“大学物理”网络教学的实践与反思

近期由于受到疫情的影响,全国高校在网上大面积进行网络教学.本文对“大学物理”网络教学中的一些实践经验进行了总结,包括教学沟通形式,网络教学优势,网课中的思政等,并探讨了网络教学与课堂教学的区别与联系.长远来看,网络教学已经成为一种与课堂教学并行的教学方式或者课堂教学的辅助手段,对网络教学实践的深入思考,将为提升“大学物理”教学效果提供有价值的想法和思路.

大学物理实验课程学习评价模式优化研究

在大学扩招背景下,理工科院校同期选修大学物理实验课程的学生多达几千人。大学物理实验课程的学习评价形式单一,严重影响到学生的学习积极性和主动性,导致教学质量下滑。面对师资短缺、场馆有限和仪器台(套)数不足等实际情况,基于学习动机理论,探索优化大学物理实验课程的学习评价模式,以激发学生的学习积极性和主动性,强化学生对课程的重视程度,切实提高教学质量。

一类复杂动力系统的参数辨析

对一类复杂系统 (L orenz混沌和 Rossler超混沌 )的未知参数提出一种简便的辨析方法 .首先 ,通过对系统实行反馈控制使其到达任意不动点 ,然后 ,通过求解不动点的平衡方程 ,解析地得到系统未知参数的表达式 .以L orenz混沌为例将该方法和线性参数观测器的方法进行对比 ,可以更快地实现该系统全部未知参数的准确快速辨析 .在系统参数发生阶跃变化的情况下 ,该方法可很好地实现对参数高精度的快速辨析 .数值计算结果和理论分析一致 .该方法可以推广到其他复杂动力系统的参数结构辨析研究 .

基于亥姆霍兹定理计算动力学系统的哈密顿能量函数

亥姆霍兹定理表明任意空间矢量场可以分解为涡旋场和梯度场的叠加.由于电磁场变化和电磁波传播则导致电磁场能量的迁移,动力学振子和神经元处于复杂电磁环境下必然伴随能量的吸收和释放.在非线性混沌电路、电容器充电放电以及电感线圈感应过程中都伴随着能量的转换和迁移.包含量纲的非线性振荡电路可利用标度变换方法转换为无量纲的动力学方程.利用平均场理论,电场能量和磁场能量的转换可用若干非线性振荡电路的动力学方程来刻画.基于亥姆霍兹定理来研究一类无量纲非线性动力学系统的哈密顿能量计算问题,对于实际的非线性振荡电路,通过标度变换可快速计算其能量函数.该结果对于动力学系统自适应控制有重要的参考价值.

Rssler超混沌系统的参数辨析与同步研究

首先给出两种方法实现对四维罗斯勒超混沌系统未知参数的准确快速辨析,第一种方法通过将系统反馈控制到任意不动点,求解平衡点的方程得到未知参数辨析的数学表达式;第二种方法基于稳定性理论,通过构造参数观测器,设定恰当的初始值,解析地给出基于参数观测器的表达式,数值计算表明两种方法都很有效。基于线性化误差理论,求解误差演化的雅克比矩阵的特征值,解析地获得相位同步和全局同步控制器的表达式,详细分析了雅克比矩阵为零对应相同步问题,数值计算与理论分析一致。

云地闪电通道的径向结构及光辐射特征

为揭示云地闪电通道形成和发展过程的微观物理机制,研究了云地闪电通道的径向结构及光辐射特征。利用无狭缝高速摄谱仪,在青海高原地区实施野外观测试验。在一次云地闪电中记录到了清晰可见的通道核心,而且在通道核心的外边缘和外部发光通道之间发现一个较弱的发光区。基于光谱观测结果,对比分析了首次回击和第三次继后回击的光辐射特征。实验验证了闪电通道电晕鞘模型,确定了连接点的位置,估算得到两个回击的闪击距离分别为57 m和53 m,并证实了回击放电最强的点在连接点处。由此可推断,在回击初期,云地闪电回击通道沿径向由内到外依次为通道核心-弱发光区-电晕鞘外层,即闪电通道内沿通道径向的电荷分布是不均匀的,闪电通道的光辐射特征与放电强度和持续时间密切相关。

一类四维超混沌系统的同步研究

采用误差变量的线性组合对一类四维动态超混沌系统进行单向反馈控制,解析地证明了实现同步的可能性,从Lyapunov理论角度分析了对于四维动态系统采用单变量单向耦合的可行性,求出同步所需控制器要满足的条件。当驱动系统参数做周期变化时,用文中的控制器实现了两个超混沌系统很好同步。

由光子晶体局域模对称关系分析其简并性

使用平面波展开法计算了二维正方格子介质柱光子晶体在改变中央介质柱半径的情况下谐振腔的模式,根据所计算的局域模式场分布的对称关系,研究了二维光子晶体谐振腔模式的简并性结果表明具有C4v对称群光子晶体谐振腔,存在着二重简并偶极模和二重简并六极模,同时也存在非简并单极模和四极模。

测定金属热膨胀系数的新方法

热膨胀是固体材料的一个重要特性.线膨胀系数是工程设计、精密仪器制造、材料焊接和加工中必须考虑的重要参数之一.学习线膨胀系数的测量是十分有意义的.

