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物理學專業寫什麼論文

發布時間:2022-09-03 14:29:29

⑴ 大一物理學論文寫些什麼

【論文關鍵詞】大學物理;現狀分析;教學改革
【論文摘要】文章根據農科類大學物理教學的現狀和教學改革的發展,從教學的幾個環節,提出了大學物理教學內容及教學方法改革的幾點想法,提出建議,以促進農科類大學物理在教學內容、教學目的、教學效果等方面得到更好的發展,實現農科類院校大學物理教學改革的目的。

大學物理是研究物質的基本結構、相互作用和物質最基本最普遍的運動形式及其相互轉化規律的學科。物理學的研究對象是非常廣泛的,它的基本理論滲透到自然科學的很多領域,應用於生產技術的各個部門,它是自然科學和工程技術的基礎。它包含經典物理、近代物理和物理學在科學技術方面的應用等基本內容,這些內容都是各專業進一步學習的基礎和今後從事各種工作所需要的必備知識。因此,它是各個專業學生必修的一門重要基礎課[1]。
在農科類各專業開設大學物理課的作用,一方面在於為學生較系統地打好必要的物理基礎,另一方面是使學生學會初步的科學的思維和研究問題的方法。這對開闊學生的思路、激發探索和創新精神、增強適應能力、提高人才的素質都將起到非常重要的作用。同時,也為學生今後在工作中進一步學習新的知識、新的理論、新的技術等產生深遠的影響。

一、大學物理教學現狀分析

21世紀是科學技術飛速發展的時代,對人才的要求將更高、更全面,這對我們的大學物理教學也提出了更高的要求,必須跟上時代的步伐。但是,目前以農科類大學物理教學為例存在以下問題:
(1)大學物理教材的內容中,以經典物理為主,分為力學、熱學、光學、電磁學和近代物理,內容各自獨立,彼此之間缺乏聯系,沒有形成統一的物理系統。教學內容大部分標題與中學類似,學生看到目錄後學習熱情和興趣銳減。
(2)經典物理和近代物理的比例極不平衡,經典物理部分佔物理教學內容的80%以上,而且基本上都是20世紀以前的成果,沒有站在近代物理學發展的高度,用現代的觀點審視、選擇和組織傳統的教學內容。同時近代物理的內容非常少,特別是沒有反映20世紀後半個世紀以來物理學飛速發展的現代物理思想,使學生對近代物理知識知之甚少,與現代物理嚴重脫節,因此大學物理教學改革勢在必行。
(3)教學手段落後,雖說現在有些老師已經用上了多媒體教學,但是總體對現代化教學手段的充分利用還遠遠不夠,未能充分體現現代化教學手段的優越性,對教學手段的改進也期待著進一步探索。

二、對大學物理教學內容改革的幾點想法

(1)從大學物理非物理專業的人才培養的總體要求出發,對農科類各專業採取不同側重點的教學,現在所用的教材,或是適合我們的短學時,又無配套的教學參考書,或是對農科類相關教學內容不足,我們可以根據不同專業制定不同的教學大綱,注重各部分知識的聯系,以近代物理學的發展為主導,完整而系統的講述物理學的基本內容。同時,教研室可以准備組織力量編寫一本少學時且適合農科類各專業學慣用的大學物理教學參考書,主要用於幫助學生理解基本概念、基本定理,幫助學生學會分析問題和解決問題,幫助學生提高把物理學的知識應用到實際中的能力。
(2)添加近代物理內容,介紹當今物理學前沿的發展,如量子理論、相對論的時空觀等,啟發學生興趣,擴大學生的科學視野,開闊學生的思路。把近代科學技術成就和前沿課題的內容融入教材中,補充一些物理學與相關專業的交叉或補充的前沿的新發展內容,使學生在學習基本理論的同時了解現代科技發展的新信息、新動向。 (3)對經典物理部分進行處理,精選與現代科技、現代物理知識緊密聯系的內容,刪去陳舊部分,避免和中學物理的內容重復,將經典物理延伸至近代物理,增添新意。
(4)將相關學科的基礎知識納入教材。如今科學技術越來越向交叉學科發展。因此,針對農科類各專業,在教材內容的選擇上,增加農業應用方面的內容,緊密聯系學生專業進行因材施教。

