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.     

拟态物理学优化的认知无线电网络频谱分配

针对认知无线电网络中基于图着色模型的频谱分配问题,基于其非确定性多项式特性,以最大化网络收益总和为目标,提出了一种基于拟态物理学优化的求解算法. 在拟态物理学优化算法中,将频谱分配问题的解映射为一个具有质量的微粒,通过建立微粒的质量与其适应值之间的关系,并利用万有引力定律定义微粒间的虚拟作用力的大小,使整个群体向更好的方向运动,实现群体寻优. 给出了频谱分配问题的具体求解过程,并根据分配问题的二进制编码特点,改进了微粒的位置更新方程. 仿真实验表明：本文算法能更好地实现网络收益最大化. 关键词： 拟态物理学优化 认知无线电网络 频谱分配 网络收益     

从混沌现象看物理与经济关系

本文描述了混沌现象和混沌系统，通过三个模型的建立，分析了混沌现象和经济关系，阐述了物理学的新延拓——经济物理学建立的重要性，以及经济物理学动作的方式、方法．     

以太学说的发展和以太内涵的演变

以太是物理学中最古老且最富有争议的一个概念,伴随着经典物理学的发展而发展.以太学说的每一次兴起总是伴随着一些物理学基本问题的提出,而以太学说的衰落也总是伴随着人们对这一基本问题认识的深化和进步.本文论述了以太学说在力学、光学、电磁学等经典物理学领域的发展历史,并阐明随着经典物理学的成熟和现代物理学的建立,以太模型已经被目前主流物理学家眼中更完美的现代物理学理论所放弃,以太存在的土壤也已经消失.     

不确定性边缘表示与提取的认知物理学方法

图像边缘检测是图像处理的一种重要技术, 其中不确定性表示与提取是关键问题之一. 在现有模拟物理学思想的相关方法基础之上, 提出了基于认知物理学的不确定性边缘表示与提取方法. 该方法利用数据场发现图像全局灰度认知, 构建图像灰度值空间到数据场势值空间的映射关系, 从场论的角度建立了可扩展的理论框架、统一了现有相关方法; 另一方面, 构造半升云模型建立云模型确定度的变化幅度与边缘像素表示与提取的内在关联关系, 最终在认知物理学核心理论的支持下实现图像不确定性边缘表示与提取. 所提出的方法时间耗费近似与图像尺寸成线性关系. 定性和定量的实验结果及分析表明, 该方法的分割效果较好, 性能稳定, 具有合理性和有效性. 关键词： 边缘检测 图像分割 云模型 数据场     

生物芯片检测系统中荧光信号强度及系统灵敏度分析

从生物芯片荧光信号检测系统结构出发,分析了荧光信号强度与激发光光学系统特性,荧光收集光学系统特性及构成系统的各元件的参量间的关系.建立了荧光信号强度与检测系统中各参量间的表达式,以及对系统灵敏度进行了分析.建立了系统最少可检测的荧光分子数与各参量的函数关系,并对所设计的悬浮生物芯片检测装置的系统灵敏度进行了估算,其灵敏度在曝光时间为1 s时可达7.9个荧光分子/μm2.     

LED汽车前大灯散热器正交优化设计与分析

设计了一种LED汽车前大灯散热器结构,该结构主要由一条通风管和一台无叶风扇组成.在SolidWorks软件中建立该散热结构模型,并导入FloEFD软件进行散热仿真,得到LED结温温度为148℃.提出在通风管中填充矩形翅片和填充蜂窝结构两种改进方案.仿真结果表明,采用两种改进方案后LED汽车前大灯的结温温度分别下降至102.01℃和86.20℃.对填充蜂窝结构方案进行正交优化试验,分析得出影响该系统散热性能的因素依次为:蜂窝等效直径、蜂窝类型、填充长度、壁厚和通风管长度.按照该顺序优化参数值,得到最优散热结构.仿真结果表明,经过正交优化后,LED汽车前大灯的温度降为75.17℃,进一步提高了整体结构的散热性能.最后分析了该结构的基板温度与风速的关系,结果表明当风速低于5m/s时,温度随着风速的增大急剧降低,当风速高于5m/s时,温度下降趋势相对缓慢.     

