现代物理教学和多媒体技术

物理教学中,怎样把物理概念、规律传授给学生,并通过生动、活泼的课内外教学使学生领略物理世界的奇景异致,激起学习物理学的兴趣,是物理教师反复思考的问题．以往的教学手段主要是老师通过演示实验、模型,配合简单的作图进行讲授．近年来随着计算机技术的飞速发展,教师利用多媒体信息显示的多样性、过程的交互性、信息的存储性、网络化、智能化等进行教学,取得更佳的教学效果．     

多重表征——建构主义物理教学的新思路

编者按:本文引用了心理学界长期使用的"结构良好领域的知识和结构不良领域的知识"的知识分类观点,实际上就科学知识而言,心理学的那种分类和解释并不很恰当,可以"通过复制与同化而获取"的知识,不能说是结构良好的,只能说是简单的确定的,"概念比较复杂,理解一个概念要涉及灵活性和变化性"的知识是多元的,开放的知识,不应该冠以"不良结构"的帽子,这一点也许正是心理学与自然科学,中、西方文化存在的差异的反映;但是我们认为对上述概念作科学的理解后,本文关于物理教学所讨论的问题仍然是有价值的.     

由58Fe 和209Bi 熔合后的相关衰变过程得到的109号元素的证据

本文报导了合成109号元素的实验。用能量为4.95,5.05和5.15MeV/u 的~(58)Fe 束轰击~(209)Bi 靶,研究了全熔合产物衰变模式的特性。总辐照剂量为7×10~(17)粒子。所用的实验方法是:用静电场速度过滤器在飞行过程中分离向前方向成峰的反应产物,经过飞行时间装置后注入到位置灵敏固态探测器中,测量其动能,估算出质量、入射的时间和位置。以所有的出射粒子的能量和时间来记录很有限的反应产物发生级联α粒子和(或)自发裂变的继发衰变。在5.15 MeV/u 时的一个特别的衰变过程是:在5ms 和22ms 先分别发射两个α粒子,最后,在13s 后发生自发裂变。第一个α粒子的动能为11.10±0.04MeV。对各种可能的解释进行了详细的分析,例如纯属偶然的信号相关,转移反应产物的衰变和从能量上看允许的余核蒸发等。最后表明质量数为266的109号元素的同位素、即全熔合后的单中子蒸发道、从统计的观点看是最好的指定。本文同时也讨论了合成新元素的前景。     

9-cell TESLA超导加速腔研制中Dumb-Bells的测量与调整

为了保证9-cell超导加速腔在场的平滑度、TM010的频率以及加速器的总长度达到TESLA国际标准,必须确保每个Dumb-Bell在以上各方面达到标准要求.由于冲压、机加工以及电子束焊接等过程会引起形变,因此,必须在完成iris和加强筋的电子束焊接之后对Dumb-Bells进行微波和机械测量,并根据测量的结果对其腔形和长度等作必要的调整.北京大学已经建立了一套完整的测量和调整Dumb-Bells的装置,本文深入研究了Dumb-Bells的测量与调整的方法.     

家用空调风冷冷凝器的数值分析

对单排管的家用空调风冷冷凝器进行了CFD的数值模拟,并搭建了冷凝器的实验系统对3D模型的CFD模拟进行验证.比较结果表明;两者存在一个小偏差(<9%),但是两者的趋势完全一致.CFD计算可以得到一些实验无法得到的内部流动信息,有助于我们更好地理解冷凝器的机理.本文在实验的范围以外进行了"数值实验",冷凝器的其它结构不变,翅片的间距存在一个最优值,同样管间距也存在一个最优值,为设计新的冷凝器提供了合理、可靠的方向.     

光存储技术的原理、应用和发展方向

造纸术的发明使人们可以方便的记录信息,同时也使我国数千年的历史和众多优秀的传统文化得到了较为完整的保存.随着社会的不断进步、科技的高速发展,尤其是计算机和网络技术日新月异的发展,各种信息以不可阻挡的力量涌入人们的生活,人们几乎每天都要处理和存储大量的信息,用纸张来记录信息已远不能满足人们的需求,这就需要一种更为有效的信息存储技术来存储信息,而光存储技术是信存储技术中最有效的方法.本文对光存储技术的原理、应用和发展前景做一简要介绍.     

PAMELA合作组的测量数据挑战宇宙射线理论

欧洲PAMELA合作组的科学家声称,PAMELA合作组所获得的测量数据对宇宙射线在宇宙中如何加速的理论提出了挑战.根据他们的说法,通过宇宙的质子和氦核的能谱不仅彼此不同,而且不符合宇宙射线理论中用于描述这些粒子的能谱(通量与能量之间的关系)的简单幂律.这种不一致可能意味着物理学家不得不寻找对宇宙射线加速的新的解释.     

