浅谈科学探究能力的测量与培养

中国学生物理学科核心素养发展中包含科学探究素养.科学探究主要包括问题、证据、解释、交流4个科学探究要素,是学生通过学科学习而逐步形成的关键能力.在本文中笔者以2019年高考北京理综第23题为例,从“科学探究四要素”角度浅谈物理学科核心素养中的科学探究这一关键能力是如何培养与测量的.     

一种黄色三苯甲烷类染料的合成及光谱性能研究

以碱性品红为原料合成了一种黄色的三苯甲烷类染料FB-A,用IR、1HNMR表征其结构。研究了溶剂和pH对其吸收光谱和荧光光谱的影响,在酸性条件下,有蓝色荧光。在中性及碱性条件,荧光猝灭而且吸光度明显降低;随着溶剂极性增加,吸光度和荧光相对强度都减小。     

用激光诱导击穿光谱技术比较土豆和百合中的微量元素

激光诱导击穿光谱(LIBS)已成功地运用于固体、液体、气体样品中微量元素的测量以及微生物、细菌等的鉴别分析上,而在植物样品上面的应用则是一个较新的课题。该实验用纳秒Nd∶YAG激光器击穿真空冻干的土豆、百合样品,用光纤光谱仪测量了其LIBS光谱。通过鉴别、分析LIBS光谱,得到了这两种样品中微量元素的成分。并且对土豆干和百合干中Ca,Na,K,Fe,Al,Mg六种金属元素典型谱线的强度进行了统计分析,并由此得到了样品中这六种微量元素含量的对比情况。实验结果表明土豆干中的Ca和Na等含量都明显高于百合干,而百合干中Mg的含量较高。实验结果还表明用LIBS技术检测、对比冻干植物样品中微量元素含量是一种快速、有效的分析方法。     

流化床垃圾焚烧过程受热面烧结积灰的生长特性

使用扫描电子显微镜、能谱、X射线衍射等分析手段,对流化床垃圾焚烧炉过热器的烧结积灰内部各部分的微观结构和成分组成进行研究。结果表明,积灰中富含钙和硫,主要的矿物成分是CaSO4。烧结积灰沿生长方向可分为根部和生长段,根部中元素钙和氯的质量分数高于生长段,而硅和铝的质量分数明显小于生长段,根部内层碱金属钠、钾的质量分数较高,含碳量也很高。积灰根部的结构较生长段致密,密实的根部内层主要是凝结沉积以及亚微小颗粒热迁移共同作用形成的,过渡层和生长段的形成主要是惯性沉积和气固高温反应共同作用下长时间烧结的结果,熔融相和化学反应的共同作用是烧结积灰生成生长的主要动力。     

MATLAB/PDE在弹性力学可视化教学中的应用

MATLAB 的PDE（partial differential equations）工具箱为平面问题求解结果提供了彩色可视化图形,便于弹性力学的学与教. 工具箱采用椭圆型偏微分方程求解平面问题的结果实质上是弹性力学位移法的数值解,该文推导并整理出PDE 的边界方程参数,用于描述弹性力学中常见的边界条件. 结合弯矩和均布载荷作用下的简支梁、受内外压的圆环板和受拉的带孔矩形板3 个例子,说明PDE 求解平面问题的方法与可视化的结果.     

阵列碳纳米管的石墨化程度

采用化学气相沉积法制备了阵列碳纳米管薄膜,对阵列碳纳米管的石墨化程度进行了系统研究。利用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)对样品形貌以及结构进行了表征。探讨了不同实验参数对阵列碳纳米管石墨化程度影响的机理。结果发现,在一定催化剂浓度范围内,催化剂浓度过低时,阵列碳纳米管的石墨化程度较差,而随着催化剂浓度的增加,阵列碳纳米管的石墨化程度逐渐变好;生长石墨化程度较好的阵列碳纳米管需要合适的进液速度,进液速度过低或过高都会使得碳纳米管的石墨化程度变差;此外,生长石墨化程度较好的阵列碳纳米管也需要合适的生长温度,生长温度过低或过高都会使得碳纳米管的石墨化程度变差。     

NdCl_3:Nd~(3+)的斯塔克子能级

首次测定了NdCl_3:Nd~(3+)的吸收光谱并根据光谱定出了它的斯塔克子能级,进一步用JuddRacah不可约张量方法作了理论计算。实验上,观察到NdCl_3:Nd~(3+)的子能级相对于LaCl_3:Nd~(3+)的子能级约有10—30cm~(-1)的移位。计算结果表明,移位的主要原因是由于在两种晶体中4f电子间的库仑作用有所不同。     

三元体系KCl-SbCl_3-HOAc(35℃)的研究

KCl-SbCl_3熔盐体系以及KCl,SbCl_3在盐酸溶液和在液态SO_2中的化学行为均已有文献报道,而对在非水有机溶剂冰醋酸中的化学行为的研究报道则尚未见.本文报道对三元体系KCl-SbCl_3-HOAc(35℃)的研究结果.     

听觉研究的一些新结果

首先对听觉中的能量转换、声放大和频率分析机制作了一般性介绍,论证了以Bark作为基底膜共振频率测量单位的优点。然后对听觉研究中关于结合音的感知与换能器作用的非线性效应、相位效应和内频谱的关系问题、Kemp回声和生理放大器的存在及听觉频谱分析中有一个时间窗的问题进行了综述。对听力损失现象,特别是因强声震伤引起的“强声复聪”现象,为改善助听器效能当前正进行的科研工作和利用微电子技术的成就实现高效能助听器设计制作的前景作了简明的讨论。最后报告了应用调制传递函数作为室内音质评价标准和实现有双耳串音抵消措施和人工侧向反射的高质量立体声录放传声系统的经验。     

等离子体密度凹坑对光波的吸收作用

用数值计算方法研究有密度凹坑的等离子体对P偏振入射光的吸收,结果表明,如果密度凹坑及其周围密度分布取得适当参数,吸收峰值可以达到近100%,即远超过线性密度等离子体共振吸收的峰值50%;吸收曲线随入射角变化呈现双峰值结构.密度凹坑就象个共振谐振腔,从腔内的透射光与第一个反射面的反射光干涉相消,使总反射光变弱,由此导致了大的吸收率.