物理学前沿问题研究论文

1等离子体中的原子分子物理过程:原子分子碰撞及分子反应动力学、外场中的原子动力学2原子分子结构:原子团簇及低维体系性质 原子团簇的研究是目前原子与分子物理学发展的一个前沿课题，而低维体系特别是纳米体系的性质的研究是原子分子物理学与介观物理的交叉领域。纳米材料和分子器件展示出广泛的应用前景，对国民经济的发展将起重要的推动作用3碰撞的精密计算:激光与原子分子相互作用及光信息学研究 激光与原子分子相互作用可以用于高精度的测定原子、分子的各种数据，研究特殊条件下的原子分子以及控制原子分子的运动等，具有重大理论意义和广阔的实际应用前景,激光等离子体理论及强激光对晶体材料损伤机理的研究对激光淀积制备多层膜材料方面有重要的指导意义，特别是激光对导航窗口材料损伤阈值条件研究是国防军事上关注的重大问题之一4原子,分子,离子与固体和表面的相互作用另外还有一种说法:一、原子分子碰撞 原子分子与各种粒子(正负电子、离子等)碰撞过程的研究不仅有助于深入了解原子分子结构，揭示基本物理规律，而且能为许多相关学科和应用领域(如天体物理、等离子体物理、凝聚态物理、分子反应动力学及核聚变研究、X-射线激光研究等)提供研究方法和基本数据。近年来本专业点就以下两个方面开展了深入系统的理论研究，形成了自己的特点并取得了一系列科研成果: (1)电子-原子、分子碰撞的光学势模型和可加性规则:提出了较完善的电子—原子(或分子)散射的光学势模型，建立了一套较完整的理论计算方法，从而将正电子、负电子被原子或分子散射的微分截面、弹性散射截面、非弹性散射截面以及相对论效应对散射截面的修正等计算纳入一个统一而简捷的理论框架之中，在约1--5000eV的中低能区对大量原子、分子的散射截面进行了准确的计算，特别是对几种复杂分子散射截面的计算，为现有实验结果提供了不可多得的理论比较支持，得到了国内外同行(如中国科大原子碰撞实验组、德国ULM大学光谱与结构数据研究组等)的重视。该方向的系列研究论文发表在、、、.、、物理学报、原子分子物理学报等国内外重要学术刊物上。论文被、Garcia、、、 等国内外著名学者多次引用。 (2)电子-分子散射截面的准经验公式:针对一些双原子分子、三原子分子等提出了与分子本身参数及入射电子能量有关的碰撞总截面准经验公式。公式相当简单，但较好地与实验相吻合，体现了物理规律简洁、定量、准确的特征，具有十分丰富的物理内涵，极具进一步研究的价值。已有多篇反映该方面研究成果的论文在、、原子分子物理学报等刊物上发表，著名美籍华裔原子分子物理学家、美国原子工程公司总裁陆光祖 ()教授对此项工作给予了高度评价，并提出了重要而具体的研究建议。 (3)激光场中电子与原子的相互作用:以频率、极化方向和强度为特征的光子的参与，使得碰撞过程更为复杂，对其进行深入地研究，能够揭示出许多新的物理现象与效应，加深对相关粒子间相互作用及动力学过程的理解。激光辅助下电子被原子弹性散射的自由—自由跃迁，是指在激光作用下靶原子保持在基态，而电子在被散射时吸收或发射光子，导致其能量发生数个光子变化的现象，这是激光与电子、原子相互作用的重要形式之一。以低频激光(软光子)为前提的Kroll-Watson近似，目前是比较简捷的方法，被普遍用于理论计算及实验结果分析，但随着实验研究的细致深入，观测到了不少其现论无法解释的结果，引起了国际学者的关注，导致了人们对散射过程中可能存在的新效应与新现象的浓厚兴趣。课题组于三年前对该课题投入大量的精力，在国际上率先建立并完善了一套具有自己特色的微扰理论方法，并对激光场中电子与He、Ar原子的相互作用进行了研究，成功地解释了激光场中电子与原子散射的小角度问题，倍受国际专家学者的关注，其成果已发表在、Chinese Physics等著名学术期刊上。我国有些单位己开展了电子—原子散射实验，但由于将激光引入碰撞研究对设备、技术及经费的较高要求，尚未开展相应的实验研究;理论研究方面，国内迄今亦未见有其它系统的研究报道。 (4)原子的光电离和光激发:原子光电离与激发可以帮助我们更好地理解原子中电子的关联与极化，对新型激光器、X-射线激光的研制以及天体物理中不透明度的计算都有着重要贡献。本课题组与清华大学的李家明院士合作，成功地开发了R-Matrix软件包，利用R矩阵密藕方法，系统研究了氦原子高激发态光电离的总截面、微分截面以及β参数，填补了部分理论数据的空白。该项研究可为离子双电子复合以及等离子体衰变辐射过程提供数据，论文已被和物理学报接受发表。二、原子分子与固体表面相互作用 原子分子与固体表面相互作用是原子分子物理与其它学科的一个极有意义和前途的交叉学科。本专业点的研究主要包括以下内容: (1)原子分子在固体表面的吸附:对外来原子在固体表面上吸附这一物理化学过程的研究在催化、防腐、催化剂的选择和制造、环境保护等方面均有重要意义。近几年来本专业点在该方向进行了深入研究，内容涉及“掺杂晶体表面的吸附”，“无序及部分有序二元合金表面的吸附”、“复合材料表面的吸附”等课题，研究结果处于国际前沿领域，国内同类研究还很少。 (2)原子分子或离子与表面的电荷转移:原子分子或离子与表面作用过程大多数伴随着电荷转移，对这种现象的研究对于理解原子分子同表面相互作用机理，避免某些有害过程(如宇宙空间粒子对航天器件的影响)以及进行表面分析等都有重要意义。本学科点近几年开展了“粒子在掺杂晶体表面的中和过程的研究”、“原子分子或离子与二元合金表面相互作用过程中电荷转移的研究”等。有关研究成果已发表于Surface Science, 等国际学术刊物上。 (3)过渡金属原子与半导体表面的相互作用:九十年代以来，由于应用和理论方面的重要性，对过渡金属膜及其化合物在导体表面上外延生长所形成的“铁磁体/半导体”的应用前景，并与下一世纪“磁电子学”的发展密切相关。