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中学物理中的物理模型
摘要:本文阐述了物理模型的概念、功能,中学物理教材中常见的六种物理模型,物理模型在中学物理教学中地位和作用,以及中学阶段在物理模型的教学过程中应该注意的若干问题。
关键词:中学物理;教学;物理模型
一、物理模型的概念及功能
物理学所分析、研究的实际问题往往很复杂,有众多的因素,为了便于着手分析与研究,物理学往往采用一种“简化”的方法,对实际问题进行科学抽象化处理,保留主要因素,略去次要因素,得出一种能反映原物本质特性的理想物质(过程)或假想结构,此种理想物质(过程)或假想结构就称之为物理模型。
物理模型按其设计思想可分为理想化物理模型和探索性物理模型。前者的特点是突出研究客体的主要矛盾,忽略次要因素,将物体抽象成只具有原物体主要因素但并不客观存在的物质(过程),从而使问题简化。如质点模型、点电荷模型、理想气体模型、匀速直线运动模型等等。后者的特点是依据观察或实验的结果,假想出物质的存在形式,但其本质属性还在进一步探索之中。如原子模型、光的波粒二象性模型等等。
人们建立和研究物理模型的功能主要在于:
一是可以使问题的处理大为简化而又不会发生大的偏差,从中较为方便地得出物体运动的基本规律;
二是可以对模型讨论的结果稍加修正,即可用于对实际事物的分析和研究;
三是有助于对客观物理世界的真实认识,达到认识世界,改造世界,为人类服务之目的。
二、中学物理教材中经常碰到的几种物理模型
物理模型就它在实际问题中所扮演角色或所起作用的不同,可分为:
1.物理对象模型 即把物理问题的研究对象模型化。
例如质点,舍去和忽略形状、大小、转动等性能,突出它具有所处位置和质量的特性,用一个有质量的点来描述,又如点电荷、弹簧振子、单摆、理想变压器、理想电表等等,都是属于将物体本身的理想化。
另外诸如点光源、电场线、磁感线等,则属于人们根据它们的物理性质,用理想化的图形来模拟的概念。
2.物理过程模型 即把研究对象的实际运动过程进行近似处理。排除其在实际运动过程中的一些次要因素的干扰,使之成为理想的典型过程。
如研究一个铁球从高空中由静止落下的过程。首先应考虑吸引力,由公式F=GMm�r2可知,铁球越接近地面,F就越大,其次还要考虑空气阻力、风速、地球自转等影响。这样考查铁球下落运动过程就显得十分复杂,研究起来十分不便。为此,我们在研究过程上突出铁球下落的主要因素,即受重力作用,而忽略其它次要影响,并把重力视为恒力,通过如此简化,使研究问题简化,其研究结果也不致影响到基本规律的正确性。从而成为物理学中一个典型的运动过程,即自由落体运动。这种物理模型称之为过程模型。
教材中的匀速直线运动、简谐振动、弹性碰撞;理想气体的等温、等容、等压、绝热变化等等都是将物理过程模型化。
3.物理条件模型 如自由落体运动规律就是在建立了“忽略空气阻力,认为重力恒定”的条件模型之后才得出来的。力学中的光滑斜面;热学中的绝热容器;电学中的匀强电场、匀强磁场等等,也都是把物体所处的条件理想化了。
4.物理等效模型 即通过充分挖掘原有物理模型的特征去等效具有相似性质或特点的现象和相似运动形态的物质和运动。如将理想气体分子等效为弹性小球,并用弹性小球对器壁的碰撞去解释和推导气体压强公式,用单摆振动模型去等效类比电磁振荡过程等等。
5.物理实验模型 在实验的基础上,抓住主要矛盾,忽略次要矛盾,然后根据逻辑推理法则,对过程作进一步的分析,推理,找出其规律,得出实验结论。
如伽利略就是从斜槽上滚下的小球滚上另一斜槽,后者坡度越小,小球滚得越远的实验基础上提出了他的理想实验――在无摩擦力情况下,从斜槽滚下的小球将以恒定的速度在无限长的水平面上永远不停地运动下去,从而推翻了延续两千多年的“力是维持物体运动的不可缺少”的结论,为惯性定律(牛顿第一定律)的产生奠定了基础。
再如在研究电场强度时,设想在电场中放置一个不会引起电场变化的点电荷,去考查它在各点的F�q值等等。
6.物理数学模型 即建立以物理模型为描述对象的数学模型,进行对客观实体近似的定量计算,从而使问题由繁到简。如单摆的摆线与竖直方向的夹角不得大于50,使弧线计算转化为三角计算等等。
三、物理模型在中学物理教学中的地位和作用
1.建立正确鲜明的物理模型是物理学研究的重要方法和有力手段之一
物理学所研究的各种问题,在实际上都涉及许多因素,而模型则是在抓住主要因素,忽略次要因素的基础上建立起来的。它具有具体形象、生动、深刻地反映了事物的本质和主流这一重要属性。
如“质点”模型,在物体的宏观平动运动中,描述运动的物理量位移、速度、加速度等对同一物体来说其上各点都相同,在这些问题的研究中,运动物体的大小和形状是可不考虑的,故可将运动物体质点化,即用质点模型来取代真实运动的物体。
2.正确鲜明的物理模型本身就是重要的物理内容之一,它与相应的物理概念、现象、规律相依托
人们认识原子结构的进程中,从汤姆逊模型到卢瑟福模型的飞跃就是生动的反映。
爱因斯坦光电效应方程的建立成功地解释了光电效应,而它是建立在反映光粒子性的“光子”模型之上的。
诸多的事实都在说明大凡物理现象、过程、规律都直接与之相应的物理模型关联着;一定的物理模型又是最生动最集中地反映着相应的物理概念、现象、过程和规律,二者密不可分。
3.正确鲜明的物理模型的建立,使许多抽象的物理问题变得直观化、具体化、形象化
例如,电场线对电场的描述,磁感线对磁场的描述。分子模型对理解分子动理论的基本观点,原子核式结构对a粒子散射实验现象的解释;光子模型对光的粒子性的理解等等,凡是学物理的人都会感受到物理模型所给予的无可争辩的重要作用。
四、物理模型的教学要着眼于学生掌握建立正确鲜明的物理模型这一根本方法
物理模型是物理基础知识的一部分,属物理概念的范畴。学习前人为我们创造的各种物理模型是完成教学内容的重要组成部分,培养学生掌握这一方法,即对一个具体的物理内容、现象或过程能反映出一幅鲜明的“物理图景”,是培养学生科学思维能力的一个重要方面。为此,我们在教学中应注意如下几点:
1.讲清各物理模型设计的依据。物理模型看上去是独立的,但设计物理模型的思想是相通的。
2.讲授物理模型要前后呼应,触类旁通。运动学中建立的“质点”模型,发展到质点动力学中,万有引力定律中,以至物体转动问题中,还可引伸到单摆中的摆球,弹簧振子中的振子,甚至帮助我们建立电学中的点电荷模型,光学中的点光源模型。
3.物理模型思维贯穿在物理教学的过程中,随着人们对某个物理问题认识的不断深刻和提高,物理模型也必将随之完善和准确。例如对于光本性的问题,人们从牛顿的微粒说,惠更斯的波动说、电磁说、粒子说到波粒二象性,在此发展过程中光的模型也随之一次次地得到深化。
4.在平时的例题教学中也是处处体现了物理模型的重要地位和作用。解答各类物理习题,学生能否依据题意建立起相应的物理模型,是解题成败的重要环节。如果解题者所理解的题意中的物理模型与命题者的设计模型一致,题意就必然变得清晰鲜明,习题的难点便会随之而突破,这种例子是垂手可得的。
总之,物理模型的教学确实需要我们予以足够的重视,这个问题对提高我们的物理教学水平关系甚大。
物理猜想与中学物理教学
【摘 要】阐述物理猜想在中学物理教学中的意义及教师在物理课堂教学中引导学生进行物理猜想的方法。
【关键词】中学 物理猜想 物理教学
【中图分类号】 G 【文献标识码】 A
【文章编号】0450-9889(2014)11B-0076-02
随着基础教育课程改革的逐步深入,在新课程标准中,对高中生在学习物理过程中的学习能力提出了更高的要求,由此教会学生运用物理猜想方法可以让学生更有效地学好物理。为了促进中学生学会运用物理猜想方法,新课程的物理教材刻意设计了许多研究物理现象的活动。以此增进学生对物理知识的理解,提高学生学习物理知识的能力,例如提出问题、猜想与假设、合作与交流等能力。这些基本能力是确保科学研究各种物理现象得以顺利进行的前提和基础。只有通过猜想、假设,并经过许多的研究活动,才能使研究物理现象过程顺利完成。根据笔者这十多年的教学经验,总结出物理猜想对高中物理教学的作用以及如何通过物理猜想提高物理教学的经验,现浅谈自己的看法。
一、物理猜想对中学物理教学有着重要的意义
新课标义务教育阶段的物理课程中,提出要鼓励学生积极大胆地进行科学研究,使学生从基本的科学研究过程中学到科学研究的方法,最终达到提高他们的科学研究能力的目的。使学生养成尊重事实、大胆想象的科学习惯,发扬研究真理的科学精神;培养学生敢于质疑、勇于创新、战胜困难的信心和决心。在中学物理教学中教师的作用是引导学生进行科学猜想,引导学生进行科学探索活动,提升他们的科学探索创新能力。鼓励他们在研究活动过程中,根据已经了解的物理知识和物理现象,进行猜想与假设,然后设计实验,通过亲自动手做实验来验证自己的猜想与假设。因此,要达到新课标中的要求,笔者认为猜想在新课程标准的教学过程中的运用起到了关键的作用。物理猜想的运用是教育教学发展的要求,也是促进物理教育教学改革和发展的需要。笔者认为运用物理猜想法在中学物理教学中有以下几个重要的意义。
