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毕业论文透镜成像规律

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毕业论文透镜成像规律

透镜成像规律就是:

物体放在焦点之外,在凸透镜另一侧成倒立的实像,实像有缩小、等大、放大三种。物距越小,像距越大,实像越大。物体放在焦点之内,在凸透镜同一侧成正立放大的虚像。物距越大,像距越大,虚像越大。凹透镜对光线起发散作用,它的成像规律则要复杂得多。

凸透镜成像规律的应用:

根据凸透镜成像特点,我们发明了很多诸如照相机之类的光学元件。

照相机就是利用凸透镜成倒立缩小的实像的特点,那么被拍照的景物就应该在照相机镜头的2倍焦距以外。

幻灯机、投影仪,利用凸透镜成倒立放大的实像的特点,这时幻灯片,胶片就要放在2倍焦距和焦距之间,又因为此时所成的像是倒立的,所以为了看到正立的像,幻灯片就要倒放在幻灯架上。

放大镜,利用凸透镜成放大的虚像的特点,这时被观测的物体必须放在焦距以内。

凸透镜成像有以下几种规律:

规律1:当物距大于2倍焦距时,则像距在1倍焦距和2倍焦距之间,成倒立、缩小的实像。此时像距小于物距,像比物小,物像异侧。

规律2:当物距等于2倍焦距时,则像距也在2倍焦距, 成倒立、等大的实像。此时物距等于像距,像与物大小相等,物像异侧。

规律3:当物距小于2倍焦距、大于1倍焦距时,则像距大于2倍焦距, 成倒立、放大的实像。此时像距大于物距,像比物大,物像异侧。

规律4:当物距等于1倍焦距时,则不成像,成平行光射出。

规律5:当物距小于1倍焦距时,则成正立、放大的虚像。此时像距大于物距,像比物大,物像同侧。

凸透镜的应用:

照相机的镜头就是一个凸透镜,要照的景物就是物体,胶片就是屏幕。照射在物体上的光经过漫反射通过凸透镜将物体的像成在最后的胶片上;胶片上涂有一层对光敏感的物质,它在曝光后发生化学变化,物体的像就被记录在胶卷上。

而物距、像距的关系与凸透镜的成像规律完全一样。物体靠近时,像越来越远,越来越大,最后再同侧成虚像。物距增大,像距减小,像变小;物距减小,像距增大,像变大。一倍焦距分虚实,二倍焦距分大小。

透镜成像规律研究论文

光学成像物理是一门历史悠久的自然学科,物理科学作为自然科学的重要分支,不仅对物质文明的进步和人类对自然科学认识的深化起了重要的推动作用,而且对人类的思维发展也产生了不可或缺的影响。随着科学技术的发展,社会的进步,物理已渗透到人类生活的各个领域。 在汽车上,驾驶室外面的观后镜是一个凸面镜利用凸面镜对光线的发散作用和成正立,缩小的虚像的特点,使看到的实物小,观察范围更大,而保证行车安全。汽车头灯里的反射镜是一个凹面镜。它是利用凹面镜能把放在其焦点上的光源发出的光反射成平行光射出的性质做的。 轿车上装有太阳膜,行人很难看清车中人的面孔,太阳膜能反射一部分光,还会吸收一部分光,这样透进车内的光线较弱。要看清乘客的面孔,必须要从面孔放射足够的光头到玻璃外面。由于车内光线较弱,没有足够的光透出来,所以很难看清乘客的面孔。 当汽车的前窗玻璃倾斜时,反射成的像在过的前上方的空中的,这样就将车内乘客的像与路上行人分离开来,司机就不会出现错觉。大型客车较大,前窗离地面要比小汽车高得多,及时前窗竖直装,像是与窗同高的,而路上的行人不可能出现在这个高度上,所以司机也不会将乘客在窗外的相遇路上的行人相混淆。 人们利用凸透镜成像的原理,在投影机的镜头上装了一块凸透镜,让原本很小的底片一下子变大了许多,让我们看着很方便。照相机的镜头也是用一个凸透镜,人们通过调节暗箱的长度,来控制照的范围的大小,使我们的生活更加的多姿多彩。现在,人类所有令人惊叹的科学技术成就,如克隆羊、因特网、核电站、航天技术等,无不是建立在早期的科学家们对身边琐事进行观察并研究的基础上的,在学习中,同学们要树立科学意识,大处着眼、小处着手,经历观察、思考、实践、创新等活动,逐步掌握科学的学习方法,训练科学的思维方式,不久你就会拥有科学家的头脑,为自己今后惊叹不已的发展,为今后美好的甚或打下坚实的基础。

