新工科背景下基于ODEC的大学物理实验教学模式探索

针对大学物理实验单一授课方式已不能有效满足新工科人才能力培养的问题,该文开展微课教学方式(Online Course),延伸传统教学中“教”与“学”的时间和空间,培养学生自主学习能力;增加演示实验为必要拓展(Demonstration experiment),加深学生对物理规律等理论知识的具象理解,有效提升学习热情和物理思维能力;融入课程思政元素(Course Education),将知识传授与科学精神、人文精神培养有机融合,内化为学生的正向“心法”;实施以赛促学(Competition),提升运用物理原理解决实践问题的能力,外化为学生的“技法”。在此基础上,制定兼具过程、结果及拓展属性的“1+1+X”考核模式,考核结果发现基于ODEC的教学方式与成绩具有正向关联,构成知识传授、能力培养、价值塑造协同育人模式,符合新工科背景下德才兼备人才培养的规律。

光的双折射实验探究

针对理论与实验教学中对光的双折射研究不够深入的问题,在已有光的偏振实验基础上,研究线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光通过冰洲石的过程,实现双折射实验与光的偏振实验的有效融合。新实验不仅有助于难点知识的学习,更有助于知识拓展及观察能力、思考能力、动手能力的培养与提高。

钛基纳米催化剂改善NaAlH 4储氢性能的研究进展

NaAlH 4具有储氢量高、热力学稳定性适中、成本低等优点,是重要的候选储氢材料。但其在温和条件下吸放氢速率慢、加氢压力大、循环性能差等缺点有待解决。掺杂钛基纳米催化剂是改善NaAlH 4储氢性能的有效手段,因此设计高效率的钛基纳米催化剂,对于推动NaAlH 4的应用具有重要意义。针对钛基纳米催化剂,系统地介绍了组分调控、尺寸调控、复合化和界面调控这4种改性手段,并重点讨论了界面调控发展面临的主要问题及发展趋势,为基于NaAlH 4固态储氢技术的推广应用提供理论基础和科学指导。

直接读取薄透镜焦距的实验改进

运用传统方法测量薄透镜焦距,需人眼辨别成像位置或多次测量物距及像距,易产生较大误差,且需较大操作空间.通过避免共轴等高问题,将三维立体问题转换为二维平面问题,克服空间操作不便,缩短实验操作距离直接读取透镜焦距.实验中利用狭缝模拟激光,光路清晰,操作简便,可运用手机软件phyphox确定光心位置.此外,PhET虚拟实验室可模拟该实验,实现真实实验和虚拟实验的有效结合.

基于三矩形谐振腔非通MIM波导的四重法诺传感

为了得到高灵敏度的生物传感器,设计了一种可以激发出四重法诺共振的非通金属-绝缘体-金属(Metal-Insulator-Metal,MIM)波导传感器.采用了上下对称结构,由一个竖放矩形谐振腔和两个横放矩形谐振腔与总线波导共同作用而得到了四重法诺共振.采用了有限时域差分方法计算了此结构的传输特性与Z方向的归一化磁场,并详细分析了其法诺共振的产生机理.通过计算结构几何参数调节后的透射光谱,从而得出了四处法诺共振峰透射率和共振位置可以通过改变结构几何参数而获得独立调节.此外还发现在结构中添加不同浓度的葡萄糖溶液可以实现高折射率传感灵敏度(S),获得最高灵敏度2736.98nm/RIU,可以看出此结构对于折射率变化有很高的灵敏度,这为设计和优化纳米级别的折射率传感器提供了新的思路,还可以应用于电路构建前进行性能测试.

风沙环境下光伏板表面积尘仿真及其透光率研究

通过流体动力学仿真方法,研究了风沙环境下不同倾角光伏电池板表面的积尘问题,基于此讨论了不同安装倾角光伏板透光率的衰减程度.结果表明,光伏板表面沙尘沉积量随着空气中沙尘体积分数和粒径的增大指数增加;随着光伏板安装倾角的增加,沙尘沉积量先上升后下降,在倾角为50°时板上沉积量达到最大,积尘光伏板的透光率呈现相似的变化规律.本文结果对于荒漠化地区光伏电站的建设及其安全运行具有重要参考价值.