三、關於大學物理教學方法和教學手段改革的想法

(1)注重應用,弱化計算。傳統的物理教學方法是以物理理論和計算公式為主,要求學生會解題,而對物理概念的理解和應用則一掠而過。其實,學生對用數學方法解決物理問題不適應,導致對解題產生畏懼心理。因此在教學中不應以做題為目的,使學生陷入題海之中,而是要著重應用方面的教學,適當進行習題練習,重點培養學生應用物理知識分析問題的能力,培養學生的創新能力。
(2)靈活運用多媒體教學。多媒體教學已經成為現代教育中的重要組成部分,適當的多媒體教學可以提高學生的學習效率,有利於發揮學生的主觀能動性,發展學生的個性,實現「以學生為本」的教育理念。在多媒體電子課件中,加入動畫、演示實驗、圖示說明和物理學的一些基本模型等,以彌補傳統教學的不足,增加課堂教學的形象性,對學生動態認識和掌握物理概念有著重要的作用[2]。
(3)在考試方面,可改變現在的考試模式,採用多種考試方法結合。一方面閉卷筆試,採用試題庫考試,另一方面,採取書寫小論文、新想法等方式,加強學生學習的自覺性,減輕學生的壓力,同時也提高了學生的發現問題和探究問題的能力。
(4)重視學生動手能力的培養。物理學是建立在實驗基礎上的,所以大學物理包括理論和實驗兩部分,學生通過大學物理實驗,增強了動手能力、分析問題解決問題的能力,培養了良好的實驗素質。根據物理實驗室開放實驗的實踐經驗,實驗室向學生開放,給學生提供觀察和實際操作的機會,學生可以根據自己的實際情況選擇觀看和操作實驗,從中體會物理學知識的奧秘。

四、展望

本文從大學物理的教學現狀、教學內容、教學方法改革等方面對大學物理教學改革的發展進行了探討,提出了大學物理教學改革的幾點建議。由於物理學在不斷發展,教學思想也在不斷發展,大學物理教學改革更是發展的。所以,大學物理任課教師必須既懂得物理理論又會動手作實驗,同時還要熟悉與農科各專業相關的前沿知識。這就需要教師要教學與科研並重,在熟悉教學的基礎對前沿科技進行研究,具有較高的教研能力,讓學生在學好大學物理的同時,對現代科技有一定的了解。教師應該在現有教學基礎上,不斷探索,在傳授知識的同時啟發學生發現問題、解決問題的能力和創新思維能力,成為高素質的全面型人才.

⑵ 大學物理論文範文

【論文關鍵詞】大學物理;現狀分析;教學改革
【論文摘要】文章根據農科類大學物理教學的現狀和教學改革的發展,從教學的幾個環節,提出了大學物理教學內容及教學方法改革的幾點想法,提出建議,以促進農科類大學物理在教學內容、教學目的、教學效果等方面得到更好的發展,實現農科類院校大學物理教學改革的目的。

大學物理是研究物質的基本結構、相互作用和物質最基本最普遍的運動形式及其相互轉化規律的學科。物理學的研究對象是非常廣泛的,它的基本理論滲透到自然科學的很多領域,應用於生產技術的各個部門,它是自然科學和工程技術的基礎。它包含經典物理、近代物理和物理學在科學技術方面的應用等基本內容,這些內容都是各專業進一步學習的基礎和今後從事各種工作所需要的必備知識。因此,它是各個專業學生必修的一門重要基礎課[1]。
在農科類各專業開設大學物理課的作用,一方面在於為學生較系統地打好必要的物理基礎,另一方面是使學生學會初步的科學的思維和研究問題的方法。這對開闊學生的思路、激發探索和創新精神、增強適應能力、提高人才的素質都將起到非常重要的作用。同時,也為學生今後在工作中進一步學習新的知識、新的理論、新的技術等產生深遠的影響。

一、大學物理教學現狀分析

21世紀是科學技術飛速發展的時代,對人才的要求將更高、更全面,這對我們的大學物理教學也提出了更高的要求,必須跟上時代的步伐。但是,目前以農科類大學物理教學為例存在以下問題:
(1)大學物理教材的內容中,以經典物理為主,分為力學、熱學、光學、電磁學和近代物理,內容各自獨立,彼此之間缺乏聯系,沒有形成統一的物理系統。教學內容大部分標題與中學類似,學生看到目錄後學習熱情和興趣銳減。
(2)經典物理和近代物理的比例極不平衡,經典物理部分佔物理教學內容的80%以上,而且基本上都是20世紀以前的成果,沒有站在近代物理學發展的高度,用現代的觀點審視、選擇和組織傳統的教學內容。同時近代物理的內容非常少,特別是沒有反映20世紀後半個世紀以來物理學飛速發展的現代物理思想,使學生對近代物理知識知之甚少,與現代物理嚴重脫節,因此大學物理教學改革勢在必行。
(3)教學手段落後,雖說現在有些老師已經用上了多媒體教學,但是總體對現代化教學手段的充分利用還遠遠不夠,未能充分體現現代化教學手段的優越性,對教學手段的改進也期待著進一步探索。