人们对此体系进行了较多的实验研究，但理论研究还很缺乏。我们首次用能带方法对“Mn与GaAs(001)的相互作用”及其“"Mn-基异质体系集磁性与半导体电子学于一体，在磁电子器件和磁光器件的研制和开发方面有广泛化合物”的电子结构与磁性进行了系统的理论研究，包括吸附特性、电子结构和表面磁性等(已在.等国际著名期刊上发表10余篇论文)，所得结果与实验符合得很好。三、原子对电子的局域化作用机制及其在固体材料研究中的应用 从原子分子微观角度研究固体材料的特性、开展材料的原子分子设计与合成是原子分子物理和凝聚态物理、材料物理等多学科交叉的研究领域，原子对电子的局域化作用机制及其在固体材料研究中的应用是该领域中基础和应用意义重大的前沿课题。本学科近年来在该领域就以下几个方面开展了富有特色的研究并取得了突出的成果: (1)金属氧化物复合体系的电子结构、缺陷与相变的研究:在该研究方面，本课题组首先将正电子实验手段引入氧化物超导体电子结构与电荷转移机制的系统研究，给出了O-T相变过程局域电子结构与空位变化特征，发现了存在于四方相中Cu-O链区域电子的弱局域化效应，进一步证明高温氧化物超导材料是一氧缺陷的正交结构体系，在电荷库层和导电层之间电荷转移机制研究方面作出了有特色的工作;在氧化锌压敏陶瓷研究方面，通过各种制备工艺获得了不同结构特征的压敏材料，将正电子及相关实验技术用于该类材料的系统研究，为高温超导机理与氧化锌压敏机理的研究提供了重要的正电子实验证据。有关课题得到国家超导863计划和攀登计划专家委员会、国家自然科学基金委、河南省自然科学基金委和河南省优秀中青年骨干教师奖历基金的资助，并取得了一系列有特色的成果，课题组负责人曾因此应会议主席的特别邀请和资助在德国和法国举行的国际会议上作大会特邀报告;九六年经国家科委批准，该学科成功地主办了首届世界华人青年超导学术会议，国内外十二个国家和地区的专家学者赴会，其中包括诺贝尔奖得主、高温超导发现者、瑞士IBM实验室的教授在内。近年来，已在国内外著名学术期刊Physical Review B、Physics Letter A和中国科学、物理学报等公开发表论文一百余篇，其中SCI、EI收录40余篇，目前已发现被国内外学者引用近40次。 (2)复合氧化物功能陶瓷材料及应用研究:在该方面主要进行了多元氧化锌压敏陶瓷材料和多孔硅发光材料的基础研究及应用探索，利用对压敏特性的影响规律，找到了相应的材料改性方案，获得了具有低组分和较高非线性系数的压敏样品，其论文发表于Materials Science Forum(材料科学论坛，瑞士)、功能材料等，为该类材料压敏机理的理解和材料制备与应用改性提供了重要的基础研究资料，因而具有直接的应用价值和实际意义。该方面研究获得了河南省自然科学基金和河南省科技攻关计划项目的资助，有关ZnO复合氧化物压敏陶瓷的相关工艺和制备技术，拟在我国氧化锌压敏电阻器最大生产企业之一的河南金冠集团付诸产业化应用(该项目已于1998年被河南省科委作为河南省科技攻关项目在本课题组立项()。四、原子与激光光谱 激光光谱研究是原子与分子物理学中一个重要的研究方向。本学科成员在该方向就以两个方面开展了很有成效和特色的工作: (1)共振滤波器研究:目前，随着激光通信技术，尤其是激光对潜通信、激光探潜技术和星载激光通讯的飞速发展，为了提高通信距离和效率，不仅需要单频、带宽可调谐的大功率激光器，而且必须具有窄带宽、高透过、中心频率可调谐的与之相匹配的滤光器件。正是基于这种重要的应用背景，原于共振滤波器的研究成为目前国际上一个活跃的研究课题，我国在此方面还处于初步的基础研究阶段。本学科点深入开展了原子气体Faraday反常色散滤光器的基础理论研究和初步的实验研究，在工作波长可调、带宽较窄、通带内高透射、通带外高抑制、响应时间长等重要的特征指标要求方面取得了可喜的成绩，在国际和国家核心期刊上发表了系列研究论文。 (2)超短超强激光场中原子分子的非线性研究:本学科成员与上海光机所强光光学实验室合作，开展了原子、分子、离子、原子团簇在超短脉冲强光场作用下的电离和高次谐波辐射特性研究。在理论方面，利用二能级原子模型研究了激光强度，激光频率以及原子跃迁频率对高次谐波辐射的影响，得到了和其它原子模型相同的结果;利用一维势模型研究了激光强度，激光频率，原子电离能双包场初始粒子数布局，脉冲宽度和脉冲形状等参量对高次谐波辐射的影响;首次研究了分子离子的核间隔对分子离子的电离和高次谐波辐射的影响，发现在其一段核间隔内非常有利于高次谐波辐射;首次研究了原子团簇的尺寸， 激光强度对原子团簇的电离和光辐射的影响;利用半经典理论研究了任意偏振双包场高次谐波辐射，以及任意濒率双包场作用下的高阶和和频过程。在实验工作方面，在中国科学院上海光学精密机械研究所强光光学开放研究实验室的TW级45飞秒钦宝石激光装置上，以氢气为工作介质得到了81次以上的高次谐波辐射，相应波长短于1Onm，这一结果达到国际同类实验先进水平;以氖气为工作介质，获得的可分辩的高次谐波高达107次()，不可分辩的辐射信号高于121次，这一结果同样达到国际领先地位。 我校原子与分子物理学科从九十年代初开始建设，在较短时间内取得了突出的成绩，受到了全国同行的重视，于1995午获得了硕士学位授予权，成为全国十多个硕士点之一和国内该学科最高学术组织--原子分子物理专业委员会的成员单位之一。 目前该学科学术队成员年富力强，勇于开拓进取;有原子分子碰撞、原子分子与固体表面相互作用、原子对电子的局域化作用机制及其在固体材料研究中的应用和原子与激光光谱四个稳定的研究方向，已经形成了自己的研究特色，并取得了一系列重要科研成果。

