再谈原型启发在解题中的应用

 原型启发作为一种思维机制在物理教学中具有广泛的应用。《现代物理知识》2002年14第5期曾刊载了笔者《原型启发在解题中的应用》一文,现再谈一谈原型启发在解题中的其他应用。一、应用原型启发,领悟物理过程有时学生虽然能通过模仿或套用公式正确解答习题,但并没真正地掌握,是因为没搞清其物理过程。物理过程不清晰,将影响物理模型或物理情景的建构,从而影响问题的正确解决。许多看似复杂的物理过程,其实都是在一些典型的物理模型的基础上变换而来的。因此在物理题解教学中要先引导学生根据物理问题情景构建出典型形象,形成正确清晰的物理图景;在此基础上,再启发学生活化构建的典型形象,将物理问题转化为物理原型。     

原型迁移法简约化解题的创新构思

原型迁移就是通过新事物与熟悉的事物具有相似的特征,借用原有知识或方法简便灵活解决问题的一种思维形式.利用原型迁移容易把新知识纳入学生原有的知识结构中,使知识顺应同化,可以使学生对某些问题的解决或领悟变得容易.     

建立“物理模型”提高解题能力

科学家在所研究的领域中，往往以自己熟知的事物为原型，通过研究它的性质和规律来解决一些陌生的或复杂的问题．在物理教学中我们也完全可以借助相同的方法，以一些大家熟悉的或简单的原型为代表，通过研究它的性质和规律建立一系列“物理模型”，用类比的方法解决类似的...     

类比法教学让物理教学“飞”

类比法教学通过对物理知识或规律之间的相似性作对比,由已掌握的知识或规律去掌握未掌握的知识或规律;通过与生活中看得见或简单易懂的具体现象作类比去掌握物理学中一些抽象的知识;通过与生活经验作类比巧解一些物理习题;类比后进行联想进发创造思维的火花;并通过类比知识间的联系性建立知识网络使得知识掌握的更牢固。     

激光辐照热力耦合问题的相似性

 由量纲理论出发,分析了激光辐照热力耦合理论的无量纲化基本方程组。在一定的近似条件下,导出了激光辐照热力耦合问题的一般相似性准则,该相似准则不受与温度相关的材料特性的约束。在此基础上给出了强激光辐照充压圆柱壳体热力效应的缩比方法,并对一组实例进行了计算,得到了缩比模型与原型结果几乎完全相似的结论。理论分析与数值计算表明,激光辐照热力耦合问题在合理的近似下满足相似律。     

激光辐照热力耦合问题的相似性

由量纲理论出发,分析了激光辐照热力耦合理论的无量纲化基本方程组。在一定的近似条件下,导出了激光辐照热力耦合问题的一般相似性准则,该相似准则不受与温度相关的材料特性的约束。在此基础上给出了强激光辐照充压圆柱壳体热力效应的缩比方法,并对一组实例进行了计算,得到了缩比模型与原型结果几乎完全相似的结论。理论分析与数值计算表明,激光辐照热力耦合问题在合理的近似下满足相似律。     

物理模型及其应用

物理模型是物理学及工程技术中的一个重要概念，是对具有相同物理本质特征的一类事物加以简化，保留实际物体的主要特征，忽略次要因素而抽象成的理想化模型．用物理模型来研究工程技术或物理学中的问题是一种基本的科学研究方法，在科学研究、发展的过程中具有十分重要的作用．物理模型是人们按照科学研究的特定目的，用物质形式和思维形式对原型客体本质关系的再现．     

谈谈用比较和类比的方法来讲述物理知识

俗话说,有比较才有鉴别.物理知识的每一部分,往往与其他部分甚至与其他学科紧密相关,或与生活中常见的现象极其相似,在教学中注意挖掘这些相关性或相似性,有利于使学生将各部分知识联系起来一同掌握,有利于使学生借助工具来理解知识,提高掌握知识的效率.在振动和波的教学中,笔者对此问题进行了初步探讨.     

类比方法在物理学研究中的作用及其局限性

 类比的概念物理学发展中的大量事实表明:类比是一种极其重要的研究方法,很多定律公式都是通过类比方法得到的。那么,什么是类比?金岳霖在《形式逻辑》中说,类比法就是在观察到两个或两类事物在许多属性上都相同时,便推出它们在其他属性上也相同。其思路是:已知A与B有共同的属性a1,a2,a3,…an,并且已知A有属性b1,b2,b3,…bn,由此推出B也具有属性b1,b2,b3,…bn。这一诠释稍嫌狭隘,事实上在物理学的发展过程中,很重要的一种类比还应包括数学形式的类比,即根据两个体系一部分性质的相似性推出它们所适用公式的相似性。     

物理学咬文嚼字之八十八 Bubble & Foam

泡泡与泡沫是极为寻常的事物,却为物理、数学提供了丰富的对象和深刻的启发。     

基于深度物理启发神经网络的微波波导器件逆设计方法

使用物理启发的神经网络方法求解物理逆问题正成为一种趋势,但仅通过损失函数引入物理信息的方案难以求解.为解决电磁器件逆设计中物理启发神经网络模型不易收敛的问题,本文引出了深度物理启发神经网络.深度物理启发神经网络使用偏微分方程的基本解构成的网络替代传统的前馈神经网络,将数学物理模型嵌入网络结构.这一特点使深度物理启发网络的训练参数具有实际物理意义,相较传统物理启发神经网络拥有更简洁的损失函数,计算效率和稳定性也有明显提升.以二端口波导的散射参数设计为例,数值实验结果表明该方案在保证与设计目标相关性系数大于0.99的同时,最快可在25 s实现器件逆设计,且能够获得多样化的结构设计结果.本文提出的方法为逆物理问题求解构建及神经网络的物理信息嵌入探索提供了新思路.     