1.提高学生学习兴趣和增进学生学习主动性
学生往往对新生事物比较好奇,都希望能够尽快了解其中的知识、规律和奥秘。如果在中学物理教学过程中多鼓励学生对所要学习的物理现象猜想出其可能出现的某些现象或规律,那么不但能增强学生的新奇心,而且还能激发学生的探究意识和能力,使他们更能积极地深入到学习新知识当中。锻炼和培养中学生的物理猜想能力,能提高学生对研究物理问题的兴趣和欲望。兴趣和欲望正是学生学习物理知识的动力。因此,物理猜想是提高学生学习兴趣和增进学生主动学习的好方法。
2.提高学生的思维能力
在中学物理教学过程中,教师要经常通过提出问题并引导学生根据他们现有知识和理解问题的能力进行猜想,经过观察、实验、归纳、总结等进行严格推理和验证,使学生在学习物理知识的过程中逐渐提高他们的发散思维能力,也使他们思想更加灵活。因此通过猜想法不仅使学生容易理解和掌握物理知识,而且有利于提高学生的思维能力。
3.有利于学生巩固所学的物理知识
物理猜想是学生根据自己的思维意识进行推测,是开放性的思维方式。经过对事物仔细观察和辩别认识,提高了学生对事物整体性的研究,促进学生的思维进程,使学生迅速地理解和掌握新知识。如果这些新知识是由学生自己主动猜想后经过验证推理得来的,那么学生就比较容易接受。因此,这些物理现象及规律就会深深刻印在学生的心里,巩固这些新的物理知识。
4.培养学生创新能力
在新课程标准中,特别着重对中学生创新能力培养。科学的物理猜想是培养中学生创新能力的主要方法之一。科学的物理猜想对中学生创新能力的培养起着积极的作用,它能提高学生的反应能力和灵活解题能力。因此,科学的物理猜想能够非常有效地提高中学生的创新能力。
二、教师在物理课堂教学中引导学生进行物理猜想的方法
教师在教学过程中为了尽可能地发挥学生的想象能力,要根据学生现已掌握的物理知识、兴趣爱好和想象能力等引导学生提出猜想。教师如何更好地引导学生运用已掌握的物理知识和技能来构建出新的物理猜想呢?笔者认为,教师在实际教学过程中需要讲究提出猜想一些方法。
1.启发学生根据自己各种经历、各种经验和已学的知识提出猜想
科学发展的经验告诉我们,科学的猜想并非胡乱猜测,它需要有科学依据,要根据学生的经历、经验、生活常识等提出猜想。爱因斯坦创立的“相对论”起初就是根据前人的经验、自己的经历以及自己掌握的科学知识提出的猜想,然后通过观察、推理、推导、证明,才提出了理论依据,最后才建立了举世闻名的“相对论”。例如,在学习“自由落体运动”时,先让学生观察羽毛和铁片在有空气的玻璃管中同时下落的情况,再启发他们猜想如果将玻璃管中的空气抽出后,再让羽毛和铁片同时下落会出现什么情况。让学生猜想并记下这些猜想,然后通过演示实验让学生观察,最后得出结论。这种通过启发学生猜想和实验演示相结合的教学方法,更能加深学生理解所学的物理知识。
2.激励学生讨论,诱发物理猜想
在教学过程中学生引导学生进行猜想时,应该将学生分成几个组,让各组提出各自不同的猜想,并由他们各自陈述自己猜想的理由和依据。激励他们讨论、争辩,经过讨论和争辩提高他们对物理猜想的兴趣和对物理猜想的积极性。例如,在学习“牛顿第二定律”时,将同学们分成两个小组,一组猜想物体的加速度与力的关系,另一组猜想物体的加速度与质量的关系,然后让他们分别做实验,得出结论。教师在课堂中认真听取各组学生的观点后,引导诱发他们讨论并猜想加速度与力及质量的关系,最后总结出牛顿第二定律。这样能更好地完成教学任务,取得更好的教学效果。
3.鼓励学生大胆猜想
在教学过程中许多学生由于害怕自己提出的猜想被其他同学取笑或者自己提出的猜想不正确被老师责怪而羞以启齿,这时教师应该鼓励、引导学生大胆猜想,消除他们的顾虑。例如,研究玻璃的折射率时,可以猜想单色光通过平行玻璃砖后传播方向是否发生改变。先鼓励学生大胆进行猜想其出射的方向,并记下来。不管他们的猜测是否合理、准确,教师都要持平和的态度,让实验验证结果。只有这样才能提高学生的学习积极性,增强学生科学猜想的意识。
4.创造良好的猜想条件
在教学过程中,当教学到有利于培养学生猜想能力的内容时,教师应该积极引导鼓励学生进行猜想。例如,在“楞次定律”教学中,教师在课堂演示让磁体的N极靠近闭合的铝环的实验之前,先启发学生猜想让磁体的N极靠近闭合的铝环时会看到什么现象,让磁体的N极去靠近有缺口的铝环时又会看到什么现象。然后通过实验引导学生注意观察实验现象。同样,让磁体的S极去靠近闭合的铝环时又会出现什么情况。总之,教师要尽最大可能为学生进行猜想创造条件。
物理猜想既是一种自由尝试,也是一种严谨的创造,因此,在教学过锃中,教师要善于抓住每一个有利于提高学生猜想能力的机会,鼓励学生大胆猜想,从而提高他们的思维能力,增加他们学习物理的兴趣,进而提高物理教学的效率。
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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:
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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。
参考文献是在学术研究过程中,对某一著作或论文的整体的参考或借鉴。征引过的文献在注释中已注明,不再出现于文后参考文献中。下面,小编为大家分享《物理学报》参考文献格式,希望对大家有所帮助! 《物理学报》参考文献引用须知 (2013年10月) 1.尽量引用正浏览3827 回答85物理学报格式物理学报格式. 《物理学报》论文写作参考 1、使用本模板撰写文章时请按照蓝色提示,定稿后请删掉蓝色提示. 2、物理量单位用正体,物理量符号用斜体,矢量矩阵符号用黑斜体. 3、使用国际标准的缩略词、符号和法定计量单位.符号及计量单位使用时应全文 一致 ...浏览3827 回答85物理学报论文格式《物理学报》论文写作参考1、使用本模板撰写文章时请按照蓝色提示,定稿后请删掉蓝色提示. 2、物理量单位用正体,物理量符号用斜体,矢量矩阵符号用黑斜体. 3、使用国际标准的缩略词、符号和法定计量单位.符号及计量单位使用时应全文 一致,正文中的缩略词在首次出现时应给出中英文全称, 后 ...浏览3827 回答85物理学报论文格式《物理学报》论文写作参考 1、使用本模板撰写文章时请按照蓝色提示,定稿后请删掉蓝色提示. 2、物理量单位用正体,物理量符号用斜体,矢量矩阵符号用黑斜体. 3、使用国际标准的缩略词、符号和法定计量单位.符号及计量单位使用时应全文 一致,正文中的缩略词在首次出现时应给出中英文全称 ...浏览3827 回答85数学物理学报期刊《数学物理学报》(双月刊)创办于1981年4月,是由中国科学院主管、中国科学院武汉物理与数学研究所主办的综合性学术刊物。浏览3827 回答85《物理学报》参考文献格式参考文献是在学术研究过程中,对某一著作或论文的整体的参考或借鉴。征引过的文献在注释中已注明,不再出现于文后参考文献中。下面,小编为大家分享《物理学报》参考文献格式,希望对大家有所帮助! 《物理学报》参考文献引用须知 (2013年10月) 1.尽量引用正浏览3827 回答85物理学报格式物理学报格式. 《物理学报》论文写作参考 1、使用本模板撰写文章时请按照蓝色提示,定稿后请删掉蓝色提示. 2、物理量单位用正体,物理量符号用斜体,矢量矩阵符号用黑斜体. 3、使用国际标准的缩略词、符号和法定计量单位.符号及计量单位使用时应全文 一致 ...浏览3827 回答85物理学报论文格式《物理学报》论文写作参考1、使用本模板撰写文章时请按照蓝色提示,定稿后请删掉蓝色提示. 2、物理量单位用正体,物理量符号用斜体,矢量矩阵符号用黑斜体. 3、使用国际标准的缩略词、符号和法定计量单位.符号及计量单位使用时应全文 一致,正文中的缩略词在首次出现时应给出中英文全称, 后 ...浏览3827 回答85物理学报论文格式《物理学报》论文写作参考 1、使用本模板撰写文章时请按照蓝色提示,定稿后请删掉蓝色提示. 2、物理量单位用正体,物理量符号用斜体,矢量矩阵符号用黑斜体. 3、使用国际标准的缩略词、符号和法定计量单位.符号及计量单位使用时应全文 一致,正文中的缩略词在首次出现时应给出中英文全称 ...