凸透镜成像规律是中考必考考点之一

凸透镜成像规律编辑运用凸透镜成像规律画图目录▪ 简介1透镜区别▪ 结构不同▪ 对光线作用不同▪ 成像性质不同▪ 透镜与面镜2成像规律▪ 表格总结▪ 规律总结▪ 记忆口诀3成像实验4应用▪ 人眼▪ 照相机▪ 其他5测量焦距6推导方法▪ 几何法▪ 函数法7规律记忆8应用例题简介在光学中,由实际光线会聚而成,且能在光屏上呈现的像称为实像;由光线的反向延长线会聚而成,且不能在光屏上呈现的像称为虚像。讲述实像和虚像的区别时,往往会提到这样一种区分方法:“实像都是倒立的,而虚像都是正立的。”如果是厚的弯月形凹透镜,情况会更复杂。当厚度足够大时相当于伽利略望远镜,厚度更大时还会相当于正透镜。1透镜区别编辑结构不同凸透镜:边缘薄、中间厚,至少要有一个表面制成球面,亦可两面都制成球面。可分为双凸、平凸及凹凸透镜三种。凹透镜:边缘厚、中间薄,至少要有一个表面制成球面,亦可两面都制成球面。可分为双凹、平凹及凸凹透镜三种。对光线作用不同凸透镜主要对光线起会聚作用。凹透镜主要对光线起发散作用。成像性质不同凸透镜是折射成像,成的像可以是正立、倒立;虚像、实像;放大、等大、缩小。对光线起会聚作用。凹透镜是折射成像,只能成正立、缩小的虚像。对光线起发散作用。透镜与面镜透镜(通常分为凸透镜和凹透镜)能透过光线,当平行光源照射时,能使光线发生折射,光线均遵守折射定律。面镜(通常分为平面镜,凸面镜和凹面镜)不能透过光线,当平行光源照射时,能使光线发生反射,光线均遵守反射定律。凸透镜可以成倒立的放大、等大、缩小的实像或正立、放大的虚像。可把平行于主光轴的光线会聚于焦点,也可把焦点发出的光线折射成平行光线。凹透镜只能成正立、缩小的虚像,主要用于扩散光线。2成像规律编辑表格总结凸透镜成像规律物距(u)像距(v)正倒大小虚实应用特点物,镜,像的位置关系u>2f f2f 倒立 放大 实像 投影仪、幻灯机、电影放映机 - 物像异侧 u=f - - - - 制平行光,强光聚焦手电筒 成像虚实的分界点 -uu 正立 放大 虚像 放大镜 虚像在物体同侧,虚像在物体之后 物像同侧 规律总结规律1:当物距大于2倍焦距时,则像距在1倍焦距和2倍焦距之间,成倒立、缩小的实像。此时像距小于物距,像比物小,物像异侧。应用:照相机、摄像机。规律2:当物距等于2倍焦距时,则像距也在2倍焦距, 成倒立、等大的实像。此时物距等于像距,像与物大小相等,物像异侧。规律3:当物距小于2倍焦距、大于1倍焦距时,则像距大于2倍焦距, 成倒立、放大的实像。此时像距大于物距,像比物大,物像异侧。应用:投影仪、幻灯机、电影放映机。规律4:当物距等于1倍焦距时,则不成像,成平行光射出。规律5:当物距小于1倍焦距时,则成正立、放大的虚像。此时像距大于物距,像比物大,物像同侧。应用:放大镜。记忆口诀(1)一倍焦点分虚实,二倍焦点分大小,二倍焦点物像等。实像总是异侧倒。物近像远像变大,物远像近像变小。虚像总是同侧正。物远像远像变大,物近像近像变小。像的大小像距定,像儿追着物体跑,物距像距和在变。(2)一倍焦距分虚实,两倍焦距分大小。物近像远像变大,物远像近像变小。注:这里所指的一倍焦距是说平行光源通过透镜汇聚到主光轴的那一点到透镜光心的距离,也可直接称为焦距;两倍焦距就是指该距离的两倍凸透镜成像的两个分界点:2f点是成放大、缩小实像的分界点;f点是成实像、虚像的分界点。薄透镜成像满足透镜成像公式:1/u(物距)+1/v(像距)=1/f(透镜焦距)注:透镜成像公式是针对薄透镜而言,所谓薄透镜是指透镜厚度在计算物距、像距等时,可以忽略不计的透镜。当透镜很厚时,必须考虑透镜厚度对成像的影响。3成像实验编辑光具座为了研究各种猜想,人们经常用光具座进行试验(1)实验时应先调整凸透镜和光屏的高度,使他们的中心与烛焰中心尽量保持在同一水平高度上,以保证烛焰的像能成在光屏的中央。(2)实验过程中,保持凸透镜位置不变,改变蜡烛或光屏与凸透镜的距离,观察并记录实验现象。根据实验作透镜成像光路:①将蜡烛置于2倍焦距以外,观察现象②将蜡烛置于2倍焦距和1倍焦距之间,观察现象③将蜡烛置于一倍焦距以内,观察现象④作凸透镜成像光路5进行重复试验(3-5次,寻找实验的普遍规律)实验研究凸透镜的成像规律是:当物距在一倍焦距以内时,得到正立、放大的虚像;在一倍焦距到二倍焦距之间时得到倒立、放大的实像;在二倍焦距以外时,得到倒立、缩小的实像。4应用编辑人眼人类的眼睛所成的像,是实像还是虚像呢?我们知道,人眼的结构相当于一个凸透镜,那么外界物体在视网膜上所呈的像,一定是实像。根据上面的经验规律,视网膜上的物像似乎是倒立的。可是我们平常看见的任何物体,明明是正立的啊?这个与经验与规律发生冲突的问题,实际上涉及到大脑皮层的调整作用以及生活经验的影响。由于视觉错误,人眼认为光是由物体发出并直射入人眼。当物体与凸透镜的距离大于透镜的焦距时,物体成倒立的像,当物体从较远处向透镜靠近时,像逐渐变大,像到透镜的距离也逐渐变大;当物体与透镜的距离小于焦距时,物体成放大的像,这个像不是实际折射光线的会聚点,而是它们的反向延长线的交点,用光屏接收不到,是虚像。平面镜所成的虚像对比(不能用光屏接收到,只能用眼睛看到)。照相机照相机的镜头就是一个凸透镜,要照的景物就是物体,胶片就是屏幕。照射在物体上的光经过漫反射通过凸透镜将物体的像成在最后的胶片上;胶片上涂有一层对光敏感的物质,它在曝光后发生化学变化,物体的像就被记录在胶卷上而物距、像距的关系与凸透镜的成像规律完全一样。物体靠近时,像越来越远,越来越大,最后再同侧成虚像。物距增大,像距减小,像变小;物距减小,像距增大,像变大。一倍焦距分虚实,二倍焦距分大小。其他放映机,幻灯机,投影机,放大镜,探照灯,摄像机和摄像头都应用了凸透镜,凸透镜完善了我们的生活,时时刻刻都应用在生活中。远视眼镜就是凸透镜,近视眼镜就是凹透镜。另外凸透镜还用于:1、拍摄、录像2、投影,幻灯,电影3、用于特效灯光(聚焦成各种花色)4、成虚像用于放大文字、工件、地图等5测量焦距编辑器材光屏,刻度尺(圆规也可以),待测凸透镜步骤①将凸透镜正对太阳②让光屏与凸透镜在另一侧承接光斑③改变光屏与凸透镜间的距离④当光屏上的光斑最小,最亮时,固定。在白纸与凸透镜的位置,用刻度尺(或利用圆规张角测出凸透镜中心与光斑之间的距离,截取圆规张角间长度)再测量出此时凸透镜中心与光斑之间的距离,此距离即为凸透镜的焦距。注意在阳光下有效,阴雨天气放大镜有可能不能形成光斑!在强光下注意火苗,远离可燃物,以防引发火灾。6推导方法编辑凸透镜的成像规律是1/u+1/v=1/f(即:物距的倒数与像距的倒数之和等于焦距的倒数。)一共有两种推导方法 。分别为“几何法”与“函数法”几何法【题】如右图 ,用几何法证明1/u+1/v=1/f。几何法推导凸透镜成像规律【解】∵△ABO∽△A'B'O∴AB:A'B'=u:v∵△COF∽△A'B'F∴CO:A'B'=f:(v-f)∵四边形ABOC为矩形∴AB=CO∴AB:A'B'=f:(v-f)∴u:v=f:(v-f)∴u(v-f)=vf∴uv-uf=vf∵uvf≠0∴(uv/uvf)-(uf/uvf)=vf/uvf∴1/f-1/v=1/u即:1/u+1/v=1/f函数法【题】 如右图 ,用函数法证明1/u+1/v=1/f。【解】一基础右图为凸透镜成像示意图。其中c为成像的物体长度,d为物体成的像的长度。u为物距,v为像距,f为焦距。步骤(一)为便于用函数法解决此问题,将凸透镜的主光轴与平面直角坐标系的横坐标轴(x轴)关联(即重合),将凸透镜的理想折射面与纵坐标轴(y轴)关联,将凸透镜的光心与坐标原点关联。则:点A的坐标为(-u,c),点F的坐标为(f,0),点A'的坐标为(v,-d),点C的坐标为(0,c)。(二)将AA’,A'C双向延长为直线l1,l2,视作两条函数图象。由图象可知:直线l1为正比例函数图象,直线l2为一次函数图象。(三)设直线l1的解析式为y=k1x,直线l2的解析式为y=k2x+b依题意,将A(-u,c),A'(v,-d),C(0,c)代入相应解析式得方程组:c=-u·k1-d=k2v+bc=b把k1,k2当成未知数解之得:k1=-(c/u)k2=-(c/f)∴两函数解析式为:y=-(c/u)x y=-(c/f)x+c∴两函数交点A'的坐标(x,y)符合方程组y=-(c/u)xy=-(c/f)x+c∵A'(v,-d)∴代入得:-d=-(c/u)v-d=-(c/f)v+c∴-(c/u)v=-(c/f)v+c=-d∴(c/u)v=(c/f)v-c=dcv/u=(cv/f)-cfcv=ucv-ucffv=uv-uf∵uvf≠0∴fv/uvf=(uv/uvf)-(uf/uvf)∴1/u=1/f-1/v即:1/u+1/v=1/f7规律记忆编辑一、[1]>2f,倒立缩小的实像 fu>f 倒立放大的实像 v>2f 放映机,幻灯机,投影机简记为:中外倒大实(或物近像远像变大) 不成像 平行光源:探照灯简记为:点上不成像(或物等焦距不成像)