应用电感耦合等离子体质谱研究黄铁矿焙烧灰渣的标识元素

应用ICP-MS研究了黄铁矿干法焙烧灰渣中16种元素与堆存地周围近、远处土层中元素的相关性,以及它们的相似和显著差异元素比.发现在污染的土层中,Tl,Cd,Cs,Cu,Zn,Mn,Pb和Ni都是较易辨识的、与渣灰有相关性或相似比的元素.仅有Tl,Cd,Zn,Ni适合作为元素相似性的判据对象.在渣灰和土壤中,不同组合的T...     

基于完全波形的反射和吸收特征的非线性光谱相似性度量与检索——非线性光谱角制图

提出了一种新的光谱相似性度量方法,即非线性光谱角制图。该方法一方面利用核主成分分析(PCA)方法实现非线性变换和去除波段间的强相关性;另一方面,在变换空间中合并光谱的反射特征和吸收特征。最后,用光谱角制图方法对合并后的反射和吸收特征向量进行相似性度量。实验表明该方法在光谱相似性度量和检索中是有效的。     

相似原理在离心压缩机上的应用研究

本文以涡轮增压器离心压缩机为研究对象,基于部分相似原理建立了低速大尺寸模型,该模型忽略了雷诺数的影响以便于模型缩放。为了补偿雷诺数的影响以获得流动的相似性,通过对压气机叶顶间隙和扩压器出口直径的修正来减小原型与放大模型之间的差异。对几种衍生模型机进行了数值模拟,并通过性能实验验证了该方法的可靠性。修正后的模型压缩机E与原型机性能的相对误差小于0.8%,说明压缩机E的流场与原型的流场达到了流动相似。     

纳米水通道内水的流动特性研究

由于纳米水通道在水处理方面的潜在应用以及它与生物水通道的相似性,人们对纳米水通道的研究受到广泛重视.文章重点介绍了近10年来在纳米水通道方面的研究进展,特别是在外力或外电场扰动下,纳米碳管内水的流动特性.主要包括:热噪音环境下受控水通道内水流的开关特性;外电场驱动下纳米管道内水流的行为;受生物水通道的复杂结构启发的纳米水泵设计.     

纳米水通道内水的流动特性研究

由于纳米水通道在水处理方面的潜在应用以及它与生物水通道的相似性,人们对纳米水通道的研究受到广泛重视.文章重点介绍了近10年来在纳米水通道方面的研究进展,特别是在外力或外电场扰动下,纳米碳管内水的流动特性.主要包括：热噪音环境下受控水通道内水流的开关特性;外电场驱动下纳米管道内水流的行为;受生物水通道的复杂结构启发的纳米水泵设计.     

基于改进的协同过滤相似性度量算法研究

随着工程测量和工业控制的发展,在多样的工程测量环境和工业控制环境中选择合适的测量和控制理论、方法和技术也将成为难题,推荐技术的引入可以提升工程测量的的自动化程度和工业控制的实时性。但是推荐系统中经典的相似性度量方法在数据稀疏的情况下处理能力较弱,影响了推荐的准确性。针对这一问题,将杰卡徳相似系数加以修正,并利用杰卡德相似系数能够衡量两个集合的相似度的特点,将修正后的杰卡德相似系数作为权重系数,对经典的相似性度量方法加以修正,得到新的相似性度量方法。选取5个测评指标,分别在基于用户和基于项目的协同过滤推荐算法中,对经典的相似性度量方法和改进的相似性度量方法进行测试。对比实验表明,改进的相似性度量方法表现优于传统的相似性度量方法,提升比例约为20%。     

熊猫光纤背向衍射图样的图像互相关定轴方法

针对基于背向衍射图像的熊猫光纤定轴法需要建立标准图样库的难题,进行了熊猫光纤在不同方位角所产生的背向衍射图样相关性分析的实验研究.实验显示：快轴方向的背向衍射图样与慢轴方向的背向衍射图样之间具有差异性;在快轴或慢轴方向附近的背向衍射图样之间具有相似性;快轴或慢轴方向的背向衍射图样自身具有对称性.根据差异性、相似性和对称性这三个特性,建立了一种基于熊猫光纤背向衍射图样的图像互相关定轴方法,用于确定熊猫光纤快轴或慢轴这些特殊方位角.此方法不用建立标准图库就可以实现熊猫光纤特殊方位角的定轴.     

关于菲涅耳衍射图样相似性的分析与讨论

与夫琅禾费衍射不同,菲涅耳衍射图样对于给定波长,当衍射距离变化或输入图像几何缩放时一般都不具有相似性.但我们的分析表明,若波长、衍射距离和输入图像几何线度诸参数满足一定关系,或对于某些特殊类型孔径,菲涅耳衍射图样有可能彼此相似.本文导出了在上述诸参数发生变化时菲涅耳衍射图样保持相似性的普适条件,以及此时衍射图样大小与诸参数的定量关系,并对包括圆孔衍射和直边衍射等情况都得到了一系列有价值的推论.     

闪蒸诱发的两相自然循环比例模化分析

本文提出了可用于非能动安全壳热量导出系统的大尺度开式自然循环系统的小比例模化方法,并对模型系统的运行特性与原型实验结果进行了对比。结果表明:通过本文的模化方法得到的模型系统不仅能很好地反映原型系统的流动现象,还能准确地估算原型系统的流动传热大小和流动不稳定边界;传热管内流体雷诺数对管内对流换热和两相振荡流动影响很大,模化时需保证模型系统传热管内流体的流动状态与原型相同;当根据实际需求对模型中某些结构参数加以限制时,得到的模型仍能较好地模拟原型系统的流动特性,在工程设计上具有一定的可行性。