二、對大學物理教學內容改革的幾點想法

(1)從大學物理非物理專業的人才培養的總體要求出發,對農科類各專業採取不同側重點的教學,現在所用的教材,或是適合我們的短學時,又無配套的教學參考書,或是對農科類相關教學內容不足,我們可以根據不同專業制定不同的教學大綱,注重各部分知識的聯系,以近代物理學的發展為主導,完整而系統的講述物理學的基本內容。同時,教研室可以准備組織力量編寫一本少學時且適合農科類各專業學慣用的大學物理教學參考書,主要用於幫助學生理解基本概念、基本定理,幫助學生學會分析問題和解決問題,幫助學生提高把物理學的知識應用到實際中的能力。
(2)添加近代物理內容,介紹當今物理學前沿的發展,如量子理論、相對論的時空觀等,啟發學生興趣,擴大學生的科學視野,開闊學生的思路。把近代科學技術成就和前沿課題的內容融入教材中,補充一些物理學與相關專業的交叉或補充的前沿的新發展內容,使學生在學習基本理論的同時了解現代科技發展的新信息、新動向。 (3)對經典物理部分進行處理,精選與現代科技、現代物理知識緊密聯系的內容,刪去陳舊部分,避免和中學物理的內容重復,將經典物理延伸至近代物理,增添新意。
(4)將相關學科的基礎知識納入教材。如今科學技術越來越向交叉學科發展。因此,針對農科類各專業,在教材內容的選擇上,增加農業應用方面的內容,緊密聯系學生專業進行因材施教。

三、關於大學物理教學方法和教學手段改革的想法

(1)注重應用,弱化計算。傳統的物理教學方法是以物理理論和計算公式為主,要求學生會解題,而對物理概念的理解和應用則一掠而過。其實,學生對用數學方法解決物理問題不適應,導致對解題產生畏懼心理。因此在教學中不應以做題為目的,使學生陷入題海之中,而是要著重應用方面的教學,適當進行習題練習,重點培養學生應用物理知識分析問題的能力,培養學生的創新能力。
(2)靈活運用多媒體教學。多媒體教學已經成為現代教育中的重要組成部分,適當的多媒體教學可以提高學生的學習效率,有利於發揮學生的主觀能動性,發展學生的個性,實現「以學生為本」的教育理念。在多媒體電子課件中,加入動畫、演示實驗、圖示說明和物理學的一些基本模型等,以彌補傳統教學的不足,增加課堂教學的形象性,對學生動態認識和掌握物理概念有著重要的作用[2]。
(3)在考試方面,可改變現在的考試模式,採用多種考試方法結合。一方面閉卷筆試,採用試題庫考試,另一方面,採取書寫小論文、新想法等方式,加強學生學習的自覺性,減輕學生的壓力,同時也提高了學生的發現問題和探究問題的能力。
(4)重視學生動手能力的培養。物理學是建立在實驗基礎上的,所以大學物理包括理論和實驗兩部分,學生通過大學物理實驗,增強了動手能力、分析問題解決問題的能力,培養了良好的實驗素質。根據物理實驗室開放實驗的實踐經驗,實驗室向學生開放,給學生提供觀察和實際操作的機會,學生可以根據自己的實際情況選擇觀看和操作實驗,從中體會物理學知識的奧秘。

四、展望

本文從大學物理的教學現狀、教學內容、教學方法改革等方面對大學物理教學改革的發展進行了探討,提出了大學物理教學改革的幾點建議。由於物理學在不斷發展,教學思想也在不斷發展,大學物理教學改革更是發展的。所以,大學物理任課教師必須既懂得物理理論又會動手作實驗,同時還要熟悉與農科各專業相關的前沿知識。這就需要教師要教學與科研並重,在熟悉教學的基礎對前沿科技進行研究,具有較高的教研能力,讓學生在學好大學物理的同時,對現代科技有一定的了解。教師應該在現有教學基礎上,不斷探索,在傳授知識的同時啟發學生發現問題、解決問題的能力和創新思維能力,成為高素質的全面型人才

