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).
[2]李彦军.工程力学在汽修中的应用与对策[J].科技向导,2012,(32).
[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。
先引入一个生活中的例子,然后就此展开讨论力与运动的各种关系,后总接一下。
力学问题解答的有效方法论文
【摘要】 力学不仅作为高中物理教材的第一部分内容,也占据高中物理课程近一半内容,其重要性可想而知。但力学作为高中的第一部分内容,如果学生没能够从初中时候单一的解题思路转变为高中阶段多样化的解题思路,就会发生上课能听懂,遇题一窍不通的局面。为解决高中生这种现象,本文就物理力学解题策略以及两种解题思路进行浅析。
【关键词】 力学问题;解题策略;解题思路
运用物理知识解决物理问题对于某些高一学生来说并不容易,原因是对于刚进入高中的学生来说,物理方法以及相应的解题策略还处于一个探索的过程当中。于是,掌握有效学习方法有利于力学问题的解答。
一、抓住有效解题策略
(一)全方面掌握相关知识
物理属于理科,不能够死记硬背,一切理科知识都是需要学生去理解记忆的,死记硬背固然可行,但在面临具体问题时,就会因为对概念本身理解不透彻而造成误用或者无从下手。[1]想要全方面掌握相关知识,一是从“记”概念上下功夫,正如前文所说,对概念进行理解性记忆,而非死记硬背;二是从“听”课上下功夫,就是在上课时候要认真听教师在讲什么,跟着教师的思路走,就能够顺理成章地记住概念并且理解概念。
(二)认真仔细反复读题
读题包括两种,一种是读问题,一种是读题干。读问题,就是要搞清楚问题究竟问的是什么;读题干,就是要从题干当中进行信息的提取,并结合问题,思考哪些信息可以用在哪个地方,物理问题往往不止一个,因此需要作此思考。
(三)分析受力
物理力学最重要的就是分析受力,某些学生之所以将力学问题错解或者不能解,常常是受力分析上出了问题。受力分析当中最容易混淆的是摩擦力。例如:用手将木块静止按在竖直墙面上,当手松开,木块沿墙面竖直落下,在手松开的瞬间,木块受到了那些力?有的学生对摩擦力理解不清晰,以为只要两个物体接触了,就会产生摩擦力。因此在这里误以为也有摩擦力产生,却没有考虑摩擦力产生的条件是必须要有正压力,在手松开瞬间,木块与墙面之间并没有正压力,因此摩擦力为零,即木块没有受到摩擦力,而只有重力。
二、掌握有效解题思路
物理的解题方法很多,如:整体与隔离法、图像法、等效替代法、数形结合法、对称法、极端假设法、模型法等等,在这里主要介绍整体与隔离法以及模型法。[2]
(一)整体与隔离法
在物理力学问题当中,整体法与隔离法常常出现在同一个问题当中。整体法:就是将所要研究的连接体或者始终挨在一起的几个物体看成一个整体,将这个整体内部的力的情况进行忽略,只分析整体情况的方法。在运用整体法时,需要能够对物体运动的整个过程有一个明确的掌握,对于整个系统的运动方式也有掌控。此外,在进行整体法运用时,还要注意受力分析。同时需注意不要将整体法的受力分析图像与隔离法的受力分析图像混合在一起。隔离法:就是将所要研究的对象从整体当中分离出来,单独进行分析。这种方法能够排除在受力分析过程中与分析对象无关的其他力的干扰,使受力分析更加清晰。在运用隔离法进行受力分析时,首先要确定在运用隔离法时,选择的对象包含着题目需要求的未知量;其次不仅要隔离出物体的受力情况,还要将物体的运动情况也隔离出来;最后,需要研究隔离物体的整个运动过程,对它的全过程进行分析。例如:如图1,一个质量为3kg的木块A与质量为2kg的木块B平放在地面上,现用30N的力推木块A,A与B一起做加速运动,不计地面与木块间的`摩擦力,A、B之间的作用力是多少?解析:对A、B运用整体法进行分析,可以看出两物体只受到推力F的作用,并且它们的加速度相同。则有:F=(mA+mB)a,F=30N,mA=3Kg,mB=2Kg,因此就有a=6m/s2。紧接着通过隔离法对B进行分析,可以发现木块B只受到木块A的作用力,因此又有FAB=mBa,可以求得FAB=12N。
(二)模型法
运用物理模型进行解题在物理力学问题当中是一个比较重要的解题方法。物体在运动时候的形式变化样貌很多,但只要根据物体的受力进行运动情况分析,就不难看出物体的运动状态。即通过建立物理模型,并对物体的受力情况进行分析,能够更容易判断物体的运动状态,便于解决物理力学问题。例如:如图2,传送带与水平面成37°角,SAB=,履带以5m/s的速度逆时针转动,现将一个不具有初速度的木块轻轻放在传送带上端A点,木块质量,传送带与木块间的动摩擦因素为,求物体由A运动至B所消耗的时间。解析:首先需要对物体的受力进行分析,如图3。但需要注意摩擦力的情况,当木块速度值在5m/s以下时,摩擦力对物体运动是促进作用,而当木块速度大于或高于5m/s时,摩擦力对物体运动是阻碍作用。
三、结束语
物理力学解题步骤最初是要对物体的受力进行分析,紧接着对物体的运动情况进行分析。当然,在进行解题以前,最基础的还是要掌握相关力学知识以及公式定理,在此基础上才能够进行力学问题解答。
参考文献
[1]边成红.物理课堂如何培养学生的力学问题解答能力[J].中华少年,2016,(05):139.
