以光纤白光干涉为例的波动光学教学设计

文章以工程教育专业认证为背景,在大学物理的光学教学中引入了基于工程实践的光纤白光干涉内容,进而设计一堂大学物理光学部分的拓展课。该教学设计运用知识迁移规律使学生将大学物理中的基础知识应用到新的前沿知识领域,从大学物理的基础知识——迈克耳孙干涉仪推广到基于光纤的迈克耳孙干涉仪,实现了基础知识向实际工程应用的迁移,培养了学生采用科学方法解决复杂工程问题的能力。     

基于数据驱动的卫星锂离子电池寿命预测方法

锂离子电池由于具有工作电压高、体积小、质量轻、比能量高、寿命长和自放电率小等优点,成为 替代传统镍氢、镍镉电池的第三代航天器用储能电源。寿命预测是锂离子电池健康管理的重要方面,是掌 握电源衰退的重要手段。锂离子电池剩余使用寿命预测问题已成为电子系统健康管理领域的研究热点和具 有挑战性的问题之一。本文基于NASA埃姆斯中心的锂离子电池地面试验采集数据,首先分析了3种类型 的锂离子电池预测方法,之后重点研究了几种有效的数据驱动的锂离子电池寿命预测方法,并对各种预测 方法的效果进行了评价。实验结果表明,本文提出的方法能够有效的用于基于数据驱动的锂离子电池寿命 预测中,具有较强的工程应用价值。     

锂离子电池多尺度数值模型的应用现状及发展前景

锂离子电池是一种较为复杂的电化学系统, 其涵盖质量传递、电荷传递、热量传递以及多种电化学反应等物理化学过程. 其不仅物理尺度跨越大, 从微观活性颗粒、极片、电芯跨越到电池模组, 还面临着成组配对以及均衡性的问题, 这些问题加剧了电池设计和性能综合评估的难度. 通过计算机数值仿真技术, 建立数学模型, 全面和系统地捕捉电池工作过程各物理场的相互作用机理, 分析其演化规律, 能够为优化电池系统设计提供理论支撑. 本文对锂离子电池的数值模型研究进展和发展趋势进行了综述. 同时对主要理论模型进行了分类整理, 总结了它们的特点、适用范围和局限性, 指出了将来进一步研究的方向和难点所在, 这些对锂离子电池多尺度数值模型的理论研究和工程应用都具有指导性的意义.     

锂离子电池过往与未来

2019年诺贝尔化学奖授予从事锂离子电池研究的三位杰出科学家,让锂离子电池这项技术成为社会大众视野焦点,也表明了锂离子电池在推动人类社会科学技术进步中所做出的贡献得到了科学界一致认可。文章结合三位获奖者的工作对锂离子电池的发明及其过往历史做一简单梳理和介绍,并在此基础上谈谈锂离子电池技术未来面临的机遇和存在的挑战。     

X射线光电子能谱在固态锂离子电池界面研究中的应用

固态锂离子电池因具有高安全、高能量密度等多种优势而备受关注,但目前固态锂离子电池尚未大规模商业化,主要原因是固态锂离子电池中存在的关键科学问题和技术问题尚未解决,特别是界面问题,例如界面的高电阻与不稳定性. X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)作为重要的表面分析手段,可以定性和半定量地进行界面的化学分析,这使得XPS可以广泛应用于固态锂离子电池界面的研究.本文综述了近年来利用XPS进行固态锂离子电池界面的研究进展,并对XPS实验原理、实验方法、实验结果及其对界面性能的影响进行了总结与评述. XPS研究固态锂离子电池界面的方法主要为非原位XPS、反映电池界面实时变化的原位XPS、以及基于电池真实工作条件的operando XPS,所获取信息包括界面反应发生后元素的化学状态、实时界面反应过程中界面元素的变化情况、由元素结合能位移反映的能带结构变化和界面组分的过电位等信息,从而加深对固态锂离子电池界面成分、结构变化和界面反应动力学及界面离子迁移等方面的认识.     

