基于BOPPPS教学模式的“大学物理”教学探讨——以“磁场对运动电荷的作用”为例

本文针对当前“大学物理”教学中存在的问题,探讨了基于BOPPPS教学模式的“大学物理”教学设计。研究表明,BOPPPS教学模式可以有效激发学生的学习动机,提高学习成绩和效果,培养自主学习和批判思维能力。文章首先介绍了BOPPPS教学模式的概念、特征及其对“大学物理”教学的意义,然后以“磁场对运动电荷的作用”为例,设计了基于BOPPPS模式的具体教学过程,最后讨论了该教学模式在应用过程中可能面临的挑战及应对策略。本文为改进“大学物理”教学提供了一种可行的教学模式选择。

电荷作用对均质-非均质凝结流动的影响

基于Fletcher成核理论及均质-非均质凝结双流体模型,讨论了电荷作用对凝结流动的影响,结果表明:有无电荷影响时,成核率计算公式精度均较高,流场参数的计算结果与实验结果吻合良好,相对误差不超过5%,表明所建的均质-非均质凝结双流体模型具有较高精度.不带电时,加入颗粒半径为5nm颗粒前后流场过冷度差别较小,加入颗粒半径分别为8nm和10nm颗粒后过冷度峰值虽分别降低2K和7K,但均导致自发凝结向下游迁移.当颗粒带电荷量为Q=1e,加入颗粒半径为5nm颗粒情况下对减小成核自由能障、增加非均质成核率的作用最为明显,这一作用在颗粒半径为8nm时较弱,颗粒半径为10nm情况下最弱.当带电量增加至Q=3e时,加入颗粒半径分别为5nm和8nm颗粒情况下峰值过冷度与均质凝结相比分别下降10K和6K,且较明显地抑制了自发凝结发生.

QED-QCD 干涉效应引起的电荷相关互作用

该文对ＱＥＤ－ＱＣＤ干涉效应做了唯象的和微扰ＱＣＤ理论的２种研究，计算了Ｎ－Ｎ１Ｓ０散射长度。微扰方法所得结果在定性上是正确的，且得到了一组既符合ｎ－ｐ质量差、Δ＋＋－Δ０质量差又同时符合ΔａＣＳＢ和ΔａＣＩＢ的唯象的参数。

点电荷相互作用能与一类二重积分的算法

在柱面坐标系下，点电荷的相互作用能是ｚ和ρ的具有极点的二重积分。此类积分有简单的解析解，但不容易数值计算。Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａ３．０和ＭａｐｌｅＶ不能求解此类积分；Ｇａｕｓｓ－Ｌｅｇｅｎｄｒｅ算法只能获得粗略结果，Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔａ算法虽能成功地计算，但不能交换积分顺序。

洛仑兹力的反作用力是电荷对电磁场的作用力

本文研究了洛伦兹力的反作用力问题.指出了目前人们所持的一些不妥的观点.分析了超距作用观点和近距作用观点的渊源和异同.明确了作用力与反作用力的意义和正确的界定.通过分析、研究、推导和论证,给出了洛仑兹力的反作用力是电荷对电磁场的作用力的正确结论.

蓝色荧光有机发光二极管中的激子-电荷相互作用

有机发光二极管(OLED)作为新一代显示技术已广泛商用,但蓝光有机发光二极管在效率和稳定性等方面仍存在不足,虽用磷光染料能明显地提高效率,其制作成本之高却限制了产业化发展.因此,本文对蓝色荧光有机发光二极管中的效率滚降现象进行了深入探究.首先,从稳态和瞬态两个角度研究了电子电流和空穴电流对单极器件光致发光行为的影响,表明空穴对激子的淬灭效果更显著.实验证明激子-电荷相互作用是荧光OLED中效率滚降的主要机制,且激子主要是被束缚电荷淬灭而非移动电荷.另一方面制备了不同掺杂浓度的有机发光二极管器件以探究掺杂浓度对激子-极化子相互作用的影响,得到了综合性能较好的蓝色有机荧光器件,分析表明调控发光层电荷俘获可以平衡界面堆积电荷和发光层束缚电荷对激子的淬灭.本文完善了激子-极化子淬灭的内在机制,给减缓蓝色荧光有机发光二极管的效率滚降提供了有益参考.

