终、无所不在的市场的需求。 四、计量基标准与科研成果转化 眼科光学领域内的基本物理量是顶焦度——VertexPowero 围绕着顶焦度这个重要物理量,我国先后研究建立了各项基(标)准,并将其迅速转化为市场上可流通的商用计量标准器具。例如:“顶焦度标准镜片”、“主观式和客观式标准模拟眼”、“接触镜顶焦度专用标准镜片”、“眼镜片透射比测量装置”、“瞳距仪计量检定装置”和“商用瞳距仪样机”、“角膜曲率计标准器”等。 上述计量标准器具均可直接用于对眼科光学计量仪器进行强制检定和计量校准,且具有包容性强、较长期的适应性、研究费用低廉、易于操作和大范围推广等优点,有利于调动地方质监部门的积极性。 上下齐抓共管大好局面的形成,使我国政府对眼科光学领域的产品质量实施市场监督的目标能够落到实处。 五、发挥龙头作用、形成计量院与地方技术机构双赢的局面 眼科光学计量之所以能够在短短十几年里取得如此快速的发展.并为提高我国眼镜行业产品质量的提高作出举足轻重的贡献,除了计量院自身的努力之外,另一个重要的原因就是这项工作得到了全国各地质监部门的积极响应和大力协助。 目前.除台湾、西藏以外的大多数省市级的计量和质检机构都开展了眼科光学计量检定和产品质量监督工作.各地技术机构直接使用计量院提供的计量标准器具。这种“统一研制、统一推广、统一培训、统一周期检定”的“四个统一”模式有效解决了巨大市场需求下的量值溯源和量值统一问题,使将原来看起来十分复杂和困难的技术管理和市场监督工作变得简化和顺畅起来。 眼科光学计量走出了一条计量为国民 经济 服务、为社会发展服务、为提高人民生活质量和身体健康服务的新思路,不但使社会和国民从中受益,也形成了计量院与地方技术机构双赢共进的新局面。 六、中国眼科光学计量研究实现“从零的突破到质变的跨越” 眼科光学计量所走过的路。为计量科学技术的发展开拓了广阔的研究领域,使计量科学更贴近生活,更贴近国民经济。也锻炼和造就了一批了解市场、了解 企业 需求。通过为社会服务而发现和寻找科研方向的新型的科技人员。 顶焦度计量标准(基准)、验光机工作基准、角膜接触镜顶焦度工作基准的相继研发成功。确立了计量院在国内眼科光学领域的“科研龙头”地位.同时。为提高中国在国际眼科光学界的地位赢得了关键的一票。

