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!     

Simulation of elastic displacement of surface during laser short pulse heating of gold

The laser short pulse heating initiates nonequilibrium heating of the substrate material, which in turn results in the thermal stresses developing in the region below the surface. The surface temperature can be measured possibly through the monitoring of the resulting surface displacement. This requires in detail investigation into the surface displacement and surface temperature rises across the heated spot during the laser short pulse heating process. In the present study, the laser short pulse heating of gold surface is considered and the temperature rise at the surface and elastic displacement of the surface are investigated. The spatial and temporal distributions of surface displacement and surface temperature are predicted and the elastic response of the substrate material due to temperature rise is explored. It is found that the temporal and spatial distributions of the surface displacement do not follow the temperature rise at the surface. Consequently, care should be taken when measuring the temperature rise at the surface by means of monitoring the surface displacement during a laser short pulse heating process.     

Glowing ignition of wood: the onset of surface combustion

A theoretical model for wood pyrolysis including char surface oxidation is presented. The main objective is to expose the physical mechanisms governing glowing ignition. By “glowing ignition,” we mean the onset of surface combustion. The char surface oxidation, which can lead to glowing ignition, is considered at the surface boundary condition. Two regimes of char surface oxidation, namely, kinetic and diffusion-controlled, are distinguished. Depending on the char surface oxidation resistances, the char surface oxidation as either kinetic- or diffusion-controlled can be identified. A criterion for glowing ignition is developed based on a surface energy balance. A numerical result shows that according to the present glowing ignition criteria, an inflection point of the surface temperature history can indicate glowing ignition. Generally, a good agreement between theoretical and experimental results at glowing ignition is obtained.     

GaN(0001)表面电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论平面波超软赝势方法计算了(2×2)GaN(0001)清洁表面的能带结构、态密度、表面能、功函数和光学性质.发现弛豫后GaN(0001)表面的能带结构发生较大变化,表面呈现金属导电特性,导带底附近存在明显的表面态,在偶极矩的作用下表面电荷发生转移,Ga端面为正极性表面;计算获得了GaN(0001)表面的表面能和功函数分别为2.1J.m^-2和4.2eV;比较分析了GaN(0001)表面和体相GaN的光学性质,发现两者存在较大差异.     

目标表面发射率对红外热像仪测温精度的影响

介绍了红外热像仪测温原理,分析了影响红外热像仪测温精度的因素,计算了不同表面发射率下红外热像仪的测温误差曲线。理论分析表明,目标表面发射率越高,红外热像仪测温精度越高。实验改变表面发射率的设置,计算了不同表面发射率对应的总辐射亮度,得到TP8型长波红外热像仪能够精确测温时,目标表面发射率必须大于0.5的结果。最后,对表面发射率分别为0.96、0.93和0.3的3种材料进行实际测温,结果表明,材料表面发射率较高时,红外热像仪具有较好的测温精度。     

Design of a Reflective Aspherical Surface of a Compact Beam-Shaping Device

A compact beam-shaping device with a reflective aspherical surface is proposed. The device converts a circular symmetric Gaussian beam from a laser into a uniform distribution on a target plane. The device consists of a laser, a reflective aspherical surface formed on the base plane inclined by 45° against the optical axis, and a spacer. The surface is designed for an optical device used as a transmitter of indoor wireless optical communication, which is one of the promising applications. The designed surface is obtained by approximation using polynomial. Beam shaping of a simulated surface and a uniform intensity distribution on the target plane is obtained. The intensity distribution generated by the surface is numerically simulated and evaluated if the surface is misaligned. It is clarified that the generated distribution is tolerable for the misalignment.     

氮离子注入对聚四氟乙烯表面电荷积聚和消散特性的影响北大核心CSCD

为了抑制聚四氟乙烯材料表面电荷积聚,采用射频产生氮等离子体对其表面进行等离子体浸没离子注入以改善其表面性能。对注入前后的聚四氟乙烯材料样品进行了X射线光电子能谱分析(XPS)、傅里叶红外光谱测试(FTIR)、水接触角测量、表面电阻率测量以及表面电位衰减测量,并基于等温表面电位衰减理论对其表面陷阱能级和密度分布进行了计算,以分析聚四氟乙烯样品经离子注入处理后其表面成分和物理性能的变化,并研究了这些变化对聚四氟乙烯样品表面电荷积聚和消散特性的影响。结果表明:氮离子注入后,聚四氟乙烯材料表面化学成分的主要变化是自身分子结构的破坏和转化,部分CF2结构转变为CF和CF3结构,导致样品表面陷阱能级变浅;水接触角升至140°左右,比未处理样品上升了约27°,表面电阻率降至3×10^15Ω,比未处理样品下降了两个数量级;表面电晕放电1 min后,经氮离子注入处理的聚四氟乙烯材料表面积聚电荷量减少,消散速度加快,这是因为表面陷阱能级变浅有利于表面电荷脱陷,同时表面电阻率降低也促进了表面电荷沿面传导的消散过程,聚四氟乙烯样品表面陷阱能级分布曲线也证实了这一论点。     

Laser controlled melting of pre-treated zirconia surface

Laser treatment of pre-prepared zirconia surface is carried out. The pre-prepared surface, prior to laser treatment, consists of 50 μm carbon film and 7% titanium carbide particles, which are imbedded in the carbon film. The microstructural and morphological changes in the laser treated surface layer are examined using optical and scanning electron microscopes, energy dispersive spectroscopy, and X-ray diffraction. The fracture toughness of the laser treated surface is measured and the residual stress formed at the surface vicinity is determined from the X-ray diffraction technique. It is found that the microhardness of the laser treated surface increased slightly due to the dense layer formed at the surface vicinity. However, the laser treatment process reduces the fracture toughness of the surface due to improved surface hardness and the residual stress formed in the surface vicinity.     

通过形变势弱耦合表面极化子的性质

采用Huybrechts线性组合算符和幺正变换法,导出了晶体中电子与表面光学声子和表面声学声子均为弱耦合极化子的有效哈密顿量,并对两种极限情况进行了讨论。     

三维随机粗糙面与目标复合电磁散射的FDTD方法

用时域有限差分方法(FDTD)研究三维周期性延拓的随机粗糙面与上方目标复合电磁散射.用周期性延拓消除数值计算中截取有限大小粗糙面产生的边缘效应,讨论一个周期单元粗糙面的边长与其相关长度之间的关系.给出在FDTD方法中向粗糙面加载入射波的方法,建立了粗糙面上单个三维目标的复合散射FDTD计算模型.数值结果给出粗糙面与目标散射的近场分布,应用近远场变换得到全方位散射角的双站散射系数.比较了三维与二维散射模型的区别.结果显示当粗糙面上放置目标时,其后向散射显著增强.     

X光背光观测烧蚀面扰动引起内界面扰动的增长

 侧向背光照相能直接反映靶表面扰动幅度的变化情况。在神光Ⅱ装置上，实验利用侧向背光照相技术，对烧蚀面扰动引起的内界面扰动增长进行了观测。实验结果表明，观察到的内界面扰动幅度大于期望值。分析认为，造成内界面较大扰动增长的原因主要是2维效应。X光辐照的主要是烧蚀面的中间部分，烧蚀面扰动引起的内界面的扰动就呈现出一幅从中间的扰动区域逐渐过渡到四周的图像。由此，提出了新的靶优化设计方案，应尽可能减小沿背光方向的样品尺寸。