降低了对称程度的狭义相对论

作为爱因斯坦狭义相对论基础的两个假设是:相对性原理和光速不变原理.相对性原理说的是不论对于一个固定不动的观测者,还是对于一个匀速运动的观测者,各种物理现象的规律应该是相同的 光速不变原理认为不论光源如何运动,光速总是恒定的.欲使这两个假设成立,时-空必须具有一定的对称性.将以上这些合并考虑便形成了与旋转及速度之变化有关的所谓Lorentz对称群(以下简称"L对称"):如果在你进行一项物理实验时,实验室上下倒置了或开始以不同的速度移动,但由于L对称,自然界的基本规律是不会改变的.     

高能粒子辐照二氧化硅玻璃E''色心形成机理研究

考虑高能粒子辐照二氧化硅玻璃形成E'色心的情况.建立了E'色心形成的动力学模型,得到了E'色心浓度与辐照剂量的关系式.结果表明,在高能粒子辐照情况下,E'色心的形成包括两个过程,即色心的创造过程和色心的激活过程.色心的创造过程主要由二氧化硅网格中疲劳键的断裂形成或网格中氧移位形成,E'色心浓度随剂量的变化呈线性增长.色心的激活过程主要由二氧化硅玻璃中固有点缺陷形成,E'色心浓度随剂量的变化呈饱和趋势.理论结果和实验结果符合很好,说明建立的模型是有效的.     

欢迎作者将被他刊拒绝的佳作再投本刊

在物理学的科技成就中,激光可算是仅次于核能的1项重大发明创造。第1台激光器是1960年由美国物理学家梅曼(见本刊《邮票上的科学家——佼佼者之路》一书中之M4)发明的。然而《物理评论快报》却拒绝刊登梅曼的论文,理由是:这是微波激射物理方面的文章,对快速出版物不再有价值。这真是令人啼笑皆非!     

Penning阱中离子谱的优化

根据Penning阱存储离子的探测原理,系统分析了阱内离子信号及信号本身的噪声、实验仪器及探测电路的噪声干扰,采用适当的品质因数和电子束流,得到较高信噪比和分辨率的离子谱。为深入开展Hn^＋（n≥3）对离子的形成机制、离子与中性气体原子或分子碰撞过程等问题的研究创造了更好的条件。     

Paul阱中离子运动及稳定性分析

Paul离子阱由于没有外加磁场所引起的塞曼效应的影响,已成为离子存储及研究离子的重要装置.根据在实验中所采用的Paul离子阱结构及电场分布特点,列出阱内离子运动方程并进行求解,对其中各种运动进行分析,同时还分析了离子存储稳定性.最后对所作的研究进行总结,得到如下结论:阱中离子的运动为谐振运动、基频微运动和高阶微振动.     

苦荞茶对水溶液中铅、铜、镉、锌、铬离子吸附作用的研究

生物吸附法以其材料易得、吸附效果好、易解析、环境友好等优点而被广泛的应用于水溶液中低浓度重金属离子的吸附去除。光谱学显示苦荞茶含有多种基团且表面结构疏松，对水溶液中金属离子具有一定吸附潜力。探讨苦荞茶对水溶液中铅、铜、镉、锌、铬离子吸附作用光谱分析。采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、傅里叶红外光谱(FTIR)对苦荞茶吸附铅、铜、镉、锌、铬前后进行表征，初步解析苦荞茶对水溶液中铅、铜、镉、锌、铬离子吸附作用。使用等温吸附方程(Langmuir，Freundlich，Temkin和Dubinin-Radushkevich) 与动力学方程(准一级、准二级和颗粒内扩散)来评价苦荞茶对水溶液中铅、铜、镉、锌、铬离子吸附方式及行为。响应面法是一种数学建模的优化方法，能回归拟合各因素与实验结果之间的函数关系，从而确定实验因素及其交互作用对目标值的影响程度。采用响应面法考察目标离子初始浓度(A)、吸附剂颗粒大小(B)、吸附剂投加量(C)和吸附时间(D)四个因素对苦荞茶吸附水溶液中铅、铜、镉、锌、铬离子能力的影响作用及程度。等温吸附方程显示，苦荞茶对水溶液中铅、铜、镉、锌、铬离子吸附方式以多层吸附方式为主，伴有其他吸附类型，苦荞茶对目标重金属吸附量排序为：铅＞镉＞铜＞锌＞铬，即为：30.67＞16.18＞13.85＞10.81＞8.43 mg·g-1。动力学方程与苦荞茶扫描电镜(SEM)提示，苦荞茶对水溶液中铅、铜、镉、锌、铬离子吸附过程符合准二级动力学，其吸附速率由液膜扩散和颗粒内扩散作用共同控制，而且苦荞茶表面疏松的结构出现表面趋于平滑，孔洞出现融合的现象。能谱分析(EDS)与傅里叶红外光谱(FTIR)证实了水溶液中铅、铜、镉、锌、铬离子被苦荞茶所吸附，苦荞茶中-OH，-CH₂，-CH₃，CO， -NH，-C-O，CH基团参与水溶液中铅、铜、镉、锌、镉离子结合吸附作用并存在同一类型的基团吸附结合不同目标离子的现象。响应面法构建考察因素影响苦荞茶对水溶液中铅、铜、镉、锌、铬离子去除能力模型，其调整回归决定系数分别为Adj R2_Pb=97.10，Adj R2_Cu=98.44，Adj R2_Cd=94.55，Adj R2_Zn=92.71，Adj R2_Cr=97.02，说明非线性模型可用来评价考察因素对苦荞茶吸附水溶液中铅、铜、镉、锌、铬离子影响作用。响应面法分析表明，考察因素[离子初始浓度(A)、吸附剂颗粒大小(B)、吸附剂投加量(C)和吸附时间(D)]对铅、铜、镉、锌、铬离子去除率影响作用大小排序为：铅离子(A＞D＞B＞C)、铜离子(A＞C＞D＞B)、镉离子(A＞B＞C＞D)、锌离子(B＞C＞A＞D)、铬离子(C＞B＞D＞A)。研究结果说明，苦荞茶对水溶液中铅、铜、镉、锌、铬离子具有良好的吸附作用，为苦荞茶拓展新的应用途径提供了参考依据。     

