从实验原理出发 攻破2 0 1 6年高考 全国卷 Ⅰ 物理电学实验题

20 1 6年高考全国卷 Ⅰ 物理电学实验题实验情境较新颖, 考生需要根据已有知识和题目条件正确理解 实验原理, 才能对该题迎刃而解. 从详细解读该题的实验原理出发, 阐述如何攻破该题并提出相应的教学建议     

初中物理核心素养教学的构建

从习得学科专业语言、 锤炼逻辑学习思维、 实验合作探究创新、 提升学生人文素养方面探索学生核心 素养培育路径     

非线性Winkler地基上矩形薄板在移动荷载作用下的非线性动力分析

分析了非线性Winkler地基上矩形薄板在车辆移动荷载作用下的非线性动力特性。考虑地基反力的存在,基于Hamilton能量变分原理,建立了车辆、板、地基耦合系统非线性振动的控制微分方程;并将方程进行了量纲归一化处理,构造了满足周边自由矩形薄板全部边界条件的试探函数;运用伽辽金法和谐波平衡法对耦合系统控制方程进行了求解,讨论了板参数、地基参数、车辆系统参数等变化对耦合系统板振动幅频曲线的影响。结果表明:该耦合系统振动的频率都随板振幅的增大而增大;当板振动的幅值一定时,系统振动频率随着板厚、地基反应模量、车辆运行速度、车体刚度的增大而增大,但随着车体质量的增大而减小。因此,适当增加地基的反应模量可优化地基板的振动,并且从行车舒适性角度考虑,适当控制车速和车体刚度是有益的。     

考虑自平衡条件T形曲梁的静力学特性分析

为了准确分析T 形曲梁的静力学特性,该文考虑了剪滞翘曲应力自平衡条件、剪力滞后和剪切变形等因素的影响. 同时为了更好地反映T 形曲梁翼板的位移变化,4 个广义位移函数被引入,分析中以能量变分原理为基础建立了T 形曲梁静力学特性的控制微分方程和自然边界条件. 算例中,分析了剪滞翘曲应力自平衡条件、不同载荷形式和曲梁半径R 等因素对T 形曲梁静力学特性的影响,该文解析解与有限元数值解吻合更好,说明了该文方法的有效性.     

笛管式配气机构进气量的分析研究

阐述了笛管式内燃机配气机构的结构原理,并创建有限元模型,采用CFdesign软件仿真的方法对比传统配气机构和笛管式配气机构进气机理,分析进气过程中两者气缸体积流量的变化规律.结果表明:笛管式配气机构在提高较小转角或较小开度时,能使进排气流畅,进气更为充分,从而大大提高了进气量.     

基于第一性原理量子输运模拟的并行计算

为了解决基于第一性原理分析计算大尺度量子输运体系时遇到的耗时长久问题,挖掘密度泛函理论与非平衡格林函数相结合方法(DFT+NEGF方法)在自洽迭代过程中的计算热点,就计算电子密度矩阵时的能量点积分和计算格林函数时的矩阵求逆/乘法运算提出MPI/Open MP并行计算方案.能量点积分采用MPI多进程并行方案,在数据初始化时需要将稀疏矩阵和积分能量点依照轮询调度算法分配给各进程.矩阵求逆/乘法的并行化既可调用ScaLAPACK子程序实现又可调用IntelMKL数学库中的OpenMP多线程加速函数实现.由于不同能量点计算的独立性,能量点积分采用的MPI并行计算获得近乎线性的加速比曲线.由于Open MP多线程并行采用的是基于共享内存的数据交换机制以及线程间切换通信开销小,矩阵求逆/乘法运算的OpenMP并行实现在计算效率上要优于而在程序的可扩展性上要劣于MPI多进程并行实现.     

La或N掺杂SiC纳米线的制备、场发射性能及第一性原理计算

采用化学气相沉积法和气相掺杂法, 分别制备了La 或N掺杂的SiC 纳米线. 利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线能量色散谱(EDS)分析和X射线衍射(XRD)等测试手段对两种产物的微观形貌、元素组成和物相结构进行了系统表征. 以合成产物作为阴极, 对其场发射性能进行测试, 结果表明: SiC 纳米线的开启电场值和阈值电场值由未掺杂的2.3、6.6 V·μm^-1分别降低为1.2、5.2 V·μm^-1(La 掺杂)和0.9、0.4 V·μm^-1(N 掺杂). 采用Material Studio 软件中的Castep 模块建立(3×3×2)晶格结构模型, 对未掺杂、La 或N掺杂SiC 的能带结构和态密度进行计算, 结果显示: La或N掺杂后, 在费米能级附近产生了新的La 5d或N 2p掺杂能级, 导致禁带宽度(带隙)变窄, 使得价带电子更容易跨越禁带进入导带, 从而改善SiC纳米线的场发射性能.     

应变调控单层氧化锌能带结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算对单层ZnO薄膜能带结构的应变调控进行了研究.计算结果表明:沿着之字形方向的压缩应变和扶椅形方向的拉伸应变对薄膜带隙的调控都是线性的,而且带隙调控的范围最大;相反地,在沿着之字形方向的拉伸应变和扶椅形方向的压缩应变的调控下,带隙则呈现出非线性的变化.对于双轴应变的拉伸与压缩,带隙的变化都是非线性的.这种通过不同的应变加载方式来实现对带隙不同程度的调控,对ZnO薄膜在光学和催化等领域的应用具有重要的指导意义.     

扶手椅型缺陷硫化钼纳米带电子性质的第一性原理计算

基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了含空位缺陷的扶手椅型二硫化钼纳米带的电子性质.发现缺陷会导致纳米带结构稳定性降低,单空位钼缺陷和三空位缺陷使得纳米带从半导体变成金属性,而单空位硫缺陷和两种双空位缺陷仅减小纳米带的带隙;电子态密度和能带的本征态表明缺陷纳米带费米能级附近的杂质态主要是缺陷态的贡献.研究了四类半导体性质的纳米带带隙与宽度的关系,对于完整的纳米带,带隙随宽度以3为周期振荡变化;而引入空位缺陷后,纳米带的带隙振荡不再具有周期且振荡幅度变小.同时发现,当缺陷的浓度变小后,缺陷仅使纳米带的带隙减小,不会使其变为金属性.这些结果有望打开其在新型纳电子器件中的应用潜能.     

乙炔电催化氧化制备草酸的机理研究

选择铂为电极电催化乙炔合成草酸,通过紫外-可见分光光度法和红外光谱法对产品进行表征,利用第一性原理计算方法探讨乙炔在催化剂Pt(111)表面的吸附情况,采用循环伏安法（CV）研究铂电极在硫酸钠溶液中氧化乙炔的电极过程,重点测定电极的稳态极化曲线并根据极化曲线推算塔菲尔斜率,结合表观传递系数及反应级数对拟定的乙炔电催化氧化制备草酸的反应机理进行验证. 实验结果表明,乙炔分子在Pt(111)面上呈平行桥键构型时吸附最稳定;铂电极在含体积分数为2%丙酮的0.4 mol·L^-1硫酸钠溶液中可将乙炔电催化氧化为草酸;反应的速率控制步骤为.