[2]付艳明.浅析高中物理力学问题的解答策略探究[J].新课程学习(下),2015,(03):188-189.
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).
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[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。
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).
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[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).
[2]李彦军.工程力学在汽修中的应用与对策[J].科技向导,2012,(32).
[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).
议论文是由论题,论点,论据,论证诸多要素组成。论题,即作者在文章中提出来要进行论述的问题,或说是论证的对像。论点,又叫论断,它是作者对所论述的问题提出的见解,主张和表示的态度。论据,是指用来说明观点的材料。论证,就是运用论据说明论点的逻辑过程和方法。
世界上有确定的东西吗?正如大家所知,1927年3月,海森堡在《量子论的运动学与动力学的知觉内容》论文中,提出了量子力学的另一种测不准关系,海森堡认为,科学研究工作宏观领域进入微观领域时,会遇到测量仪器是宏观的,而研究对象是微观的矛盾,在微观世界里,对于质量极小的粒子来说,宏观仪器对微观粒子的干扰是不可忽视的,也是无法控制点额,测量的结果也就同粒子的原来状态不完全相同。所以在微观系统中,不能使用实验手段同时准确的测出微观粒子的位置和动量,时间和能量。由数学推导,海森堡给出了一个测不准关系式: 。对于微观粒子一些成对的物理量,在这里指位置和动量,时间和能量,不能同时具有确定的数值,其中一个量愈确定,则另一个就愈不确定。所谓测不准关系,主要是普朗克常量h使量子结果与经典结果有所不同。如果h为零,则对测量没有任何根本的限制,这是经典的观点;如果h很小,在宏观情况下,仍然能以很大的精确性同时测定动量与位置或能量与时间的关系,但是在微观的场合就不能同时测定。实验表明,决定微观系统的未来行为,只能是观察结果所出现的概率,测不准关系已经被认为是微观粒子的客观特性。海森堡提出了测不准关系后,立即在哥本哈根学派中引起了强烈的反响,泡利欢呼“现在是量子力学的黎明”,玻尔试图从哲学上进行概括。1927年9月,玻尔在与意大利科摩召开的国际物理学会议上提出了著名的“互补原理”,用以解释量子现象基本特征的波粒二象性,它认为量子现象的空间和时间坐标和动量守恒定律,能量守恒定律不能同时在同一个实验中表现出来,而只能在互相排斥的实验条件下出来不能统一与统一图景中,只能用波和粒子这些互相排斥的经典概念来反映。波和粒子这两个概念虽然是互相排斥的,但两者在描写量子现象是却又是缺一不可的。因此玻尔认为他们二者是互相补充的,量子力学就是量子现象的终极理论。“互补原理”实质上是一种哲学原理,称为量子力学的“哥本哈根解释”。30年代后成为量子力学的“正统”解释,波恩称此为“现代科学哲学的顶峰。”1927年10月在布鲁塞尔第五届索尔卡物理学会议上,量子力学的哥本哈根解释为许多物理学家所接受,同时也受到爱因斯坦等一些人的强烈反对。爱因斯坦为此精心设计了一系列理想实验,企图超越不确定关系的限制来揭露量子力学理论的逻辑矛盾。玻尔和海森堡等人则把量子理论同相对论作比较,有利地驳斥了爱因斯坦。1930年10月第六届索尔卡物理学会议上,爱因斯坦又绞尽脑汁提出了一个“光子箱”的理想实验,向量子力学提出了严峻的挑战。光子箱的结构很简单,一个匣子挂在弹簧称上,一个相机快门一样的装置控制匣子内光子的射出。每次射出光子的时间由快门控制,弹簧称上可以读出整个盒子因光子出射而减少的质量,根据大名鼎鼎的爱因斯坦质能关系: 得出光子的能量,这样原则上时间和能量不存在不能同时确定的问题。 据说玻尔看到这个装置登时口吐白沫,经过紧急抢救时的输氧加上彻夜的苦思之后,玻尔终于搬来了救星,呵呵,那竟然是爱因斯坦本人的广义相对论。发射出光子后,光子箱的质量减少纵然可以精确测出,然而弹簧秤收缩,引力势能减小,根据广义相对论的引力理论,箱子中的时钟会走慢,归根到底时间又是不确定了。 这次轮到爱因斯坦吐血三天了,他费尽心思找来的实验居然成了量子力学测不准关系的绝妙证明,还被玻尔等人堂而皇之的载入他们的论文之中。 既然在微观状态下,存在测不准关系,那么在宏观状态下,还存在测不准关系吗?这个我们应该能得出结论:当然存在测不准关系。我们做实验的时候,一旦到了处理实验数据就要同时算出相应的不确定度。这是为什么呢?测量结果都具有误差,误差自始至终存在于一切科学实验和测量的过程之中。任何测量仪器、测量环境、测量方法、测量者的观察力都不可能做到绝对严密,这就使测量不可避免地伴随着有误差产生。因此,分析测量可能产生的各种误差,尽可能可消除其影响,并对测量结果中未能消除的误差做出估计,就是物理实验和许多科学实验中必不可少的工作。但是,我们只能尽力减小误差,却不能消除它。从上面可以看得出,世界上是不存在测得准的东西的,正所谓世界是辩证统一的,事物是相互影响的,既存在相对性,又存在绝对性。事物的测不准关系,就因为它既有相对性,又有绝对性,而我们通常所说的某某物重多少,高多少,等等看似绝对的数据其实是相对的。在某一个时段里,物体趋向于某个值的概率最大,因而我们就把这个值称作在这个时段里的相对准确值,它本是使不可能测准的。事物之间又存在着相互作用,因而又由于相互作用是具体的,因而是有限的,具有一定的认识意义;而本体则是抽象的,因而是无限的,并不具有任何确定的认识意义。所以,世界上并不存在确定的东西。参考文献:张三慧,《大学物理学<量子物理>》清华大学出版社2000年8月第二版34页35页李士本,张力学,王晓峰《自然科学简明教程》,浙江大学出版社2006年2月第一版,68页.72页 资料来源:
