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.     

一种基于微波谐振测量Sagnac效应的新方案

目前光学陀螺的主要工作原理是Sagnac效应, 如何提高Sagnac效应的测量精度是提高陀螺精度的一个重要研究课题. 传统的光学陀螺利用光短波长的特性来提高检测精度. 但考虑到微波的相位(频率)检测精度远高于光波的相位(频率)检测精度, 如果能够利用微波实现Sagnac效应的检测, 就能得到比光学陀螺更高的检测精度, 从而为实现高精度的微波陀螺提供了可能. 利用基于光电振荡器的光载微波结构实现了微波Sagnac效应的检测. 实验结果证明了微波检测Sagnac效应的可行性, 为将来实现高精度的微波谐振陀螺打下基础.     

钒体系的自由能—氧化数图的绘制和教学讨论

报告了学生以碘体系的自由能—氧化数图为例,对钒体系的自由能—氧化数图的绘制和讨论,并进而探讨金属和非金属变价元素体系自由能—电极电势关系的一般规律的教学案例。通过对这一教学环节的实证分析,证明这种范例教学法的实施,能够使学生快速有效地掌握基础知识,提高学习兴趣,达到事半功倍的教学效果。     

氢流量对富硅-氮化硅薄膜键结构及光学性质的影响

采用等离子体增强化学气相沉积法,以SiH4、NH3和H2为反应气体,通过改变氢流量来制备富硅-氮化硅薄膜.利用傅里叶变换红外吸收光谱、紫外-可见光透射光谱、X射线衍射谱和光致发光谱对薄膜的结构与性质进行表征.实验发现,适当地增加H2流量,可以提高反应过程中H离子与Si、N悬挂键的键合几率,从而起到钝化薄膜悬键的作用.当H2流量从10 sccm变化到20 sccm时,H主要起到钝化薄膜悬挂键作用,因而缺陷态减少,缺陷态发光减弱,薄膜的光学带隙缓慢展宽.继续增加H2流量,薄膜中的氮原子持续增加,伴随着缺陷态再次增多,辐射加强,并导致光学带隙迅速展宽.当H2流量达到30 sccm时,薄膜中的氮化硅晶粒增大,数目增多,缺陷态发光消失,出现了氮化硅中由非晶硅量子点团簇引起的发光现象,说明薄膜中出现了非晶硅量子点团簇.因此,适量的增加氢流量能够对薄膜起到钝化的作用,并实现从富硅-氮化硅向Si3N4相转变的过程中形成氮化硅基质包埋的非晶硅量子点团簇结构.     

基于AC-Link串联谐振的Buck-Boost变换器控制算法

介绍了一种基于AC-Link串联谐振的Buck-Boost变换器拓扑结构,用状态平面分析法对串联谐振电路在Buck模式和Boost模式下工作过程进行分析。该方法相比于传统的基波等效分析法具有直接、精确和求解简单的特点。给出了详细的推导过程,提出了一种控制算法。建立了Matlab/Simulink仿真模型,仿真结果表明,该控制算法能够实现Buck和Boost的功能,能够得到稳定的输出电压,输入电流谐波含量低的特点,可以实现变换器在较宽的范围内调节输出电压。     

基于半导体制冷元件的新型湿度测量器

在探索新型湿度测量原理,利用温差、湿度与水蒸气液化速率的关系制作一个能够形成恒定温差的装置,进一步通过测量温差和恒定温差表面的水分含量得到空气的湿度。设定一个环境湿度的标定值作为对照,衡量自制湿度器所得结果的可靠性。     

Integrating the environmental factor into the strategy updating rule to promote cooperation in evolutionary games

Many previous studies have shown that the environment plays an important role for social individuals. In this paper, we integrate the environmental factor, which is defined as the average payoff of all a player's neighbours, with the standard Fermi updating rule by introducing a tunable parameter, ω. It is found that the level of cooperation increases remarkably, and that the cooperators can better resist the invasion of defection with an increase in ω. This interesting phenomenon is then explained from a microscopic view. In addition, the universality of this mechanism is also proved with the help of the small-world network and the random regular graph. This work may be helpful in understanding cooperation behaviour in species from unicellular organisms up to human beings.     

单细胞分析研究

单细胞分析是一个令分析化学家十分感兴趣和重视的领域.本实验室近年来在以下方面开展了研究工作.     

Hexagonal Standing-Wave Patterns in Periodically Forced Reaction-Diffusion Systems

The periodically forced spatially extended Brusselator is investigated in the oscillating regime. The temporal response and pattern formation within the 2：1 frequency-locking band where the system oscillates at one half of the forcing frequency are examined. An hexagonal standing-wave pattern and other resonant patterns are observed. The detailed phase diagram of resonance structure in the forcing frequency and forcing amplitude parameter space is calculated. The transitions between the resonant standing-wave patterns are of hysteresis when control parameters are varied, and the presence of multiplicity is demonstrated. Analysis in the framework of amplitude equation reveals that the spatial patterns of the standing waves come out as a result of Turing bifurcation in the amplitude equation.