初中物理实验教学综述论文

无论是在学校还是在社会中,许多人都有过写论文的经历,对论文都不陌生吧,论文是描述学术研究成果进行学术交流的一种工具。你知道论文怎样才能写的好吗?下面是我为大家收集的初中物理实验教学综述论文,欢迎阅读,希望大家能够喜欢。

【摘要】 在初中物理的教学中,进行物理实验是一个重要的环节,通过实验,可以加深学生对物理知识的理解,提高其学习的积极性,在动手进行实验的过程中,学生的动手能力、思维能力和观察能力也能得到提高。本文从初中物理实验的意义和存在的问题入手,以苏科版为例,探究初中物理实验有效教学方法,以期达到更好的教学效果。

【关键词】 初中物理;实验探究;教学策略

初中物理是一门注重培养学生分析能力、逻辑思维能力和观察能力的学科,但是因为其内容具有一定的抽象性,难以被学生所理解,仅通过老师的讲解,学生并不能对物理知识了解透彻。通过进行物理实验,可以调动学生学习的积极性,在实验过程中,学生会动手进行操作,其观察分析能力和实践能力都能得到培养。在目前实际课堂教学中,物理实验的实施还存在一些问题,本文对初中物理实验教学存在的问题进行分析,探究物理实验教学新方法。

一、进行初中物理实验探究教学的意义

1.激发学生学习物理的兴趣:物理的学习有一定难度,所以很多学生会产生逃避的心理,不愿学习。通过物理实验探究教学,让学生参与到问题的提出-探索-解决的过程中,亲自去揭开问题的答案,能将学生的学习兴趣调动起来。实验的过程中提出的问题将由学生通过自主探索得到解决,在这个过程中学生主动学习的意识得到了培养,最后问题得到解决也能增强学生的自信心,从而激发他们学习和探索的兴趣。2.使学生对物理知识的理解加深。在物理实验探究过程中,要想问题得到解决,需要学生有一定的物理知识基础,通过对实验过程的观察、分析、操作,学生会自然而然的将所学知识和实验中所展现的物理规律进行对比、验证,最终得出结论,在这个过程中就加深了对物理知识的印象和理解。3.使学生综合能力得到提高。实验探究过程是一个培养学生综合能力的过程,在实验中就行探索,需要学生亲自去动手操作、观察分析,最后问题的解决方法也需要学生总结提出,在这个过程中,学生的动手能力、分析能力、总结能力都逐渐得到了提高。

二、物理实验探究教学中存在的问题

1.实验教学方式不合理。要想实验探究教学在实际运用中达到很好的教学效果,就需要教师根据教学内容,调整教学方式,保证其灵活性。然而很多老师在实际教学过程中,很难做到这点,在进行物理实验时,没有充分考虑到教学内容、进度以及学生的物理水平来,制定合理的实验内容。通常是仅根据课本上的介绍,组织学生进行实验。这其中存在的问题就是课本上有的实验内容过于简单,不能对课本知识进行深化,而有的实验操作过于复杂,学生不能独立完成,造成预期的实验效果难以达到。2.重理论、轻实验。实验探究教学在初中物理教学中被广泛使用,但在实际应用中仍存在一些局限性,教学运用不够灵活。很多老师难以摆脱传统的教学观念,在教学时仍然采取大量讲解理论知识的方式进行,实验过程少之又少。同时由于课时的限制,要做到一课理论一课实验也比较难,通常在进行大量理论知识的讲解后再进行实验,在这个过程中学生对于之前讲解的重难点知识的印象会逐渐模糊,在实验中会难以进行操作,久而久之会失去进行实验的兴趣,影响学习效果。

三、初中物理实验探究的有效教学策略

1.让实验贴近生活,激发学生兴趣。为了让实验能够激发起学生的学习兴趣,实验的设置需要贴近生活,具有代表性,当学生有了学习兴趣,才能积极的参与到实验探究中来,教学效果才能达到。以苏科版八年级上册“光现象”这一章节中“光的发射”实验为例,在进行理论知识的讲解,使学生明白光反射的原理后,教师可向学生提问他们在生活中见到的光反射现象,并通过实验展示一些常见的光反射。2.实验设计要有目的性。为了达到教学效果,实验的设计应该具有目的性,要有一个明确的目标,通过各个实验环节的衔接,达到实验的目的。以苏科版八年级下册中“力”的实验为例,首先要明确实验的目的,这个实验是为了证明“力与力的作用是相互的”,因此实验内容可以设计为将两个充满气的气球进行挤压,在这个过程中可以明显看到气球因为挤压而变形,以此达到证明力的作用是相互的目的。3.根据实验灵活调整教学策略。除了根据教学内容制定实验外,还可以根据实验的内容将教学策略进行灵活的调整,除了教师进行演示外,也可要求学生独立完成实验,或分组合作完成实验。例如在苏科版八年级下册进行关于“浮力”的实验时,目的是为了求证物体是否在水越深的地方受到的浮力越大,教师可以要求学生相互合作进行实验。让学生自行准备铁块、线、容器、水、弹簧测力计等实验器材,由一名学生对水中铁块进行控制,将铁块置于水中深浅不同的位置,另一名学生对处于水中不同位置时弹簧测力器显示的重力数进行记录,并对铁块在空中的重力进行测量。通过两个人的配合,得出物体在水越深的地方受到的浮力越大这一观点是错误的结论,加深学生对于“力”的认识。

综上所述,在初中物理实验探究教学中应该注重结合实际情况展开教学工作,除了贴近课本内容外,还要通过不同方式激发学生的学习兴趣,从而实现教学目标。除此之外,教师也要不断完善自身,提高实验操作技能和专业水平,以为学生传授更多的知识。

参考文献:

[1]卢观音.初中物理实验探究的教学策略分析[J].考试周刊,2016,(70):144-144.