力学问题解答的有效方法论文
【摘要】 力学不仅作为高中物理教材的第一部分内容,也占据高中物理课程近一半内容,其重要性可想而知。但力学作为高中的第一部分内容,如果学生没能够从初中时候单一的解题思路转变为高中阶段多样化的解题思路,就会发生上课能听懂,遇题一窍不通的局面。为解决高中生这种现象,本文就物理力学解题策略以及两种解题思路进行浅析。
【关键词】 力学问题;解题策略;解题思路
运用物理知识解决物理问题对于某些高一学生来说并不容易,原因是对于刚进入高中的学生来说,物理方法以及相应的解题策略还处于一个探索的过程当中。于是,掌握有效学习方法有利于力学问题的解答。
一、抓住有效解题策略
(一)全方面掌握相关知识
物理属于理科,不能够死记硬背,一切理科知识都是需要学生去理解记忆的,死记硬背固然可行,但在面临具体问题时,就会因为对概念本身理解不透彻而造成误用或者无从下手。[1]想要全方面掌握相关知识,一是从“记”概念上下功夫,正如前文所说,对概念进行理解性记忆,而非死记硬背;二是从“听”课上下功夫,就是在上课时候要认真听教师在讲什么,跟着教师的思路走,就能够顺理成章地记住概念并且理解概念。
(二)认真仔细反复读题
读题包括两种,一种是读问题,一种是读题干。读问题,就是要搞清楚问题究竟问的是什么;读题干,就是要从题干当中进行信息的提取,并结合问题,思考哪些信息可以用在哪个地方,物理问题往往不止一个,因此需要作此思考。
(三)分析受力
物理力学最重要的就是分析受力,某些学生之所以将力学问题错解或者不能解,常常是受力分析上出了问题。受力分析当中最容易混淆的是摩擦力。例如:用手将木块静止按在竖直墙面上,当手松开,木块沿墙面竖直落下,在手松开的瞬间,木块受到了那些力?有的学生对摩擦力理解不清晰,以为只要两个物体接触了,就会产生摩擦力。因此在这里误以为也有摩擦力产生,却没有考虑摩擦力产生的条件是必须要有正压力,在手松开瞬间,木块与墙面之间并没有正压力,因此摩擦力为零,即木块没有受到摩擦力,而只有重力。
二、掌握有效解题思路
物理的解题方法很多,如:整体与隔离法、图像法、等效替代法、数形结合法、对称法、极端假设法、模型法等等,在这里主要介绍整体与隔离法以及模型法。[2]
(一)整体与隔离法
在物理力学问题当中,整体法与隔离法常常出现在同一个问题当中。整体法:就是将所要研究的连接体或者始终挨在一起的几个物体看成一个整体,将这个整体内部的力的情况进行忽略,只分析整体情况的方法。在运用整体法时,需要能够对物体运动的整个过程有一个明确的掌握,对于整个系统的运动方式也有掌控。此外,在进行整体法运用时,还要注意受力分析。同时需注意不要将整体法的受力分析图像与隔离法的受力分析图像混合在一起。隔离法:就是将所要研究的对象从整体当中分离出来,单独进行分析。这种方法能够排除在受力分析过程中与分析对象无关的其他力的干扰,使受力分析更加清晰。在运用隔离法进行受力分析时,首先要确定在运用隔离法时,选择的对象包含着题目需要求的未知量;其次不仅要隔离出物体的受力情况,还要将物体的运动情况也隔离出来;最后,需要研究隔离物体的整个运动过程,对它的全过程进行分析。例如:如图1,一个质量为3kg的木块A与质量为2kg的木块B平放在地面上,现用30N的力推木块A,A与B一起做加速运动,不计地面与木块间的`摩擦力,A、B之间的作用力是多少?解析:对A、B运用整体法进行分析,可以看出两物体只受到推力F的作用,并且它们的加速度相同。则有:F=(mA+mB)a,F=30N,mA=3Kg,mB=2Kg,因此就有a=6m/s2。紧接着通过隔离法对B进行分析,可以发现木块B只受到木块A的作用力,因此又有FAB=mBa,可以求得FAB=12N。
(二)模型法
运用物理模型进行解题在物理力学问题当中是一个比较重要的解题方法。物体在运动时候的形式变化样貌很多,但只要根据物体的受力进行运动情况分析,就不难看出物体的运动状态。即通过建立物理模型,并对物体的受力情况进行分析,能够更容易判断物体的运动状态,便于解决物理力学问题。例如:如图2,传送带与水平面成37°角,SAB=,履带以5m/s的速度逆时针转动,现将一个不具有初速度的木块轻轻放在传送带上端A点,木块质量,传送带与木块间的动摩擦因素为,求物体由A运动至B所消耗的时间。解析:首先需要对物体的受力进行分析,如图3。但需要注意摩擦力的情况,当木块速度值在5m/s以下时,摩擦力对物体运动是促进作用,而当木块速度大于或高于5m/s时,摩擦力对物体运动是阻碍作用。
三、结束语
物理力学解题步骤最初是要对物体的受力进行分析,紧接着对物体的运动情况进行分析。当然,在进行解题以前,最基础的还是要掌握相关力学知识以及公式定理,在此基础上才能够进行力学问题解答。
参考文献
[1]边成红.物理课堂如何培养学生的力学问题解答能力[J].中华少年,2016,(05):139.
