习题设计从理想模型回归真实情境

传统课堂过分强调理想模型的教学,学生缺乏对真实情境问题做理想化处理的经历,学生将实际问题中的对象和过程转换为物理模型的能力很弱.基于两种理想模型和模型建构素养学业水平的分析,从物理对象的真实化和物理过程的真实化两条途径设计情境化习题,让物理习题从理想模型回归真实情境,提高学生建构模型解决实际问题的能力.     

关于理想模型及其在物理学中的作用

中学物理和大学物理所研究的对象,严格说来大都是理想模型.研究理想模型所遵循的规律,为解决实际中大量复杂的物理问题奠定了基础.因此,建立理想模型不仅是物理学的研究方法,也是大、中学生学习物理时必须掌握的一种重要思维方法.     

在解决物理问题过程中培养学生“去理想化”思维习惯——以一个有趣的静电场问题为例

物理教学离不开理想化模型的建构,简化的理想模型能够帮助中学生在现有知识层面的基础上,更好地理解相关知识并解决问题.但是在实际物理问题中,如果不充分考虑理想化条件,学生在解决问题时就容易产生认知矛盾,不知所措.以一个有趣的静电场问题为例,揭示理想化模型的局限性,强调"去理想化"思维习惯的重要性.探讨分析了教师如何帮助学生打破思维定势,让其对已掌握的物理知识活学活用,培养学生严谨的科学思维.     

理想模型教学中应注意的问题

本文通过具体例子,说明理想模型教学中应注意的问题,要重视实际情况与理想化条件的冲突,不能片面夸大理想模型的作用而忽略系统中某些应该考虑的真实物理.     

基于高斯凸优化与光幕双约束的退化场景复原

针对雾霾和沙尘天气下的场景退化问题,提出一种基于高斯模型凸优化与光幕双约束的退化场景复原算法.首先根据景深与场景亮度和饱和度之间的相关关系,利用高斯模型和凸优化估计景深;其次通过对大气光幕与场景关系作深入分析,结合最小通道平滑和景深衰减双约束获得退化场景的大气光幕;然后通过亮通道先验以及局部大气光的改进求解获得大气光值;最后基于复原模型对退化场景进行复原处理,并对沙尘场景进行颜色修正,进而实现场景复原.实验结果表明,所提算法的复原场景亮度适宜,颜色自然,细节信息丰富,在定量指标中也可以取得理想的评分,有效解决退化场景出现的偏色和细节丢失等问题.     

基于介观元胞自动机的城市区域人员疏散模拟方法

传统元胞自动机疏散模型中,空间多划分为微观层面的精细网格,难以对大范围的疏散场景进行模拟.基于此,本文结合行人流的运动特征,建立了应用于大尺度人员疏散场景的人员疏散介观元胞自动机模型.该模型以道路元胞划分替代平面网格元胞划分方式,并引入"源加载"元胞加载模拟场景内疏散人员,建立元胞间状态转移方程模拟疏散过程中的人员运动.应用该模型,对高校校园进行疏散子网划分,模拟应急疏散过程并规划疏散路径,既可以对场景内宏观疏散情况进行分析,又可以观测单个元胞的状态变化.基于模拟结果,能够发现实际疏散过程中可能存在的问题,提出相应的改进指引和意见.     

一道有悖质点模型的高考题

高考题为了和我们的生活实际相联系起来,为了让同学们感受到物理知识就在我们身边,常将生活中的一些游乐活动理想化后便可成为高考题.但理想化必须遵守理想模型的原则,然而2010年高考     

指数模型下长圆柱超导体内应力分布(英文)北大核心CSCD

本文研究了长圆柱高温超导体基于指数临界态模型,外部磁场B_a与无量纲参数p对磁通钉扎诱导的应力分布在零场冷却与场冷却的磁化过程中的影响.利用平面应变方法,得出长圆柱超导体在磁化过程中的环向与径向应力分布表达式.结果表明,B_a与p对应力分布的影响是依赖于磁化过程.通过对比指数临界态模型与Kim模型,应力分布是比较相似的,但应力峰值与转变区域是不同的,这说明了在分析实际磁弹问题时,指数模型可能更接近于实际情况.本文基于指数模型分析长圆柱超导体的应力分布对超导体磁弹问题的研究有一定的指导作用.     