⑶ 物理小論文怎麼寫

1、寫一寫你對一個物理現象的觀察,或過程、或提問、猜想、假設,可以沒有結論,也可以有結論,要依據你的生活經驗或已有的知識
寫。要用心觀察,用腦思考。力的、光的、聲的等等都可以。
2、描述你對一個問題的思考。
3、寫一寫你上過的一節物理課。
4、寫一寫你聽說過的與物理有關的事物,可以以對話形式寫。

⑷ 大學物理小論文主題有哪些

分幾種。
一、大學物理教學現狀分析 21世紀是科學技術飛速發展的時代,對人才的要求將更高、更全面,這對我們的大學物理教學也提出了更高的要求,必須跟上時代的步伐。但是,目前以農科類大學物理教學為例存在以下問題(1)大學物理教材的內容中,以經典物理為主,分為力學、熱學、光學、電磁學和近代物理,內容各自獨立,彼此之間缺乏聯系,沒有形成統一的物理系統。教學內容大部分標題與中學類似,學生看到目錄後學習熱情和興趣銳減。(2)經典物理和近代物理的比例極不平衡,經典物理部分佔物理教學內容的80%以上,而且基本上都是20世紀以前的成果,沒有站在近代物理學發展的高度,用現代的觀點審視、選擇和組織傳統的教學內容。同時近代物理的內容非常少,特別是沒有反映20世紀後半個世紀以來物理學飛速發展的現代物理思想,使學生對近代物理知識知之甚少,與現代物理嚴重脫節,因此大學物理教學改革勢在必行。(3)教學手段落後,雖說現在有些老師已經用上了多媒體教學,但是總體對現代化教學手段的充分利用還遠遠不夠,未能充分體現現代化教學手段的優越性,對教學手段的改進也期待著進一步探索。二、對大學物理教學內容改革的幾點想法(1)從大學物理非物理專業的人才培養的總體要求出發,對農科類各專業採取不同側重點的教學,現在所用的教材,或是適合我們的短學時,又無配套的教學參考書,或是對農科類相關教學內容不足,我們可以根據不同專業制定不同的教學大綱,注重各部分知識的聯系,以近代物理學的發展為主導,完整而系統的講述物理學的基本內容。同時,教研室可以准備組織力量編寫一本少學時且適合農科類各專業學慣用的大學物理教學參考書,主要用於幫助學生理解基本概念、基本定理,幫助學生學會分析問題和解決問題,幫助學生提高把物理學的知識應用到實際中的能力。(2)添加近代物理內容,介紹當今物理學前沿的發展,如量子理論、相對論的時空觀等,啟發學生興趣,擴大學生的科學視野,開闊學生的思路。把近代科學技術成就和前沿課題的內容融入教材中,補充一些物理學與相關專業的交叉或補充的前沿的新發展內容,使學生在學習基本理論的同時了解現代科技發展的新信息、新動向。 (3)對經典物理部分進行處理,精選與現代科技、現代物理知識緊密聯系的內容,刪去陳舊部分,避免和中學物理的內容重復,將經典物理延伸至近代物理,增添新意。(4)將相關學科的基礎知識納入教材。如今科學技術越來越向交叉學科發展。因此,針對農科類各專業,在教材內容的選擇上,增加農業應用方面的內容,緊密聯系學生專業進行因材施教。三、關於大學物理教學方法和教學手段改革的想法(1)注重應用,弱化計算。傳統的物理教學方法是以物理理論和計算公式為主,要求學生會解題,而對物理概念的理解和應用則一掠而過。其實,學生對用數學方法解決物理問題不適應,導致對解題產生畏懼心理。因此在教學中不應以做題為目的,使學生陷入題海之中,而是要著重應用方面的教學,適當進行習題練習,重點培養學生應用物理知識分析問題的能力,培養學生的創新能力。(2)靈活運用多媒體教學。多媒體教學已經成為現代教育中的重要組成部分,適當的多媒體教學可以提高學生的學習效率,有利於發揮學生的主觀能動性,發展學生的個性,實現「以學生為本」的教育理念。在多媒體電子課件中,加入動畫、演示實驗、圖示說明和物理學的一些基本模型等,以彌補傳統教學的不足,增加課堂教學的形象性,對學生動態認識和掌握物理概念有著重要的作用[2]。(3)在考試方面,可改變現在的考試模式,採用多種考試方法結合。一方面閉卷筆試,採用試題庫考試,另一方面,採取書寫小論文、新想法等方式,加強學生學習的自覺性,減輕學生的壓力,同時也提高了學生的發現問題和探究問題的能力。4)重視學生動手能力的培養。物理學是建立在實驗基礎上的,所以大學物理包括理論和實驗兩部分,學生通過大學物理實驗,增強了動手能力、分析問題解決問題的能力,培養了良好的實驗素質。根據物理實驗室開放實驗的實踐經驗,實驗室向學生開放,給學生提供觀察和實際操作的機會,學生可以根據自己的實際情況選擇觀看和操作實驗,從中體會物理學知識的奧秘。