物理学与医学

一、引 言 物理学的原理与方法应用于医学由来已久.近代物理学的发展,为现代医学开辟了广阔的道路.物理学和医学的融合,形成一门新兴的学科医学物理学(Medical Physics),它作为一门学科在国际上出现,还是二十世纪五十年代以后的事情.在五十年代以前,各国约有不少学者进行了一些     

等离子体显示大面积闪烁的客观评价

针对等离子体显示普遍存在的大面积闪烁现象,提出了一种基于时变光信号亮度测量系统的大面积闪烁客观评价方法。时变光信号亮度测量系统利用光电管和亮度计,实现了对显示屏输出光信号亮度值随时间变化的快速、准确记录。基于阴极射线管显示临界闪烁频率估算模型,通过主观视觉感知实验,利用测量系统得到亮度随时间的变化关系,建立了平均感知闪烁程度估算模型。估算模型输出结果与视觉感知实验数据相关系数达到0.98。该测量系统与估算模型实现了对等离子体显示大面积闪烁的客观度量,并与主观视觉感知实验结果相吻合,是等离子体显示屏优化设计和显示行业标准建立的有效工具。     

两种估算近海面大气光学湍流强度方法的比较

选取随船观测的三亚地区2016-01-06至2016-01-09连续4天的折射率结构常数C_n~2及温度、风速、相对湿度三种常规气象参数,基于后向传播神经网络和逐步回归理论,分别建立两种模型并对C_n~2进行了连续3天的估算。结果显示,两种模型估算的结果在变化趋势及量级上均符合近海面光学湍流的一般特征和变化规律,并且可以表现出C_n~2的基本日变化特征,整体相关系数分别为0.8661和0.8496。选取了平均绝对误差、平均相对误差、均方根方差以及相关系数等统计量来衡量估算结果。分析表明,两种模型均能准确地估算出近海面的C_n~2,但在夜间弱湍流发生时估算值略高于测量值。为进一步提高估算的准确度,需要改进模式在夜间的估算效果。     

二极管端面抽运固体激光器晶体棒与热沉接触热导研究

二极管端面抽运固体激光器中,圆棒晶体采用金属热沉夹持并散热,晶体侧面受到的压力呈非轴对称分布.建立了此状态下晶体棒与热沉间无热界面物质、采用厚度为平均间隙厚度和远大于平均间隙厚度的热界面物质三种情况下接触热导模型.针对前两种模型,采用截断高斯模型和塑性形变模型,讨论了接触热导与装配压力、等效均方根粗糙度的关系.建立了晶体棒与热沉的接触散热模型,对高斯型热耗分布,采用有限元法得到了无热界面物质和采用铟箔作为热界面物质时晶体棒温度的空间分布.结果表明:无热界面物质时,晶体棒与热沉间接触热导随圆心角变化较大,其 关键词： 激光二极管端面抽运固体激光器 热效应 有限元法 接触热导     

螺旋线慢波结构中界面热阻率的研究

通过理论和实验的方法,对螺旋线慢波结构中的界面热阻率进行了研究.分析了两个接触处的界面热阻率对慢波结构散热性能的不同影响.提出了一种计算界面热阻率的方法,并对其准确性和可行性进行了验证.该方法可以分别估算两个接触处的界面热阻率,并考虑了组件材料属性随温度变化的特性.利用该方法研究了夹持杆材料和装配方法对螺旋线慢波结构界面热阻率的影响. 关键词： 慢波结构 散热性能 界面热阻率     

真实世界的近似图像——“拉普拉斯妖”随笔之四

一 物理学走过的路,往往是从一个理想模型开始的. 牛顿力学可以认为是近代物理学的一个起点,它的研究就是从一个最简单的理想模型--质点开始的.所以从某种意义上讲,近代物理的研究对象起源于一个点.这一事实蕴含着物理学一贯就有的重要研究方法,即对一个真实的系统建立一个与之相对应的理想模型,物理学家先通过对理想模型的探讨,寻找规律,建立理论,然后再去阐释真实世界中的事情.     