基于单粒子模型与偏微分方程的锂离子电池建模与故障监测

锂离子电池内部结构是一种复杂的分布参数系统, 如果为了降低计算难度而使用常微分方程描述锂离子电池, 可能会引入系统误差, 降低系统模型的可信度, 需要使用偏微分方程建立分布参数系统的精确模型. 本文提出了一种基于单粒子模型和抛物型偏微分方程的锂离子电池系统建模与故障监测系统设计方法, 当锂离子浓度实测值与理想值的残差大于预设门槛时判定分布参数系统处于故障状态. 通过一个仿真实例进行了锂离子电池系统建模和故障诊断实验, 实验证明基于单粒子模型和偏微分方程的锂离子电池故障监测系统具有更高的精确度和可信度.     

以物理演示拓展工程应用的大学物理实验 教学模式探索

针对大学生工程素养能力培养构建以物理演示拓展工程应用的大学物理实验教学模式,以教师和学生组建的教学仪器研发团队,研发教学仪器辅助大学物理实验和大学物理演示实验教学,使学生将物理学理论与工程实际应用有机结合,拓展实验原理在科研、检测技术中的实际应用,开拓学生的视野,拓宽低年级本科生的知识结构,使学生提早受到专业知识和科研工作的基本训练,提高学生的工程实践能力。     

以问题解决为手段在大学物理实验课程中培养学生的实践能力和创新能力

问题解决的过程是知识和能力获得的过程,实践能力和创新能力表现在解决问题的过程中,大学物理实验恰好是学生解决具体问题的实践过程.本文中,以解决问题为目标,对我国大学物理实验教学培养学生的实践能力和创新能力提出了几点思考:增强大学物理实验解决问题的特性;将计算机广泛应用到大学物理实验中;学生参与实验室的维修与改造;强调学生"做中学",做并思考.     

锂离子电池中的物理问题及其研究进展

锂离子电池作为一种性能优越的新型可充放电池已经或将要在移动通信、手提式计算机和电动汽车等诸多领域获得广泛的应用 .然而与锂离子电池相关的物理问题却往往被人们忽视 .例如 ,如何从本质上来提高正极材料的体相电子电导率 ,而不是在正极活性物质中添加炭黑之类的电子导电材料 .文章将着重针对与锂离子电池相关的物理问题 ,介绍近年来的主要进展 ,以期待对锂离子电池有更深入的了解 .     

基于电化学模型的锂离子电池多尺度建模及其简化方法

锂离子电池的精确建模和状态估计对于电动汽车电池管理系统非常重要,准二维(P2D)电化学模型由于计算复杂,难以直接应用于电池管理的参数在线估计和实时控制中.本文基于多孔电极理论和浓度理论,提出一种考虑锂离子液相动力学的简化准二维(SP2D)模型.忽略锂离子孔壁流量沿电极厚度方向的变化求解SP2D模型所描述的锂离子电池锂浓度分布,基于锂离子电池电化学平均动力学行为求解固相和液相电势变化,推导出电池电压计算的简化表达式;采用恒流、脉冲以及城市循环工况放电电流对比分析了严格P2D模型与SP2D模型的终端电压和浓度分布.结果表明:SP2D模型在保持较高计算精度的同时,可显著提高计算效率.     

智能可穿戴式压电能量收集器研究现状

正1.引言便携式低功耗微电子设备在近些年得到了飞速的发展,尤其在人体健康检测系统、嵌入式系统、军事安全应用系统等方面得到了广泛的应用。这些器件依靠传统的电化学电池提供能量,如锂离子电池,聚合物电池等。随着复杂数字系统集成技术(IC)以及微机电技术(MEMS)的高速发展,微电子器件在尺寸     

Matlab在面向“拔尖学生”的大学物理教学中的应用

介绍了在面向"拔尖学生"的大学物理教学中,融入了Matlab编程解决复杂物理问题的教学实践.以力学为例,介绍了教学实践中如何引导学生从基本的物理原理出发,借助微积分和Matlab强大的计算和画图功能解决复杂的力学问题,这项极具挑战性的学习任务不仅使学生更深入地理解了所学物理知识,更让学生体会到微积分的应用,以及计算物理的魅力,使其以后的学习和研究中能处理更加复杂的科学问题,增强了学生解决实际问题的能力和科研能力,助力拔尖学生的培养.     