仅供参考参考文献是在学术研究过程中,对某一著作或论文的整体的参考或借鉴。征引过的文献在注释中已注明,不再出现于文后参考文献中。下面,小编为大家分享《物理学报》参考文献格式,希望对大家有所帮助! 《物理学报》参考文献引用须知 (2013年10月) 1.尽量引用正浏览3827 回答85 物理学报格式物理学报格式. 《物理学报》论文写作参考 1、使用本模板撰写文章时请按照蓝色提示,定稿后请删掉蓝色提示. 2、物理量单位用正体,物理量符号用斜体,矢量矩阵符号用黑斜体. 3、使用国际标准的缩略词、符号和法定计量单位.符号及计量单位使用时应全文 一致 ...浏览3827 回答85 物理学报论文格式《物理学报》论文写作参考1、使用本模板撰写文章时请按照蓝色提示,定稿后请删掉蓝色提示. 2、物理量单位用正体,物理量符号用斜体,矢量矩阵符号用黑斜体. 3、使用国际标准的缩略词、符号和法定计量单位.符号及计量单位使用时应全文 一致,正文中的缩略词在首次出现时应给出中英文全称, 后 ...浏览3827 回答85 物理学报论文格式《物理学报》论文写作参考 1、使用本模板撰写文章时请按照蓝色提示,定稿后请删掉蓝色提示. 2、物理量单位用正体,物理量符号用斜体,矢量矩阵符号用黑斜体. 3、使用国际标准的缩略词、符号和法定计量单位.符号及计量单位使用时应全文 一致,正文中的缩略词在首次出现时应给出中英文全称 ...浏览3827 回答85 数学物理学报期刊《数学物理学报》(双月刊)创办于1981年4月,是由中国科学院主管、中国科学院武汉物理与数学研究所主办的综合性学术刊物。浏览3827 回答85 《物理学报》参考文献格式参考文献是在学术研究过程中,对某一著作或论文的整体的参考或借鉴。征引过的文献在注释中已注明,不再出现于文后参考文献中。下面,小编为大家分享《物理学报》参考文献格式,希望对大家有所帮助! 《物理学报》参考文献引用须知 (2013年10月) 1.尽量引用正浏览3827 回答85 物理学报格式物理学报格式. 《物理学报》论文写作参考 1、使用本模板撰写文章时请按照蓝色提示,定稿后请删掉蓝色提示. 2、物理量单位用正体,物理量符号用斜体,矢量矩阵符号用黑斜体. 3、使用国际标准的缩略词、符号和法定计量单位.符号及计量单位使用时应全文 一致 ...浏览3827 回答85 物理学报论文格式《物理学报》论文写作参考1、使用本模板撰写文章时请按照蓝色提示,定稿后请删掉蓝色提示. 2、物理量单位用正体,物理量符号用斜体,矢量矩阵符号用黑斜体. 3、使用国际标准的缩略词、符号和法定计量单位.符号及计量单位使用时应全文 一致,正文中的缩略词在首次出现时应给出中英文全称, 后 ...浏览3827 回答85 物理学报论文格式《物理学报》论文写作参考 1、使用本模板撰写文章时请按照蓝色提示,定稿后请删掉蓝色提示. 2、物理量单位用正体,物理量符号用斜体,矢量矩阵符号用黑斜体. 3、使用国际标准的缩略词、符号和法定计量单位.符号及计量单位使用时应全文 一致,正文中的缩略词在首次出现时应给出中英文全称 ...浏览3827 回答85
物理学报》和“Chinese Physics”(中国物理)是中国物理学会主办的综合性物理学的中、英文学术期刊,两刊登载国内外未曾公开发表的具有创造性的物理学研究论文和研究快讯。两刊内容相互独立、互不重复,均为月刊,国内外公开发行,属核心期刊。两刊已被SCI等国际六大检索系统收录。1�版权投稿作者须转让该文版权(含各种介质的版权)给编辑部,并把版权转让意见和来稿不涉及保密问题函附单位盖章及作者签名的证明寄来。并附作者签名投稿函。文稿勿一稿两投。(论文版权转让和保密证明函格式)2�评审费、版面费、稿酬凡是向两刊上投稿者,须交纳论文评审费,凡在两刊上发表学术论文者须交纳版面费,具体款项另行通知。稿件刊登后将酌致稿酬。3�来稿要求观点明确,数据可靠,言简意明,重点突出。来稿须一式两份,单面间行打印,务必做到字迹清晰、齐稿、清稿、定稿,纸面上下左右各留出至少25mm空白。凡不符合〈投稿须知〉要求的文稿,本部恕不受理。3�1 题目应简明、准确,不宜用缩略词。英文稿中国作者姓名采用汉语拼音后加注中文姓名,用圆括号括起。作者单位必须写出全称和邮政编码。3�2 关键词、PACC文稿须选出能反映文稿内容特征的中、英文对应的关键词、PACC(“Physics Abstracts”的Classification and Contents)专业代码各分别1—4个,并列于中、英文提要后。关键词和PACC代码按其重要性顺列、用逗号间隔开。3�3 中、英文标准基金全称及批准号一律以脚注注于首页和英文摘要页,并用*号在题目末及脚注前标明。3�4 文稿中用国际标准的缩略词、符号和计量单位符号及计量单位系统使用时,全文文种一致,摘要和正文中的缩略词在首次出现时写出全称,后附缩略词,并用括号括起,下面直接引用,不再写全词。3�5 插图、照片在文稿中按出现的先后次序顺序编号,并在正文相应位置处绘一方框,图题、图注写于方框下面。附图须用铅笔注明作者姓名、图序。插图曲线要求墨色均匀,照片要求黑白反差大,不收彩色照片。图中线条粗细均匀,坐标线宜用细线,图面清晰勿折,图和照片的宽度一般不超过7cm为宜。附表置于正文相应位置处,用三线表。图、表中的文字,中文稿用中文,英文稿用英文,图、表头的量或用来标记图形轴线的量,用“物理量符号/单位标准化符号”形式标记。3�6 正文中引用参考文献文献号须加[]一般置于右上角,若写成文献[]则与正文平排,其顺序应按正文中引文出现的先后顺序列出。3�7 公式以线性化形式斜体书写,以阿拉伯数字连续编号,用圆括号括起置于稿纸右边。中、英文稿标题 第1级标题用阿拉伯数字,.……;第2级节标题用,……,,……;第3级标题用,,……表示。3�8 《物理学报》和“Chinese Physics”参考文献格式期刊:作者 年份 刊名 卷号 页码例:[1] Peng Y Z and Fan T Y 2000 Chin. Phys. 9 764书籍:作者 年份 书名(出版地:出版社) 页码例:[2] Dress M S 1966 Science of fullerenes and Carbon Nanotubes (New York: Academic) p12《物理学报》的中文参考文献同时译成英文例:Zhang J D 1997 Acta Phys. Sin. 46 1517 (in Chinese) [张建德 1997 物理学报 46 1517]3�9 凡经审稿通过拟刊登(英文稿修改英文后)之稿[HTSS],中文稿接受用北大方正排版的定稿软盘;英文稿接受用Latex或CCT软件排版的E-mail稿或定稿软盘,若用其他排版软件须拷贝成文本文件。图最好转化成Tif格式或Photoshop所有格式,并注明软件名,文件名,作者名。同时需另寄一份打印稿。软盘概不退回。3�10 作者须自留底稿,文稿在4个月内未收到编辑部信函者,可自行处理,但须告知编辑部。3�11 来稿请注明联系作者姓名,服务单位及详细通讯地址,E�mail,联系电话和邮政编码。3�12 来稿请挂号邮寄:北京市603信箱,《物理学报》或“Chinese Physics”编辑部,北京 100080。