分光计的调节及其棱镜折射率的测定研究与分析杨贵宏(08物理2班 200802050253)引言:我们的生活离不开阳光,通常我们认为阳光是一种单色光(单一波长的光)。其实,笼罩在我们周围的光线本身是复色光(由两种或两种以上的单色光组成的光线),他是由不同波长波线的单色光组成的。广义的说,具有周期性的空间结构或光学性能(如透射率、折射率)的衍射屏,统称光栅。光栅的种类很多,有透射光栅和反射光栅,有平面光栅和凹面光栅,有黑白光栅和正弦光栅,有一维光栅,二维光栅和三维光栅,等等。此次实验所使用的光栅是利用全息照相技术拍摄的全息透射光栅光栅的表面若被污染后不易清洗,使用时应特别注意。分光计是一种能精确测量角度的光学仪器,常用来测量材料的折射率、色散率、光波波长和进行光谱观测等。由于该装置比较精密,控制部件较多而且复杂,所以使用时必须严格按照一定的规则和程序进行调整,以便测量出准确的结果。摘要: 分光计是一种能精确测量折射角的典型光学仪器,经常用来测量材料的折射率、色散率、光波波长和进行光谱观测等。由于该装置比较精密,控制部件较多而且操作复杂,所以使用时必须严格按照一定的规则和程序进行调整,方能获得较高精度的测量结果。关键词:分光计、棱镜、折射率Abstract: The spectrometer can accurately measure the angle of refraction is a typical optical instruments, often used to measure the material's refractive index, dispersion rate, wavelength, and spectral observations. As the more sophisticated devices, control components and operation are more complex, and therefore must be used strictly in accordance with certain rules and procedures to adjust to get the high precision measurement : spectrometer, prism, the refractive index二、实验目的: 1、了解分光计结构,学会正解调节和使用分光计的方法; 2、用分光计测量三棱镜的顶角; 3、学会用最小偏向角法测量三棱镜的折射率。三、实验仪器:分光计主要由五个部件组成:三角底座,平行光管、望远镜、刻度圆盘和载物台。图中各调节装置的名称及作用见表1。 图 1分光计基本结构示意图表1 分光计各调节装置的名称和作用代号 名称 作用1 狭缝宽度调节螺丝 调节狭缝宽度,改变入射光宽度2 狭缝装置 3 狭缝装置锁紧螺丝 松开时,前后拉动狭缝装置,调节平行光。调好后锁紧,用来固定狭缝装置。4 平行光管 产生平行光5 载物台 放置光学元件。台面下方装有三个细牙螺丝7,用来调整台面的倾斜度。松开螺丝8可升降、转动载物台。6 夹持待测物簧片 夹持载物台上的光学元件7 载物台调节螺丝(3只) 调节载物台台面水平8 载物台锁紧螺丝 松开时,载物台可单独转动和升降;锁紧后,可使载物台与读数游标盘同步转动9 望远镜 观测经光学元件作用后的光线10 目镜装置锁紧螺丝 松开时,目镜装置可伸缩和转动(望远镜调焦);锁紧后,固定目镜装置11 阿贝式自准目镜装置 可伸缩和转动(望远镜调焦)12 目镜调焦手轮 调节目镜焦距,使分划板、叉丝清晰13 望远镜光轴仰角调节螺丝 调节望远镜的俯仰角度14 望远镜光轴水平调节螺丝 调节该螺丝,可使望远镜在水平面内转动15 望远镜支架 16 游标盘 盘上对称设置两游标17 游标 分成30小格,每一小格对应角度 1’18 望远镜微调螺丝 该螺丝位于图14-1的反面。锁紧望远镜支架制动螺丝 21 后,调节螺丝18,使望远镜支架作小幅度转动19 度盘 分为360°,最小刻度为半度(30′),小于半度则利用游标读数20 目镜照明电源 打开该电源20,从目镜中可看到一绿斑及黑十字21 望远镜支架制动螺丝 该螺丝位于图14-1的反面。锁紧后,只能用望远镜微调螺丝18使望远镜支架作小幅度转动22 望远镜支架与刻度盘锁紧螺丝 锁紧后,望远镜与刻度盘同步转动23 分光计电源插座 24 分光计三角底座 它是整个分光计的底座。底座中心有沿铅直方向的转轴套,望远镜部件整体、刻度圆盘和游标盘可分别独立绕该中心轴转动。平行光管固定在三角底座的一只脚上25 平行光管支架 26 游标盘微调螺丝 锁紧游标盘制动螺丝27后,调节螺丝26可使游标盘作小幅度转动27 游标盘制动螺丝 锁紧后,只能用游标盘微调螺丝26使游标盘作小幅度转动28 平行光管光轴水平调节螺丝 调节该螺丝,可使平行光管在水平面内转动29 平行光管光轴仰角调节螺丝 调节平行光管的俯仰角四、实验原理:三棱镜如图1 所示,AB和AC是透光的光学表面,又称折射面,其夹角 称为三棱镜的顶角;BC为毛玻璃面,称为三棱镜的底面。图2三棱镜示意图 1.反射法测三棱镜顶角 如图2 所示,一束平行光入射于三棱镜,经过AB面和AC面反射的光线分别沿 和 方位射出, 和 方向的夹角记为 ,由几何学关系可知: 图3反射法测顶角2.最小偏向角法测三棱镜玻璃的折射率假设有一束单色平行光LD入射到棱镜上,经过两次折射后沿ER方向射出,则入射光线LD与出射光线ER间的夹角 称为偏向角,如图3所示。 图4最小偏向角的测定转动三棱镜,改变入射光对光学面AC的入射角,出射光线的方向ER也随之改变,即偏向角 发生变化。沿偏向角减小的方向继续缓慢转动三棱镜,使偏向角逐渐减小;当转到某个位置时,若再继续沿此方向转动,偏向角又将逐渐增大,此位置时偏向角达到最小值,测出最小偏向角 。可以证明棱镜材料的折射率 与顶角 及最小偏向角的关系式为 实验中,利用分光镜测出三棱镜的顶角 及最小偏向角 ,即可由上式算出棱镜材料的折射率 。实验内容与步骤:1.分光计的调整(分光计结构如右图所示) 在进行调整前,应先熟悉所使用的分光计中下列螺丝的位置: ①目镜调焦(看清分划板准线)手轮; ②望远镜调焦(看清物体)调节手轮(或螺丝);③调节望远镜高低倾斜度的螺丝;④控制望远镜(连同刻度盘)转动的制动螺丝;⑤调整载物台水平状态的螺丝;⑥控制载物台转动的制动螺丝;⑦调整平行光管上狭缝宽度的螺丝;⑧调整平行光管高低倾斜度的螺丝; 图5 ⑨平行光管调焦的狭缝套筒制动螺丝。(1)目测粗调。将望远镜、载物台、平行光管用目测粗调成水平,并与中心轴垂直(粗调是后面进行细调的前提和细调成功的保证)。(2)用自准法调整望远镜,使其聚焦于无穷远。①调节目镜调焦手轮,直到能够清楚地看到分划板"准线"为止。 ②接上照明小灯电源,打开开关,可在目镜视场中看到如图4所示的“准线”和带有绿色小十字的窗口。 图6目镜视场 ③将双面镜按图5所示方位放置在载物台上。这样放置是出于这样的考虑:若要调节平面镜的俯仰,只需要调节载物台下的螺丝a1或a2即可,而螺丝a3的调节与平面镜的俯仰无关。图7平面镜的放置  ④沿望远镜外侧观察可看到平面镜内有一亮十字,轻缓地转动载物台,亮十字也随之转动。但若用望远镜对着平面镜看,往往看不到此亮十字,这说明从望远镜射出的光没有被平面镜反射到望远镜中。我们仍将望远镜对准载物台上的平面镜,调节镜面的俯仰,并转动载物台让反射光返回望远镜中,使由透明十字发出的光经过物镜后(此时从物镜出来的光还不一定是平行光),再经平面镜反射,由物镜再次聚焦,于是在分划板上形成模糊的像斑(注意:调节是否顺利,以上步骤是关键)。然后先调物镜与分划板间的距离,再调分划板与目镜的距离使从目镜中既能看清准线,又能看清亮十字的反射像。注意使准线与亮十字的反射像之间无视差,如有视差,则需反复调节,予以消除。如果没有视差,说明望远镜已聚焦于无穷远。 (3)调整望远镜光轴,使之与分光计的中心轴垂直。 平行光管与望远镜的光轴各代表入射光和出射光的方向。为了测准角度,必须分别使它们的光轴与刻度盘平行。刻度盘在制造时已垂直于分光计的中心轴。因此,当望远镜与分光计的中心轴垂直时,就达到了与刻度盘平行的要求。具体调整方法为:平面镜仍竖直置于载物台上,使望远镜分别对准平面镜前后两镜面,利用自准法可以分别观察到两个亮十字的反射像。如果望远镜的光轴与分光计的中心轴相垂直,而且平面镜反射面又与中心轴平行,则转动载物台时,从望远镜中可以两次观察到由平面镜前后两个面反射回来的亮十字像与分划板准线的上部十字线完全重合,如图6(c)所示。若望远镜光轴与分光计中心轴不垂直,平面镜反射面也不与中心轴相平行,则转动载物台时,从望远镜中观察到的两个亮十字反射像必然不会同时与分划板准线的上部十字线重合,而是一个偏低,一个偏高,甚至只能看到一个。这时需要认真分析,确定调节措施,切不可盲目乱调。重要的是必须先粗调:即先从望远镜外面目测,调节到从望远镜外侧能观察到两个亮十字像;然后再细调:从望远镜视场中观察,当无论以平面镜的哪一个反射面对准望远镜,均能观察到亮十字时,如从望远镜中看到准线与亮十字像不重合,它们的交点在高低方面相差一段距离如图6(a)所示。