两类光伏发电工程模型的适用性研究

光伏发电模型的研究对于预测和分析光伏发电受外界的影响具有重要意义.本文研究并分析了两类光伏发电工程模型的适用性,一类是基于并联电阻无穷大下的简化模型(称简化模型),另外一类是基于幂律函数下的指数模型(称指数模型);结果首先表明,两类模型总体都可以比较精确的描述电池输出特性,但两类模型的理论与实验误差随偏压上升而上升;原因在于,高偏置下电池的特征已改变,无法用理想恒流源、理想二极管来描述电池属性.其次,发现当光照强度或电池温度改变的时候,两类模型的理论与实验之间误差都上升;原因在于两方面,第一在于外界环境变化,电池的非线性效应明显,模型无法适应电池的实际变化;此外,两类模型都是基于标准测试情况下的参考值来预估电池发电特征;因此,模型对于偏离标准情况下的分析就会有误差.最后,注意到指数模型整体优于简化模型,更加适应任意情况下的电池发电特性;原因在于两方面,一方面是指数模型考虑了光照强度对电流与电压的影响,而简化模型仅仅考虑了光照强度对电流的影响;另外一方面指数模型考虑了短路电流、开路电压、最大功率点电流和电压4个温度系数,而简化模型仅仅考虑了两个温度补偿系数.     

从光晕现象出发 谈物理模型迁移过程中的误区

将理论知识与实际生活场景相结合是新高考改革背景下的主要命题趋势,也是“核心素养”的要求之一,而学生在解题时往往感觉困难重重,尤其在物理核心素养之一——模型迁移方面存在不足.通过一道以光晕为背景的光学例题为载体,对学生典型错误成因进行探讨,以期为“新课程·新教材·新高考”环境下的物理习题教学提供启示.     

基于P-N结的太阳能电池伏安特性的分析与模拟

通过分析实际P-N结与理想模型之间的差别,建立了P-N结二极管及太阳能电池的数学模型;利用Matlab中的系统仿真模块库建立仿真模型,设置参量,求解模型方程并绘制了图形.对太阳能电池在一定光照下旁路电阻及串联电阻取不同数值时对其开路电压、短路电流及填充因子的影响做了模拟,并与实际测得的硅太阳能电池伏安特性进行了比较.模型分析与实验测量的结果表明等效的旁路电阻和串联电阻分别影响电池的开路电压和短路电流.仿真结果与实验测量结果一致.     

基于P-N结的太阳能电池伏安特性的分析与模拟

通过分析实际P-N结与理想模型之间的差别,建立了P-N结二极管及太阳能电池的数学模型;利用Matlab中的系统仿真模块库建立仿真模型,设置参量,求解模型方程并绘制了图形.对太阳能电池在一定光照下旁路电阻及串联电阻取不同数值时对其开路电压、短路电流及填充因子的影响做了模拟,并与实际测得的硅太阳能电池伏安特性进行了比较.模型分析与实验测量的结果表明:等效的旁路电阻和串联电阻分别影响电池的开路电压和短路电流.仿真结果与实验测量结果一致.     

动态等效模型构建的科学性论证

等效模型作为一种简化问题和迅速解决实际问题的有效手段, 常常被用来解决复杂的物理问题. 等效 模型的建立过程就是假设性和科学性的辩证统一过程. 本文对同一物理过程的两种不同等效模型进行比较, 分析讨 论了动态等效模型的建立及论证     

多次散射因素影响下天空偏振光模式的解析模型

为了解决天空偏振光模式的描述问题,从经典的瑞利散射模型出发,考虑大气粒子尤其是气溶胶粒子的多次散射特性,构建了一种天空偏振光模式的解析模型.首先分析大气分子的瑞利散射,并结合Perez光强分布模型描述光强分布,而后考虑二次散射因素,分析不同尺度不同组分典型粒子的散射相位函数,根据其角度分布特征,解决二次散射积分的求解问题,最终得到本模型.仿真实验表明,与瑞利散射模型相比,本模型能够解决实际天空中存在的中性点的描述问题.与晴朗天气下不同时刻实际测量结果之间的对比进一步说明,本模型不仅可以定性地描述实际天空中偏振光模式的角度变化趋势、中性点以及对称性等重要特征,而且具体数值与实际分布之间的符合程度要优于单次散射模型,其中偏振度的相似度最高可以达到75%左右.     