⑸ 物理學論文範文

物理學給人類提供了大量的物質財富,同時也提供了精神財富。物理學的高技術和強滲透性也使之成為社會發展的重要推動力。下面是我為大家整理的物理學論文,供大家參考。

物理學論文範文一:物理學在科技創新中的效用

摘要:論述了X射線的發現,不僅對醫學診斷有重大影響,還直接影響20世紀許多重大發現;半導體的發明,使微電子產業稱雄20世紀,並促進信息技術的高速發展,物理學是計算機硬體的基礎;原子能理論的提出,使原子能逐步取代石化能源,給人類提供巨大的清潔能源;激光理論的提出及激光器的發明,使激光在工農業生產、醫療、通信、軍事上得到廣泛應用;藍光LED的發明,將點亮整個21世紀.事實告訴我們,是物理學推動科技創新,由此得出結論:物理學是科技創新的源泉.昭示人們,高校作為培養人才的場所,理工科要重視大學物理課程.

關鍵詞:X射線;半導體;原子能;激光;藍光LED;科技創新;大學物理

1引言

物理學是一門研究物質世界最基本的結構、最普遍的相互作用以及最一般的運動規律的科學[1-3],其內容廣博、精深,研究方法多樣、巧妙,被視為一切自然科學的基礎.縱觀物理學發展歷史可以發現:其蘊含的科學思維和科學方法能夠有效促進學生能力的培養和知識的形成,同時,其每一次新的發現都會帶動人類社會的科技創新和科技發展.正因如此,大學物理成為了高等學校理、工科專業必修的一門基礎課程.按照教育部頒發的相關文件要求[4-5],大學物理課程最低學時數為126學時,其中理科、師范類非物理專業不少於144學時;大學物理實驗最低學時數為54學時,其中工科、師范類非物理專業不少於64學時.然而調查顯示,眾多高校(尤其是新建本科院校)並沒有嚴格按照教育部頒發的課程基本要求開設大學物理及其實驗課程.他們往往打著“寬口徑、應用型”的晃子,大幅壓縮大學物理和大學物理實驗課程的學時,如今,大學物理及其實驗課程的總學時數實際僅為32-96學時,遠遠低於教育部要求的最低標准(180學時).試問這么少的課時怎麼講豐富、深奧的大學物理?怎麼能夠真正發揮出大學物理的作用?於是有的院、系要求只講力學,有的要求只講熱學,有的則要求只講電磁學,…面對這種情況,大學物理的授課教師在無奈狀態下講授大學物理.從《大學物理課程報告論壇》上獲悉,這不是個別學校的做法,在全國具有普遍性.殊不知,力、熱、光、電磁、原子是一個完整的體系,相互聯系,缺一不可.這種以消減教學內容為代價,解決課時不足的做法,就如同削足適履,是對教育規律不尊重,是管理者思想意識落後的一種體現.本文且不論述物理學是理工科必修的一門基礎課,只論及物理學是科技創新的源泉這一命題,以期提高教育管理者對大學物理課程重要性的認識.