此时调整望远镜高低倾斜螺丝使差距减小为h/2,如图6(b)所示。再调节载物台下的水平调节螺丝,消除另一半距离,使准线的上部十字线与亮十字线重合,如图6(c)所示。之后,再将载物台旋转180o ,使望远镜对着平面镜的另一面,采用同样的方法调节。如此反复调整,直至转动载物台时,从平面镜前后两表面反射回来的亮十字像都能与分划板准线的上部十字线重合为止。这时望远镜光轴和分光计的中心轴相垂直,常称这种方法为逐次逼近各半调整法。图8亮十字像与分划板准线的位置关系 (4)调整平行光管 用前面已经调整好的望远镜调节平行光管。当平行光管射出平行光时,则狭缝成像于望远镜物镜的焦平面上,在望远镜中就能清楚地看到狭缝像,并与准线无视差。 ①调整平行光管产生平行光。取下载物台上的平面镜,关掉望远镜中的照明小灯,用钠灯照亮狭缝,从望远镜中观察来自平行光管的狭缝像,同时调节平行光管狭缝与透镜间的距离,直至能在望远镜中看到清晰的狭缝像为止,然后调节缝宽使望远镜视场中的缝宽约为1mm。 ②调节平行光管的光轴与分光计中心轴相垂直。望远镜中看到清晰的狭缝像后,转动狭缝(但不能前后移动)至水平状态,调节平行光管倾斜螺丝,使狭缝水平像被分划板的中央十字线上、下平分,如图7(a)所示。这时平行光管的光轴已与分光计中心轴相垂直。再把狭缝转至铅直位置,并需保持狭缝像最清晰而且无视差,位置如图7(b)所示。图9狭缝像与分划板位置 至此分光计已全部调整好,使用时必须注意分光计上除刻度圆盘制动螺丝及其微调螺丝外,其它螺丝不能任意转动,否则将破坏分光计的工作条件,需要重新调节。 2. 测量 在正式测量之前,请先弄清你所使用的分光计中下列各螺丝的位置:①控制望远镜(连同刻度盘)转动的制动螺丝;②控制望远镜微动的螺丝。(1)用反射法测三棱镜的顶角  如图2 所示,使三棱镜的顶角对准平行光管,开启钠光灯,使平行光照射在三棱镜的AC、AB面上,旋紧游标盘制动螺丝,固定游标盘位置,放松望远镜制动螺丝,转动望远镜(连同刻度盘)寻找AB面反射的狭缝像,使分划板上竖直线与狭缝像基本对准后,旋紧望远镜螺丝,用望远镜微调螺丝使竖直线与狭缝完全重合,记下此时两对称游标上指示的读数 、 。转动望远镜至AC面进行同样的测量得 、 。可得 三棱镜的顶角 为 重复测量三次取平均。(2) 棱镜玻璃折射率的测定 分别放松游标盘和望远镜的制动螺丝,转动游标盘(连同三棱镜)使平行光射入三棱镜的AC面,如图3 所示。转动望远镜在AB面处寻找平行光管中狭缝的像。然后向一个方向缓慢地转动游标盘(连同三棱镜)在望远镜中观察狭缝像的移动情况,当随着游标盘转动而向某个方向移动的狭缝像,正要开始向相反方向移动时,固定游标盘。轻轻地转动望远镜,使分划板上竖直线与狭缝像对准,记下两游标指示的读数,记为 、 ;然后取下三棱镜,转动望远镜使它直接对准平行光管,并使分划板上竖直线与狭缝像对准,记下对称的两游标指示的读数,记为 、 ,可得 重复测量三次求平均。用上式求出棱镜的折射。五、实验注意事项:1.望远镜、平行光管上的镜头,三棱镜、平面镜的镜面不能用手摸、揩。如发现有尘埃时,应该用镜头纸轻轻揩擦。三棱镜、平面镜不准磕碰或跌落,以免损坏。 2.分光计是较精密的光学仪器,要加倍爱护,不应在制动螺丝锁紧时强行转动望远镜,也不要随意拧动狭缝。 3.在测量数据前务须检查分光计的几个制动螺丝是否锁紧,若未锁紧,取得的数据会不可靠。 4.测量中应正确使用望远镜转动的微调螺丝,以便提高工作效率和测量准确度。 5.在游标读数过程中,由于望远镜可能位于任何方位,故应注意望远镜转动过程中是否过了刻度的零点。 6.调整时应调整好一个方向,这时已调好部分的螺丝不能再随便拧动,否则会造成前功尽弃。 7.望远镜的调整是一个重点。首先转动目镜手轮看清分划板上的十字线,而后伸缩目镜筒看清亮十字。 六、思考题:1. 分光计的调整有哪些要求?其检察的标准?答:①几何要求:“三垂直”。即载物小平台的平面,望远镜的主光轴、平行光管的主光轴均必须与分光计的中心轴垂直。②物理要求:“三聚焦”。即叉丝对目镜聚焦,望远镜对无穷远聚焦,狭缝对平行光管物镜聚焦。③检验三垂直的标准:“四平行”。即载物小平台平面、望远镜的主光轴、平行光管的主光轴和读数刻度盘四者相互平行。④检验三聚焦的标准:“三清晰”。即目镜中观察叉丝清晰,亮十字反回的像(绿十字)清晰,在望远镜中看到狭缝清晰。2. 即是重点又是难点内容的望远镜系统如何调整? 答:①目测粗调②打开小灯调节目镜,看清叉丝。③在载物台上放双平面镜(位置如胶片图所示,为什么?),调节物镜(仰俯角和伸缩)和载物台(螺钉),使双平面镜两面有绿十字像并清晰、无视差,此时望远镜已聚焦无穷远。④调整望远镜的光轴与分光计转轴垂直。使双平面镜两面有绿十字像。再用“减半逐步逼近法”使望远镜的光轴与分光计的中心轴垂直(对照胶片讲解,必要时示范讲解),即叉丝的像与调整叉丝完全重合。3. 平行光管如何调整?答:①用已调节好的望远镜作基准,调节平行光管下部仰俯螺钉,使其出射平行光。②调节平行光管的狭缝宽度(强调:不要损坏刀口!)③使平行光管光轴与分光计转轴垂直。使目镜中看到的水平和竖直的狭缝像均居中。 七、误差分析:在测量三棱镜折射率实验中,当调节分光计的平行光管光轴与望远镜光轴垂直于中心转轴后,由实验可知载物台平面的倾斜程度对最小偏向角的测量没影响,但顶角的测量随着载物台平面的倾斜程度不同,有着不同程度的影响。八、实验心得:1、提高了我们综合分析的能力,当面对一个问题时,首先要考虑怎样解决,既而开始考虑解决的具体方法,在实验前必须提前预习,把整个实验的原理,流程和注意的事项掌握清楚,这才能保证你实验既快又好的完成.在预习时要有目的,心中明白哪里里是实验的重点,哪里是必须注意的问题.设计实验步骤,并预测实验中可能出现的问题。对实验的每一个细节进行分析,尽可能的减小实验误差。这些都使我们初步培养了实验的素质和能力。 2、培养了实验中科学严谨的态度,尊重客观事实,对待任何实验都客观认真仔细。实验正式开始前,应该先清点下实验仪器和材料,并对其进行检查,以确保实验顺利进行.在动手前先将心中的实验知识对照一起过一遍再开始动手。实验过程更始需要很精细的态度和求实的态度。对每个步骤,每个细节都要留心。 3、养成了我们做事认真细致有耐心的习惯。在实验中,你必须有耐心,因为实验中每个变化都可能是细微的,必须集中精神才能去发现它,不可以急于求成。如果实验数据与正确数据相差过大时,应该把整个实验过程回想一下,对照每一步骤寻求问题所在,重新做一次。 4、悉了很多仪器的使用方法,在光学实验室良好的环境和设备的情况下,我们得到了很好的锻炼,对很多仪器的调试、测量,以及如何减小实验误差等,都有了很明确的认识。我想,这在我们以后的实验过程中会非常有用。 5、实验老师们的耐心讲解和对工作的认真态度给我留下了很深刻的印象。辅导我们实验的每一位老师,对工作都极其认真,在实验前,老师通常会给大家讲解下实验的注意事项,对于我们实验中出现的问题都给予耐心的讲解,而且,在我们实验进行中和实验结束后,老师们都启发我们思考实验的一些外延内容,这对我们将实验所进行的内容跟课本密切联系起来,将知识更充分地掌握。九、试验总结:首先:光学试验的仪器测量都十分精密,实验中一个很小的环节都有可能导致试验的失败,以“应用全反射临界角法测定三棱镜的折射率”为例,在实验过程中要注意分光仪在进行本次实验时已做过校正,因此时在测量时就应该注意,只能调节载物台倾斜度调节螺丝,而对于像平行光管倾斜度调节螺丝、望远镜倾斜度调节螺丝等就不应该再进行调节,否则将会导致实验失败。 第二:对于数据的处理,光学实验也有较高的要求,数据不但要求准确度高,精确度也要高,而且通常要记录多组数据,最后取平均。 第三:光学实验的测量仪器在进行测量时,通常要求一个稳定的实验环境,当有光源时,通常要在实验开始前先打开光源,这样在进行实验时,光源已经达到稳定。对于“全息照相”,对环境的稳定性要求更高,实验仪器都放在防震台上,在仪器排好光路后,要用手轻敲台面,看光路是否改变,在进行曝光前,更是要求室内实验人员不得大声说话,因为声波震动而引起的空气密度变化都有可能导致实验失败,在装片后还必须有一个使台面上各元件自然稳定的时间,即使干涉条纹稳定下来了,时间也不得少于3分钟。可以说这是我做过的六次实验中对稳定性要求最高的实验 第四:我始终认为做好实验预习是最重要的,在作实验前,通过预习,我们可以了解要做实验的原理及要使用的仪器的使用方法,这样在实验之前就已对试验有了大概的了解,然后在课堂上通过老师的讲解,可以迅速掌握仪器的使用方法,这样做起实验来才会得心应手,同时也可以减少因不了解实验仪器的使用方法而导致的实验失败,甚至是对仪器造成损坏,可以说做好实验预习是一举多得的事情。九、参考文献:[1]、普通物理实验3光学部分 高等教育出版社 杨述武、赵立竹等编 2008年版;[2]、大学物理实验 章世恒 主编 西南交通大学出版社 2009 年1月 ;[3]、大学物理实验教程(第2版) 何春娟 主编 西北工业大学出版社 2009年4月。