[2]付艳明.浅析高中物理力学问题的解答策略探究[J].新课程学习(下),2015,(03):188-189.
为了摆脱引力势能不在回到星球表面,上抛物体的初始动能应该等于p列方程1/2mv�0�5=-GmM/r算出来就是D。
万有引力是宇宙自然中的一种现象,就像你我虽然见不到相隔千里但论单体而言你我之间也是存在引力作用的,但是我们距离遥远,且我们质量小产生的引力数值趋近于无穷小可忽略不计,引力是相互吸引的。 重力是天体对于某一物体产生引力现象往质量中心向下而产生,地球重力是mg,g值是第一宇宙加速度,在地球质量不明显变化后是不会发生变化的,月球g值与地球g值不一样,所以在月球上人可以跳得更高。所谓的失重现象只要加速度a大于g就可以做到因为F=mv、v=at,F大于mg就失重了。 向心力是提供圆周运动的向心力,向心力刚好等于重力的时候就正好由重力提供圆周运动需要的向心力,所以各个国家领空与地球自转同步卫星高度是一样的,速度一样自然运转半径也一样,目前有俄罗斯格纳,欧洲伽利略、美国GPS、中国北斗在运行,其他国家没发射轨道位置,轨道资源还是十分紧张,不能无限排布。所以某些国家没事就用激光或导弹打下一两颗人造卫星就表示如果开战他们有能力击毁别国地球同步卫星,让其通信瘫痪,好在我国同样具备此能力。明白了吗?
你这个问题我没读懂,但是我想说,黄金代换只能适用不自转或者自转很慢的物体;如果物体自转很快,那么物体表面万有引力要提供重力和向心力,此时黄金代换是不成立的。物体在地表上,所受万有引力约等于重力,但是前提条件是物体的自转可以忽略不计。假设一个物体在地球表面,那么它就随地球自转做匀速圆周运动,那么就需要向心加速度和向心力,这个力就需要万有引力来提供。如果在高空失重状态下,距离越大,所需的向心力就越小,那么万有引力提供给的向心力就越小,此时向心力相对于引力来说可以忽略不计,则万有引力约等于重力。如果还有不明白的可以加我,无偿解答哟
向心力等于万有引力,速度为平抛的初速度。F=G*m1*m2/r*r(g=*10∧23)基本定律就是理论体系的“公理”定律,是思考的出发点,是逻辑的原始出发点——原始大前提,不是由其他定律推导出来的定律。而我认为引力定律不是基本定律,理由有二:其一,牛顿力学理论体系的基本定律是其三定律。而其三定律没有包含“重力”方面的内容,作为“重力”方面内容的补充,不得不把引力定律当作基本定律来运用了。实际上,引力定律是牛顿三定律的(概念上的)“导出”定律,因为由于自由落体是加速运动,从其第一第二定律为出发点(牛顿力学理论真正的“范式或科学研究纲领”。一定要注意,牛顿第二定律是其第一定律的数学表达式。),从而认为自由落体运动的原因也是由于外力造成的,于是,就“发现”了万有引力。所以,引力定律不是基本定律。
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,下面就是高中物理论文范文,欢迎大家阅读!
摘要 :物理规律教学是使学生掌握物理科学理论的中心环节,是物理教学的核心之一。
本文结合笔者自身多年的物理教学经验,浅谈在物理教学中,如何搞好中学物理规律的教学。
关键词: 物理规律教学
物理规律反映了各物理概念之间的相互制约关系,反映在一定条件下一定物理过程的必然性。
它是中学物理基础知识最重要的内容,是物理知识结构体系的枢纽.所以,物理规律教学是使学生掌握物理科学理论的中心环节,是物理教学的核心之一。
怎样才能搞好规律教学呢?现结合本人多年的物理教学经历,浅谈以下几点看法:
一、创设发现问题、探索规律的物理环境
教师带领学生学习物理规律,首先需要引导学生在物理世界中发现问题。
因此,在教学的开始阶段,要应给学生创设一个便于发现问题的物理环境。
在中学阶段,主要是通过观察、实验发现问题,也可以从分析学生生活中熟知的典型事例中发现问题,有时也可以从对学生已有知识的分析展开中发现问题。
另一方面,创设的物理环境要有利于引导学生探索规律。
例如使学生获得探索物理规律必要的感性知识和数据;提供进一步思考问题的线索和依据;为研究问题提供必要的知识准备等等。
创设的物理环境还应有助于激发学生的学习兴趣和求知欲望.