甲基异戊酮的离子迁移谱

在自行研制的离子迁移谱仪器上,制备了反应离子质子化水团蔟离子[H＋（H2O）n],并研究了甲基异戊酮的迁移谱。甲基异戊酮的产物离子峰的个数由浓度决定,当浓度在0.004μg/L时出现一个产物离子峰,当浓度达到0.1μg/L时出现两个产物离子峰,当浓度达到1μg/L时出现一个产物离子峰。甲基异戊酮与反应离子发生反应,生成单体团簇离子和二聚体团簇离子。实验测量了各种离子的约化迁移率。     

Penning阱中Hn+团簇离子的检测与确认

报道了在Penning阱中检测与确认Hn 团簇离子的方法,介绍了离子在阱中的运动,重点分析了离子存储条件、离子的产生与探测、离子信号的放大与检波以及离子谱的分辨.     

非对称离子门控制方法和对离子迁移谱分辨率的改善

为了改进离子门的驱动方式,简化离子门驱动电源设计和提高离子迁移谱分辨率,通过增加一组电阻实现离子门两端的不对称供电,再对低电压端的电压进行控制实现离子门功能。分析了该方式下的两种情况对迁移管内的电场、离子迁移谱的分辨率和信噪比的影响。借助SIMION7.0对离子门两边的电场分布进行了模拟和比较,并应用数值化拉普拉斯方程的方法计算了迁移管轴线的电场数据。实验证明：相比常规迁移谱的离子门浮地驱动电源,这种驱动方法成本低,离子门电源的设计简单,能够明显提高离子迁移谱的分辨率。该方法能够应用于离子迁移谱的测量仪器或实验设备。     

EAST H模等离子体中离子内部输运垒特性的初步实验研究

为了研究EAST上H模等离子体中离子内部输运垒(ITB)的特性,利用电荷交换复合光谱诊断,分析了离子ITB形成和稳态阶段等离子体离子温度和环向旋转速度的时空演化。结果表明,在离子ITB形成和稳定期间,ITB肩部附近(R=1.928m)的离子温度梯度增加时,ITB区域(R=1.984m)的离子温度梯度会有所降低,反之亦然。考虑到在离子ITB形成前,芯部区域不同半径位置的离子温度梯度同时增加或减小,得到了在R=1.984m处判断离子ITB是否形成的归一化离子温度梯度的阈值。     

An ion beam cooler for collinear laser spectroscopy

An ion beam cooler has been constructed and tested at the IGISOL mass separator facility at the University of Jyväskylä. The cooler is designed to improve the ion optical properties of radioactive ion beams produced with fission-, light-ion fusion and heavy ion fusion ion guides. The performance of the device has been tested in off- and on-line conditions. It has been shown that the emittance and energy spread of the ion beam can be decoupled from the ion guide parameters with high transmission efficiency.     

Paul阱中存储离子的研究

根据Paul离子阱结构及电场分布特点,列出阱内离子运动方程并求解,对其中离子运动、硅团簇离子碰撞解离反应进行了分析.     

混合离子束阴极真空弧等离子体鞘层特性

基于无碰撞模型,建立了混合离子束阴极真空弧等离子体鞘层动力学模型,给出了解析表达式。针对材料改性中应用的H-Ti混合离子束,模拟计算了鞘层厚度和靶表面电场强度分别随离子密度和偏置靶压的演变规律。针对实际应用中出现的鞘层击穿和离子束散焦现象进行了理论分析,发现离子束稳定工作区域强烈依赖于离子密度和偏置靶压等参数,降低离子密度和提高靶压会增加稳定工作区域范围。