光的干涉应用的新进展 光的干涉无处而不在,如在日光照射下,肥皂泡的薄层色及昆虫翅膀上的彩色便是最明显的例子。这仅在生活中光的干涉便随处可见,那么在它的实际应用岂不更让人意想不到。光的干涉最要的前提条件就是:必须满足传播方向相同、初相位恒定、频率相同。对于光干涉最开始的意愿是为了测单色光的波长,然而现在我们熟悉的照相机便也运用了光的干涉,普通照相是把照相机的镜头对着被拍摄的物体,让从物体上反射的光进入镜头,在感光底片上产生物体的像。感光底片上记录的是从物体上各点反射出来的光的强度。一、全息照相是应用光的干涉来实现的。它用激光(是良好的相干光)作光源。全息照相的原理如图所示,激光束被分成两部分:一部分射向被摄物体,另一部分射向反射镜(这束光叫参考光束)。从物体上反射出来的光(叫做物光束)具有不同的振幅和相位,物光束和从反射镜来的参考光束都射到感光片上,两束光发生干涉,在感光片上产生明暗的干涉条纹,感光片就成了全息照相。干涉条纹的明暗记录了干涉后光的强度,干涉条纹的形状记录了两束光的位相关系。 从全息照片的干涉条纹上不能直接看到物体的像,为了现出物体的像,必须用激光束(参考光束)去照射全息照片,当参考光束通过全息照片时,便复现出物光束的全部信息,于是就能看到物体的像。二、光学千涉生物传感器的建立及其在多种生物分子识别中的应用1.光学千涉生物传感器系统的设置(1)光学干涉生物传感器的硬件构成 (2)聚荃乙烯薄膜厚度与光学常数的测定及软件的编译2.光学干涉生物传感器敏感膜的构建3.光学干涉生物传感器在多种类型分子识别中的应用(1)酶标记的表面抗原一表面抗体相互作用(2)寡核昔酸分子杂交实验(3) L一天冬酞胺酶B细胞表位的筛选(4)不同细胞与固定化凝集素的相互作用三、当前光刻技术的主要研究领域及进展 1.光学光刻 光学光刻是通过光学系统以投影方法将掩模上的大规模集成电路器件的结构图形"刻"在涂有光刻胶的硅片上,限制光刻所能获得的最小特征尺寸直接与光刻系统所能获得的分辨率直接相关,而减小光源的波长是提高分辨率的最有效途径。因此,开发新型短波长光源光刻机一直是国际上的研究热点。 2.极紫外光刻(EUVL)极紫外光刻用波长为10-14纳米的极紫外光作 光源。虽然该技术最初被称为软X射线光刻,但实际上更类似于光学光刻。所不同的是由于在材料中的强烈吸收,其光学系统必须采用反射形式。如果EUVL得到应用,它甚至可能解决2012年的微米及以后的问题,对此发展应予以足够重视。总的来说,随着科学技术的迅速发展,在科学和技术领域中人们不断地利着光的干涉原理解决了许多复杂的实际问题。让我们更加深刻的认识光的干涉现象,以便日后更好的利用光的干涉知识解决生产及生活中的问题