计算智能原理对创新模式的探索摘要：科技创新能力培养是本科生培养的一个重要方面，在国家大力提倡科技创新的背景下，加强大学生科技创新具有重要的意义。培养有创新能力的人才是高等学校建设的中心。本文基于计算智能原理与方法，结合指导的国家大学生创新项目的实践，就建设高效的创新团队的方法进行了初探。关键词：计算智能；科研训练；创新团队0引言目前，我们要提高自主创新能力，建设创新型国家。高等教育担负着培养创新型人才的重要责任。学生科技活动对于提高学生科技创新能力，培养拔尖创新型人才具有重要意义。而构建了一批锐意进取、大胆创新的大学生创新团队，对提高学生的创新能力和团队协作能力就显得特别的重要。目前就团队理论的研究还有待与深入，用计算智能的基本理论原理与方法来指导建设大学生创新项目团队，是一种跨学科研究的新尝试。1计算智能的基本理论与方法简介计算智能由美国学者James 年首次给出其定义，广义的讲就是借鉴仿生学思想，基于生物体系的生物进化、细胞免疫、神经细胞网络等某些机制，用数学语言抽象描述的计算方法。是基于数值计算和结构演化的智能，是智能理论发展的高级阶段。计算智能的主要方法有：人工神经网络、模糊系统、进化计算等。模糊计算模糊系统以模糊集合理论、模糊逻辑推理为基础，它试图从一个较高的层次模拟人脑表示和求解不精确知识的能力。在模糊系统中，知识是以规则的形式存储的，它采用一组模糊IF—THEN规则来描述对象的特性，并通过模糊逻辑推理来完成对不确定性问题的求解。模糊系统善于描述利用学科领域的知识，具有较强的推理能力。人工神经网络人工神经网络系统是由大量简单的处理单元，即神经元广泛地连接而形成的复杂网络系统。在人工神经网络中，计算是通过数据在网络中的流动来完成的。在数据的流动过程中，每个神经元从与其连接的神经元处接收输入数据流，对其进行处理以后，再将结果以输出数据流的形式传送到与其连接的其它神经元中去。网络的拓扑结构和各神经元之间的连接权值(Wi)是由相应的学习算法来确定的。算法不断地调整网络的结构和神经元之间的连接权值，一直到神经网络产生所需要的输出为止。通过这个学习过程，人工神经网络可以不断地从环境中自动地获取知识，并将这些知识以网络结构和连接权值的形式存储于网络之中。人工神经网络具有良好的自学习、自适应和自组织能力，以及人规模并行、分布式信息存储和处理等特点，这使得它非常适合于处理那些需要同时考虑多个因素的、不完整的、不准确的信息处理问题。进化计算自然界在几十亿年的进化过程中,生物体己经形成了一种优化自身结构的内在机制，它们能够不断地从环境中学习，以适应不断变化的环境。对于大多数生物体，这个过程是通过自然选择和有性生殖来完成的。自然选择决定了群体中哪些个体能够存活并繁殖：有性生殖保证了后代基因的混合与重组。进化计算受这种自然界进化过程的启发，它从模拟自然界的生物进化过程入手，从基因的层次探寻人类某些智能行为发展和进化的规律，以解决智能系统如何从环境中进行学习的问题。2计算智能原理在创新团队实践中的启发从系统论的视角看，创新团队的建设问题是一个复杂系统的优化和控制问题。复杂系统具有：1）自适应性/自组织性(self-adaptive/self-organization)。2）不确定性（uncertainty）。3）涌现性（emergence）。4）预决性（Finality）。5）演化（Evolution）。6）开放性（opening）。而计算智能的这些方法具有自学习、自组织、自适应的特征,创新团队的建设是具有一定的研究价值的。在专家指导下的自学习、自组织、自适应计算智能特点提到，模糊系统善于描述和利用经验知识;神经网络善于直接从数据中进行学习，把人工神经网络与专家系统结合起来,建立一个混合的系统,要比各自单一地工作更为有利。创新团队在相关专家的指导下，突出学生自由组建、自主管理、自我服务的特色。在明确团队任务的前提下对团队人数、组成人员条件及内部控制制度做些原则性的规定，赋予团队负责人充分的权力如决定团队成员构成、支配内部经费、对团队成员进行分工和考核等，保证其对团队工作直接有效的管理。