自制物理教具添彩物理课堂

物理学是一门以观察、实验为基础的自然科学,自制教具在中学物理实验教学中占据着重要作用.自制教具应具备趣味性、直观性、真实性、综合性和创新性等特点,每一特点对物理教学的促进作用不尽相同.本文介绍了若干自制教具并提倡师生要重视物理教具的制作和应用,以点燃学生学习兴趣,改善实验演示效果,促进学生科学探究能力和实践创新能力的提升,为物理课堂教学添彩.     

整体最小二乘法在精同步中的应用

为了验证整体最小二乘法(TLS,Total Least Squares)比最小二乘法(LS,Least Squares)更适用于精同步,提出了基于整体最小二乘的精同步方法;该方法以PN码基于BPSK调制的同步模型为基础,在接收端得到鉴相曲线后,对鉴相曲线零值点附近的几个固定位置的数据点利用QR分解和奇异值分解的整体最小二乘法拟合出鉴相曲线,求出同步误差;最后通过在Matlab软件上的仿真,得出结论:在噪声环境下,整体最小二乘法在同步中的应用可以得到优于基于普通最小二乘法的同步法的测量精度和稳定性;特别是在信噪比较低的条件下,基于整体最小二乘的精同步测量精度提升了3倍多,同事稳定性提升5倍多。     

近红外光谱的阵列扫描式灵敏度法探测颅脑血肿

利用近红外光谱技术对脑组织进行检测实现脑血肿的定位一直以来都是无损光学诊断的研究热点。为了实现开放式全方位的精准探测,基于功能性近红外光谱技术提出一种新的方法-阵列扫描式灵敏度法,即建立全方位阵列探测器,通过单边阵列式扫描检测来获取不同探测位置的光通量,计算每个探测器的探测灵敏度,就能得到全方位的探测信息。首先,建立单层有限元模型,设置光学参数、光源、探测位置及边界条件,将仿真结果与蒙特卡洛的运行结果进行对比,验证有限元模型条件设置的准确性。其次,根据人脑组织结构建立脑部模型,在模型中插入血肿,选择波长为850 nm的近红外光作为光源,设置该波长下各层生物组织的光学参数,模拟光子在正常脑组织与含血肿脑组织中的传播,在距光源不同位置的探测器处检测到多组光通量数据,处理数据后发现有限元仿真软件在图像、数据方面反映了血肿对光的传播有极大影响。为研究探测到的光通量信息与血肿位置之间的关系,基于近红外光谱技术采用阵列扫描式灵敏度法分别改变组织内血肿的方位、横向位置与纵向深度,在距光源不同的探测位置处检测到多组光通量数据,处理数据后建立血肿位置与对应探测灵敏度之间的关系图进行分析。结果显示采用阵列扫描式灵敏度法,近红外光谱技术能准确探测血肿的方位信息与横向信息,且血肿位于源-探测距离中间时,探测效果最佳,而纵向深度只影响光子穿过较深层组织的概率,位置越深,光子的穿过率越小,探测灵敏度越小。由此得出,基于阵列扫描式灵敏度法可以实现颅脑组织内一定深度处血肿的快速准确定位,为近红外光谱技术的光学成像、检测组织内部肿瘤等提供了新思路和有效参考。     

基于分段直线拟合的伪随机码相位测量法

针对目前PN码(Pseudo-Noise Code)相位测量抗干扰能力有限的问题,提出了一种新的PN码相位测量方法,该方法以PN码的相关函数为基础,以峰值点为分界点对相关峰曲线两侧分别做最小二乘直线拟合。然后求出两条直线的交点坐标,其中横坐标与零相偏参考值的差值就是PN码相位的估值。该方法与目前常用的最小二乘同步法和三点二次插值PN码相位测量法相比较,算法复杂度增加有限。通过仿真数据可以得出,新的PN码测量方法在信噪比较低的情况下能得到比最小二乘同步法和三点二次插值法更加稳定和精确的估值结果。     

带有负顾客的N策略工作休假M/M/1排队

考虑带有正、负顾客的N策略工作休假M/M/1排队。负顾客一对一抵消队尾的正顾客(若有),若系统中无正顾客,到达的负顾客自动消失,负顾客不接受服务。在休假期间,服务员并未完全停止工作而是以较低的服务率为顾客服务。用拟生灭过程和矩阵几何解方法,我们给出了稳态队长和稳态等待时间的分布。此外,我们也证明了稳态条件下的队长和等待时间的条件随机分解并得到了附加队长和附加延迟的分布。     

萃取分离 ICP-AES 法测定含铪铀中微量杂质元素

用盐酸-硝酸-氢氟酸溶解含铪的铀试样,以磷酸三丁酯为萃取剂,分离铀、铪与待测杂质元素.用 ICP-AES 法同时测定了试样中钼、钨、铁、硼、锰、铍、铜、镁、钙、铝和镍等11种杂质元素的含量.将 0.0900 g～0.1100 g 试样制成 6 mL 溶液时,各杂质元素测量范围为 1.0×10-3%～1.0×10-1%,回收率在 94%～105% 之间,相对标准偏差优于 10%.     

带负顾客和强占优先权的不耐烦信元排队

考虑带有负顾客的两类信元的强占优先权M/M/1排队系统.两类信元及负顾客的到达过程均为泊松过程.两类信元到达后分别在各自有限的缓冲器内排队,第一类信元较第二类信元有强占优先权,同时第一类信元是不耐烦的.负顾客一对一抵消队尾的第一类信元(若有),若系统中无第一类信元,到达的负顾客就自动消失.负顾客不接受服务.采用矩阵分析的方法得到了两类信元各自的稳态分布,并作了相应的性能分析.     

Exponential sine chaotification model for enhancing chaos and its hardware implementation

Chaotic systems have been intensively studied for their roles in many applications, such as cryptography, secure communications, nonlinear controls, etc. However, the limited complexity of existing chaotic systems weakens chaos-based practical applications. Designing chaotic maps with high complexity is attractive. This paper proposes the exponential sine chaotification model (ESCM), a method of using the exponential sine function as a nonlinear transform model, to enhance the complexity of chaotic maps. To verify the performance of the ESCM, we firstly demonstrated it through theoretical analysis. Then, to exhibit the high efficiency and usability of ESCM, we applied ESCM to one-dimensional (1D) and multi-dimensional (MD) chaotic systems. The effects were examined by the Lyapunov exponent and it was found that enhanced chaotic maps have much more complicated dynamic behaviors compared to their originals. To validate the simplicity of ESCM in hardware implementation, we simulated three enhanced chaotic maps using a digital signal processor (DSP). To explore the ESCM in practical application, we applied ESCM to image encryption. The results verified that the ESCM can make previous chaos maps competitive for usage in image encryption.     

基于核心素养的学生模型建构能力的培育——以“自制电动机”自主创新实验为例

开展学生自主创新实验是落实核心素养和发展学生科学思维的有效手段.基于课程标准理念，将模型建构能力分为3个层次并与学生自主创新实验的3个阶段一一对应，通过“自制电动机”学生自主创新实验，展现学生从初级阶段的模仿、中级阶段的优化到高级阶段的创新，在实践过程中学生的模型建构能力水平由基础到综合再到创新逐步提升.