解决复杂体系问题的大学物理综合实验改革

文章从培养"新工科"人才的教育目标出发,提出了解决复杂体系问题的大学物理综合实验改革方案,从综合性大学物理实验课程内容的设计、教学方法和手段及评价体系改革3个方面详细阐述了解决复杂体系问题的大学物理综合实验改革的具体实施过程与方法。该改革突破了传统大学物理实验内容单一、孤立的普遍现状,适应了当前"新工科"发展的需要,具有强烈的学科交叉融合的特征,将对建设"新工科"和培养"新工科"人才具有重要意义。     

聚合物锂离子电池制备技术

目前新一代锂离子电池体系的聚合物锂离子电池不仅具有液态锂离子电池的所有技术优点，而且具有更高的比能量和更好的安全性。更适合应于用。在电极膜的制备方面，需要对活性材料、骨架基质材料、增塑剂、导电剂等正、负极各组分的配比进行优化。采用合适分子量的PVDF—HFP（聚偏氟乙烯-六氟丙烯）为骨架基质材料，DBP（邻笨二甲酸二丁酯）为增塑剂、炭黑为导电剂，能够较好地满足聚合物锂离子电池电极膜及电解质膜的技术要求。     

基于面向现代工程教育的大学物理实验教学的调查研究

在现代工程教育改革的大背景下,如何对《大学物理实验》进行教学改革以适应新形势下的工程教育是亟需解决的问题。为此,以工程类各领域的专家为调查对象,采用问卷调查方式研究了《大学物理实验》在各工科专业中的具体作用。分析了各领域的专家对物理实验教学、以及物理实验对学生综合素质的影响等方面的意见。该调查结果为深化大学物理实验课程教学改革提供了参考。     

基于分布参数系统和单粒子模型的锂离子电池工作状态实时监控模型

提出了一种基于分布参数系统偏微分方程描述和单粒子模型的锂离子电池工作状态实时监控建模方法,能够实时跟踪锂离子电池阳极的锂离子密度和残差变化,并通过仿真实验验证了本文模型对锂离子电池工作状态故障报警的有效性和精确性.     

在大学物理实验课程中培养学生的自主学习能力

本文结合地方高等院校大学物理实验普遍存在的问题,提出了基于自主学习的大学物理实验教学模式。在教学过程中重组教学内容,充分利用现代信息手段,合理进行教学设计,将"翻转课堂+实验超市"的新型教学模式用于大学物理实验的教学实践中,增强了学生自主学习和解决实际问题的能力,真正实现个性化学习,提高了大学物理实验教学质量。     

学以致用——浅析美国大学物理中的电磁学

学会运用物理知识解决实际生活和工作中遇到的科学和工程问题是大学物理课程的主要教学目标之一。美国大学物理教学的侧重点就包括培养学生对物理知识运用的能力。本文以大学物理中"电磁学"部分为例,通过对美国大学物理教材章节内容设置的分析,总结出美国大学物理教材在知识点广度、新概念引入、数学推导、章节归类和前后逻辑衔接等方面的特点;同时结合与国内大学物理课程对应内容的比较,浅谈"电磁学"中上述要素在"学以致用"中的作用。     

低共熔溶剂回收锂离子电池正极材料的研究

废旧锂离子电池不仅造成了严重的资源浪费同时还带来严重的环境污染问题.传统锂离子电池材料回收方法存在高能耗、高成本以及二次污染等不足.本文成功制备出乙二醇/氯化锌低共熔溶剂(DES),利用其对金属氧化物优秀的溶解能力,用于三元锂离子电池正极材料有价金属的回收,并分析了不同氯化锌浓度对低共熔溶剂热物性及其浸取能力的影响,对...     

结合工程应用讲授大学物理模式的探讨

结合工程应用讲授大学物理是对传统物理教学模式进行改革的新尝试.本文对这方面的教学内容、教学方法等进行探讨,并对如何激发学生学习兴趣、培养学生分析问题、利用物理知识解决实际问题能力进行初步的讨论.