合作与竞争意识计算智能特点提到，进化计算善于求解复杂的全局最优问题，具有极强的稳健性和整体优化性。种群的进化过程就是优胜劣汰的自然选择过程。团队建设的基石是合作与竞争理论。Deutsch早就指出，如果人们处于散乱的、互不相干的独立竞争关系，认为双方目标之间没有关系，那么，在资源有限的情况下，人们会表现得更为自私，彼此之间的利益存在冲突，这种关系会引起组织内耗和人际关系紧张，最终导致低生产率和低创造率。Dcutsch认为，应该使人们在组织中具有共同目标，在共同目标下合作共事。具有合作关系的人们会相互尊重、共享信息和资源，他们会将他人的进步看成对自己的促进，并交流意见和取长补短，现代科学的进步表明，今天每一项科技成果的取得，差不多都是多学科协同作战的结果。大学科研团队的建设就是要很好地贯彻这种理念，在适度的竞争与合作之间构建这种理念。融入计算智能思想的协同学习团队人们在研究人类智能行为中发现，大部分人类活动都涉及多个人构成的社会团体，大型复杂问题的求解需要多人或组织协作完成，师生之间的关系也更强调合作和共同发展。随着计算机网络、计算机通信和并发程序设计的发展,分布式人工智能逐渐成为人工智能领域的一个新的研究热点，它是以智能Agent概念为研究核心。虽然每个智能Agent都是主动地、自治地工作,多个智能Agent在同一环境中协同工作,协同的手段是相互通信。计算智能与分布式人工智能结合则是研究在逻辑上或物理上分散的智能动作如何协调它们的知识、技能和规划，求解单目标或多目标问题，因此这也为设计和建立大型复杂的智能系统或计算机支持的协同学习工作提供了有效途径。选好综合能力强的团队带头人计算智能特点提到，对复杂系统的控制，要用处理各种不确定的智能方法，这就要求团队带头人有处理复杂问题的综合能力。科技创新团队应是由不同类型的人为实现特定的目标组成的群体。激励和聚合大家的力量，负责内部的计划、组织、指挥、协调和控制等方面组织工作，必须要有一位核心人物，即学术带头人。优秀的学术带头人是高校科技创新团队必备的要素。团队的带头人处于沟通、协调团队内外的中心位置，是团队其他成员获得工作方向、具体任务、工作目标等信息的主要来源，是团队维持士气、活力、凝聚力的中心环节和纽带，在很大程度上决定了整个团队的学术水平、科研风格和文化氛围。同时对团队整体加强协调与组织，提高团队的内部凝聚力。加强交流，资源公享计算智能特点提到自适应，进化机制，是建立在信息传输基础上的。团队成员之间进而形成了彼此间紧密合作、资源共享的伙伴关系。通过彼此间的紧密合作，使团队成员不再是一个独立的个体，而是共同承担责任、积极面对挑战的一个集体。在这个集体中，团队成员的合力要远远大于每个成员能力简单相加的总和。因此，在科研团队的建设中，良好的沟通渠道能促进成员之间的团结合作，使组织中的每个成员都为组织的发展倾尽所有。团队成员之间进而形成了彼此间紧密合作、资源共享的伙伴关系。通过彼此间的紧密合作，使团队成员不再是一个独立的个体，而是共同承担责任、积极面对挑战的一个集体。在这个集体中，团队成员的合力要远远大于每个成员能力简单相加的总和。因此，在科研团队的建设中，良好的沟通渠道能促进成员之间的团结合作，使组织中的每个成员都为组织的发展倾尽所有。配备优势互补的成员在计算智能机制的调控，非线性复杂系统有涌现性特征。所谓涌现性，就是肩负不同角色的组件间通过多种交互模式、按局部或全局的行为规则进行交互，组件类型与状态、组件之间的交互以及系统行为随时间不断改变，系统中子系统或基本单元之间的局部交互，经过一定的时间之后在整体上演化出一些独特的、新的性质，形成某些模式，这便体现为涌现性。子系统之间的相互作用，可导致产生与单个子系统行为显著不同的宏观整体性质。涌现性也体现为一种质变，主体之间的相互作用开始后,系统能自组织、自协调、自加强,并随之扩大,发展,最后发生质变，即发生了涌现。3结束语计算智能理论对处理复杂系统的优化和控制问题是有效，计算智能原理在创新团队实践中的启发是多方面的。目前就团队理论的研究还有待与深入，利用计算智能原理与方法来指导建设大学生创新项目团队，是一种新的思路。