二、带领学生探索物理规律
在学生有一定的需要和积极的准备状态下,教师要利用各种适宜的方法,如实验探索、理论推导等,向学生阐明概念和规律的形成过程,建立新旧知识的链接。
如在牛顿第二定律的教学中,让学生通过实验探索加速度与力的关系以及加速度与质量的关系,得出在质量一定的条件下加速度与外力成正比、在外力一定的条件下加速度与质量成反比的结论。
在此基础上,教师指导学生总结加速度、外力和质量的关系,归纳出牛顿第二定律。
这样学生对该规律的建立就有了一个清晰的过程,才能较深刻地理解物理规律、领悟其物理含义。
另一方面,向学生呈现物理规律内容时不但要准确,而且对一些关键字词应加以突出,给予适当的说明,以引导学生足够的注意和正确理解,并与其他类似的或易混淆的概念和规律进行比较,建立类比联系,加深对物理规律的理解。
三、要使学生深刻理解规律的物理意义
在规律的教学中,要引导学生深刻理解其物理意义,防止死记硬背。
物理规律的表达形式主要有两种:一种是文字语言,另一种是数学语言,即公式。
对物理规律的文字表述,必须在学生对有关问题进行分析、研究、并对它的本质有相当认识的基础上进行,切不可在学生毫无认识或认识不足的情况下“搬出来”,“灌”给学生,然后再逐字逐句解释和说明。
只有这样,学生才能真正理解它的含义。
例如,牛顿第一定律“一切物体在没有受到外力作用的时候,总保持匀速直线运动状态或静止状态。”在理解时,要注意弄清定律的条件是“物体没有受到外力作用”,还要理解“或”这个字的含义。
“或”不是指物体有时保持匀速直线运动状态,有时保持静止状态,而是指如果物体原来是运动的,它就保持匀速直线运动状态;如果原来是静止的,它就保持静止状态。
对于用数学语言即公式表达的物理规律,应使学生从物理意义上去理解公式中所表示的物理量之间的数量关系,而不能从纯数学的角度加以理解。
如,对电场中同一点而言,不能说场强E与电场力F成正比,与电量q成反比,因为场强E由电场和电场中该点的位置决定。
四、要使学生明确物理规律的适用条件和范围
物理规律往往都是在一定的条件下建立或推导出来的,只能在一定的范围内使用.超越这个范围,物理规律则不成立,有时甚至会得出错误结论.这一点往往易被学生忽视,他们一遇到具体问题,就乱套乱用物理规律,得出错误结论.因此,在物理规律教学中,要使学生明确物理规律的适用条件和范围,正确地运用规律来研究和解决问题。
例如动量守恒定律,它的成立条件是,所研究的系统不受外力或者所受外力的合力为零,这属基准条件。
如果系统受到外力F外或合力F合不为零,其动量是不守恒的,但可能有两种情形:其一,系统中物体相互作用的内力F内远大于F外(或F合),该系统的动量可看作是守恒的,其条件属近似条件;其二,选定直角坐标系后,将不在坐标轴上的外力各自沿x轴和y轴进行正交分解,若沿某一坐标轴(如x轴)的各个外力(含分力)的合力为零,则系统在该轴方向上的动量守恒,其条件属分动量守恒条件。
动量守恒定律是自然界普遍适用的基本定律之一,它适用于两个物体或多个物体组成的系统;它不但能解决低速运动问题,而且能解决高速运动问题;不但适用于宏观物体,而且适用于电子、质子、中子等微观粒子。
此外,无论是什么性质的相互作用,动量守恒定律都是适用的。
五、加强应用物理规律解决实际问题的训练和指导
物理规律来源于物理现象,反过来应用于实际问题,学习物理规律的目的就在于能够运用物理规律解决实际问题,同时,通过运用,还能检验学生对物理规律的掌握情况,加深对物理规律的理解。
在规律教学中,一方面要选择恰当的物理问题,有计划、有目标、由简到繁、循序渐进、反复多次地进行训练,使学生结合对实际问题的讨论,深化、活化对物理规律的理解,逐渐领会分析、处理和解决问题的思路和方法;另一方面,要引导和训练学生善于联系日常生活中的实际问题学习物理规律,经常用学过的规律科学地说明和解释有关的现象,通过训练,使学生逐步学会逻辑地说理和表达.对于运用物理规律分析和解决实际问题,要逐步训练学生运用分析、解决问题的思路和方法,使学生学会正确地运用数学解决物理问题。最后指出,由于物理规律的复杂性,必须注意规律教学的阶段性,使学生对规律的认识要有一个由浅入深,逐步深化、提高的过程。
只有这样,才能有效地指导学生掌握物理规律,培养学生的思维能力。
参考文献
1.人民教育出版社物理室。
全日制普通高级中学《物理教学大纲》2003
2.田世昆,胡卫平.物理思维论[M].南宁:广西教育出版社,.
3.南冲.中学物理教学研究[M].北京:海潮出版社,.