物理学中的理想模型

物理学是现代科学技术的基础，它的成就和研究方法已渗透到了几乎所有的科学领域，而且在培养思维能力和实验能力等方面有不可替代的作用．物理学研究的主要方法之一是理想模型．理想模型是为便于研究而建立的一种高度抽象的理想客体，它抓住物质的主要特征，忽略次要因素，形成一种经过抽象、概括了的理想化的模型．作为科学抽象的结果，理想模型也是一种科学概念，可是，它不同于一般的科学概念，如数学上的点与物理中的质点截然不同，因此我们一定要正确理解物理学中的理想模型，把握好这一概念的思维，掌握好这一概念的思维能力，就既能使问题得到了简化，又不影响问题的本质，让问题迎刃而解．下面通过几个例题，进行具体分析：     

空间CCD相机高精度在轨调制传递函数估算

空间电荷耦合器件(CCD)相机在轨调制传递函数(MTF)估算由于噪声影响、边缘方向不够准确以及边缘扩展函数(ESF)构建精度低,而最终导致MTF估算精度低,针对此问题提出了一种适于空间CCD相机的高精度在轨调制传递函数估算方法。先根据CCD动态成像特点建立像移速度模型,求出精确的刃边方向,然后提取出满足要求的刃边图像。在考虑噪声情况下修正调制传递函数理论模型,并提出基于CCD相机传递函数参数模型的线扩展函数构建方法,对构建的线扩展函数进行求导和傅里叶变换得到估算的MTF。实验结果表明,此方法可以高效地在轨估算MTF,与传统方法相比,MTF估算的值提高了28.71%,有效性地提升了在轨MTF估算精度。     

阻抗障碍物声散射的反问题

研究了从声散射场的远场分布的信息来再现声阻抗障碍物形状的反问题,建立了求解这类反问题的一种非线性最优化模型,并提出了数值实现该非线性最优化模型的一种两步调整迭代算法.两步过程的应用使在确定未知障碍物形状的非线性最优化步中未知函数的个数达到了最少,而在调整迭代过程中,通过利用前一迭代步所得重构信息,使重构精度得到了相当大的改进.所建立的反演算法的一个特别吸引人的性质是,只需要远场分布的一个Fourier系数即可对未知声阻抗障碍物作几何物形的设别.对大量具有各种几何形状的二维障碍物的数值算例保证了本算法是实用和有效的.     

基于光谱分类的总悬浮物浓度估算

总悬浮物浓度是水质评价的重要参数之一,传统的遥感反演估算模型忽视了光学性质多变、复杂的二类水体的差异性。本研究基于太湖、巢湖的星地同步实验,针对环境1号卫星多光谱数据,设立了水体光学分类方法,将研究水体分为二种类型,进而建立了适用于不同类型水体总悬浮物浓度的反演估算模型。得出以下结论：(1)基于光谱分类的方法可以提高总悬浮物浓度的反演估算精度;(2)对于类型一和类型二水体,分别使用指数模型和线性模型可以较好地反映总悬浮物浓度与反演估算因子之间的关系。     

阻抗障碍物声散射的反问题

研究了从声散射场的远场分布的信息来再现声阻抗障碍物形状的反问题,建立了求解这类反问题的一种非线性最优化模型,并提出了数值实现该非线性最优化模型的一种两步调整迭代算法.两步过程的应用使在确定未知障碍物形状的非线性最优化步中未知函数的个数达到了最少,而在调整迭代过程中,通过利用前一迭代步所得重构信息,使重构精度得到了相当大的改进.所建立的反演算法的一个特别吸引人的性质是,只需要远场分布的一个Fourier系数即可对未知声阻抗障碍物作几何物形的设别.对大量具有各种几何形状的二维障碍物的数值算例保证了本算法是实用和有效的.     

漫谈科学仪器的卓越构思

 仪器装置是进行物理实验的物质基础,是人的器官的延续和扩展,但又大大超过了人的器官的功能和作用。它是探索物理学奥秘的必要手段,又常常是开拓新学科的领域的前提条件。仪器装置的设计是同实验方法紧密相联系的。许多实验方法、实验思想要通过仪器装置体现出来。在进行物理教学的活动中,启发学生在实验研究的同时,对实验仪器的巧妙构思进行探索,有助于学生能力的提高。下面结合部分科学研究的例子和本人的教学应用对此进行一些讨论。一、用不散热解决散热问题在热学实验中常常希望热学系统与外界没有热或者没有不利于热学过程的热交换。     

基于主题的物理学史与科学本质课程建构

物理学史是很多高师院校物理学专业开设的一门选修课,目的是了解物理学的发展历程,体会物理学思维方法,树立正确的科学观.基于当前课程改革的需求,分析现有物理学史课程存在的问题,以主题式教学为理论指导,创造性地开设并构建了以科学本质的若干核心问题为主题,典型的物理学史案例为主题情境的物理学史与科学本质课程体系,并对教学与评价提出建议.