[ 摘要 ]实验教学是初中物理教学的关键。优化实验教学,用灵活、个性化的方式开展物理教学,能更好地发挥教师和学生的潜力。基于整合理念,巧妙结合物理模型、信息技术、生活情境等手段优化物理实验教学,能让物理课堂充满生机和活力,更有利于学生物理学科核心素养的提升。

[ 关键词 ]初中物理;实验教学;有效策略

物理课程立足于帮助学生从物理学视角认识自然,理解自然,建构关于自然界的物理图景;引导学生经历科学探究过程,使用科学研究方法,养成科学思维习惯,增强创新意识和实践能力;引领学生认识科学的本质以及科学技术社会环境(STSE)的关系,形成科学态度、科学世界观和价值观,为做好有责任感的未来社会公民奠定基础。初中物理教学是学生物理知识体系构建的奠基阶段,对学生进入后续物理学习,培育核心素养,实现全面发展有着非常关键的作用。当前的初中物理教学还存在一些弊病,比如教学形式僵化、课堂气氛不够活跃、课堂思维含量不高、学习趣味性不浓等问题,影响了学生的学习效率和学习积极性。如何有效提高课堂教学效率?优化物理实验是关键,以实验教学为突破口,引领课堂教学的改革与创新,是提高初中物理教学质量的必由之路,这就迫切要求教师对物理实验教学进行创新。基于整合理念,落实以下策略,可以有效提升物理实验教学的质量。

一、结合信息技术开展实验教学,实现优势互补

兴趣永远是学生最好的老师。信息技术的迅猛发展给物理教学带来了更多的选择,教师完全可以将实验教学与多媒体技术相结合,使教学智慧化、数字化。从心理学的角度来说,多媒体多样的技术手段和生动的表现形式,非常适合初中生好动、注意力不集中和好奇心强的学习心理特性,对提高教学效率非常有帮助。如果只是单纯地照本宣科,对学生灌输长篇大论的理论知识,会令课堂变得枯燥无味。物理实验本来就具有新奇活泼的优势,在实验教学中运用信息技术增强表现力,能够更好地激发学生的探究兴趣。例如,在“凸透镜成像规律”的教学中,因为凸透镜成像的规律,对初中生来说,非常复杂,有点类似于数学中的分段函数,成像结果分为三种情况:有实像和虚像、放大和缩小、正立和倒立,还有物距和像距的动态变化规律、物距和像距的大小关系,更有一倍焦距和二倍焦距特殊点的成像性质,以及光路可逆知识点的融入。面对这样复杂的知识点,实验教学的重要性更是体现得淋漓尽致,优化凸透镜成像规律的实验探索是本课教学的关键。同时,针对这一教学难点,在实验得出成像规律后,或者是第二课时教学中,用凸透镜成像规律的Flash动画课件再一次演示凸透镜成像的几种情况,既可有效进行巩固复习,也更有利于将学生头脑中零碎的实验片段组合成整体,进而动态并整体地把握凸透镜成像的各种情况,实现真正意义上的深入理解。在突破这样的教学难点时,多媒体课件辅助实验教学,利用虚拟实验的高效、动态功能,实现传统实验与信息化手段的优势互补,是优化实验教学的一种有效手段。又如,学生首次接触“光的折射”的概念时,光靠课本上的简单内容和教师的简单演示并不足以让学生完全掌握各种物理现象的特点。教师可以在课前制作好教学PPT,并通过多媒体设备展现出来。如在“光的折射”教学中,可以顺势让学生联想站在岸上看水中物体的'情景,利用多媒体制作动画,展示光路的传播路径和成像,这样能够让学生对光的折射以及在生活中的应用有更深入的理解。多媒体技术支持下的虚拟实验,能够让实验教学变得更加有趣,也更高效。

二、配合物理模型开展实验教学,提升推理能力

教学的较高境界,不是让教师成为课堂的中心,而要把课堂的主动权交还给学生,充分发挥学生的主体作用。在物理实验教学过程中,教师要鼓励学生发挥想象力和联想能力。科学推理不是毫无根据的胡思乱想,但也不必太过拘泥于形式,只要是有道理的、比较符合情理的,即使猜测有些偏差,也应该给予充分的肯定。为了便于学生理解,还可以在需要时使用物理模型辅助实验教学。例如,水在固态、液态和气态三种形态上的变化是一个比较容易混淆的问题,但它又是一个必须掌握的重点知识。这种知识光靠一遍遍地重复强调是没有用的,只有学生自己理解了才能准确掌握。为了培养学生的推理能力,笔者在课前要求学生讲讲自己对“水是怎么凝结成冰”和“水是怎么变成水蒸气的”这两个问题的理解。有学生用热胀冷缩的生活经验来解释:冷的时候水分子缩成一团就变成了固态,受热膨胀散开后就成了气态。还有学生补充说:水分子之间应该有相互吸引力,冷的时候吸引力变强,热的时候吸引力变弱。这些推测虽然不完全正确,但是却比较合理,所以笔者首先肯定了它们合理的地方,然后抛出正确的思路让学生再去思考。在这个过程中,用了水分子的模型,模拟水的变化,每个水分子用一个小圆球来表示,水分子间的相互吸引力用一根小木棍来表示。在低温时表现为吸引力,所以水的形态是相对稳定的固态和液态,而随着温度升高,水分子获得了足够的内能后,分子间的力转化为斥力,分子间的距离增大就变成了气态。在这样的启发下,学生的探究积极性得到了极大的提高,都争先恐后地提出了自己的想法,这样的课堂思维活跃,教学效果很好。