哥们，北理的吧，我也在写这个，艹，真球蛋疼

物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科，是当今最精密的一门自然科学学科。下文是我为大家整理的关于物理学方面的论文的 范文 ，欢迎大家阅读参考!

试谈物理学专业电动力学课程教学

动力学电磁现象的经典的动力学理论。通常也称为经典电动力学，电动力学是它的简称。它研究电磁场的基本属性、运动规律以及电磁场和带电物质的相互作用。

一、课程教学根本理念

第一，在教学中要尊重先生学习的主体性、教员教学的主导性，片面发扬先生的盲目性、自动性、发明性。第二，“电动力学”课程属于专业根底课程，教学内容布置上除了让先生学习本门课程的根本知识、根本实际、根本思绪，与其他物理学分支也具有个性和特性的关系。针对这一特点，教师在教学中要留意引导先生类似性抽象思想。第三，教学应突出探求式教学办法，改动传统的教学形式，把信息技术与电动力学课程最大限制地整合，运用多种古代 教育 手腕优化教学进程，推行启示式、探求式、讨论式、小制造等授课方式，培育先生的创新思想和创新理念。

二、在本课程教学中该当做到以下几点

1.讲授内容应实际联络实践

“电动力学”作为一门专业学科课程，是师范院校物理专业的根底实际课。教学中要求先生掌握课程的根本知识、根本实际和根本原理，使先生加深对所授知识的了解，更可深入看法电动力学的实践使用价值，到达学致使用的目的，同时提升先生剖析成绩、处理成绩的才能。

2.注重先生学习的主体性和集体性培育

从课程的设计到评价各个环节，在留意发扬教员在教学中主导作用的同134教改课改2016年3月时，应特别留意表现先生的学习主体位置，以充沛发扬先生的积极性和发掘学习潜能。要求先生能初步剖析消费、生活中的电动力学成绩，以提升先生的剖析成绩和处理成绩的才能。在电动力学实际的学习中运用数学工具处置成绩，使先生看法数学和物理的亲密关系，培育先生运用数学工具处理物理成绩的才能。培育先生自学才能，重要的不是教内容，而是教给先生学习办法。要充沛留意先生的兴味、专长和根底等方面的集体差别，因材施教，依据这种差别性来确定学习目的和评价办法，并提出相应的教学建议。课程规范在课程设计、教学方案、方案制定、内容选取和教学评价等环节上，为教学、学习提供了选择余地和开展的空间。

3.运用多种古代教育手腕优化教学环节

充沛应用古代化教学手腕，发扬信息化教学的劣势，加强先生的学习兴味，进一步强化需求掌握的知识点，拓宽知识面，加强先生的理论操作技艺，培育迷信的思想方式，这样先生能更好地掌握“电动力学”课程知识所触及的相关迷信办法，无效提升其发现成绩、剖析成绩、处理成绩的才能。

4.具有良好的实验条件，充沛保证明验和理论训练质量

鼓舞先生展开科研理论训练，参与各类科技竞赛。实验课及理论训练要留意培育先生的逻辑思想、发明性思想，充沛应用好物理、电子竞赛等创新平台，促进电动力学课程的教学。

三、课程学习战略探求

第一，针对“电动力学”是实际根底课的特点，先生必需坚持 课前预习 ，预习进程中无意识地提出成绩。课堂教学次要采用探求式课堂教学法，即每节课突出一个主题，讲清论透相关原理知识，每个主题经过师生多种方式的互动，教员及时理解、处理先生的疑问成绩，以加强先生的学习兴味。第二，将传统板书、电子课件、网络和视频多种教学手腕相结合。如课内讲授与课外讨论和制造相结合、根底实际教学与学科前沿讲座结合、根本实际与科研理论训练相结合。第三，鼓舞先生参与科研理论训练和各类科技竞赛。培育多样化使用型人才，以培育使用型、复合型、技艺型人才，加强 毕业 生失业才能，完本钱课的预期目的。第四，电动力学也是一门理论性很强的课程，其研讨对象是区别于实物的物质形状，具有笼统的特征。为防止课程教学的数学化，我们将充沛使用当代信息技术的劣势，比方说以视频教学材料加强先生的理性看法和入手才能。再次，实验课及理论训练要留意培育先生的逻辑思想、发明性思想才能和素质，充沛发扬先生的物理思想和物理探求才能。