线胀系数的视频在线光干涉法测量研究

实验室测量金属的线胀系数普遍采用的是光杠杆法,经实验证明光杠杆法存在偶然误差大、测量精度低、占地空间大等问题,通过利用劈尖的等厚干涉法能够很好地解决光杠杆法存在的问题.新方法具有温升范围小、加热功率低、测量精度高、操作简单直观、占地空间小等优点,便于实际教学中教师的讲解、示教和演示,有利于学生综合应用知识,提高综合设计实验的能力.

标度放大和自适应同步识别约瑟夫森结混沌系统中非同阶参数

约瑟夫森结是一个很重要的超导元件,其电路模型关键参数的数值差别很大,传统的自适应同步方法不能准确识别小幅度参数。基于李亚谱诺夫稳定性理论构造带有增益系数的控制器和参数观测器,结合标度放大方法对约瑟夫森结混沌系统不同阶参数进行识别。以误差函数为统计量,在增益系数和放大因子的相空间给出同步和非同步区域分布,发现对两个小参数同时进行标度放大可以增加同步区域。该方法可以显著提高小参数的识别精度,数值计算结果验证了该方法的有效性。

有机光伏异质结氟化苯三唑聚合物给体/十环熔合非富勒烯受体的理论研究

本文为了理解由十环熔合非富勒烯受体和含有氟化苯三唑聚合物给体组成的有机光伏器件的优异光伏性能(光电转换效率大于13%),借助深入的量子化学计算,研究了氟化苯三唑聚合物给体、十环熔合非富勒烯受体及其异质结界面模型面-面相向构型复合物的几何结构、分子轨道、激发特性、分子表面静电势、转移电量和电荷转移距离.结果表明,氟化苯三唑聚合物给体:十环熔合非富勒烯受体异质结的卓越光伏性能是由于十环熔合非富勒烯受体分子内给体和受体片段之间的共面性,氟化苯三唑聚合物给体和十环熔合非富勒烯受体的电荷转移和杂化激发,在可见区域的互补光学吸收,以及从氟化苯三唑聚合物给体到十环熔合非富勒烯受体的分子表面静电势差值较大引起的.氟化苯三唑聚合物给体/十环熔合非富勒烯受体复合物的电子结构和激发表明,激子解离可以通过基于空穴转移的受体局域激发的衰退来实现,这不同于基于富勒烯受体的有机光伏的激子解离机理.通过Marcus理论评估的激子解离、电荷复合和电荷转移过程的速率常数表明有效的激子解离也是良好光伏性能的原因.

闪电光谱研究进展

简要回顾了早期闪电光谱的研究,分两个阶段综述了近二十年来国内外闪电光谱研究的最新进展。在20世纪60年代和70年代初,利用胶片相机获取的闪电光谱虽有诸多不足之处,但仍然取得了很多非常重要的研究成果,既为后期闪电光谱的研究奠定了坚实的基础,也指明了发展方向。2001年以来,国内首先利用普通数码摄像机组装成无狭缝光栅摄谱仪开始开展闪电光谱研究。普通数码摄像机虽然解决了胶片相机存在的问题,但拍摄速度较慢(50帧·s^(-1)),只能研究闪电回击通道在该时间范围内的整体性质。尽管如此,这些工作又一次推动了闪电光谱研究的发展,国际范围开始关注闪电光谱研究。Warner等于2011年用高速摄像机组装的无狭缝光谱仪记录到了云-地闪电梯阶先导的光谱,大幅度提高了拍摄速度(10000帧·s^(-1))。2012年以来,国内也开始利用以高速摄像机作为记录系统集成的无狭缝光栅摄谱仪捕获闪电光谱,用更高时间分辨率对闪电通道不同阶段的辐射光谱开展了大量研究,并取得了多项引人瞩目的成果,主要包括自然闪电的梯级先导、直窜先导和回击以及球状闪电和闪电通道核心的光谱研究。2017年,Walker报道了时间分辨率为1.5μs左右、波长范围分别为380~620和620~870 nm的人工触发闪电起始阶段、直窜先导、回击和连续电流阶段的光谱,但因拍摄范围太小,获取的只是闪电通道某一局部的光谱。由此可知,如何获取更高时空分辨率的光谱资料是闪电光谱研究领域急待解决的问题。

局部相空间压缩实现对时空混沌和螺旋波的控制

采用相空间压缩方法研究时空混沌和螺旋波系统的抑制问题.以局部控制方式将系统变量的幅值限制在一定范围内,对CO在Pt(110)表面氧化模型(Fitzhugh-Nagumo方程)与心肌组织模型(Panfilov方程)的数值研究表明:无论是否存在外界噪声,该方案都可以消除螺旋波和时空混沌;尤其是存在噪声时,相空间压缩控制暂态过程会更短,系统很快达到稳定均匀态(从几个到几十个时间单位).