三、联系生活情景开展实验教学,培养物理思维

思维能力是学生解决物理问题的关键。教学过程中培养学生的物理思维就显得非常重要了。初中物理课堂中培养物理思维,以下两个方面必不可少:直觉思维的培养和生活化的物理探究。例如,在“光的折射和反射”教学中,就可以渗透直觉思维的培养:关于光线在折射现象和反射现象中的夹角关系,不妨先由教师给学生做演示,通过直接观察做出猜测。大部分学生都会发现,反射现象中反射角和入射角的大小是一样的。而在折射现象中,有一些学生观察不太仔细,因此误以为折射角和入射角一样大或更小。随后经过实践证明,学生能够快速地纠正自己的错误,同时观察同类型的现象时也形成了更准确的直觉思维。对生活化的物理探究,以学生理解漫反射和镜面反射之间的区别为例,可以采取将实验教学与实际生活相联系的方式进行。比如老式的电影放映机,投影仪的光照射到幕布上,因为幕布的表面并不是光滑的,光线在粗糙的表面上发生了漫反射,所以坐在任何位置的人都能欣赏到电影。而如果取一面镜子,用激光笔把一束光打在镜面上,此时发生的却是镜面反射,所以只有站在特定方向上的人才能看到镜子上的光点。这样通过与实际生活相结合,就能够把实验教学融入真实的生活情境中,帮助学生探究实际生活中的物理现象。综上所述,教师在物理实验教学过程中要善于运用多媒体技术、构建物理模型、结合生活情境等,充分发挥学生的想象力,促使学生自主学习,培养学生的物理思维能力,在有限的课堂时间里,优质高效地完成教学目标,用智慧设计课堂,用兴趣引领学习,用灵性升华教学。优化物理实验教学,对提高教学效率、完成既定的教学目标和培养学生的科学素养,都有非常重要的作用。

[参考文献]

胡建乐.浅析教学实验在初中物理教学中的巧妙应用[J].中学物理,2016(4).

透镜设计毕业论文

按着思路应用所学展开啊!光学仪器中常用的光学系统,一般都是由单透镜或胶合透镜等球面系统共轴构成的.对于由薄透镜组合成的球面系统,其物和像的位置可由高斯公式(1)确定,式中f’为系统的象方焦距,s’为象距,s为物距,物距是从第一主面量到物的距离,象距是从第二主面量到象的距离,系统的象方焦距是从第二主面量到象方的焦点的距离.各量的符号从测量起点,沿光线进行方向测量为正,反向为负.又,共轴球面系统的物和象的位置,还可由牛顿公式表示,即xx’=ff’ ( f=-f’) (2)式中x为从物方焦点量起的物方焦点到物的距离,x’为从象方焦点量起的象方焦点到象的距离.物方焦距f和象方焦距f’分别是从第一、第二主面量到物方焦点和象方焦点的距离.符号规定同上.共轴球面系统的基点、基面具有如下的特征:⒈主点和主面:若将物体垂直于系统的光轴放置在第一点H处,则必成一个与物体同样大小的正立象于第二主点H’处,即主点是横向放大率 =+1的一对共轭点.过垂直于光轴的平面,分别称为第一、第二主面( 图1中的MH,MH’).⒉节点和节面:节点是角放大率 =+1的一对共轭点.入射光线(或其延长线)通过第一节点N时,出射出光线(或其延长线)必通过第二节点N’,并与N的入射光线平行(图1).过节点垂直于光轴的平面分别称为第一、第二节面.当共轴球面系统处于同一媒质时,两主点分别与两节点重合.⒊焦点和焦面:平行于系统主轴的平行光束.经系统折射后与主轴的焦点F’称为象方焦点;过F’垂直于主轴的平面称为象方焦面.第二主点H’到象方焦点F’的距离,称为系统的象方焦距f’.主轴上的一点F,从这点发出的经过折射后,形成平行于主轴的平行光束,称F点为物方焦点,过F点垂直主轴的平面称为物方焦面.显然,薄透镜的两主点与透镜的光心重合,而共轴球面系统两主点的位置,将随各组合透镜或折射面的焦距系统的空间的特性而异.以两个薄透镜的组合为例进行讨论。设两薄透镜的象方焦距分别为f1’和f2’,两透镜之间的距离为d,则透镜组的象方焦距f’可由下式求出两主点位置:4.测节器的原理:设有一束平行光入射于由两片薄透镜组成的光具组,光具组与平行光束共轴,光线通过光具组后,会聚于白屏上的Q点(如图2),此Q点即光具组的象方焦点F’.此垂直于平行光的某一方向为轴,将光具组转动一小角度,可由如下两种情况:a.回转轴恰好通过光具组的第二节点N’因为入射第一节点N的光线必从第二节点N’射出,而且出射光平行于入射光,现在N’未动,入射光方向未变.所以通过光具组的光束,仍然会聚于平面上的Q点(如图3(a)),但是这时光具组的象方焦点F’已离开Q点.严格讲,回转后象的清晰度稍差.b.回转轴未通过光具组的第二节点N’由于第二节点N’未在回转轴上,所以光具组转动后,N’出现移动,但由N’的出射光仍然平行于入射光,所以由N’出射的光线和前一情况比将出现平移,光束的会聚点将从Q点移到Q’(如图3(b)).测节器是一个可绕铅直轴OO’转动的水平滑槽R,待测基点的光具组Ls(由薄透镜组成的共轴系统)可放置在滑槽上,位置可调,并由槽上的刻度尺指示Ls的位置(如图4).测量时轻轻地转动一点滑槽,观察白屏P’上的象是否移动,参照上诉分析去判断N’是否位于OO’轴上,如果N’未在OO’轴上,就调整Ls在槽中位置,直至N’在OO’轴,则从轴的位置可求出N’对Ls的位置.