四、课程教学办法探求

本课程教学中应留意电动力学实际与理论的结合，尊重先生学习的主体性，适当布置指点性自习，培育先生的自学才能。增强对先生课前、课后的答疑辅导，注重先生才能的培育，使先生经过对电动力学中根本实际的了解，看法和掌握电动力学原理的研讨规律，开辟思绪，初步培育先生的科研思想。

1.“双边反应式”教学法

这种教学法由“自学”和“反应”两局部构成，其着眼点是先生在教员指点下的自学和教员由反应来的信息而停止的有重点的解说，使先生的才能在重复训练中失掉锤炼。“自学”和“反应”表现了先生和教员的互相联络、互相配合、互相作用的训练进程。

2.以成绩为中心，展开课堂讨论

式教学法建议课堂教学中遵照迷信性、主体性、开展性准绳，采用以先生为主体的小组讨论式的办法，从提出成绩动手，激起先生学习的兴味，让先生有针对性地去探究并运用实际知识处理实践成绩;也可以针对教研室科研任务中遇到的成绩设计讨论或考虑题，以启示先生剖析、讨论有关电动力学成绩，学习并稳固电动力学知识，开辟思绪，培育科研思想。

3.倡导学导式的教学方式

在教员指点下，先生停止自学、自练，教员把先生在教学进程中的认知活动视为教学活动的主体，让先生自动地去获取知识，开展各自才能，从而到达在充沛发扬先生自动性的根底上，渗入教员的正确引导，使教学单方各尽其能，各得其所。

4.多展开课外理论活动

课外理论训练中，要留意培育先生的逻辑思想、发明性思想才能和素质。鼓舞和指点有才能的先生进入科研理论训练，参与各类科技竞赛。将先生撰写的课程小论文融入教学全进程,从中选出有质量的项目进入科研理论训练。充沛应用好物理、电子竞赛等创新平台，促进电动力学课程的教学，培育使用型、复合型、技艺型人才，加强毕业生失业才能。“电动力学”作为一门探求性课程，在课堂教学中，要突出先生的参与性，使他们自动获取而不是主动承受迷信结论，互动思想使先生觉得电动力学发人沉思，不难入门。“电动力学”与其他物理学分支具有“个性”和“特性”的关系。为了激起先生学习兴味，可以常常采用课堂讨论方式，由先生发问，在教员引导下大家讨论， 总结 得出正确结论。由于剖析“电动力学”需求运用笼统思想，所以课堂教学应充沛运用多媒体，尽量运用图像和颜色搭配，使先生树立正确的物理图像。留意“信息技术”与“电动力学”课程的无效整合，这关于全体优化教学进程，进步先生的专业知识学习效果、进步先生的信息技术才能、培育先生的协作认识和创新肉体均具有严重的理想意义。同时，可将教学实际使用到创新理论才能训练中，使用到物理、电子等各类竞赛中。

参考文献：

[1]冯云光.物理专业电动力学教学变革的探究[J].才智，2014，(19).

[2]郑伟，吕嫣.电动力学网络教学平台建立的研讨[J].沈阳师范大学学报(自然迷信版)，2013，31(4)：531-534.

[3]刘佳.《电磁学》与《电动力学》课程体系创新研讨[J].科技信息，2013，(11)：44.

[4]熊万杰，陆建隆.对“电动力学”课程变革的探究[J].初等文科教育，2003，(6)：72-75.

[5]付长宝，徐国慧，王希英.基于电动力学教学变革的学习办法讨论[J].通化师范学院学报，2009，30

试谈电力信息物理融合系统

【摘 要】嵌入式系统、计算机技术、网络通信技术的快速发展使构建未来智能电网成为了可能，基于信息物理系统(CPS)技术构建电力信息物理融合系统(CPPS)为实现未来智能电网提供了新的思路。本文对CPPS平台进行了初步研究分析，介绍了应用于CPPS中的同步PMU技术、开放式通信网络、分布式控制。

【关键词】CPPS;同步PMU;开放式通信;分布式控制

引言

受能源危机、环保压力的推动，以及用户对电能质量(QoS)要求的不断提高，当代电力系统不再符合社会的发展需求，智能电网(Smart Grid)成为未来电力系统的发展方向。智能电网的发展原因主要有以下几个方面：

1)分布式电源(Distributed Generation，DG)大量接入电网导致的系统稳定性问题。由于DG的大量接入使电网变成一个故障电流和运行功率双向流动的有源网络，增加了系统的复杂度和脆弱度，因此亟需发展智能电网以解决DG大量接入电网导致的系统稳定性问题。