非晶硅薄膜晶化微观组织调控发展现状

非晶硅薄膜晶化微观组织调控是实现微电子器件性能提升的关键。比较分析了辅助外场、界面调控、掺杂调控和工艺参数等非晶硅薄膜晶化微观组织调控技术方法,重点阐述了辅助外场的大小、方向以及作用时间等对晶体硅生长方向和速率的影响。此外,详细分析了界面层成分、厚度、结构等引起的晶化硅薄膜微观组织结构差异以及掺杂浓度、衬底类型等对非晶硅薄膜晶化微观组织的影响。结果有助于深入理解非晶硅薄膜晶化机理,进而有益于优化晶化硅薄膜制备工艺和器件性能提升。

用于磁力显微镜探针覆盖层的FePt-MgO薄膜的结构与磁性研究

磁力显微镜(magnetic force microscopy,MFM)是研究磁性材料与器件纳米尺度磁畴结构的有力工具,MFM探针性能直接影响到MFM的空间分辨率。本文研究了退火温度对FePt-MgO薄膜结构与磁性能的影响,并对MFM探针制备条件进行优化。研究结果表明:随着退火温度升高,FePt-MgO薄膜的表面形貌变得粗糙且不连续,薄膜的矫顽力增大,测得的磁畴密度减小,畴壁变得模糊;使用自制的MFM探针可以成功测得硬磁薄膜、磁带及硬盘驱动器介质的磁畴结构。

用DIS电磁定位魔板探究平抛运动的教学设计

随着数字化信息系统在中学物理教学中的逐步融入,我国中学物理实验呈现智能化、现代化的发展趋势.以DIS电磁定位魔板为实验装置,通过科学探究的关键环节,设计探究平抛运动的教学流程.实践发现传感器实验也适合做科学探究,能够充分提升学生科学探究和推理论证的能力.

利用镜像对核~(32)Ar-~(32)Si约束核物质状态方程

对称能的密度依赖行为是描述不对称核物质性质的关键物理量,它与核物质状态方程中同位旋矢量相互作用相关.理论研究表明,对称能斜率与镜像对核电荷半径差值之间存在很好的线性关系,这为约束对称能斜率提供了一种可选择的方法.最新的实验探测给出了原子核~(32)Si电荷半径的大小,并与现有的原子核~(32)Ar组成镜像对核,这为限制核物质状态方程提供了实验基础.通过球形基下的协变密度泛函理论和Skyrme密度泛函理论计算了~(32)Ar和~(32)Si电荷半径的数值,分析了镜像对核~(32)Ar-~(32)Si电荷半径差值与饱和点密度处对称能斜率之间的线性关系.最后,基于最新的镜像对核实验数据得到了比较软的核物质状态方程,这与多数理论模型的结果是一致的.

5E教学模式在初中物理教学中的应用研究——以“流体压强与流速的关系”为例

以“流体压强与流速的关系”为例,研究5E教学模式在初中物理教学中的应用.通过设计5个环节(吸引、探究、解释、迁移和评价)完成课堂教学,以期培养学生的学科能力与核心素养.

利用非对称双线摆测量重力加速度

受一道考查单摆相关知识的高考模拟题启发,理论推导并实验验证了一般非对称双线摆的周期,并以此计算重力加速度.结果表明,理论计算结果与实验结果吻合,非对称双线摆与对称双线摆实验误差无明显差异.

不良导体导热系数测量仪器的改进及“温差发电”装置设计

针对高校重要的综合性热学实验—不良导体导热系数测量装置中铜盘上下表面散热不均匀、散热系数存在差异而产生实验精度不高的问题,借助水冷交换器,自制水循环装置,通过在散热盘底部分别安装两块尺寸为40*80*10(mm)和五块尺寸为40*40*10(mm)的导冷块两种方式改进装置,实现均匀散热,采集并处理数据,结果表明,第一种改进方式更佳,实验精度提高了9~15倍。在此基础上,基于半导体的塞贝克效应,利用加热盘与散热盘的余热,成功将后者由负载变为电源,设计了绿色环保发电模式—-温差发电装置,实现了发光二极管之“光”和音乐之“声”和直流电机带动扇叶之“动”,并分析了三种负载端电压与温差特点及线性元件与非线性元件的伏安特性曲线。

基于孟克-奥斯本教学模式的“自由落体运动”教学设计

核心素养是在达成教学目标基础上逐渐形成的,物理学史教学在培养学生的科学思维、科学精神方面有着独特的优势。在涉及物理学史的教学中,孟克-奥斯本教学模式能够将学史与实验探究相结合,有效实现既定目标。以“自由落体运动”为例,采用孟克-奥斯本教学模式,有机构建教学框架进行教学,提升学生科学思维与科学探究能力,促进学生对科学本质观的认识。

改进OTSU算法的砂土CT图像分割及组构分析

针对砂土各向异性的量化这一关键问题,以CT技术获取的砂土试样断面图为研究对象,首先采用直方图均衡化和中值滤波法对图像预处理,降低图像噪声、提高分辨率,其次运用数学形态学改进的OTSU算法有效克服了非均匀光照的影响,最后利用分水岭算法优化重叠颗粒之间的粘连情况,从而提高分割性能,得到清晰的二值化图像。结合环形测试线法对砂土颗粒内部孔隙的定向分布进行量化,并判断其宏观力学性。结果表明,经该方法处理后,提取的细观参数准确,能够清晰地展现砂土颗粒细观组构。验证了砂土颗粒确有典型的各向异性,证明了该方法的有效性和可靠性。