研究生物理教学论文

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康普顿(Arthur Holly Compton)教授是美国著名的物理学家、“康普顿效应”的发现者。 1892年9月10日康普顿出生干俄亥俄州的伍斯特,1962年3月15日于加利福尼亚州的伯克利逝世,终年70岁。 康普顿出身于高级知识分子家庭,其父曾任伍斯特学院哲学救授兼院长。康普顿的大哥卡尔(KarL)是普林斯顿大学物理系主任,后来成为麻省理工学院院长,他是康普顿最亲密的和最好的科学带路人。 康普顿中学毕业后,升入伍斯特学院。该院具有悠久的历史传统,这对康普顿一生的事业具有决定性的影响。在这里,他所受的基础教育,几乎完全决定了他一生中对生活、科学的态度。在学院以外,康普顿熟悉许多感兴趣的事物,诸如密执安的夏令营、卡尔早期的科学实验,等等。所有这些对康普顿以后的科学生涯也都超着重要的作用。 1913年,康普顿从伍斯特学院毕业后,进入普林斯顿大学深造,1914年取得硕士学位,1916年取得博士学位。他的博士学位论文起先由里查逊(O·W·Richardson)指导,后来在库克(H·L·Cooke)指导下完成。取得哲学博士学位后,康普顿在明尼苏达大学(1916—1917)担任为期一年的物理学教学工作,随后在宾夕法尼亚州的东匹兹堡威斯汀豪斯电气和制造公司担任两年研究工程师。在此期间,康普顿为陆军通讯兵发展航空仪器做了大量有独创性的工作;并且还取得钠汽灯设计的专利。后面这一项工作跟他以后在美国俄亥俄州克利夫兰内拉帕克创办荧光灯工业密切相关;在内拉帕克期间,他跟通用电气公司的技术指导佐利·杰弗里斯(Zay Jeffries)密切配合,促进了荧光灯工业的发展,使荧光灯的研制进入最活跃的年代。 康普顿的科学家生涯是从研究X射线开始的。早在大学学习时期,他在毕业论文中,就提出一个新的理论见解,其大意是:在晶体中X射线衍射的强度是与该晶体所含的原子中的电子分布有关。在威斯汀豪斯期间(1917——1919);康普顿继续从事X射线的研究。从1918年起,他在理论在获得X射线吸收与和实验两方面研究了X射线的散射。散射数据之间的定量吻合之后,根据J·J·汤姆逊的经典理论,康普顿提出了电子有限线度(半径×10-10”cm)的假设,说明密度与散射角的观察关系。这是个简单的开端,却导致了后来形成的电子以及其它基本粒子的“康普顿波长”概念。这个概念后来在他自己的X射线散射的量子理论以及量子电动力学中都充分地得到了发展。 在这一时期他的第二项研究,是1917年在明尼苏达大学跟奥斯瓦德·罗格利(Oswrald Rognley)一起开始的,这就是关于决定磁化效应对磁晶体X射线反射的密度问题。这项研究表明,电子轨道运动对磁化效应不起作用。他认为铁磁性是由于电子本身的固有特性所引起的,这是一个基本磁荷。这一看法的正确性后来由他在芝加哥大学指导的学生斯特思斯(J·C·Stearns)用实验得出的结果作了更有力的证明。 第—次世界大战后,1919至1920年间,康普顿到英国进修,在剑桥卡文迪许实验室从事研究。当时卡文迪许实验室正处于最兴旺发达的年代,许多年青有为的英国科学工作者从战场转到这里跟随卢瑟福、J·J·汤姆逊进行研究。康普顿认为它是一个最鼓舞人心的年代,在这段时间里他不仅限卢瑟福建立了关系;而且也得以与汤姆逊会面。当时,汤姆逊对他的研究能力给以高度的评价,这极大地鼓舞了康普顿,使他对自己的见解更加充满信心。康普顿跟汤姆逊的友好关系二直保持到生命的最后一刻。 在剑桥期间,由于高压X射线装置不适用,康普顿便改用γ射线进行散射实验。这—实验不仅证实格雷(T·A·Gray)其他科学家早期研究的结果,同时也为康普顿对X射线散射实验作更深人的研究奠定了基础。 之后,康普领于1920年回到美国,在圣路易斯华盛顿大学担任韦曼·克劳(Wayman Crow)讲座教授兼物理系主任。在这里他作出了对他来说是最伟大的一个发现。当时,康普顿把来自钼靶的X射线投射到石墨上以观测被散射后的x射线。他发现其中包含有两种不同频率的成分,一种频率(或波长)和原来人射的X射线的频率相同,而另一种则比原来人射的父射线的频率小。这种频率的改变和散射角有一定的关系。对于第一种不改变频率的成分可用通常的波动理论来说明,因为根据光的波动理论,散射不会改变入射光的频率。而实验中出现的、第二种频率变小的成分却令人费解,它无法用经典的概念来说明。面对这种实验所观测到的事实,康普顿于1923年提出了自己的解释。他认为这种现象是由光量子和电子的相互碰撞引起的。光量子不仅具有能量,而且具有某些类似力学意义的动量,在碰撞过程中,光子把一部分能量传递给电子,减少了它的能量,因而也就降低了它的频率。另外,根据碰撞粒子的能量和动量守恒,可以导出频率改变和散射角的依赖关系,这也就能很好地说明了康普顿所观测到的事实。这样一来,人们不得不承认:光除了具有早巳熟知的波动性以外,还具有粒子的性质。这就说明了一束光是由互相分离的若干粒子所组成的,这种粒子在许多方面表现出和通常物质的粒子具有同样的性质。康普顿的这一科学研究成果,陆陆续续发表在许多期刊上。1926年他又把先后发表的论文综合起来写成《 X射线与电子》一书。 1923年,康普顿接受了芝加哥大学物理学教授职位(R·A·密立根曾经担任过这一职位),同迈克尔逊共事。在这里担,他把自己的第一项研究定名为“康普顿效应”。由于他对“康普顿效应”的一系列实验及其理论解释,因此与英国的A·T·R威尔逊一起分享了1927年度诺贝尔物理学奖金。这时他年仅35岁。同年,他被选为美国国立科学院院士,1929年成为C·H·斯威夫特(C·H·Svift)讲座教授。 1930年,康普顿改变了自己的主要兴趣,从研究X射线转为研究宇宙射线。这是因为宇宙射线中的高能γ射线和电子的相互作用是“康普顿效应”的一个重要方面(今天,高能电子与低能光子相互作用的反康普顿效应是天文物理学的重要研究课题)。第二次世界大战期间,许多物理学家都关心“铀的问题”,康普顿更不例外。1941年l1月6日,康普顿作为国立科学院铀委员会主席,发表了一篇关于原子能的军事潜力的报告,这篇报告促进了核反应堆和原子弹的发展。劳伦斯在加利福尼亚大学发现钚,不久,曼哈顿工区冶金实验室负责生产钚,这些方面的工作主要也是由康普顿和劳伦斯领导的。费米设计的第一个原于核链式反应堆,也曾受到康普顿的支持和鼓励。 战争末期,康普顿接受了圣路易斯华盛顿大学校长的职位。二五年前,他正是在该校做出了最大的物理发现——“康普顿效应”。1954年,康普顿到了应从大学行政领导岗位上退休的年龄了。退休后,他继续讲学、教书并撰写著作。在此期间他发表了《原子探索》一书。这是一部名著,它完整而系统地汇集了战争期间曼哈顿计划中所有同事的研究成果。 康普顿是世界最伟大的科学家之一。他所发现的“康普顿效应”是发展量于物理学的核心。他的这一发现为自己在伟大科学家的行列中取得了无可争辩的地位。