2)电力用户对电能质量(QoS)要求的不断提高。现代社会短时间的停电也会给高科技产业带来巨额的经济损失，近年来发生的大停电事故更是给社会带来了难以估量的经济损失。因此，亟需建立坚强自愈的智能电网以提供优质的电力服务。

论文主体结构如下：第1部分介绍了近年来信息物理系统(Cyber Physical System ，CPS)技术的发展以及CPS与智能电网的相互关系;第2部分介绍了电力信息物理融合系统(Cyber-Physical Power System，CPPS)的硬件平台模型;第3部分介绍了同步相量测量装置(Phasor Measurement Units，PMU)技术;第4部分对CPPS中的开放式通信网络进行了初步分析;第5部分对CPPS的分布式控制技术进行了简单介绍;最后第6部分做出全文总结。

1 CPS与智能电网的相互关系

CPS技术的发展得益于近年来嵌入式系统技术、计算机技术以及网络通信技术等的高速发展，其最终目标是实现对物理世界随时随地的控制。CPS通过嵌入数量巨大、种类繁多的无线传感器而实现对物理世界的环境感知，通过高性能、开放式的通信网络实现系统内部安全、及时、可靠地通信，通过高精度、可靠的数据处理系统实现自主协调、远程精确控制的目标[1]。

CPS技术已经在仓储物流、自主导航汽车、无人飞机、智能交通管理、智能楼宇以及智能电网等领域得以初步研究应用[2]。

将CPS技术引入到智能电网中，可以得到电力信息物理融合系统(Cyber-Physical Power System，CPPS)的概念。为了分析CPPS与智能电网的相互关系，首先简单回顾一下智能电网的概念。目前关于智能电网的概念较多，并且未达成一致结论。IBM中国公司高级电力专家Martin Hauske认为智能电网有3个层面的含义：首先利用传感器对发电、输电、配电、供电等环节的关键设备的运行状况进行实时监控;然后把获得的数据通过网络系统进行传输、收集、整合;最后通过对实时数据的分析、挖掘，达到对整个电力系统运行进行优化管理的目的[3-4]。

从上文关于CPS和智能电网的介绍中可以看出，CPS与智能电网在概念上有相通之处，它们均强调利用前沿通信技术和高端控制技术增强对系统的环境感知和控制能力。因此，在CPS基础上建立的CPPS为促进电力一次系统与电力信息系统的深度融合，最终实现构建完整的智能电网提供了新的思路和实现途径。

2 CPPS的硬件平台架构

基于分布式能源广泛接入电网所引起的系统稳定性问题以及建立坚强自愈智能电网的总体目标，建立安全、稳定、可靠的智能电网成为未来电力系统研究的重要方向，同时也是CPPS研究的主要内容。

传统的电力系统监测手段主要有基于电力系统稳态监测的SCADA/EMS系统和侧重于电磁暂态过程监测的各种故障录波仪，保护控制方式主要有基于SCADA主站的集中控制方式和基于保护控制装置安装处的就地控制方式[5]。就地控制方式易于实现，并且响应速度快，但是由于利用的信息有限，控制性能不够完善，不能预测和解决系统未知故障，对于电力系统多重反应故障更不能准确动作。集中控制方式利用系统全局信息，能够优化系统控制性能，但是计算数据庞大、通信环节多，系统响应速度慢，并且现有SCADA系统主要对电力系统进行稳态分析，不能对电力系统的动态运行进行有效地控制。

针对目前电力系统监测、控制手段的不足，要建立坚强自愈的未来智能电网，必须建立相应的广域保护的实时动态监控系统，CPPS的硬件平台就是在此基础上建立起来的。

CPPS的硬件平台6层体系架构如图1所示，主要包括：物理层(电力一次设备)、传感驱动层(同步PMU)、分布式控制层(智能终端单元STU、智能电子装置IED等)、过程控制层(控制子站PLC)、高级优化控制层(SCADA主站控制中心)和信息层(开放式通信网络)。

其中，底层的物理层是指电力系统的一次设备，如发电厂、输配电网等。传感驱动层主要用于对电力系统的动态运行参数进行实时监控，测量参数包括电流、电压、相角等，在CPPS中广泛使用的测量装置是同步PMU。分布式控制层主要包括各STU/IED，为广域保护的分布式就地控制提供反馈控制回路。过程控制层主要指枢纽发电厂和变电站的控制子站，是CPPS的重要组成部分，通过收集多个测量节点的数据信息，建立系统层面的控制回路，并做出相应的控制决策。高级优化控制层是指调度中心控制主站，主要为电力系统的动态运行提供人工辅助优化控制。顶层的信息层即智能电网的开放式通信网络，注意信息层并不是单独的一层，而是重叠搭接CPPS的各个分层，为CPPS内部各组件提供安全、及时、可靠的通信。