从“问题情境”到“物理图景”的关键——建立合理的物理模型

一般的物理习题都是命题者根据自己头脑中的一个理想化物理模型,结合某些问题情境和物理条件而拟定出来的.解题过程就是还原命题者物理模型的过程,也就是把实际问题模型化,把具体问题抽象成熟悉的典型物理问题.模型化是物理解题中的一种普遍方法.     

基于色块和服装色的颜色协调模型评测和优化EI北大核心CSCD

为了对现有颜色协调模型进行评测,选择了CIELAB颜色空间中均匀分布的24个颜色,分别以色块和服装为应用场景,组织观察者进行了颜色协调度评判实验.通过心理物理实验采集到了不同观察者的颜色协调度评判结果,分别对颜色协调原则和现有的颜色协调模型进行验证,发现以色块和服装为应用场景的颜色协调度呈现弱相关性(R2<0.126),现有颜色协调模型的预测结果与实验数据呈现弱相关性(R2<0.5).对Ou模型(基于匀色色块建立)和Luo&Ou模型(基于服装色建立)进行优化后,预测不同场景的颜色协调度性能有较大地改善,研究成果可为颜色协调度的预测提供一种研究方法和参考依据.     

相同电源并联问题的解法讨论

在解决相同电源串并联的问题时,课堂上类比电阻串并联直接给出求解公式,但学生在深入思考电路时会进入误区,文章提供了其他两种解法：分电路合成法和理想电源模型法,解决了学生的疑惑,并分析了各求解过程中的要点与难点,为物理教学提供了新的思路.     

氢气拉曼光谱压缩感知方法分析研究

气体监测与我们的生活息息相关,氢气作为一种理想的研究模型更是受到广泛关注.拉曼光谱作为一种气体分析手段,具有无损非接触等优点.气体拉曼光谱测量存在的一个主要问题是拉曼散射信号弱.在一些特定场景下,需要信号采集时间较短,因此获得的拉曼光谱信噪比低.压缩感知方法作为一种新发展起来的信号处理手段,不仅可以压缩采样,缩短采样时...     

忆阻逾渗导电模型中的初态影响

逾渗网格模型是当前忆阻器件机理分析研究领域的热点之一, 但现有模型缺乏对初态设定的讨论. 本文对逾渗网格模型进行了简化, 并基于此, 通过电压激励步进的方式, 研究了不同初态对单极性忆阻开关元件中逾渗导电通道形成的影响, 分析了形成通道的动态过程以及相应的物理意义, 验证了忆阻开关元件高低阻态的阻值实际表现为高斯分布而非理想双值稳态; 而不同初态条件下, 忆阻开关元件导电通道的形状存在着不同的"树形"结构, 进而影响着其阻值的分布. 研究成果有助于进一步揭示忆阻器尚未明确的导电机理, 为今后对具体不同类型的忆阻元件的初态分析提供指导性作用. 关键词： 忆阻器 开关元件 逾渗模型 初态分析     

泛场景自适应优化的多输出最小二乘SVR光谱反射率重建方法

针对传统回归模型在多种场景光谱重建中存在的泛化性能较差的问题,提出一种自适应优化的多输出最小二乘支持向量回归光谱反射率重建方法,满足泛场景下最优光谱重建模型应用需求.首先使用多输出最小二乘支持向量回归作为重建模型,该模型具有良好的收敛速度及小样本拟合精度.同时为了提高模型在多种场景下的泛化性能,提出一种融合拟合精度与变...