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物理学家,是指探索、研究世界的组成与运行规律的科学家。这是我为大家整理的关于物理学家学术论文,仅供参考!

对物理学家失误的解读

摘 要:通过在物理教学中客观介绍物理学家的失误,从而正确认识科学发展的曲折和科学家付出劳动的艰辛,并在实际探究的过程中体验物理学家研究问题的方法,发展科学探究所必需的创新思维,从而提高学生科学探究的能力。

关键词:失误;科学探究;创新思维

中图分类号:G420 文献标识码:A

文章编号:1992-7711(2012)10-081-1

在物理教学中,我们更多地介绍了物理学家成功的、正确的一面,而往往忽略了他们的失误。在物理教学中客观介绍物理学家的失误,通过对他们在特定历史条件下酿成失误原因的剖析,对中学物理教学具有积极的意义。

一、在物理教学中客观介绍物理学家的失误

事实上,物理大师也会走弯路,有失误。在物理学发展的过程中,这样的事例可以说是屡见不鲜的。发现放射性元素的贝克勒尔认为要找到比铀的放射性还要大得多的元素是不大可能的;牛顿推算光在介质中的速度比真空中大;电磁波的发现者赫兹由于实验的局限而错误地认为阴极射线不带电。

中子发现的历史更值得回顾。在查德威克发现中子前,在实验中已有迹象表明在核中可能存在一种中性子。例如,1930年德国物理学家玻特和他的学生利用α粒子轰击铍元素时,发现产生了一种穿透力极强的射线。后来居里夫人的女儿I?居里和她的丈夫约里奥对这种射线进行了研究。他们将这种射线射到石蜡上,测到了有反冲质子从石蜡放出,他们认为这反冲质子是由这种不带电的的射线所轰击出来的。但遗憾的是约里奥-居里夫妇和玻特等人都没能抛弃传统的旧观念,而断言为这种射线正是大家所知的Υ射线。太可惜了!尤其对约里奥-居里夫妇而言,只要根据打出质子的动能,仔细地推算一下,假如入射粒子是Υ光子的话,那么它的能量将达几十兆电子伏,要比实验测得的这种未知中性粒子的能量大得多,于是就会发现,这种未知中性粒子不可能是Υ射线。可惜旧的传统观念太深了,以致快到手的成果丢掉了。在正电子的发现过程中,同样的失误又一次发生在约里奥-居里夫妇身上,使他们成了正如恩格斯所描述的“当真理碰到鼻子尖上的时候,还是没有得到真理”的人。