自制“简易电荷间相互作用演示器”

教师将课堂演示实验变为随堂实验,对培养学生学习物理的兴趣、激发学习的动机均有着非常积极的促进作用。人教版物理九年级(全一册)第十五章“电流和电路”有“电荷间的相互作用”的静电演示实验,该实验在教学中存在操作不便、不易观察的不足。为此,可指导学生利用废弃的中性笔芯、亚克力条、餐巾纸等材料自制“简易电荷间相互作用演示器”。借助该演示器,可变课堂演示实验为随堂实验,有助于降低实验成本和启发学生的创新意识。

空间电荷转移型深蓝光聚合物设计合成与性能研究

为获得具有理论100%激子利用率的深蓝色荧光发光聚合物,以N-苯基咔唑和三苯基三嗪分别作为推/拉电子单元,并修饰以乙烯基作为共聚单体,经自由基聚合获得系列不同单体配比的空间电荷转移型热激活延迟荧光聚合物。结果显示该系列聚合物具有良好的热稳定性,固体发光峰位于425 nm附近,瞬态寿命30 ns左右,稳态寿命2~10 ms,具有热激活延迟荧光发光性能,并且聚合物溶液发光表现出明显的溶剂化效应。通过改变化合物单体的配比可对其分子量、溶解性、发光峰进行调控。本文为深蓝光发光的高效发光聚合物的设计与制备提供了理论借鉴与实验依据。

荧光及ESI质谱法研究溶菌酶与磷酰化黄酮的相互作用

分别用荧光法和ESI质谱法研究了磷酰化黄酮和溶菌酶的相互作用 .结果均显示磷酰化黄酮能够和溶菌酶发生弱相互作用 ,与黄酮相比它对溶菌酶更具亲和力 .根据荧光猝灭双倒数图计算了磷酰化黄酮与溶菌酶之间的结合常数为k2 0℃ =1.68× 10 4L/mol,k3 7℃ =1.0 6× 10 4L/mol,实验证明随着温度的升高 ,磷酰化黄酮与溶菌酶的结合常数逐渐降低 ,说明了两者之间形成了复合物 ,此荧光猝灭过程为静态猝灭 .根据F ster能量传递原理计算出磷酰化黄酮在溶菌酶上的结合距离 。

浅谈“电荷间的相互作用”实验再改进

电荷间的相互作用是初中物理电学的起始实验课,起到激发学生学习兴趣的作用,然而,教材中的演示实验在实际操作中,存在着摆动和转动等问题,笔者经过多年的教学经验,从四个方面对本实验进行了改进,起到了很好的教学效果.

探究电荷间的相互作用创新实验

新课改对学生实践能力提出要求,部分传统物理实验在现象、可操作性等多方面都略显不足,难以进一步引导学生深入探究.本文以“探究电荷间的相互作用”实验为例,利用自制实验教具进行改进,以期更加直观、有效地在课堂教学中探究电荷间的相互作用规律,从而促进学生深入理解知识,提升其科学探究能力.

有机模板剂和硅酸物种的电荷效应对SBA-15介观组装结构的影响

采用介观动力学(MesoDyn)方法模拟了硅基有序介孔分子筛SBA-15介观相的形成过程,并深入研究了有机模板剂、硅酸物种的电荷效应以及二者之间的电荷匹配相互作用对SBA-15介观相结构的影响。结果表明:当硅酸物种不带电或分配1e正电荷,同时有机模板剂P123的每个EO单元分配0.093e正电荷的时候得到的SBA-15介观组装结构具有较好的六角特性;硅酸物种和有机模板剂之间的电荷匹配相互作用对SBA-15介观组装结构影响很大,带电的硅酸物种促进了有机模板剂形成类液晶相,而质子化的有机模板剂不但使硅酸物种有序化,而且促进了硅酸物种在两相界面的浓缩。模拟研究结果很好地验证和解释了SBA-15的'有机模板剂与硅酸物种之间的协同相互作用'的形成机理。本文的研究提供了一种探索硅基有序介孔分子筛形成机理的新手段,弥补了现阶段实验表征手段的不足,同时也扩展了MesoDyn方法在超分子自组装方面的新应用。

比翼齐飞的电荷吸引还是排斥及相关问题的思考

对比翼齐飞的两个点电荷之间的相互作用力进行了定量计算,得出在低速运动情形下只需要考虑库仑力的结论,并据此进一步思考了库仑定律和牛顿第三定律的适用条件等几个与运动电荷之间作用力相关的问题.

带电体系的相互作用能

将一个个孤立的电荷连续分布的带电体从分散的无限远处移至一起,则构成一个带电体系;移动每一带电体要克服静电力作功,根据功能关系,这个总功的值就等于带电体系的相互作用能W_互＝A’。

纳滤膜去除内分泌干扰物/医药化合物研究进展

如何有效去除水中内分泌干扰物、医药活性化合物等有机微污染物的研究逐渐增加,其中,纳滤膜由于其较高的去除率得到了广泛关注。但由于纳滤膜去除这些物质的分离机理较为复杂,有时并不明确,给实验带来较大困难。文章总结了纳滤膜去除水中内分泌干扰物/医药活性化合物的典型应用及其三种分离机理——筛分作用、电荷作用、吸附作用,并对去除过程中所产生的问题和解决方案加以总结。为今后纳滤膜去除内分泌干扰物/医药活性化合物的研究提供参考依据。