一种基于图像处理的铁轨积沙检测方法

针对积沙检测实时性差、易受天气因素影响、积沙量化指标不明确等问题,提出了一种基于图像处理的铁轨积沙检测方法,使用单尺度Retinex算法处理了沙尘天气条件下的铁轨积沙图像,通过铁轨未积沙区域特征提取和最大类间方差法对含有阴影的铁轨积沙图像进行了阈值分割,综合两次图像分割结果并获取了积沙信息。此外,基于铁路沙害等级划分指标对提取的积沙信息进行了沙害等级划分,最终实现了不同天气条件下的铁轨积沙检测。结果表明,该方法能够在晴天和沙尘天气下准确获得铁轨积沙状况并根据对应沙害等级提供预警。

初中物理课后情境式复习的实践研究——以厨房情境为例

中学阶段物理学习需要与生活相联系,基于理解的知识点复习效果优于死记硬背,基于此进行初中物理课后情境式复习的实践研究.基于情境的课后复习符合我国新课标中“物理学科知识应该与生活密切联系”的要求.通过做题进行知识点复习的方式达不到预期效果时,可以通过课后情境式复习引导学生进行自主探究,从而激发学生的探索兴趣,提高知识迁移的能力,并充分贯彻“从生活走向物理,从物理走向社会”的理念,进而提升学生核心素养水平.

基体模量对用于柔性传感器的导电聚合物复合材料电阻黏弹性的影响

导电聚合物复合材料(CPC)被广泛用于柔性电阻式传感器的制备。然而由于聚合物基体的黏弹性,导致其电阻响应呈现松弛、滞后等黏弹性现象,这将会对制备的传感器精确表征造成不利影响,故在材料制备阶段减小电阻黏弹性对基于CPC的柔性电阻式传感器具有重要意义。选择了常用的零维炭黑(CB)及一维多壁碳纳米管(MWCNT)为导电填料,并通过在质量分数3%~7%间改变硅橡胶(SR)固化剂质量分数来调节基体模量,研究了基体模量及纳米填料维数对CPC电阻黏弹性的影响。研究结果显示,纳米填料质量分数为3%时,随着基体模量的增加,CB/SR的电阻松弛比从15%增加到34%,多壁碳纳米管/硅橡胶(MWCNT/SR)的电阻松弛比从40%增加到47%;动态循环加载下的应变灵敏度也随基体模量的增加而下降。相同固化剂质量分数即相同基体模量时,与MWCNT/SR相比,CB/SR的电阻松弛比、动态循环加载下的应变灵敏度下降程度和“肩峰”更小。因此,在制备过程中减小基体模量、使用零维导电纳米填料CB,均可减小CPC的电阻黏弹性。

基于Rasch模型的理科生科学推理能力测评研究

科学推理是科学思维的重要组成部分。基于Rasch模型运用LCTSR 2000对419名理科生的科学推理能力进行测评研究,分析量表的质量和被试科学推理能力发展情况。研究表明:理科生的科学推理能力各维度发展不均衡;科学推理能力与学业成绩呈较低的正相关;男生的科学推理能力略高于女生,科学推理能力不存在显著的性别差异。依据实证研究结果,对影响科学推理能力发展的主要原因进行讨论,并提出相应的教学建议。

适温离子交换掺铒铌酸锂薄膜的制备研究

本文通过制备KNO_(3)和Er(NO_(3))_(3)熔融混合物,将其与铌酸锂薄膜在高温管式炉中混合进行适温热扩散,并结合退火工艺,发明了一种直接在铌酸锂薄膜上掺杂Er^(3+)的方法。通过不断变换热扩散温度、掺杂试剂浓度比例和晶体切向等参数,用控制变量法探究了不同参数对适温离子交换法掺杂Er^(3+)效果的影响,在热扩散和退火温度360℃及KNO_(3)和Er(NO_(3))_(3)质量比25∶1的参数设置下获得了表面形貌较佳的Z切掺铒铌酸锂薄膜。通过飞行时间二次离子质谱仪并利用已知掺杂浓度的薄膜进行定标,检测了所获得的掺铒铌酸锂薄膜中的Er^(3+)浓度情况,对所采用适温离子交换法的有效性进行了验证。这一方法大幅简化了铌酸锂薄膜掺杂的工艺,同时节约了成本,有助于后续在铌酸锂薄膜平台上实现分区掺杂的工作,为未来定制化铌酸锂光子集成平台的搭建提供参考。