物理学报》和“Chinese Physics”(中国物理)是中国物理学会主办的综合性物理学的中、英文学术期刊,两刊登载国内外未曾公开发表的具有创造性的物理学研究论文和研究快讯。两刊内容相互独立、互不重复,均为月刊,国内外公开发行,属核心期刊。两刊已被SCI等国际六大检索系统收录。1�版权投稿作者须转让该文版权(含各种介质的版权)给编辑部,并把版权转让意见和来稿不涉及保密问题函附单位盖章及作者签名的证明寄来。并附作者签名投稿函。文稿勿一稿两投。(论文版权转让和保密证明函格式)2�评审费、版面费、稿酬凡是向两刊上投稿者,须交纳论文评审费,凡在两刊上发表学术论文者须交纳版面费,具体款项另行通知。稿件刊登后将酌致稿酬。3�来稿要求观点明确,数据可靠,言简意明,重点突出。来稿须一式两份,单面间行打印,务必做到字迹清晰、齐稿、清稿、定稿,纸面上下左右各留出至少25mm空白。凡不符合〈投稿须知〉要求的文稿,本部恕不受理。3�1 题目应简明、准确,不宜用缩略词。英文稿中国作者姓名采用汉语拼音后加注中文姓名,用圆括号括起。作者单位必须写出全称和邮政编码。3�2 关键词、PACC文稿须选出能反映文稿内容特征的中、英文对应的关键词、PACC(“Physics Abstracts”的Classification and Contents)专业代码各分别1—4个,并列于中、英文提要后。关键词和PACC代码按其重要性顺列、用逗号间隔开。3�3 中、英文标准基金全称及批准号一律以脚注注于首页和英文摘要页,并用*号在题目末及脚注前标明。3�4 文稿中用国际标准的缩略词、符号和计量单位符号及计量单位系统使用时,全文文种一致,摘要和正文中的缩略词在首次出现时写出全称,后附缩略词,并用括号括起,下面直接引用,不再写全词。3�5 插图、照片在文稿中按出现的先后次序顺序编号,并在正文相应位置处绘一方框,图题、图注写于方框下面。附图须用铅笔注明作者姓名、图序。插图曲线要求墨色均匀,照片要求黑白反差大,不收彩色照片。图中线条粗细均匀,坐标线宜用细线,图面清晰勿折,图和照片的宽度一般不超过7cm为宜。附表置于正文相应位置处,用三线表。图、表中的文字,中文稿用中文,英文稿用英文,图、表头的量或用来标记图形轴线的量,用“物理量符号/单位标准化符号”形式标记。3�6 正文中引用参考文献文献号须加[]一般置于右上角,若写成文献[]则与正文平排,其顺序应按正文中引文出现的先后顺序列出。3�7 公式以线性化形式斜体书写,以阿拉伯数字连续编号,用圆括号括起置于稿纸右边。中、英文稿标题 第1级标题用阿拉伯数字,.……;第2级节标题用,……,,……;第3级标题用,,……表示。3�8 《物理学报》和“Chinese Physics”参考文献格式期刊:作者 年份 刊名 卷号 页码例:[1] Peng Y Z and Fan T Y 2000 Chin. Phys. 9 764书籍:作者 年份 书名(出版地:出版社) 页码例:[2] Dress M S 1966 Science of fullerenes and Carbon Nanotubes (New York: Academic) p12《物理学报》的中文参考文献同时译成英文例:Zhang J D 1997 Acta Phys. Sin. 46 1517 (in Chinese) [张建德 1997 物理学报 46 1517]3�9 凡经审稿通过拟刊登(英文稿修改英文后)之稿[HTSS],中文稿接受用北大方正排版的定稿软盘;英文稿接受用Latex或CCT软件排版的E-mail稿或定稿软盘,若用其他排版软件须拷贝成文本文件。图最好转化成Tif格式或Photoshop所有格式,并注明软件名,文件名,作者名。同时需另寄一份打印稿。软盘概不退回。3�10 作者须自留底稿,文稿在4个月内未收到编辑部信函者,可自行处理,但须告知编辑部。3�11 来稿请注明联系作者姓名,服务单位及详细通讯地址,E�mail,联系电话和邮政编码。3�12 来稿请挂号邮寄:北京市603信箱,《物理学报》或“Chinese Physics”编辑部,北京 100080。
等上标在word中的“工具”→自定义→命令→格式→可以找到上标(X2)杂志名的缩写参考别人的文献写法就可以了。
参考文献是在学术研究过程中,对某一著作或论文的整体的参考或借鉴。征引过的文献在注释中已注明,不再出现于文后参考文献中。下面,小编为大家分享《物理学报》参考文献格式,希望对大家有所帮助! 《物理学报》参考文献引用须知 (2013年10月) 1.尽量引用正浏览3827 回答85物理学报格式物理学报格式. 《物理学报》论文写作参考 1、使用本模板撰写文章时请按照蓝色提示,定稿后请删掉蓝色提示. 2、物理量单位用正体,物理量符号用斜体,矢量矩阵符号用黑斜体. 3、使用国际标准的缩略词、符号和法定计量单位.符号及计量单位使用时应全文 一致 ...浏览3827 回答85物理学报论文格式《物理学报》论文写作参考1、使用本模板撰写文章时请按照蓝色提示,定稿后请删掉蓝色提示. 2、物理量单位用正体,物理量符号用斜体,矢量矩阵符号用黑斜体. 3、使用国际标准的缩略词、符号和法定计量单位.符号及计量单位使用时应全文 一致,正文中的缩略词在首次出现时应给出中英文全称, 后 ...浏览3827 回答85物理学报论文格式《物理学报》论文写作参考 1、使用本模板撰写文章时请按照蓝色提示,定稿后请删掉蓝色提示. 2、物理量单位用正体,物理量符号用斜体,矢量矩阵符号用黑斜体. 3、使用国际标准的缩略词、符号和法定计量单位.符号及计量单位使用时应全文 一致,正文中的缩略词在首次出现时应给出中英文全称 ...浏览3827 回答85数学物理学报期刊《数学物理学报》(双月刊)创办于1981年4月,是由中国科学院主管、中国科学院武汉物理与数学研究所主办的综合性学术刊物。浏览3827 回答85《物理学报》参考文献格式参考文献是在学术研究过程中,对某一著作或论文的整体的参考或借鉴。征引过的文献在注释中已注明,不再出现于文后参考文献中。下面,小编为大家分享《物理学报》参考文献格式,希望对大家有所帮助! 《物理学报》参考文献引用须知 (2013年10月) 1.尽量引用正浏览3827 回答85物理学报格式物理学报格式. 《物理学报》论文写作参考 1、使用本模板撰写文章时请按照蓝色提示,定稿后请删掉蓝色提示. 2、物理量单位用正体,物理量符号用斜体,矢量矩阵符号用黑斜体. 3、使用国际标准的缩略词、符号和法定计量单位.符号及计量单位使用时应全文 一致 ...浏览3827 回答85物理学报论文格式《物理学报》论文写作参考1、使用本模板撰写文章时请按照蓝色提示,定稿后请删掉蓝色提示. 2、物理量单位用正体,物理量符号用斜体,矢量矩阵符号用黑斜体. 3、使用国际标准的缩略词、符号和法定计量单位.符号及计量单位使用时应全文 一致,正文中的缩略词在首次出现时应给出中英文全称, 后 ...浏览3827 回答85物理学报论文格式《物理学报》论文写作参考 1、使用本模板撰写文章时请按照蓝色提示,定稿后请删掉蓝色提示. 2、物理量单位用正体,物理量符号用斜体,矢量矩阵符号用黑斜体. 3、使用国际标准的缩略词、符号和法定计量单位.符号及计量单位使用时应全文 一致,正文中的缩略词在首次出现时应给出中英文全称 ...