有机染料敏化剂JK16和JK17的几何结构、电子结构及相关性质(英文)

运用密度泛函理论中的杂化泛函B3LYP研究了高效太阳能电池新型染料敏化剂JK16和JK17的几何结构、电子结构、极化率和超极化率,并用含时密度泛函理论(TDDFT)研究了电子吸收谱.基于含时密度泛函理论计算结果和实验结果的定性符合,指认了在可见和近紫外区的吸收属于π→π*跃迁.计算结果还表明JK16和JK17激发能最低的三个跃迁都与光诱导电荷转移过程有关,而且二-二甲基芴氨基苯并噻吩基团对光电转换过程的敏化起主要作用,发生于染料敏化剂JK16、JK17和TiO2界面之间的电荷转移是由染料分子激发态向半导体导带的电子注入过程.此外,通过对JK16和JK17的比较,分析了亚乙烯基对几何结构、电子结构和谱学特性的影响.

粉末冶金法制备纳米碳管／铝复合材料的力学性能

采用粉末冶金法制备纳米碳管/铝基复合材料,研究不同质量分数纳米碳管对复合材料力学性能的影响。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对复合材料及其断口进行分析。结果表明,纳米碳管能细化复合材料的晶粒组织,明显提高复合材料的硬度和抗拉强度。含质量2%纳米碳管复合材料的硬度和抗拉强度达到54HV和121.5MPa,分别比铝基体提高了约80%和28%。复合材料的断口形貌显示,纯铝的断裂方式为微孔聚集型韧性断裂,而2%CNT/Al复合材料具有微孔聚集型和解理型脆性断裂的混合特征。

Suzuki晶格光子晶体的光子带结构

系统地研究了Suzuki晶格光子晶体能带结构,包括介质中周期排列的空气孔光子晶体和空气中周期排列的介质柱光子晶体。采用平面波展开法计算了空气孔和介质柱半径及折射率对光子带隙的影响。结果发现介质中周期排列的空气孔光子晶体主要形成TM模光子禁带,空气中周期排列的介质柱光子晶体主要形成TE模光子禁带,只有介质折射率较大时两类光子晶体才能够形成完全带隙。介质中周期排列的空气孔光子晶体能带结构中沿Г-X1和X1-M方向出现了群速度接近于零的色散曲线,而在另一类光子晶体中并未出现这种情况,在其它晶格类型的光子晶体中也未发现这种情况。

SWCNT掺杂改性对纳米TiO2光催化的影响

采用气相氧化法制备高纯度单壁纳米碳管(SWCNT)。用溶胶-凝胶法制备TiO2/SWCNT复合光催化剂。利用热重分析和X射线测试手段对样品的热处理过程、晶体结构进行了测试。结果表明,550℃时SWCNT有较好的稳定性,纯度较高;SWCNT的加入抑制了颗粒TiO2的变大;SWCNT的掺杂量(质量比)在0.9%时,光催化活性最佳。

亚甲基富勒烯衍生物[6,6]-苯基-C_(61)丁酸甲酯的密度泛函研究(英文)

运用密度泛函理论和含时密度泛函理论研究了亚甲基富勒烯衍生物[6,6]-苯基-C61丁酸甲酯(PCBM)的几种物理化学性质,包括几何结构、电子结构、电荷布居与成键,以及IR、Raman和电子吸收光谱.自然键轨道方法的结果表明,大约有0.11个电子通过成键由分子的一部分苯基和丁酸甲酯基团(电子给体)转移到富勒烯笼(电子受体).最强的IR和Raman谱峰来自于不同的振动模式,分别位于1773和1492cm-1处.计算的各向同性极化率、极化率各向异性不变量以及超极化率分别是577.7、96.9、-22.8a.u..基于含时密度泛函理论计算并分析了PCBM的电子吸收谱,在349nm处的吸收峰与实验结果符合很好.

MoO3为缓冲层的高效非掺杂蓝色有机发光二极管

以典型蓝色发光材料-联苯乙烯衍生物(4,4'-bis(2,2'-diphenylvinyl)-1,1'-biphenyl,DPVBi)为发光层,采用MoO3为阳极缓冲层制备了结构简单的非掺杂型蓝色有机电致发光器件。在电流密度为20 mA/cm2、MoO3缓冲层厚度为0.5 nm对器件效率约为无缓冲层器件效率的18倍,为通常酞菁铜(Copper phthalocya-nine,CuPc)缓冲层器件效率的1.2倍。器件启亮电压为3.3 V,最高外量子效率为3.1%,最高亮度达到16 000 cd/m2,器件CIE色坐标(Commission Internationale de l'Eclairage co-ordinates)为(0.15,0.15)。器件性能的提升归因于MoO3缓冲层的插入在阳极/有机层间形成了良好的欧姆接触。