【摘要】 高考是关系到千家万户的大事,也是国家目前选拔人才的途径。认真学习和研究《教学大纲》和《考试说明》,按照教学规律科学的进行复习,及时的收集和处理信息,充分的调动学生的学习积极性,一定会取得好的成绩。
【关键词】 高考组织复习能力
为使高考复习能落到实处,使复习的过程更科学、复习的效率更高、有利于最大限度的提高学生的成绩,特提出以下几点建议:
1.强化基础知识的复习,加强学生对概念和规律的深入理解
在高中,对基本概念、基本规律的要求一贯是高考物理考查的主要内容和重点内容,主要考查考生在理解的基础上掌握基本概念、基本规律和基本方法,并要求深入理解概念和规律之间的内在联系。不少学生存在着这样的表现:概念,定义都知道,但一用就错,试卷上表现主要是选择题得分率低。这些都是基础较差,对物理概念和规律的理解不够有密切的关系。而近几年的各地高考试卷中的物理试题也都明确反映出重视基本概念、规律考查的特点。
对此,在复习中应该按照物理《教学大纲》和《考试说明》对学生五个方面的能力的加以严格要求,同时要让学生明白:理解能力是基础。只有理解能力提高了,其他能力才能较好的发展,而理解能力的前提是牢固的基础知识、扎实的基本技能和规范的基本方法,只有抓好基本知识、基本技能和基本方法的复习,对概念和规律的理解才能正确、深入、透彻。
2.加强学生的计算推理能力、论证表述能力、分析综合能力
高考物理试题度于推理能力的考查贯穿于各种题型中,从不同的角度、不同的层次,通过不同的题型、不同的情景设置来考查考生推理的逻辑性、严密性;对论证表述则重在考查能否准确地、简明地把推理过程表达出来,以此鉴别考生表述能力的高低。要克服学生思维推理过程不能严格合乎逻辑,对受力分析、运动过程分析不予重视,给解题带来盲目性;不会用物理语言表述物理过程或物理规律,使解题过程残缺不全;牛顿运动定律、动量、功能关系三条常用解题线索相互脱节,不能有机整合,使解题思路僵化、方法呆板、正确率低。
3.提高学生应用数学知识解决物理问题的能力
物理和数学是紧密联系的,数学为物理学的发展提供了强有力的工具,几乎所有的物理概念和物理规律,都是通过量化的方法用数学公式进行描述,应用数学处理物理问题的能力也是进入高校深造的考生应具有的能力,因此高考物理试题一直注重考查考生的应用数学处理物理问题的能力。
近年来,高考物理中的数学能力要求有明显的调整,主要表现在尽量回避繁杂的机械运算,而在考察方面,为此,我们一方面要求学生在平时学习中,能过一定数目的练习,掌握解决物理问题常用的数学规律及方法,在此基础上,引导学生逐步形成运用数学工具处理物理问题的基本思路,重点在于通过精讲精练使学生能熟练地将物理问题转化为数学问题。另外,要重视估算题的训练,复习时应注意引导学生逐渐掌握近似估算法,快速求出物理量的数量级。同时,提倡学生平时不用或少用计算器进行计算,因为在平时练习中,很多同学习惯于使用计算器,连非常简单的加减法都非用计算器不可,这样使得他们数学运算能力很差。
4.加强实验复习
实验是物理学的基础,实验能力在物理高考中一直占有相当重要的地位。物理高考力图通过在笔试的形式下考查学生的实验能力。
在教学中,一是要正确对待实验教材,实验复习时不应该机械地记忆教材中各个实验的目的、原理、器材、步骤、记录、结果等等,而应引导学生领悟教材中物理实验的设计思想、所运用的科学方法、规范的操作程序和合理的实验步骤。二是要引起学生对实验的有意注意,提供更多的动手动脑的机会,让他们主动地发现问题,解决问题。老师有意地改变实验条件、设置问题,激励学生努力寻找方法,解决问题。三是从培养学生的实验能力出发,让他们学会通过实验测量和有计划的实践活动去认识自然、发现自然规律、验证假想和猜测的方法,培养他们科学的思维方式、科学方法、实际操作技能和解决实际问题的能力。四是鼓励学生大胆创新,认识到实验教材提供的做法并不是一成不变,拘泥成规的,可以对课本中的实验做一些合理的变通,或补充一些模仿性实验,增加一些设计性实验,培养学生运用所学的知识、方法解决新问题的能力。
为使复习备考工作顺利进行,努力完成学校的工作任务,特提出以下几点措施:
1.认真钻研《高考大纲》、《教学大纲》及《课本》,充分提高“二纲一本”在高考中的作用,研究“二纲”,特别是去分析每年高考大纲之间的.细微的不同的地方,显得更加的重要,同时,也要建议学生常去翻物理课本,不可只顾按资料进行复习,却脱离了高考大纲的现象的发生。
2.高三教学应以人为本因为我们的授课对象是学生,是活生生的人,不是听课的机器,这就要求我们在教学中多点人性化,与学生之间多点交流,加强与学生的沟通,树立服务意识,不可高高之上,使教与学发生脱节。
3.要让学生明明白白的学习,让学生明白:“糊里糊涂作10道题,不如清清楚楚作1道题”。也就是说,在上课时要让学生明白,为什么要这么去作而不那样去作,为什么这样作是对的而那样作是错的,也就是时时要让学生明白一个“理”字,处处要讲“理”,在这一方面我的体会是我自己讲“理”的时候多,而让学生去讲“理”的时候少,以后在可能的情况下要让学生来讲讲“理”。
4.要让学生不可走入题海中,必要的题目是要做的,但一定要精选题目,讲前一定要求学生先做,作后再讲,讲后再留时间让学生消化吸收。
5.克服以教代学的现象,教得再好,没有学生的学(理解、消化、吸收),也是徒劳的,我们在高三复习中应该定位为一是指导学生进行知识的归纳和总结,补漏,建立知识网络,二是应有服务意识――帮助学生克服学习中遇到的困难和障碍。