高中物理课堂教学方式探索论文
摘要:
随着新课改的不断推进,教育理念和制度也有很大改变.高中阶段一直是我国教育中最重要的阶段,但是一直以来的应试教育制度,让高中学生对于高中的学习具有惧怕心理,面对繁重的课业和升学的压力,一些学生成为了只会学习的机器,一些教师在教学时,只会一味地采用传统的教学模式,课前既没有导入,课上教师也只是单纯的讲述学习的知识点,就更加重了学生的学习负担.因此,为了适应时代的潮流,减轻学生的学习负担,同时促进我国的教育制度的创新,教育部在指导的新课标中也明确提倡“以人为本”的教育理念,让学生在学习中得到知识的同时也获得学习知识的乐趣,促进学生全面的发展.本文以高中物理教学为中心,从有效的课堂方式为出发点,探究如何促进高中物理课堂多样化,丰富学生学习体验,实现以人为本的高中物理教学。
关键词:
高中物理;课堂教学;多样化
最新版《普通高中物理课程标准》中指出:“通过多样化的教学方式,帮助学生学习物理知识技能,培养其科学探究能力,使其逐步形成科学态度与科学精神.”由此可以看出,高中物理教师在教学中不能一味地采用灌输式教学来讲课,首先要从实际出发,找到新模式和旧模式相融之处,接着再积极的实践和运用,在其过程中也要多听听学生的意见.同时,高中物理一直是高中学生在高一阶段从心理上就觉得难的、抽象的科目,有的学生甚至达到了厌恶的程度.其实这些学生的情况归根到底还是教师在课堂上没有很多的引导,也没有采用各种各样的教学方法来增加物理课堂的多样化.所以,要想改善这一情况,教师要立足物理教材,借助多样化的教学方式来调动学生的积极性,发挥学生的主观能动性,促使学生在高效的课堂中多样化发展。
一、引用问题探究模式
其实高中物理的核心的学习思维很简单,就是勤思考、多想象物理概念和知识点,尝试用多种不同的思维来理解和学习某一内容,久而久之,学生无论在学习或者在答题的时候,就会锻炼出优秀的谨慎的思维,从而得出完美的答案.所以,教师根据物理学科这一显著的特点可以在课堂教学中引用问题探究的模式促进学生来思考物理概念深层次的意义和作用,理解物理知识的内涵.通过这种模式既能丰富物理课堂的形式,也能提高学生对物理学习的兴趣,认识到物理学习的本质,在快乐的课堂上享受学习带来的乐趣[1].问题是探究的前提,教师在课堂上提出适当的有效的值得探讨也能够促进学生思考的问题,能够培养学生独立思考问题的能力,而且在问题探讨过程中学生不再过多的看重学习的结果而是好好的享受学习的过程,这对学生探究能力的提高以及创新精神的培养起着非常重要的作用.因此,高中物理教师要敢于抛弃陈旧的传统观念,勇敢的尝试不同的模式,采用多种多样的教学模式来促进课堂学习的效率和课堂学习的质量.例如,在讲解“自由落体运动”时,教师可以先讲解完自由落体有关的知识点和运用的内容,然后再讲述自由落体的下落过程中各个时间点所处的位置和所受的力.最后教师就提出几个关于自由落体运动的关键问题来给学生自行思考.如自由落体运动中的加速度是如何变化的、是否所有的物体的下落过程是一样的等问题,以供学生思考来探索,思考的最后可以让学生来讲解自己的思考结果,也可以让学生来当堂做实验来更加清晰地表达出自己思考的内容,让学生了解到不同的思考模式和方法,创建出丰富多彩的欢乐的物理课堂,在不知不觉中,学生便掌握书本的知识,让课堂进展的很顺利,教师也就自然而然的全身心的投入在课堂中,间接地提高了课堂质量和课堂效率。
二、合作学习模式的采用
因为物理课堂的复杂性和多样性,在学习过程中又夹杂了很多重要的.物理实验和物理探究问题,对于有些基础薄弱或者学习能力不强的学生学起来非常的吃力,如果只是采用问题探究的模式来教学的话,易拉开学生之间的学习差距,这样学习不好的学生的压力就会更大.因此,基于物理学习的多样性和学生情况,我们还需要一种让学生能够带动学生思考、探究的模式,班级的学生一起学习一起进步。因此,就出现了合作学习的模式进入了我们的物理课堂,合作学习模式也叫小组学习模式.小组学习模式是指两个或两个以上的学生为一组进行的学习活动,一般为6个人为一个小组,小组成员既要有学习成绩优异的,也要有学习成绩不好的和思维能力强思维能力差的学生,这样就能保证以各自的优点来帮助其他学生,大家一起学习一起探究,共同努力和坚持,因为教师毕竟只有一个人,有的地方教师可能一个人带几个班,所以教师的精力和时间都是有限的.小组学习的模式既能让教师的教学压力减轻,也能培养学生集体意识和合作意识,最终促进学生全面的发展.例如,教师在讲解“电磁感应定律”一课后,教师觉得学生基本掌握了课本的内容和原理后,可以先通过问题探究模式让学生思考现实的电器中是如何运用电磁感应知识的,接着就可以在课上或者课下开展讲述生活中的电器的运用原理的活动,这时就可以以小组为单位,小组之间进行比赛,小组成员共同选择电器和研究原理,然后选择合适的时间进行展示和评比,教师在活动过程中要积极地评比和评价,对于学生的优点要表扬,错误之处要明确的指出来,这样学生在合作中不仅学懂了物理知识并且在现实生活中也会运用,也能促进班级学习物理的氛围,让学生在自主学习、生生交流中掌握基本的物理知识和物理技能。
三、运用生活情境模式
“艺术来源于生活,但又高于生活.”其实物理又何尝不是一种生活的艺术.细心观察就会发现,物理的学习和发展靠的不仅是物理学家的实验和探索,而是生活中的现象和对于生活现象的解释.因此,教师在教学物理过程中,也不要过于照本宣科,使用传统的填鸭式教育的方法,而是要结合物理学科的本质和其特点来在课堂上,引用大量的生活的例子和生活的经验来帮助学生理解物理概念真正的来源和用处,让学生在日常生活中能够使用到所学的物理知识,只有学生在日常生活中应用到了平时课堂上的物理知识才能让学生了解和掌握物理学习的意义[3],在日常的生活中也能够思考物理.久而久之,学生在这种物理环境的熏陶下,就会形成物理学习思维,就会发现物理的学习其实很简单。
总之,提高高中物理课堂的多样化还有很多优秀的方法,自主学习模式和自主实验模式还有直观教学模式等,教师在选择这些创新的模式时,要先结合班里的学习情况、学生的接受情况和本节课的学习内容来选择合适的方法,可以根据需要在一节课上选用两种或者多种的模式.此外,教师要坚持使用这些创新方法,才能从根本上改善目前的教学情况.才能有效的减轻高中学生的学习压力,让学生在充满生机的课堂中学习。
参考文献:
[1]胡海涛.如何构建高效高中物理课堂[J].学园:教育科研,2012(17):54.
[2]邢红军.物理教育的生态化及其队伍里课程改革的启示[J].教育科学研究,2010(1):60.