高分辨率光学显微术在生命科学中的应用【摘要】 提高光学显微镜分辨率的研究主要集中在两个方面进行,一是利用经典方法提高各种条件下的空间分辨率,如用于厚样品研究的SPIM技术,用于快速测量的SHG技术以及用于活细胞研究的MPM技术等。二是将最新的非线性技术与高数值孔径测量技术(如STED和SSIM技术)相结合。生物科学研究离不开超高分辨率显微术的技术支撑,人们迫切需要更新显微术来适应时代发展的要求。近年来研究表明,光学显微镜的分辨率已经成功突破200nm横向分辨率和400nm轴向分辨率的衍射极限。高分辨率乃至超高分辨率光学显微术的发展不仅在于技术本身的进步,而且它将会极大促进生物样品的研究,为亚细胞级和分子水平的研究提供新的手段。【关键词】 光学显微镜;高分辨率;非线性技术;纳米水平在生物学发展的历程中显微镜技术的作用至关重要,尤其是早期显微术领域的某些重要发现,直接促成了细胞生物学及其相关学科的突破性发展。对固定样品和活体样品的生物结构和过程的观察,使得光学显微镜成为绝大多数生命科学研究的必备仪器。随着生命科学的研究由整个物种发展到分子水平,显微镜的空间分辨率及鉴别精微细节的能力已经成为一个非常关键的技术问题。光学显微镜的发展史就是人类不断挑战分辨率极限的历史。在400~760nm的可见光范围内,显微镜的分辨极限大约是光波的半个波长,约为200nm,而最新取得的研究成果所能达到的极限值为20~30nm。本文主要从高分辨率三维显微术和高分辨率表面显微术两个方面,综述高分辨率光学显微镜的各种技术原理以及近年来在突破光的衍射极限方面所取得的研究进展。1 传统光学显微镜的分辨率光学显微镜图像的大小主要取决于光线的波长和显微镜物镜的有限尺寸。类似点源的物体在像空间的亮度分布称为光学系统的点扩散函数(point spread function, PSF)。因为光学系统的特点和发射光的性质决定了光学显微镜不是真正意义上的线性移不变系统,所以PSF通常在垂直于光轴的x-y平面上呈径向对称分布,但沿z光轴方向具有明显的扩展。由Rayleigh判据可知,两点间能够分辨的最小间距大约等于PSF的宽度。根据Rayleigh判据,传统光学显微镜的分辨率极限由以下公式表示[1]:横向分辨率(x-y平面):dx,y=■轴向分辨率(沿z光轴):dz=■可见,光学显微镜分辨率的提高受到光波波长λ和显微镜的数值孔径等因素的制约;PSF越窄,光学成像系统的分辨率就越高。为提高分辨率,可通过以下两个途径:(1)选择更短的波长;(2)为提高数值孔径, 用折射率很高的材料。Rayleigh判据是建立在传播波的假设上的,若能够探测非辐射场,就有可能突破Rayleigh判据关于衍射壁垒的限制。2 高分辨率三维显微术在提高光学显微镜分辨率的研究中,显微镜物镜的像差和色差校正具有非常重要的意义。从一般的透镜组合方式到利用光阑限制非近轴光线,从稳定消色差到复消色差再到超消色差,都明显提高了光学显微镜的成像质量。最近Kam等[2]和Booth等[3]应用自适应光学原理,在显微镜像差校正方面进行了相关研究。自适应光学系统由波前传感器、可变形透镜、计算机、控制硬件和特定的软件组成,用于连续测量显微镜系统的像差并进行自动校正。 一般可将现有的高分辨率三维显微术分为3类:共聚焦与去卷积显微术、干涉成像显微术和非线性显微术。 共聚焦显微术与去卷积显微术 解决厚的生物样品显微成像较为成熟的方法是使用共聚焦显微术(confocal microscopy) [4]和三维去卷积显微术(three-dimensional deconvolution microscopy, 3-DDM) [5],它们都能在无需制备样品物理切片的前提下,仅利用光学切片就获得样品的三维荧光显微图像。共聚焦显微术的主要特点是,通过应用探测针孔去除非共焦平面荧光目标产生的荧光来改善图像反差。共聚焦显微镜的PSF与常规显微镜的PSF呈平方关系,分辨率的改善约为■倍。为获得满意的图像,三维共聚焦技术常需使用高强度的激发光,从而导致染料漂白,对活生物样品产生光毒性。加之结构复杂、价格昂贵,从而使应用在一定程度上受到了限制。3-DDM采用软件方式处理整个光学切片序列,与共聚焦显微镜相比,该技术采用低强度激发光,减少了光漂白和光毒性,适合对活生物样品进行较长时间的研究。利用科学级冷却型CCD传感器同时探测焦平面与邻近离焦平面的光子,具有宽的动态范围和较长的可曝光时间,提高了光学效率和图像信噪比。3-DDM拓展了传统宽场荧光显微镜的应用领域受到生命科学领域的广泛关注[6]。 选择性平面照明显微术 针对较大的活生物样品对光的吸收和散射特性,Huisken[7]等开发了选择性平面照明显微术(selective plane illumination microscopy,SPIM)。与通常需要将样品切割并固定在载玻片上的方式不同,SPIM能在一种近似自然的状态下观察2~3mm的较大活生物样品。SPIM通过柱面透镜和薄型光学窗口形成超薄层光,移动样品获得超薄层照明下切片图像,还可通过可旋转载物台对样品以不同的观察角度扫描成像,从而实现高质量的三维图像重建。因为使用超薄层光,SPIM降低了光线对活生物样品造成的损伤,使完整的样品可继续存活生长,这是目前其他光学显微术无法实现的。SPIM技术的出现为观察较大活样品的瞬间生物现象提供了合适的显微工具,对于发育生物学研究和观察细胞的三维结构具有特别意义。 结构照明技术和干涉成像 当荧光显微镜以高数值孔径的物镜对较厚生物样品成像时,采用光学切片是一种获得高分辨3D数据的理想方法,包括共聚焦显微镜、3D去卷积显微镜和Nipkow 盘显微镜等。1997年由Neil等报道的基于结构照明的显微术,是一种利用常规荧光显微镜实现光学切片的新技术,并可获得与共聚焦显微镜一样的轴向分辨率。干涉成像技术在光学显微镜方面的应用1993年最早由Lanni等提出,随着I5M、HELM和4Pi显微镜技术的应用得到了进一步发展。与常规荧光显微镜所观察的荧光相比,干涉成像技术所记录的发射荧光携带了更高分辨率的信息。(1)结构照明技术:结合了特殊设计的硬件系统与软件系统,硬件包括内含栅格结构的滑板及其控制器,软件实现对硬件系统的控制和图像计算。为产生光学切片,利用CCD采集根据栅格线的不同位置所对应的原始投影图像,通过软件计算,获得不含非在焦平面杂散荧光的清晰图像,同时图像的反差和锐利度得到了明显改善。利用结构照明的光学切片技术,解决了2D和3D荧光成像中获得光学切片的非在焦平面杂散荧光的干扰、费时的重建以及长时间的计算等问题。结构照明技术的光学切片厚度可达,轴向分辨率较常规荧光显微镜提高2倍,3D成像速度较共聚焦显微镜提高3倍。(2)4Pi 显微镜:基于干涉原理的4Pi显微镜是共聚焦/双光子显微镜技术的扩展。4Pi显微镜在标本的前、后方各设置1个具有公共焦点的物镜,通过3种方式获得高分辨率的成像:①样品由两个波前产生的干涉光照明;②探测器探测2个发射波前产生的干涉光;③照明和探测波前均为干涉光。4Pi显微镜利用激光作为共聚焦模式中的照明光源,可以给出小于100nm的空间横向分辨率,轴向分辨率比共聚焦荧光显微镜技术提高4~7倍。利用4Pi显微镜技术,能够实现活细胞的超高分辨率成像。Egner等[8,9]利用多束平行光束和1个双光子装置,观测活细胞体内的线粒体和高尔基体等细胞器的精微细节。Carl[10]首次应用4Pi显微镜对哺乳动物HEK293细胞的细胞膜上离子通道类别进行了测量。研究表明,4Pi显微镜可用于对细胞膜结构纳米级分辨率的形态学研究。