纵观物理学家们的失误,造成他们作出错误分析或错失了重大科学发现的主要原因有两个:一是科学发现和创造是人类向未知领域不断探索的一个过程,而这个过程必然是复杂的、艰难曲折的,在这样的过程中出现一些失误是难免的;二是传统思想的束缚,科学发现和创造需要丰富的想象力,需要新思想、新观念,因循守旧、墨守成规就不可能作出科学发现,但突破传统观念总是非常不容易。

二、在物理教学中介绍物理学家失误的积极意义

在物理教学中,教师引导学生认识物理学家的失误,分析失误的原因,似乎会使学生产生对科学的怀疑,对科学家的不敬,在时代呼唤更多创新人才的今天,这并非不是一件好事,将有利于学生体会到人类认识自然,改造自然是个曲折艰苦的过程,是个反复修正、反复深化的过程;有利于确立不怕挫折的信念,增强学习中的毅力;有利于学生打破思维定势,活跃课堂气氛,培养创新思维能力;有利于树立学生挑战权威,服从真理的求知精神。

当然,仅仅介绍物理学家的失误,并不能达到上述目的,更要注意向学生讲述物理学家对待失误和挫折的科学态度和不屈的探索真理的精神。约里奥-居里夫妇不仅错失了发现中子的良机,后来又错失了发现正电子的机会。但他们从失败中吸取教训,始终以饱满的工作热情、坚忍不拔的意志投入研究工作,功夫不负有心人,他们终于在1934年获得了20世纪中最重要的发现之一——人工放射性,并荣获了诺贝尔物理学奖。中国科学家王淦昌教授因为自身或客观条件的限制在发现中子、验证中微子存在等物理研究方面几次和诺贝尔奖擦肩而过,但他并没有放弃对科学热诚的追求,而是进一步拓展研究领域,在众多领域里提出了自己独到的见解,直到年逾90,仍不时到研究室去,他提出的激光引发氘核出中子的想法,成为惯性约束核聚变的重要科研项目,一旦实现,这将使人类彻底解决能源问题。

在物理教学中引导学生辨别物理学家的失误和科学上的也是值得重视的一个方面,法国物理学的权威布朗洛发现N射线就是一场巨大的。对科学史上的揭示显然可以使学生正确理解物理学家的失误,而激发学生对科学家们由衷的敬佩。在实际的教学中我们似乎更应该让学生在进行相关科学探究的实践中重复物理学家的失误,比如在讲电磁感应相关内容时,笔者有意安排了这样的实验,将电流表的表面背对学生,在插入磁铁后,让学生跑到讲台后看指针的读数,学生看过常常露出不解的神情,“指针没动啊!”可磁铁确实在线圈中啊!如此,模仿了当年科拉顿所做实验的情景,并设置了相关的问题使学生明白科拉顿的失误和法拉第的成功在创新思想上的不同之处。

三、在物理教学中介绍物理学家失误的几点反思

1.介绍物理学家的失误,促进新的课程资源不断生成。

正视并合理开发日常教学中的错误资源可以丰富课程内容,激发学生的参与热情,促进新的课程资源不断生成,对师生创造性智慧的激发会起到十分重要的作用。为此,我们可以利用学生的错误激发认知冲突,促进学生思维碰撞;抓住学生因知识经验和思维方式不同而出现的错误的观点和想法,引导学生合作交流,促进生成;不轻易剥夺学生自主发现错误的机会,为教学的有效介入创造最佳时机。

2.介绍物理学家的失误,促进教师更好地锤炼教学艺术。

既然物理学家都可以有失误,对我们教师来说在教学中的失误也就没必要去遮遮掩掩。在教学中,教学双方也会因为各种情况而发生错误,错误可能来自学生,也可能来自教师。对于学生的错误,我们常常能从容应对,对于自己的失误,我们也不能回避,而是要认真反思,究其原因,寻其策略,从而提高教学设计能力和课堂教学水平。错误的价值有时并不在于错误本身,课堂教学中的错误,对学生来说是一次很好的锻炼机会,对老师来说也可以是一次机遇,在生成性的教学中教师正确处理失误是可以锤炼教学艺术,提高自身的专业水平的。

物理学家阿伯拉罕・派斯和他的物理学史著作解读与述评

摘 要:本文主要是对阿伯拉罕・派斯进行评述,探究其对于整个物理学做出的巨大贡献。与此同时,从其著作方面入手,加强关于著作方面的科学解读,希望能够充分继承这位伟大物理学家的精神,对其贡献进一步探究,从而推动整个物理学的不断发展。

关键词:阿拉伯罕・派斯 物理学史 著作 解读 评述

2000年,作为做出杰出贡献的一位伟大物理学家,同时又是一位科学史作家,阿伯拉罕・派斯不幸去世。派斯去世的原因,主要是心脏病发作,他最后的时光在哥本哈根度过,终年82岁。

派斯,1918年出生于荷兰,属于传统犹太人。派斯的中小学教育始于阿姆斯特丹。随后,凭借着自身优异的学习成绩,他非常顺利地进入大学继续学习和深造。1938年派斯顺利毕业,并获取了两个学位,一是物理学,二是数学。但派斯并没有满足于此,而是来到乌得勒支大学,进行个人学术的进一步深造,追随导师乌伦贝克。后来乌伦贝克定居美国,因此派斯的硕士毕业论文,由罗森菲尔德进行有效指导并完成。最终派斯在1940年硕士顺利毕业,取得了相应的硕士学位。然而在当时,德国已经发动世界大战,并逐渐占领荷兰。第二年,德国宣布,7月14日之后,整个荷兰的任何一所大学,严格禁止犹太人考取博士。这件事无疑影响了派斯,他努力赶写博士论文,限期真正到来之前,他最终顺利完成论文答辩。