[3]陈玲.新课标背景下高中物理课堂教学导入策略研究[D].新乡;河南师范大学,2011(05):23-24.
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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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关于大学物理实验教学实践与思考摘要:实验在物理教学中有着不可替代的重要地位。通过实验提高学习物理的兴趣,培养实践能力、分析能力,形成严谨的、实事求是的世界观,同时还培养学生的实验观察和操作能力,全面提高物理教育教学质量。关键词:物理;实验;教学 实验在物理教学中有着不可替代的重要地位,通过实验提高学习物理的兴趣,培养实践能力、分析能力,形成严谨的、实事求是的世界观。如何进行物理实验教学是教师们研究的问题,下面谈此观点仅供参考。 1.提高教师自身素质是上好实验课的前提 教学中要真正运用好物理实验,提高教学质量,发挥独特的作用,需要提高教师自身素质是上好实验课的前提:①教师要有物理学理论和实验知识;有教育学、心理学和教学法的知识;亲手实践;②具备良好的实验能力和实验技能,通过不断学习实验教学能力和知识水平提高;③有钻研和创新精神;对疑难实验进行专题学习和研究、改进方法,接受新的教育理论和思想,指导教学实践;④积极参加针对物理实验中对实验的设计,测量操作技巧、改进方法及排除故障的创造性能力,实验考核的命题能力等培训及各级物理实验研讨会,提高自身素质。 2.利用实验史和事例,激发氛围 实验教学中:①对物理史上著名实验介绍。如:《科学之旅》中介绍了“伽利略对摆动的探究”从而发现“摆的等时性原理”,并根据这个原理制作“机械摆钟”。点评:展示科学发现、技术发明的过程;展示科学家创造思维和创新精神,同时对学生进行科学精神和创新意识的培养。②介绍典型物理实验事例,培养创新意识和欲望。如:教学凝固后,介绍“姆潘巴”现象及其发现过程,同时介绍中央电视台《走近科学》栏目的片段:上海某中学三位学生在物理老师的指导下,经历几个月、做了上百次实验,获得上万个数据,最后论证“姆潘巴”现象不存在。向学生介绍此事例:A要求学生向坦桑尼亚中学生姆潘巴和上海的几位中学生学习,学习他们敢于质疑、有实验探究的精神;B用榜样的示范作用来激励学生的创新意识和创新精神,从而激发创新氛围。 3.实验教学中需强调的注意事项 动手实验是学生参与实践的具体过程,师在实验前强调实验室规则和要求:(1)实验前必须完成预习内容;(2)按分好的组坐好,不得乱动器材;(3)实验时不能大声喧哗;(4)实验完后将器材摆放整齐,经检查后可离开;(5)不能将器材带出实验室,如有损坏及时说明:另外带危险性或损坏性的实验,要先检查,避免损坏和意外。如:①在用电流表测量电路时,开关应断开,电流表应与被测部分串联,注意电流必须从电流表的正极流入负极流出,被测电流不超过电流表的量程,不能将电流表不经过用电器而直接接在电源的两端。在此检查后闭合开关进行实验:②在“做”观察水的沸腾实验时,注意酒精灯的正确使用。即:不允许用酒精灯去引燃另一盏酒精灯,使用完后不能用嘴去吹灭酒精灯,应用灯帽盖灭,操作过程如果不当,洒出的酒精燃烧,用湿抺布盖灭。 4.提倡动手实验,掌握其方法 学生动手实验的作用:①学生动手实验有利于调动学习兴趣和积极性。据统计:喜欢物理的占84%,不喜欢占3%。②学生对学习内容的巩固程度与学习的方式关系很大。据统计:通过听讲授,能记住25%;能看到实物或现象能记住40%;双方都做到能记住65%;看到实物或现象自己又描述过,能记往83%;既动手边做边描述能记住97%。所以在物理实验教学中让学生动手实验,在实验的基础上讨论、分析,归纳概念和规律,有利于学生理解和掌握知识。③教育家陶行知提倡手脑并用的学习方式,教学中提倡动手实验,正是遵循陶行知先生的教育理论去实践的,培养实验能力。 ④动手实验是学习研究过程,在直接参与动手实验过程中,逐渐认识到实验是获得物理事实的根据;是检验假设真理性的标准;逐步领会科学家是如何通过物理实验获得物理事实,得出概念和规律的。点评:通过长期动手实验的训练,能掌握学习和研究的基本方法。 5.实验教学有利于培养观察能力,提高分析能力 观察是人们对客观事物、现象感知过程中的一种最直接的方法。物理课本中的每个概念和规律一般由观察、实验、分析、归纳概念、规律应用、实际问题等构成,为了提高观察能力,在引导观察实验现象时应注意:①从什么地方观察,发生什么现象?现象发生变化过程的条件是什么?②观察同时思考、分析、比较、归纳此现象有什么特征?说明什么问题?③如何判断推理,概括有关性质和规律?逐步形成边观察边思考的习惯、掌握观察方法和提高观察能力。如:观察水被加热至沸腾时,提出问题让学生边实验、边思考:A、开始加热的烧杯底和内壁是否有小气泡?怎样产生的?B、初始阶段如水温度有什么变化?为什么?小气泡在上升至水面过程中其体积有什么变化?C、当水中有大量气泡产生,并迅速上升过程中,体积不断增大,到水面破裂时,温度是否变化?瓶口出现的“白气”是什么?D、如果沸腾时间较长,还会看到水位比加热前有些下降为什么?这将膨胀、热传递、气化、液化等知识有机地联系起来,从而提高观察和思维分析能力。 6.把“测量、验证”型实验变为探究性实验 目前中考实验设计题需要学生具有探究性实验能力的有力体现,这就要求学生具备多种机智或具备发散思维、换元思维、转向思维和创优思维等思维能力。这些能力都靠平时培养。如:教学“恒定电流”后,根据学生以学知识,将“伏安法测电阻”实验改为:有5种不同测量电阻实验的分套器材,请根据各套器材设计不同的实验并比较哪种方法测得电阻值较准确,分析其原因。器材:共用器材为待测电阻R(10Ω,),电源,电键,滑动变阻器,导线若干。测量方法;①伏特表、安培表各1 个,共用器材;②伏特表2 个,电阻箱1 个,共用器材;③安培表2 个,电阻箱1 个,共用器材;④伏特表1 个,电阻箱1 个,共用器材;⑤安培表1 个,电阻箱1 个,共用器材。评析:改进后的实验称为物理教学中的实验探究,此方法的特点是:培养学生创造思维的多向选择性,使学生积极主动地探究知识。 7.借助多媒体将实验达到效果 造成学习物理知识困难的原因是学生缺乏物理实验和分析、概括规律的能力。如:教学《惯性》时,借助多媒体运用抽拉活动片模拟演示小车遇到障碍物阻力而停止运动,而小车上的木块没有受到障碍物的阻力,由于惯性保持原来的运动状态仍向前运动,而因木块底部与小车面的摩擦,使木块底部受到摩擦力作用不能继续向前运动,只好倒向前方,利用多媒体图像再用“慢镜头”展示在学生面前,同时对小车、木块及两者之间的关系进行逐个分析,由于图像清晰,模拟逼真,讲解和观察、理解,能收到良好的效果。 8.开展课外动手实验,发展创造力 教师在物理实验教学中开设课外实验,以开阔视野,拓展知识面,发展动手实验的创造力。如:①组织物理课外兴趣活动小组,指导动手搞小制作。如:制作橡皮测力计、潜望镜、土电话等;②组织用物理知识解决实际问题,培养分析、解决实际问题的能力,如:开展实地测量、电路安装等社会实践活动;③开展科技活动,如:举办物理晚会、撰写物理论文等。在这些活动中,教师悉心辅导,帮助克服困难,让学生有表现的机会,互帮互学,逐步培养有趣的爱好和创造能力及团结协作精神,从中领略到成功的喜悦,同时能发展创造力。 总之,实验教学过程中,不断地激发学习兴趣,培养实验观察能力和操作能力,充分能挖掘各种智力因素,全面提高教育教学质量。 参考文献 [1] 林立,新课标和初中物理教材中学物理,2008.[2] 浦荣.开发型物理实验的研究和探索 [3]探究式教学在物理实验中的应用[J].中学物理,2007. [4]袁冬媛.大学物理实验教程[M].长沙:中南大学出版社,2002.