6.要努力提高教学效率,效率的高低不是以你今天讲了多少个知识点,讲了多少道题为标准的,面是以你上课前定下的教学目标是不是在计划的时间内完成为标准的,说通俗一点,就是以这节课学生能过教师指导,真正学到的知识是多少为标准的。
7.狠抓基础内容及重点内容,高考的追求就是区分度,一套成功的试题是通过区分度来实现的,并不是由难度来实现的,而中等题目才是真正实现区分度的手段,因为易题都会,分不出好差,过难的题几乎没有几个人会,基本上也不会区分出好差,这一点一定要让学生知道,只有重视了基础,才能有效地完成中档难度的题,要防止学生钻牛角,老师要及时加以引导。
8.抓中等生要想在明年的高考中有突破,眼睛不能只盯着为数不多的几个好学生身上,要在尖子生吃饱吃好的情况下,重点兼顾中等生或有弱门课的学生,要想法提高他们的物理成绩,而提高他们成绩的方法中最好的方法就是要设法提高他们的学习物理的兴趣,让他们动起来,这样才是最为有效的,另外要多关心他们,多提问他们,在教学中采用灵活的方法,如分层布置作业,根据各班的实际灵活的采用不同的教学方法等,以提高他们的学习的积极性。
我们坚信,只要我们努力,按照教学规律科学的进行复习,及时的收集和处理信息,充分的调动学生的学习积极性,一定会取得好的成绩。
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:
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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
学术堂整理了一篇3400字的物理论文范文供你参考:题目:大学物理理论与实验改革探索摘要:大学物理理论与实验是高等院校理工科各专业学生大学阶段的一门重要必修基础课,在培养学生科学思维能力、探索精神、参与科学实验的能力及掌握科学方法等方面具有重要的基础支撑作用。文章提出了一种交互式的课程教学模式,着重从优化理论与实验课程体系、教学内容的相互融合、传统与现代教学方式的相互渗透开展改革实践,努力探索大学物理理论与实验教学新模式。关键词:大学物理理论与实验教学;交互式教学模式;教学改革。大学物理与实验是面向全校理工科各专业开设的必修基础课,课程教学是实现人才培养目标的重要途径,深化课程教学改革,提高教学质量,充分发挥大学物理理论与实验在人才培养的基础功能作用意义重大。近年来,人们在大学物理与实验课程教学中不断地进行各种形式的教学改革,但受传统教学模式、课程学时及教学实验条件等因素的限制,一定程度上对课程教学质量的提高产生了影响。为适应新时代社会科技发展对高素质人才的要求,我们开展了交互式教学模式下大学物理理论与实验教学改革实践,对课程体系、教学内容、教学方式等直接影响课程教学质量的核心问题进行深入研究,努力探索大学物理理论与实验课程教学改革模式,有效保障人才培养目标的实现。一、交互式大学物理理论与实验教学模式的架构随着教学改革的不断深入,面对现有大学物理及实验课时压缩的教学现状,如何以学生为主体、教师为主导开展大学物理及实验教学,进一步提高大学物理教学质量,我们对前阶段的教学改革进行总结分析,提出了基于交互式教学模式下的大学物理理论与实验教学改革,新的教学模式以理论与实验在体系和内容相互交叉、相互融合、相互渗透为改革核心,保证课堂的知识容量,同时满足不同专业,不同层次学生的教学需求,以该模式作为改革的切入口,为学生的个性发展积极创造条件,培养学生深厚扎实的物理理论基础,科学思维和实验技能训练,使学生具有独立获取知识的能力,科学思维能力和解决.问题的能力。二、交互式教学模式的实践探索(一)交互式教学模式的目标交互式教学模式下大学物理理论及实验改革的目标:重建适应新时代人才培养需要的大学物理及实验课程教学体系及内容,理论教学体系方面在不打乱基本大学物理理论基础和实验教学总体系的基础上,保证学生有宽厚理论基础知识和基本实验技能的同时,遵循物理学的发展更新规律,根据不同专业的特点增减不同教学内容,特别增加与新技术发展相关的知识内容,确保教学内容的新颖;重新审视现有实验内容之间的关系,注重理论及实验教学内容的相互融合渗透和支撑,能够使学生在现有教学时数内更加系统掌握物理理论知识,了解现代科技发展成果,学会使用新仪器、新工具及现代实验手段开展物理量的测试。实现在交互式教学模式下,提高教学效率,促进大学物理及实验课程教学质量的提高。(二)交 互式教学模式的实践探索1.交互式教学模式下课程体系和教学内容的改革。对大学物理理论教学体系和教学内容的次序作改革,以经典为主线,改革传统的力、热、电、光、近代物理的教学次序,近代物理的相对论部分放在经典物理的主要内容电磁学、光学和热学之前,使学生更早了解接触近代物理,对后续经典物理内容的现代化起到支撑作用,保证学生掌握物理学中所要求的基本知识、概念、规律和方法;强调不同专业教学内容的针对性和有效性,如对计算机类、电子类学生,增加电磁学部分的内容,介绍电子管束河电磁聚焦技术,结合物质的磁性介绍一些新材料的发展,在光学部分,介绍激光原理及应用、光导纤维等,将现代高新前沿技术的应用发展前景内容,经过适当的选择、精炼和加工,转换为具有基础物理学风格和水平又易于学生接受的知识作介绍,这部分内容可通过问题的方式提出,学生课后查阅相关资料,在课堂中分组讨论总结并以PPT形式讲解问题,也可以提交小论文,意在培养学生的创新思维能力。