纵观派斯的整个求学生涯,真是十分不易。然而,派斯随后将要面对的处境更加危险和艰难。当时,纳粹分子对犹太人进行压迫,这也使当地诸多物理学家,为免于遭受迫害而选择逃避,离开了培养自己的大陆。但是派斯不同,他没有离开故土荷兰。也正因为如此,战争爆发后,派斯提心吊胆,整天需要东躲西藏。访问他的当地物理学家也越来越少,除了克拉默斯,派斯较为重要的朋友。克拉默斯访问时,一般都带科学文献,两个人进行物理学知识的相关探讨。克拉默斯本来在莱顿大学承担教授职务,但后来,犹太人解雇现象较为严重,教授对德国人的残暴行为进行了抗议,德国占领大学之后,勒令当局关闭了学校。这对派斯的日常研究,即量子电动力学,造成了极大的不便。每当回首往事,派斯都感到非常不堪。荷兰当地犹太人,包括派斯的妹妹,普遍开始被抓,然后进入死亡集中营,遭到德国人残酷的杀害。而派斯自己,幸运的是能够免于这场灾难。灾难具体情况,详见其自传体著作《欧美记事》。

第二次世界大战结束之后,1946年,派斯到达哥本哈根。在那里,派斯会见了波尔,与其一家人相处融洽。与此同时,他与波尔展开了知识方面的沟通,彼此交流十分惬意。在波尔的大力推荐下,1946年秋,派斯前往美国进行访问和调查,访问的具体地点为普林斯顿,当地的一家高等研究所,但是在当时,这个研究所成立时间不长,物理学的相关研究并没有取得杰出成果。不过研究所的物理学家鉴于自身多年的经验,告诫派斯,研究过程中,如果一味闭门造车,是绝对行不通的,需要广泛涉猎。派斯听取了同行的建议,决定不再回欧洲,留下来潜心研究物理学。

派斯刚刚来到美国的时候,量子电动力学的研究取得了革命性的进展,理论物理学也得到了极大的发展。1947年,设尔特岛会议顺利召开,派斯有幸受邀参加。在这次会议上,施温格做出了科学量子力界的报告,报告非常详细。与此同时,“费曼图”这一理念得以提出。

派斯深深明白,量子电动力学领域,今后势必具有广阔的发展前景,但是这似乎已经和自己的关系不是那么密切了。尽管这方面的雄心有一定的挫败,但是派斯并没有被真正击败,而是转向宇宙线的相关领域。派斯变得更加努力,在加强探索的同时秉承更加积极的态度,针对现象进行科学合理的解释。基于此,派斯得以明确自身的方向,并着眼于基本粒子,研究工作也得到了充分的贯彻落实。

派斯经过大量研究,逐渐提出了协同产生规律等方面的内容,这在日后得到了有效证明和确立。后来,新量子数即奇异数,诞生并发展,关于这方面,派斯曾经与盖尔曼展开过合作,但是实验研究最终失败。

派斯仍然不放弃进行研究,最终提出了K介子混合理念。基于物理学本质来说,量子力学得到了充分诠释,态叠加原理也得到了完善。但是很多物理学家不禁产生了疑问,粒子混合究竟能否符合实际?然而,我们如果站在量子力学角度进行分析,透过基本粒子的本质,会发现观察量具有自带属性的特点,本身存在相应特征和形态。在态叠加原理的应用过程中,守恒电子数一旦满足这一相同条件,粒子混合就能实现。经过派斯等人的共同努力,K介子系统问题得到了充分解决。在这之后,粒子混合不断涌现。不久,科学界又提出了量子排这一概念。通过量子排方面的科学研究,粒子物理学得到了更快的发展,最终在一定程度上推动了原子物理学的发展,并对其形成一定反哺。基于此,量子力学概念得到普及和推广。量子排现象之所以提出较晚,很大一部分原因是人们不敢对其进行大胆想象。

派斯在其他领域同样做出过一定贡献,比如G宇宙领域。然而,在70年代末,派斯逐渐转向物理学史,注重加强这方面的探索和研究,朝着作家的方向发展,并在这方面进展顺利,例如爱因斯坦传记得到了广泛好评,波尔传记也同样大获成功,中文出版量相当可观。还有关于基本粒子方面的科学史巨著《基本粒子的物理学史》的中译本也问世。派斯造诣十分高深,熟知理论物理,对物理学史的叙述表现出一种深刻的洞察。除此之外,派斯语言能力超强,除了母语荷兰语外,他还熟悉地掌握了英语、法语、德语、丹麦语,这为他的科学史研究提供了极大的便利。

派斯的物理学著作,内容更加凸显真实性,如对科学界出现的错误等都进行了如实体现。特别是曾经承受的挫折、物理学走过的弯路,以及物理学家在长期探索过程中经历的迷惘、物理学家个人存在哪些不足等,他都较为直率地指出。

比方说,在爱因斯坦传中,派斯对爱因斯坦的不成熟之处以及其研究中走过的弯路、犯过的错误都进行了毫不客气的说明。再比如,书中指出,马赫原理虽然没有对物理学理论起过推动作用,但它仍然可能是未来的研究课题。

虽然派斯对波尔十分尊重和爱戴,但在波尔传记中对其并未有讳言。比方说,在量子力学领域波尔失误不少,尤其是波尔还曾否定已经被广泛认可的能量守恒定律,对此派斯在书中也如实进行了记录。除此之外,他还指出了哥本哈根阵营中泡利、狄克拉等人对波尔的不满之词。

由此可见,派斯在潜心著作的过程中,始终秉承公允的态度,并且敢于分析伟大物理学家的不足,敢于说出真话,态度十分端正,因而学术界对其十分认可和重视。派斯尤其重视书名,绞尽脑汁之后,才能拟定完成,而且一定要别出心裁。

1963年,派斯最终选择离开普林斯顿大学,来到了纽约,进入洛克菲勒大学工作,直到退休。1990年,派斯同他的第三任妻子――丹麦人类学家尼可莱森结婚,结婚之后,派斯每年往来穿梭于纽约和哥本哈根之间。2000年,派斯的《科学英才:20世纪物理学家群像》问世,这部著作是派斯从个人视角对自己所认识的物理学家进行的速写,是他的最后一部著作。

参考文献:

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[4] 张占新,莫文玲,王凤鸣等.通过计算氢原子的玻尔半径,加深对量子力学的理解[J].大学物理,2011(30).

[5] 朱安远,朱婧姝,郭华珍等.20世纪最伟大的科学巨匠――阿尔伯特・爱因斯坦(下)[J].中国市场,2013(46).

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