(3)成像干涉显微镜(image interference microscopy, I2M):使用2个高数值孔径的物镜以及光束分离器,收集相同焦平面上的荧光图像,并使它们在CCD平面上产生干涉。1996年Gustaffson等用这样的双物镜从两个侧面用非相干光源(如汞灯)照明样品,发明了I3M显微镜技术(incoherent, interference, illumination microscopy, I3M),并将它与I2M联合构成了I5M显微镜技术。测量过程中,通过逐层扫描共聚焦平面的样品获得一系列图像,再对数据适当去卷积,即可得到高分辨率的三维信息。I5M的分辨范围在100nm内。 非线性高分辨率显微术 非线性现象可用于检测极少量的荧光甚至是无标记物的样品。虽有的技术还处在物理实验室阶段,但与现有的三维显微镜技术融合具有极大的发展空间。(1)多光子激发显微术:(multiphoton excitation microscope,MPEM)是一种结合了共聚焦显微镜与多光子激发荧光技术的显微术,不但能够产生样品的高分辨率三维图像,而且基本解决了光漂白和光毒性问题。在多光子激发过程中,吸收几率是非线性的[11]。荧光由同时吸收的两个甚至3个光子产生,荧光强度与激发光强度的平方成比例。对于聚焦光束产生的对角锥形激光分布,只有在标本的中心多光子激发才能进行,具有固有的三维成像能力。通过吸收有害的短波激发能量,明显地降低对周围细胞和组织的损害,这一特点使得MPEM成为厚生物样品成像的有力手段。MPEM轴向分辨率高于共聚焦显微镜和3D去卷积荧光显微镜。(2)受激发射损耗显微术:Westphal[12]最近实现了Hell等在1994年前提出的受激发射损耗(stimulated emission depletion, STED)成像的有关概念。STED成像利用了荧光饱和与激发态荧光受激损耗的非线性关系。STED技术通过2个脉冲激光以确保样品中发射荧光的体积非常小。第1个激光作为激发光激发荧光分子;第2个激光照明样品,其波长可使发光物质的分子被激发后立即返回到基态,焦点光斑上那些受STED光损耗的荧光分子失去发射荧光光子的能力,而剩下的可发射荧光区被限制在小于衍射极限区域内,于是获得了一个小于衍射极限的光点。Hell等已获得了28nm的横向分辨率和33nm的轴向分辨率[12,13],且完全分开相距62nm的2个同类的分子。近来将STED和4Pi显微镜互补性地结合,已获得最低为28nm的轴向分辨率,还首次证明了免疫荧光蛋白图像的轴向分辨率可以达到50nm[14]。(3)饱和结构照明显微术:Heintzmann等[15]提出了与STED概念相反的饱和结构照明显微镜的理论设想,最近由Gustafsson等[16]成功地进行了测试。当光强度增加时,这些体积会变得非常小,小于任何PSF的宽度。使用该技术,已经达到小于50nm的分辨率。(4)二次谐波 (second harmonic generation, SHG)成像利用超快激光脉冲与介质相互作用产生的倍频相干辐射作为图像信号来源。SHG一般为非共振过程,光子在生物样品中只发生非线性散射不被吸收,故不会产生伴随的光化学过程,可减小对生物样品的损伤。SHG成像不需要进行染色,可避免使用染料带来的光毒性。因其对活生物样品无损测量或长时间动态观察显示出独特的应用价值,越来越受到生命科学研究领域的重视[17]。3 表面高分辨率显微术表面高分辨率显微术是指一些不能用于三维测量只适用于表面二维高分辨率测量的显微技术。主要包括近场扫描光学显微术、全内反射荧光显微术、表面等离子共振显微术等。 近场扫描光学显微术 近场扫描学光显微术(near-field scanning optical microscope, NSOM)是一种具有亚波长分辨率的光学显微镜。由于光源与样品的间距接近到纳米水平,因此分辨率由光探针口径和探针与样品之间的间距决定,而与光源的波长无关。NSOM的横向分辨率小于100nm,Lewis[18]则通过控制在一定针尖振动频率上采样,获得了小于10nm的分辨率。NSOM具有非常高的图像信噪比,能够进行每秒100帧图像的快速测量[19],NSOM已经在细胞膜上单个荧光团成像和波谱分析中获得应用。 全内反射荧光显微术 绿色荧光蛋白及其衍生物被发现后,全内反射荧光(total internal reflection fluorescence,TIRF)技术获得了更多的重视和应用。TIRF采用特有的样品光学照明装置可提供高轴向分辨率。当样品附着在离棱镜很近的盖玻片上,伴随着全内反射现象的出现,避免了光对生物样品的直接照明。但因为波动效应,有小部分的能量仍然会穿过玻片与液体介质的界面而照明样品,这些光线的亮度足以在近玻片约100nm的薄层形成1个光的隐失区,并且激发这一浅层内的荧光分子[20]。激发的荧光由物镜获取从而得到接近100nm的高轴向分辨率。TIRF近来与干涉照明技术结合应用在分子马达步态的动力学研究领域, 分辨率达到8nm,时间分辨率达到100μs[21]。 表面等离子共振 表面等离子共振(surface plasmon resonance, SPR) [22]是一种物理光学现象。当入射角以临界角入射到两种不同透明介质的界面时将发生全反射,且反射光强度在各个角度上都应相同,但若在介质表面镀上一层金属薄膜后,由于入射光被耦合入表面等离子体内可引起电子发生共振,从而导致反射光在一定角度内大大减弱,其中使反射光完全消失的角度称为共振角。共振角会随金属薄膜表面流过的液相的折射率而改变,折射率的改变又与结合在金属表面的生物分子质量成正比。表面折射率的细微变化可以通过测量涂层表面折射光线强度的改变而获得。1992年Fagerstan等用于生物特异相互作用分析以来,SPR技术在DNA-DNA生物特异相互作用分析检测、微生物细胞的监测、蛋白质折叠机制的研究,以及细菌毒素对糖脂受体亲和力和特异性的定量分析等方面已获得应用[23]。当SPR信息通过纳米级孔道[24]传递而提供一种卓越的光学性能时,将SPR技术与纳米结构设备相结合,该技术的深入研究将有可能发展出一种全新的成像原理显微镜。【参考文献】[1] 汤乐民,丁 斐.生物科学图像处理与分析[M].北京:科学出版社,2005:205.[2] Kam Z, Hanser B, Gustafsson MGL, et adaptive optics for live three-dimensional biological imaging[J]. Proc Natl Acad Sci USA,2001,98:3790-3795.[3] Booth MJ, Neil MAA, Juskaitis R, et al. Adaptive aberration correction in a confocal microscope[J]. Proc Natl Acad Sci USA,2002, 99:5788-5792.[4] Goldman RD,Spector cell imaging a laboratory manual[J].Gold Spring Harbor Laboratory Press,2005.[5] Monvel JB,Scarfone E,Calvez SL,et deconvolution for three-dimensional deep biological imaging[J].Biophys,2003,85:3991-4001.[6] 李栋栋,郭学彬,瞿安连.以三维荧光反卷