用现代科技发展和工程技术应用的观点重新审视现有实验内容之间的关系,对实验课程体系和内容进行改革,在原有三级实验课程体系内容的基础上,认真筛选、调整实验项目内容,取消重复性理论验证项目,构建科学合理连续的实验内容体系,保证学生熟悉基本物理量的测量和掌握常规实验仪器的使用;增加综合性、设计性实验项目,这类项目及要求可由老师提出,实验室提供实验条件,学生通过查阅资料,自行完成与试验相关的理论推导公式,确定实验方法,选择或组合配套实验仪器,完成综合性、设计性实验,初步培养学生的综合实践能力;在具备一定综合性、设计性实验项目训练的基础上,鼓励学生在课外开展创新设计性实验,将物理实验原理应用在具体专业领域中,培养学生独立思考能力、创新精神、创新能力。如:在全息照相的基础上如何研究光纤全息等方面的内容,在惠斯登电桥中加入热敏电阻温度特性曲线测量,在分光计实验的基础上如何测定液体折射率等。通过调整改革实验教学体系和实验内容,调动了学生的主动性和学习积极性,使学生更多的了解大学物理及实验在现代科学技术中的应用。2.交互式模式下教学方式的改革。传统的大学物理及实验教学形式大都是由教师讲或示范,学生听或按教师方法做,严重制约了教学内容的时效性、直观性和互动性,根据现代教学理论,要获得最佳的教学效果,必须根据教学中的实际情况,综合采用各种教学方式,使教学方法的整体功能得到充分的发挥。课程教学中,以适当的课时比例分配,优化教学过程,在采用讨论式、探究式课程教学过程中,引入教学内容的多媒体课件,实物演示实验和插播视频片辅助教学,直观形象的显示复杂的物理现象,精讲教学内容的思路和方法,设计中心问题,引导学生开展讨论,保证了课程教学效果;加强课外延伸性学习,如学生自拟题目,撰写相关教学内容的小论文,定期进行网上的分组讨论,总结课程教学中的重点难点问题,各小组推荐同学对讨论结果作PPT演示讲解,小论文演讲交流等。实验教学中,对各阶段的实验采用不同的实验教学方式,基本实验由学生在实验教材指导下自行熟悉实验仪器的使用,实验原理和实验操作过程及需要解决的实验问题,教学过程中教师只作答疑,学生在规定时间内完成实验,这种方法既可以使学生巩固、补充和深入理解理论规律,又能培养学生的自学能力和独立思维能力;在综合性、设计性实验中,学生自己提出题目和设计实验方案,在教师的把关下做实验,采用这样的教学方式,培养学生分析问题、解决问题的能力,提高学生的科学素质。同时我们将计算机仿真实验,多媒体信息技术及计算机采集、处理实验数据等现代计算手段应用于实验教学,给实验教学注入新的活力。交互式模式下的教学方式改革最大程度的提高了教学效率,增强了教学直观性。3.交互式教学模式下的实例。在近代物理教学中,针对“狭义相对论”这个教学难点,学生在学习过程中常常感觉内容抽象,时空效应理解困难,我们通过多媒体辅助教学,配以计算机模拟、动画、录像、声音、文字等,将狭义相对论的内容深入浅出的介绍给学生,教学中把理论直观化、形像化,通过应用现代信息技术,把复杂物理理论呈现给学生,极大地激发了学生对近代物理的学习兴趣,交互式教学方式的效果得到充分体现。在波动光学中,针对薄膜干涉中的等倾干涉这个教学重难点内容,学生比较难理解,因此讲述迈克尔逊干涉这段教学内容时,我们在光学实验室进行授课,首先结合实验室迈克尔逊干涉仪让学生了解仪器结构,然后演示观察等倾干涉花样及其随厚度的变化规律,再定性分析花样的形成,给出厚度变化与花样中环纹数目变化的定量关系,通过观察实验使学生直观形像的理解等倾干涉理论公式,也为后续实验验测定氦氖激光波长奠定理论基础,通过交互式教学模式,深入浅出的将大学物理理论与实验教学内容融合起来。三、交互式教学模式促进了课程教学质量的提高交互式教学模式下的大学物理理论与实验改革,实现了理论与实验体系和内容更加优化,教学方式更加灵活,教学效率得到极大地提高。我们在机械类、电子类、计算机类近两届部分专业、部分班级的大学物理理论与实验教学中,采用交互式教学模式开展教学改革,学生的物理基础理论、基本科学实验技能、科学思维和创新意识有显着提升,体现在以下几方面:对教师给出的理论问题,会阅读教科书和课外参考资料,针对问题撰写小论文;在已有实验基础上能自行提出实验项目,设计实验方案,创新性的完成实验;在各种竞赛中取得优异成绩。交互式教学模式促进了大学物理与实验教学课程质量的提高。参考文献:[1]爱因斯坦、爱因斯坦文集第一卷[M].北京:商务印书馆,1976.[2]霍剑青,等.“大学物理实验”课程的建设思路与教学实践[J] .中国大学教学,2004(11) .[3]张占新,王汝政,等.大学物理实验教学改革措施与实践[J] .大学物理实验,2013,26(6).[4]罗文华.大学物理教学改革对策[J] .物理与工程,2013,23(4).[5]周全生.大学物理实验教学改革对策探索[J] .科技展望,2017, 27(1).[6]谢丽莎.大学物理实验教学改革研究[J] .合肥工业大学,2009.[7]张凤琴,林晓珑,等.创新人才培养下的大学物理实验教学改革研究[J] .大学物理,2017,36 (3) .[8]张庆国,尤景汉,等.大学物理实验教学改革的实践与探索研究[J] .物理与工程,2008,18(4) .作者:龙涛单位:重庆工商大学计算机科学与信息工程学院
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