已经证明。相对论百是关于时空和引力的基本理论,主要由阿尔伯特·爱因斯坦创立,依据研究的对象不同分为狭义相对论和广义相对论。相对论的基本假设是相对性原理,即物理定律与参度照系的选择无关。狭义相对论和广义相对的区别是,前者讨论的是知匀速直线运动的参照系(惯性参照系)之间的物理定律,后者则推广到具有加速度的参照系中(非惯性系),并在等效原理的假设下,广泛应用于引力场中。相对论极大地改变了人类对宇宙和自道然的“常识性”观念,提出了“同时的相对性”、“四维时空版”、“弯曲时空”等全新的概念。它发展了牛顿力学,推动物理学发展到一个新的高度。狭义相对性原理是相对论的两权个基本假定,在目前实验的观测下,物体的运动与相对论是吻合很好的,所以目前普遍认为相对论是正确的理论。
月微时八月六 日圆忽然后语汇既然日月度十毫 度十日吨斤和日十时日吨斤时毫斤日环境还是菊花俗话技术联合会
21世纪是知识爆炸的时代,大学物理也不例外。这是我为大家整理的大学物理学术论文,仅供参考!
中学物理中的物理模型
摘要:本文阐述了物理模型的概念、功能,中学物理教材中常见的六种物理模型,物理模型在中学物理教学中地位和作用,以及中学阶段在物理模型的教学过程中应该注意的若干问题。
关键词:中学物理;教学;物理模型
一、物理模型的概念及功能
物理学所分析、研究的实际问题往往很复杂,有众多的因素,为了便于着手分析与研究,物理学往往采用一种“简化”的方法,对实际问题进行科学抽象化处理,保留主要因素,略去次要因素,得出一种能反映原物本质特性的理想物质(过程)或假想结构,此种理想物质(过程)或假想结构就称之为物理模型。
物理模型按其设计思想可分为理想化物理模型和探索性物理模型。前者的特点是突出研究客体的主要矛盾,忽略次要因素,将物体抽象成只具有原物体主要因素但并不客观存在的物质(过程),从而使问题简化。如质点模型、点电荷模型、理想气体模型、匀速直线运动模型等等。后者的特点是依据观察或实验的结果,假想出物质的存在形式,但其本质属性还在进一步探索之中。如原子模型、光的波粒二象性模型等等。
人们建立和研究物理模型的功能主要在于:
一是可以使问题的处理大为简化而又不会发生大的偏差,从中较为方便地得出物体运动的基本规律;
二是可以对模型讨论的结果稍加修正,即可用于对实际事物的分析和研究;
三是有助于对客观物理世界的真实认识,达到认识世界,改造世界,为人类服务之目的。
二、中学物理教材中经常碰到的几种物理模型
物理模型就它在实际问题中所扮演角色或所起作用的不同,可分为:
1.物理对象模型 即把物理问题的研究对象模型化。
例如质点,舍去和忽略形状、大小、转动等性能,突出它具有所处位置和质量的特性,用一个有质量的点来描述,又如点电荷、弹簧振子、单摆、理想变压器、理想电表等等,都是属于将物体本身的理想化。
另外诸如点光源、电场线、磁感线等,则属于人们根据它们的物理性质,用理想化的图形来模拟的概念。
2.物理过程模型 即把研究对象的实际运动过程进行近似处理。排除其在实际运动过程中的一些次要因素的干扰,使之成为理想的典型过程。
如研究一个铁球从高空中由静止落下的过程。首先应考虑吸引力,由公式F=GMm�r2可知,铁球越接近地面,F就越大,其次还要考虑空气阻力、风速、地球自转等影响。这样考查铁球下落运动过程就显得十分复杂,研究起来十分不便。为此,我们在研究过程上突出铁球下落的主要因素,即受重力作用,而忽略其它次要影响,并把重力视为恒力,通过如此简化,使研究问题简化,其研究结果也不致影响到基本规律的正确性。从而成为物理学中一个典型的运动过程,即自由落体运动。这种物理模型称之为过程模型。
教材中的匀速直线运动、简谐振动、弹性碰撞;理想气体的等温、等容、等压、绝热变化等等都是将物理过程模型化。
3.物理条件模型 如自由落体运动规律就是在建立了“忽略空气阻力,认为重力恒定”的条件模型之后才得出来的。力学中的光滑斜面;热学中的绝热容器;电学中的匀强电场、匀强磁场等等,也都是把物体所处的条件理想化了。
4.物理等效模型 即通过充分挖掘原有物理模型的特征去等效具有相似性质或特点的现象和相似运动形态的物质和运动。如将理想气体分子等效为弹性小球,并用弹性小球对器壁的碰撞去解释和推导气体压强公式,用单摆振动模型去等效类比电磁振荡过程等等。
5.物理实验模型 在实验的基础上,抓住主要矛盾,忽略次要矛盾,然后根据逻辑推理法则,对过程作进一步的分析,推理,找出其规律,得出实验结论。
如伽利略就是从斜槽上滚下的小球滚上另一斜槽,后者坡度越小,小球滚得越远的实验基础上提出了他的理想实验――在无摩擦力情况下,从斜槽滚下的小球将以恒定的速度在无限长的水平面上永远不停地运动下去,从而推翻了延续两千多年的“力是维持物体运动的不可缺少”的结论,为惯性定律(牛顿第一定律)的产生奠定了基础。
再如在研究电场强度时,设想在电场中放置一个不会引起电场变化的点电荷,去考查它在各点的F�q值等等。
6.物理数学模型 即建立以物理模型为描述对象的数学模型,进行对客观实体近似的定量计算,从而使问题由繁到简。如单摆的摆线与竖直方向的夹角不得大于50,使弧线计算转化为三角计算等等。
三、物理模型在中学物理教学中的地位和作用
1.建立正确鲜明的物理模型是物理学研究的重要方法和有力手段之一
物理学所研究的各种问题,在实际上都涉及许多因素,而模型则是在抓住主要因素,忽略次要因素的基础上建立起来的。它具有具体形象、生动、深刻地反映了事物的本质和主流这一重要属性。
如“质点”模型,在物体的宏观平动运动中,描述运动的物理量位移、速度、加速度等对同一物体来说其上各点都相同,在这些问题的研究中,运动物体的大小和形状是可不考虑的,故可将运动物体质点化,即用质点模型来取代真实运动的物体。
2.正确鲜明的物理模型本身就是重要的物理内容之一,它与相应的物理概念、现象、规律相依托
人们认识原子结构的进程中,从汤姆逊模型到卢瑟福模型的飞跃就是生动的反映。
爱因斯坦光电效应方程的建立成功地解释了光电效应,而它是建立在反映光粒子性的“光子”模型之上的。
诸多的事实都在说明大凡物理现象、过程、规律都直接与之相应的物理模型关联着;一定的物理模型又是最生动最集中地反映着相应的物理概念、现象、过程和规律,二者密不可分。
3.正确鲜明的物理模型的建立,使许多抽象的物理问题变得直观化、具体化、形象化
例如,电场线对电场的描述,磁感线对磁场的描述。分子模型对理解分子动理论的基本观点,原子核式结构对a粒子散射实验现象的解释;光子模型对光的粒子性的理解等等,凡是学物理的人都会感受到物理模型所给予的无可争辩的重要作用。
四、物理模型的教学要着眼于学生掌握建立正确鲜明的物理模型这一根本方法
物理模型是物理基础知识的一部分,属物理概念的范畴。学习前人为我们创造的各种物理模型是完成教学内容的重要组成部分,培养学生掌握这一方法,即对一个具体的物理内容、现象或过程能反映出一幅鲜明的“物理图景”,是培养学生科学思维能力的一个重要方面。为此,我们在教学中应注意如下几点:
1.讲清各物理模型设计的依据。物理模型看上去是独立的,但设计物理模型的思想是相通的。
2.讲授物理模型要前后呼应,触类旁通。运动学中建立的“质点”模型,发展到质点动力学中,万有引力定律中,以至物体转动问题中,还可引伸到单摆中的摆球,弹簧振子中的振子,甚至帮助我们建立电学中的点电荷模型,光学中的点光源模型。