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

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关于凸透镜的研究论文

前言:科学技术,简称科技,科学与技术的通称,通常人们先于掌握科学的原理之前,早有利用该原理的技术。它的竞争性和渗透性强,对人类社会的发展进步具有重大影响的前沿科学技术。这将是推动各行各业发展的关键因素。科学与技术是集辩、证一体,技术提出课题,科学完成课题,科学是发现,是技术的理论指导;技术是发明,是科学的实际运用。 论文主题:放大镜的改良 谈到放大镜大家一定都非常熟悉,放大镜是用来观察物体细节的简单目视光学器件,是焦距比眼的明视距离小得多的会聚透镜。物体在人眼视网膜上所成像的大小正比于物对眼所张的视角。视角愈大,像也愈大,越能分辨物的细节。移近物体可增大视角,但受到眼睛调焦能力的限制。使用放大镜,令其紧靠眼睛,并把物放在它的焦点以内,成正立虚像。放大镜起放大视角的作用。 早于几千多年前,人们已把透明的水晶或透明的宝石磨成“透镜”,这些透镜可放大影像。也成为凸透镜。 放大镜主要是由固态镜柄和可视性透镜构造而成的,玻璃——一种透明的固体物质。广泛应用于建筑物,隔风透光,属于混合物,且不可回收。此次的论文就是围绕玻璃进行的。 众所周知,放大镜所用的可视性透镜一般是由玻璃做成的。玻璃不仅造价高,而且废弃的玻璃作为世界各国环保部门共同的难题之一,废玻璃本身就是固体垃圾,也是对人类的一项威胁。制造放大镜难免会有废弃的玻璃,而那些废弃的玻璃也不可回收,我觉得这是一笔极大的浪费。何不换一种方向思考:把玻璃调换成另一种材质——平滑的高透明度薄塑胶。 塑料——可回收再利用,且造价低,价格实惠。 有人会说:把玻璃调换成塑料会妨碍放大镜的`使用,达到反效果。这样虽然节省了材料,却改变大大地改变了放大镜本身的用途。 但是,我还没说完:虽然把玻璃调换成平滑的塑料会改变放大镜的用途,但是我也想出了对策——往两片镜片间的隔层里注满水,水可以起到放大物的作用,于是——我便有了这个大胆的想法。 这个想法源自我的生活中偶然的一个小发现。 记得那是在夏天的时候。天气炎热,酷暑难耐,有很多同学爱买那种进口矿泉水,我也不例外。瓶身的形状不同于康师傅矿泉水有凹凸不平的花纹,它是完完全全的和医用吊瓶一样的平平整整,透过水瓶可以看见上面的营养成分表,而且字体又大又清晰,手捏在水瓶上还可以清晰地看出指纹。而把水倒出来后,看到的事物便与平常无异,这是为什么呢?我做了个简单的小实验:A组:把同一个矿泉水瓶剪下一部分,然后滴一滴清水进去,往下面垫一张报纸,看看报纸的字体有没有变化,是否清晰。B组:同样的把同一个矿泉水瓶剪下一部分,直接放在报纸上,看字体有没有变化。而得到的结果却是:A组的字体确实放大了,但是却因为水是液体而摇曳不定,看的不是十分清楚。B组的字体没有变化。我想:如果水没有摇曳不定的话,那么是否可以将报纸的字体看得更加清晰?说做就做,我拿出了一个0。5厘米高的正方形的固体封口透明模具,注满水,把盖子盖上。果然,水没有摇曳了,把模具放到报纸上,报纸的字体不仅被放大了,而且十分清晰。 综上所述,说明了用塑胶代替玻璃成为放大镜的可视性透镜这个想法是可行的,相信在不久的将来,这个想法可以实现, 此次的论文话题到此结束!谢谢大家。

星期六的自然课,我已经盼望好几天了,因为这节课要做凸透镜实验,我可以在这节课亲自做实验,开开眼界。 上课了,我们高高兴兴地来到实验室。老师神秘地举起手中的小镜说:“这就是凸透镜,它的作用可大了,我们可以通过实验知道凸透镜的神威。”接着,老师又讲了实验的具体次求。老师的话象火苗一样点燃了我们心中智慧的火花。一张张兴奋的脸望着老师。老师把实验用的器材发下未,每桌一套。我一看,这些器材很简单:蜡.w;,白纸、火朱、凸透镜。我仔细地看着,这个小钝和妈妈杭头用的小镜不一样,象是一块碧玉,中间凸起边缘很薄、唤,原来凸连镜就是这样的。 实验开始了。首先,我们按照实验次求做了第一个实验。小华点着蜡烛,我把着白纸做纸屏,小刚把凸透镜放在蜡烛和白纸中间,这三样东西放在同一高度同一直线上。啊,奇迹出现了,在白纸上映出了火焰的倒像,那火苗也是一见一见的特别清晰。我赶紧把纸屏递给身旁的同学把着,抢过凸透钝移动凸透镜。“呀1”真有趣1凸透镜越靠近蜡烛,倒像越大,越模糊,再向纸屏那边移动,蜡烛火苗的倒像礼小了,而且清晰多了,我们大字互相惊奇地看着,齐道凸透f ;. 能使物体成像。 这个实验做完了突然,我心里一惊,,我好奇地拿着凸透钝这照照那日孚日孚看到了一个可怕的情景。原来我无意中照到一个同学的头上,下凸透镜,仔细一看,这个同学的头大了好几倍。我急忙放没有什么变化,那个同学的头还是那么大。我又拿起凸透镜照钢笔,照自然书上的字和图,都大了许多、我心里一乐,不禁喊起来:“哎呀,凸透镜还能才大物体呀1” 这时,不知道是谁带的头,到窗台那,,指手划脚的,有的人还小声嘀咕着。我好奇地凑过去,原来,一个同学于拿着凸透镜,对准太阳,下面放着一根火柴,这时凸透镜下面一个金灿灿的小圆.点照在火柴头上。过了一会儿,只一听 “咏”的一声,火柴点着了。我们大家惊喜万分,这个实验使我们明白了凸透镜还有聚光作用。我们在老师的指导下,实验结束了,一个一个奇迹在我眼前出现了。我想:是谁这么聪明,第一个发现了这个奇我也要遇事多动脑筋,去认识和发现 迹?他肯定爱动脑筋。新的科学奥秘。

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