上文给出了CPPS的硬件平台模型，但要在电力系统中具体实现CPPS，涉及诸多方面的技术难题，下面对CPPS中的同步PMU、开放式通信网络以及分布式控制等分别加以简单介绍。

3 同步PMU测量技术

同步PMU是构建CPPS的基础，它为CPPS中广域保护的动态监测提供了丰富的测量数据。同步PMU装置主要对电力系统内部的同步相量进行测量和输出，装设点包括大型发电厂、联络线落点、重要负荷连接点以及HVDC、SVC等控制系统，测量数据包括线路的三相电压、三相电流、开关量以及发电机端的三相电压、三相电流、开关量、励磁电流、励磁电压、励磁信号、气门开度信号、AGC、AVC、PSS等控制信号[6]。利用测得的数据可以进行系统的稳定裕度分析，为电力系统的动态控制提供依据。

同步PMU的硬件结构框图如图2所示。

其中，GPS接收模块将精度在±1微秒之内的秒脉冲对时脉冲与标准时间信号送入A/D转换器和CPU单元，作为数据采集和向量计算的标准时间源。由电压、电流互感器测得的三相电流、电压经过滤波整形和A/D转换后，送到CPU单元进行离散傅里叶计算，求出同步相量后再进行输出。注意，发电机PMU除了测量机端电压、电流和励磁电压、电流以外，还需接入键相脉冲信号用以测量发电机功角[7]。

4 CPPS的开放式通信网络

建立CPPS的开放式通信网络，应该在保证安全、及时、可靠的通信的基础上，使系统具有高度的开放性，支持自动化设备与应用软件的即插即用，支持分布式控制与集中控制的结合。对于建立的开放式通信网络，需要进行通信实时性分析、网络安全性和可靠性分析。

IEC 61850标准的应用

IEC 61850标准作为新一代的网络通信标准而运用于智能变电站中，支持设备的即插即用和互操作，使智能变电站具有高度的开放性。IEC 61850标准是智能变电站的网络通信标准，同时正在进一步发展成为智能电网的通信标准[8]，因此，使用IEC 61850作为CPPS通信网路的通信标准是最佳选择。

IEC 61850的核心技术[9]包括面向对象建模技术、XML(可扩展标记语言)技术、软件复用技术、嵌入式 操作系统 技术以及高速以太网技术等。

通信网络配置与分析

对于CPPS开放式通信网络的网络配置，可参考智能变电站的三层二网式网络结构配置，构建CPPS的3层式通信网络，如图3所示。

其中，底层为位于发电厂、变电站和重要负荷处的大量PMU、STU/IED，分别负责采集实时信息和执行保护控制功能。中间层为控制子站(过程控制单元PLC)，每个控制子站与多个PMU、STU/IED相连，以完成该分区系统层面的保护控制，并根据需要将数据上传到SCADA主站控制中心。SCADA主站控制中心接收各控制子站的上传数据，处理以后将控制信息下发到各控制子站，以实现CPPS的广域保护控制功能。注意，各层设备均嵌入GPS实现精确对时，保证全系统的同步数据采样。

5 CPPS的分布式控制机理

要建立坚强自愈的智能电网，必须利用新型控制机理建立可靠的电力控制系统。根据电力故障扩大的路径和范围以及故障的时间演变过程，文献[10-11]中提出建立时空协调的大停电防御框架，建立了电力系统的3道防线，为实现智能电网的广域动态保护控制奠定了良好的基础。

电力系统的分布式控制(Distributed Control，DC)是相对于传统的SCADA主站集中控制方式而言的，指的是多机系统，即用多台计算机(指嵌入式系统，包括PLC控制子站和STU/IED等)分别控制不同的设备和对象(如发电机、负荷、保护装置等)，各自构成独立的子系统，各子系统之间通过通信网络互联，通过对任务的相互协调和分配而完成系统的整体控制目标[12]。分布式控制的核心特征就是“分散控制，集中管理”。在电力系统的3道防线的基础上，结合分布式控制技术，建立CPPS的3层控制架构，如图4所示。

其中，分布式控制层主要是在故障发生的起始阶段(缓慢开断阶段)采取的控制 措施 ，其控制目标应该是保证系统在不严重故障下的稳定性，防止故障的蔓延。过程控制层是在系统已经发生严重故障时(级联崩溃开始阶段)所采取的广域紧急控制措施，需要付出较大的代价。通常针对可能会使系统失稳的特定故障，往往需要投切非故障设备以保证系统的稳定性。广域的紧急控制措施应该在故障被识别出的第一时间立即实施，控制措施实施越晚，控制效果越差。优化控制层是在前两层控制均拒动或欠控制而没有取得控制效果，同时在检测到各种不稳定现象后所采取的控制措施，通常需要进行多轮次的切负荷和振荡解列。在电力恢复阶段，要有自适应的黑启动和自痊愈的控制方案。

6 结语

将CPS 方法 引入到电力系统中，建立CPPS的模型平台，为建立坚强自愈的智能电网提供新的思路。文中对CPPS中的同步PMU测量技术、开放式通信 网络技术 、分布式控制技术分别进行了简单介绍。

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