研究物理实验 培养科学思维——以“电磁阻尼电磁驱动”为例

文章以笔者一节公开课为例,介绍了两个演示实验,结合《普通高中物理课程标准(2017年版2020年修订)》中学科核心素养的“科学思维”概念,论述了如何通过研究物理实验,培养学生科学思维.     

铝材轧制过程中润滑添加剂吸附特性研究

依据铝材轧制过程中润滑油添加剂浓度对摩擦因数的影响，同时以Ｔｅｍｋｉｎ吸附理论为基础，设定添加剂分子在摩擦表面的覆盖率与摩擦因数的联系，提出了铝材轧制过程中润滑添加剂吸附有的求解方法，还定义了铝材轧制时润滑添加剂饱和吸附最低浓度的概念，通过二辊轧机测定了在不同添加剂浓度时纯铝材轧制过程中的摩擦因数，并且计算了相应的润滑添加剂的吸附自由能及其饱和吸附最低浓度，表明理论分析结果与实测结果具有良好的一致     

几种外场对费米共振的影响:费米共振的拉曼光谱研究

费米共振是分子内和分子间发生的基团间的振动耦合和能量转移现象。有关外场中费米共振的认识、拉曼光谱的研究方法及应用均待开发和推广。本文系统阐述了利用高压DAC技术、变温技术特别是课题组独创的变换溶剂浓度、LCOF等方法获得的有关费米共振的研究成果,即分子场、压力场、温度场等外场对分子内和分子间费米共振的影响:(1)分子场中a.由C_5H_5N在CH_3OH和H_2O中拉曼光谱变化研究表明溶剂效应对费米共振有明显影响;b.通过改变溶液浓度发现了其他方法未能发现的费米共振双线对非对称移动及双线对中倍频的基频亦受费米共振调谐的现象;c.溶液中的氢键、反氢键使分子基团重组而对费米共振产生显著影响;d.C_7H_8和m-C_8H_(105分子间发生会费米共振,且费米共振特性随溶液浓度明显改变;(2)压力场中a.随压强增加谱线蓝移,且频差△随压强改变而引起W改变;b.随压强增加CCl_4在C_6H_6中的v_1+v_4~v_3的W减小速度比纯液体中快,费米共振消失提前。这表明,压强引起的费米共振现象可揭示溶剂效应机理;(3)温度场中温度会影响分子费米共振特性,且对不同分子影响亦不同,温度对CO_2的费米共振影响较大,而对CS_2几乎无影响。本文对分子谱线的认证与归属、分子构象的确定及异构体的鉴别、氢键对分子结构与性质的影响等方面的研究提供了系统的理论与实验依据。     

高压拉曼光谱方法研究联苯分子费米共振

测量了0—15 GPa压强下联苯分子的拉曼光谱. 结果表明,随压强增加,分子内和分子间π-π共轭和离域效应增强,谱线的绝对强度变大、蓝移. 联苯分子的两费米共振谱线强度比R_f/a减少,频率差Δ增加,当压强为8 GPa时,费米共振现象消失,利用Betran理论得出了固有频率差Δ₀和耦合系数ω随压强的变化关系,通过高压下相变进行了解释,并探讨了高压下费米共振耦合变弱的机理. 关键词： 联苯 费米共振 高压 拉曼光谱     

分子间费米共振增强二元溶液体系的受激拉曼散射研究

研究了液芯光纤内不同体积比的甲苯和间二甲苯二元混合溶液的受激拉曼散射.实验结果表明:在不同的体积比之下二元溶液的环呼吸振动模式1002 cm^-1,甲基的CH伸缩振动模式2920 cm^-1 以及芳香环CH对称伸缩振动模式3058 cm^-1的拉曼带同时产生受激拉曼辐射,并且2920 cm^-1 和 3058 cm^-1 拉曼带的一阶受激拉曼散射阈值要低于1002 cm^-1拉曼带的二阶 关键词： 分子间费米共振 二元溶液 受激拉曼散射 拉曼散射截面     