3.物理模型思维贯穿在物理教学的过程中,随着人们对某个物理问题认识的不断深刻和提高,物理模型也必将随之完善和准确。例如对于光本性的问题,人们从牛顿的微粒说,惠更斯的波动说、电磁说、粒子说到波粒二象性,在此发展过程中光的模型也随之一次次地得到深化。
4.在平时的例题教学中也是处处体现了物理模型的重要地位和作用。解答各类物理习题,学生能否依据题意建立起相应的物理模型,是解题成败的重要环节。如果解题者所理解的题意中的物理模型与命题者的设计模型一致,题意就必然变得清晰鲜明,习题的难点便会随之而突破,这种例子是垂手可得的。
总之,物理模型的教学确实需要我们予以足够的重视,这个问题对提高我们的物理教学水平关系甚大。
物理猜想与中学物理教学
【摘 要】阐述物理猜想在中学物理教学中的意义及教师在物理课堂教学中引导学生进行物理猜想的方法。
【关键词】中学 物理猜想 物理教学
【中图分类号】 G 【文献标识码】 A
【文章编号】0450-9889(2014)11B-0076-02
随着基础教育课程改革的逐步深入,在新课程标准中,对高中生在学习物理过程中的学习能力提出了更高的要求,由此教会学生运用物理猜想方法可以让学生更有效地学好物理。为了促进中学生学会运用物理猜想方法,新课程的物理教材刻意设计了许多研究物理现象的活动。以此增进学生对物理知识的理解,提高学生学习物理知识的能力,例如提出问题、猜想与假设、合作与交流等能力。这些基本能力是确保科学研究各种物理现象得以顺利进行的前提和基础。只有通过猜想、假设,并经过许多的研究活动,才能使研究物理现象过程顺利完成。根据笔者这十多年的教学经验,总结出物理猜想对高中物理教学的作用以及如何通过物理猜想提高物理教学的经验,现浅谈自己的看法。
一、物理猜想对中学物理教学有着重要的意义
新课标义务教育阶段的物理课程中,提出要鼓励学生积极大胆地进行科学研究,使学生从基本的科学研究过程中学到科学研究的方法,最终达到提高他们的科学研究能力的目的。使学生养成尊重事实、大胆想象的科学习惯,发扬研究真理的科学精神;培养学生敢于质疑、勇于创新、战胜困难的信心和决心。在中学物理教学中教师的作用是引导学生进行科学猜想,引导学生进行科学探索活动,提升他们的科学探索创新能力。鼓励他们在研究活动过程中,根据已经了解的物理知识和物理现象,进行猜想与假设,然后设计实验,通过亲自动手做实验来验证自己的猜想与假设。因此,要达到新课标中的要求,笔者认为猜想在新课程标准的教学过程中的运用起到了关键的作用。物理猜想的运用是教育教学发展的要求,也是促进物理教育教学改革和发展的需要。笔者认为运用物理猜想法在中学物理教学中有以下几个重要的意义。
1.提高学生学习兴趣和增进学生学习主动性
学生往往对新生事物比较好奇,都希望能够尽快了解其中的知识、规律和奥秘。如果在中学物理教学过程中多鼓励学生对所要学习的物理现象猜想出其可能出现的某些现象或规律,那么不但能增强学生的新奇心,而且还能激发学生的探究意识和能力,使他们更能积极地深入到学习新知识当中。锻炼和培养中学生的物理猜想能力,能提高学生对研究物理问题的兴趣和欲望。兴趣和欲望正是学生学习物理知识的动力。因此,物理猜想是提高学生学习兴趣和增进学生主动学习的好方法。
2.提高学生的思维能力
在中学物理教学过程中,教师要经常通过提出问题并引导学生根据他们现有知识和理解问题的能力进行猜想,经过观察、实验、归纳、总结等进行严格推理和验证,使学生在学习物理知识的过程中逐渐提高他们的发散思维能力,也使他们思想更加灵活。因此通过猜想法不仅使学生容易理解和掌握物理知识,而且有利于提高学生的思维能力。
3.有利于学生巩固所学的物理知识
物理猜想是学生根据自己的思维意识进行推测,是开放性的思维方式。经过对事物仔细观察和辩别认识,提高了学生对事物整体性的研究,促进学生的思维进程,使学生迅速地理解和掌握新知识。如果这些新知识是由学生自己主动猜想后经过验证推理得来的,那么学生就比较容易接受。因此,这些物理现象及规律就会深深刻印在学生的心里,巩固这些新的物理知识。
4.培养学生创新能力
在新课程标准中,特别着重对中学生创新能力培养。科学的物理猜想是培养中学生创新能力的主要方法之一。科学的物理猜想对中学生创新能力的培养起着积极的作用,它能提高学生的反应能力和灵活解题能力。因此,科学的物理猜想能够非常有效地提高中学生的创新能力。
二、教师在物理课堂教学中引导学生进行物理猜想的方法
教师在教学过程中为了尽可能地发挥学生的想象能力,要根据学生现已掌握的物理知识、兴趣爱好和想象能力等引导学生提出猜想。教师如何更好地引导学生运用已掌握的物理知识和技能来构建出新的物理猜想呢?笔者认为,教师在实际教学过程中需要讲究提出猜想一些方法。
1.启发学生根据自己各种经历、各种经验和已学的知识提出猜想
科学发展的经验告诉我们,科学的猜想并非胡乱猜测,它需要有科学依据,要根据学生的经历、经验、生活常识等提出猜想。爱因斯坦创立的“相对论”起初就是根据前人的经验、自己的经历以及自己掌握的科学知识提出的猜想,然后通过观察、推理、推导、证明,才提出了理论依据,最后才建立了举世闻名的“相对论”。例如,在学习“自由落体运动”时,先让学生观察羽毛和铁片在有空气的玻璃管中同时下落的情况,再启发他们猜想如果将玻璃管中的空气抽出后,再让羽毛和铁片同时下落会出现什么情况。让学生猜想并记下这些猜想,然后通过演示实验让学生观察,最后得出结论。这种通过启发学生猜想和实验演示相结合的教学方法,更能加深学生理解所学的物理知识。
2.激励学生讨论,诱发物理猜想
在教学过程中学生引导学生进行猜想时,应该将学生分成几个组,让各组提出各自不同的猜想,并由他们各自陈述自己猜想的理由和依据。激励他们讨论、争辩,经过讨论和争辩提高他们对物理猜想的兴趣和对物理猜想的积极性。例如,在学习“牛顿第二定律”时,将同学们分成两个小组,一组猜想物体的加速度与力的关系,另一组猜想物体的加速度与质量的关系,然后让他们分别做实验,得出结论。教师在课堂中认真听取各组学生的观点后,引导诱发他们讨论并猜想加速度与力及质量的关系,最后总结出牛顿第二定律。这样能更好地完成教学任务,取得更好的教学效果。
3.鼓励学生大胆猜想
在教学过程中许多学生由于害怕自己提出的猜想被其他同学取笑或者自己提出的猜想不正确被老师责怪而羞以启齿,这时教师应该鼓励、引导学生大胆猜想,消除他们的顾虑。例如,研究玻璃的折射率时,可以猜想单色光通过平行玻璃砖后传播方向是否发生改变。先鼓励学生大胆进行猜想其出射的方向,并记下来。不管他们的猜测是否合理、准确,教师都要持平和的态度,让实验验证结果。只有这样才能提高学生的学习积极性,增强学生科学猜想的意识。
4.创造良好的猜想条件
在教学过程中,当教学到有利于培养学生猜想能力的内容时,教师应该积极引导鼓励学生进行猜想。例如,在“楞次定律”教学中,教师在课堂演示让磁体的N极靠近闭合的铝环的实验之前,先启发学生猜想让磁体的N极靠近闭合的铝环时会看到什么现象,让磁体的N极去靠近有缺口的铝环时又会看到什么现象。然后通过实验引导学生注意观察实验现象。同样,让磁体的S极去靠近闭合的铝环时又会出现什么情况。总之,教师要尽最大可能为学生进行猜想创造条件。
物理猜想既是一种自由尝试,也是一种严谨的创造,因此,在教学过锃中,教师要善于抓住每一个有利于提高学生猜想能力的机会,鼓励学生大胆猜想,从而提高他们的思维能力,增加他们学习物理的兴趣,进而提高物理教学的效率。
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这要从何说起啊你怎么知道时间慢