低氟聚合物的自聚集效应及表面性能

利用氟链段高温向表面迁移效应,以及丙烯酸酯树脂与基材表面更强的电荷吸引作用,制备出了在低氟含量下,具有低表面能的丙烯酸酯/短氟碳链含氟丙烯酸酯共混树脂。采用电动电位(Zeta)、表面元素分析(XPS)以及接触角的检测,考察了丙烯酸酯树脂中阳离子性的强弱对共混乳液表面氟链段的聚集行为和表面性能的影响;同时,X射线探测器(EDX)的结果表明,通过电荷和热效应的协同作用,体系中的含氟链段大部分迁移聚集到了表面。因此在低氟含量下,基材表面的接触角提高到了107°(三碘甲烷)和133°(水),并且表面能达到7.05 mN/m,亦展示出了好的拒污性能。这为低氟含量聚合物体系获得优异的表面性能提供了一种有效的方法和路径。

PIC方法在RFQ加速器z-code和t-code模拟程序中的应用研究

本文介绍了二维PIC(Particle in cell)方法,这种方法常用于粒子动力学模拟中空间电荷作用的计算。并比较了以时间为自变量(t-code)和以纵向位置为自变量(z-code)的两种动力学模拟程序;针对“国家重点基础研究发展规划”洁净核能项目中的射频四极(RFQ)加速器结构参数,给出了单束加速和正、负离子束同时加速两种情况下,t-code和z-code模拟得出的传输效率。结果表明,当束团的相位宽度大或能散大时,z-code 在计算空间电荷作用时会引入相对较大的误差,从而应该使用t-code来进行动力学模拟,以获得更准确的结果。

PSSMA修饰磁性氧化石墨烯对Pb2+、Cu2+的吸附性能

以氧化石墨烯（GO）、FeCl3·6H2O及聚（4-苯乙烯磺酸-共聚-马来酸）钠盐（PSSMA）为主要原料,通过简便一步溶剂热法制备了阴离子聚电解质修饰磁性氧化石墨烯（MGO@PSSMA）,并将其用于水溶液中重金属Pb^2＋、Cu^2＋的吸附去除。采用FTIR、SEM、TEM、VSM和DLS对制备的MGO@PSSMA进行了表征。考察了溶液pH、吸附时间、溶液初始质量浓度对Pb^2＋、Cu^2＋在MGO@PSSMA及未经PSSMA修饰磁性氧化石墨烯（MGO）上吸附的影响。探讨了吸附等温过程、吸附动力学及吸附作用机理。结果表明：MGO表面引入PSSMA可有效增加其对Pb^2＋、Cu^2＋的吸附量。在pH=5,溶液初始质量浓度为300 mg/L时,MGO@PSSMA对Pb^2＋和Cu^2＋的实际吸附量达141.1和104.8 mg/g。当溶液初始质量浓度为150 mg/L时,MGO@PSSMA对Pb^2＋和Cu^2＋的吸附平衡时间分别为2和1.5 min。MGO@PSSMA对Pb^2＋、Cu^2＋的吸附动力学及吸附等温数据分别符合准二级吸附动力学模型和Langmuir吸附等温模型。使用乙二胺四乙酸（EDTA）和HCl可实现MGO@PSSMA的有效再生;通过外加磁场作用可实现MGO@PSSMA的回收再利用。

厚度依赖的Poly(3-hexylthiophene)光伏器件中的磁场效应

对poly(3-hexylthiophene)(P3HT)光伏器件产生正、负向磁场效应的原因进行了研究。制作了不同活性层厚度的光伏器件,光电流的磁场效应对厚度的依赖非常明显:在活性层厚度为44nm时,有2.8%的正效应;当活性层厚度提高为105nm时,磁场效应变为负值(-5.2%)。为了研究产生这种效应的原因,制备了1-(3-methyloxycarbonyl)propyl-1-phenyl[6,6]C61(PCBM)与P3HT共混的器件。在共混器件中,磁场效应随着PCBM比例的提升而逐渐下降直至湮灭且磁场效应不再随活性层厚度发生变化。磁场效应的产生源于磁场可以调控单线态和三线态激子的比例,进而调节单线态激子主导的激子分离作用和三线态激子主导的激子-电荷分离作用。实验结果显示出在纯P3HT光伏器件中,当PCBM加入到活性层中时,大量激子在给受体界面处分离成为自由载流子,单线态和三线态激子都可以高效地通过激子分离使光电流增强,激子比例不再影响光电流大小,所以磁场效应逐渐消失且对活性层厚度失去依赖。