浅析高中物理教学

从初中升到高中的学生，在物理的学习上，会感到要上一个很高的台阶．如果学习方法不当，就很难爬上这个台阶，顺利学好高中物理．因此，便有很多学生知难而退了．     

外场对π电子能隙调制C==C，C-C伸缩振动的影响

共振拉曼光谱是研究线性多烯分子的主要分子光谱技术。该技术完美地表征了π电子能隙对C==C,C-C伸缩振动的调制规律。这种调制是通过电子-声子耦合完成的。改变外界环境,能隙调制作用将受到影响。测量了溶剂中β-胡萝卜素分子在温度、压力、溶剂效应、相变等不同环境影响下的吸收光谱、共振拉曼光谱,研究了不同外场对π电子能隙调制C==C,C-C伸缩振动的影响机理及规律。结果表明,在外场影响下,体系的能量降低,π电子能隙(π-π*)减小会使调制增强。即电子-声子耦合增强,使拉曼强度增加,谱线红移。对理解共振拉曼物理过程,认识线性多烯分子的结构,性能有重要意义,对研制优质光电器件也有参考价值。     

长春理工大学光电工程学院开放实验室计划——以使用多线激光雷达开展实验室开放计划培训为例

长春理工大学光电工程学院依托其光电工程国家级实验教学示范中心开展了一系列面向在校本科生,旨在培养学生科研创新与实践能力的实验室开放计划.以开放实验室之一人工智能与光电感知实验室的基于多线激光雷达环境感知实验为例,介绍了实验的设计和具体实施过程.该培训计划均由指导教师亲自设计并实施辅导,使得同学们能够对所学的知识加以验证并将其利用到实践中.实验内容主要包括实验之前的准备、传感器的校准、三维空间重构和目标识别4个部分.经过几轮计划实施,效果证明实验室开放计划能够帮助学生培养独立开展科研活动的能力和学生创新意识的积累起到了良好作用.     

β-胡萝卜素分子的黄琨因子的温度特性

β-胡萝卜素具有光采集、光防护功能, 又是重要的光电材料, 它在外场下的分子结构和性能变化既有理论意义也有应用价值。测量了β-胡萝卜素在环己醇中68～26 ℃温度范围内的紫外-可见吸收、拉曼光谱。实验结果表明随着温度的降低, 黄琨因子和碳碳键每个振动模的电子-声子耦合常数减小, 紫外-可见吸收光谱红移, 碳碳键拉曼散射截面增加。用线性链状多烯分子的“相干弱阻尼电子-晶格振动模型”、“有效共轭长度模型”等理论给予了解释。随着温度的降低,β-胡萝卜素分子的热无序减小,分子结构有序性增加,π电子离域扩展,有效共轭长度增加,导致紫外-可见吸收光谱红移和强的拉曼活性。相干弱阻尼电子-晶格振动增强,使碳碳键拉曼散射截面增加。引用带有量纲的电子-声子相互作用常数,既可以与黄昆因子建立关系式,计算出碳碳键每个振动模的数值,也可以表征分子的有效共轭长度,π电子离域程度及拉曼散射截面的大小等。     

The effect of anti-hydrogen bond on Fermi resonance: A Raman spectroscopic study of the Fermi doublet ν1—ν12 of liquid pyridine

The effects of anti-hydrogen bond on the ν₁—ν₁₂ Fermi resonance (FR) of pyridine are experimentally investigated by using Raman scattering spectroscopy. Three systems, pyridine/water, pyridine/formamide, pyridine/carbon tetrachloride, provide varying degrees of strength for the diluent-pyridine anti-hydrogen bond complex. Water forms a stronger anti-hydrogen bond with pyridine than with formamide, and in the case of adding non-polar solvent carbon tetrachloride, which is neither a hydrogen bond donor nor an acceptor and incapable of forming hydrogen bond with pyridine, the intermolecular distance of pyridine will increase and the interaction of pyridine molecules will reduce. The dilution studies are performed on the three systems. Comparing with the values of Fermi coupling coefficient W of the ring breathing mode ν ₁ and triangle mode ν ₁₂ of pyridine at different volume concentrations, which are calculated according to the Bertran equations, in three systems, we find that the solution with the strongest anti-hydrogen bond, water, shows the fastest change in the ν₁—ν₁₂ Fermi coupling coefficient W with the volume concentration varying, followed by the formamide and carbon tetrachloride solutions. These results suggest that the stronger anti-hydrogen bond-forming effect will cause a greater reduction in the strength of the ν₁—ν₁₂ FR of pyridine. According to the mechanism of the formation of anti-hydrogen bond in the complexes and the FR theory, a qualitative explanation for the anti-hydrogen bond effect in reducing the strength of the ν₁—ν₁₂ FR of pyridine is given.