2物理學是科技創新的源泉

且不說力學和熱力學的發展,以蒸汽機為標志引發了第一次工業革命,歐洲實現了機械化;且不說庫倫、法拉第、楞次、安培、麥克斯韋等創立的電磁學的發展,以電動機為標志引發了第二次工業革命,歐美實現了電氣化.這兩次工業革命沒有發生在中國,使中國近代落後了.本文著重論述近代物理學的發展對科學技術的巨大推動作用,從而得出結論:物理學是科技創新的源泉.1895年,威廉•倫琴(WilhelmR魻ntgen)發現X射線,這種射線在電場、磁場中不發生偏轉,穿透能力很強,由於當時不知道它是什麼,故取名X射線.直到1912年,勞厄(MaxvonLaue)用晶體中的點陣作為衍射光柵,確定它是一種光波,波長為10-10m的數量級[6].倫琴獲1901年諾貝爾物理學獎,他發現的X射線開創了醫學影像技術,利用X光機探測骨骼的病變,胸腔X光片診斷肺部病變,腹腔X光片檢測腸道梗塞.CT成像也是利用X射線成像,CT成像既可以提供二維(2D)橫切面又可以提供三維(3D)立體表現圖像,它可以清楚地展示被檢測部位的內部結構,可以准確確定病變位置.當今,各醫院都設置放射科,X射線在醫學上得到充分利用.X射線的發現不僅對醫學診斷有重大影響,還直接影響20世紀許多重大科學發現.1913-1914年,威廉•享利•布拉格(willianHenrgBragg)和威廉•勞侖斯•布拉格(WillianLawrenceBragg)提供布拉格方程[6,P140]2dsinα=kλ(k=1,2,3…)式中d為晶格常數,α為入射光與晶面夾角,λ為X射線波長.布拉格父子提出使用X射線衍射研究晶體原子、分子結構,創立了X射線晶體結構分析這一學科,布拉格父子獲1915年諾貝爾物理學獎.當今,X射線衍射儀不僅在物理學研究,而且在化學、生物、地質、礦產、材料等學科得到廣泛應用,所有從事自然科學研究的科研院所和大多數高等學校都有X射線衍射儀,它是研究物質結構的必備儀器.1907年,威廉•湯姆孫(W•Thomson)發現電子,電子質量me=9.11×10-31kg,電子荷電e=-1.602×10-19C.電子的荷電性引發了20世紀產生革命.1947年,美國的巴丁、布萊頓和肖克利研究半導體材料時,發現Ge晶體具有放大作用,發明了晶體三極體,很快取代電子管,隨後晶體管電路不斷向微型化發展.1958年,美國的工程師基爾比製成第一批集成電路.1971年,英特爾公司的霍夫把計算機的中央處理器的全部功能集成在一塊晶元上,製成世界上第一個微處理器.80年代末,晶元上集成的元件數已突破1000萬大關.微電子技術改變了人類生活,微電子技術稱雄20世紀,進入21世紀微電子產業仍繼續稱雄.到各個工業區看看,發現電子廠比比皆是,這真是小小電子轉動了整個地球啊!電子不僅具有荷電性,還具有荷磁性.

1925年,烏倫貝克—哥德斯密脫(Uhlenbeck-Goudsmit)提出自旋假說,每個電子都具有自旋角動量S軋,它在空間任意方向上的投影只可能取兩個數值,Sz=±h2;電子具有荷磁性,每個電子的磁矩為MSz=芎μB(μB為玻爾磁子)[7].電子的荷磁性沉睡了半個多世紀,直到1988年阿貝爾•費爾(AlberFert)和彼得•格林貝格爾(PeterGrünberg)發現在Fe/Cr多層膜中,材料的電阻率受材料磁化狀態的變化呈顯著改變,其機理是相臨鐵磁層間通過非磁性Cr產生反鐵磁耦合,不加磁場時電阻率大,當外加磁場時,相鄰鐵磁層的磁矩方向排列一致,對電子的散射弱,電阻率小.利用磁性控制電子的輸運,提出巨磁電阻效應(giantmagnetoresistance,GMR),磁電阻MR定義MR=ρ(0)+ρ(H)ρ(0)×100%式中ρ(0)為零場下的電阻率,ρ(H)為加場下的電阻率[8].GMR效應的發現引起科技界強烈關注,1994年IBM公司依據巨磁電阻效應原理,研製出“新型讀出磁頭”,此前的磁頭是用錳鐵磁體,磁電阻MR只有1%-2%,而新型讀出磁頭的MR約50%,將磁碟記錄密度提高了17倍,有利於器件小型化,利用新型讀出磁頭的MR才出現筆記本電腦、MP3等,GMR效應在磁感測器、數控機庫、非接觸開關、旋轉編碼器等方面得到廣泛應用.阿爾貝?費爾和彼得?格林貝格爾獲2007年諾貝爾物理學獎.1993年,Helmolt等人[9]在La2/3Ba1/3MnO3薄膜中觀察到MR高達105%,稱為龐磁電阻(Colossalmagnetoresistance,CMR),鈣鈦礦氧化物中有如此高的磁電阻,在磁感測、磁存儲、自旋晶體管、磁製冷等方面有著誘人的應用前景,引起凝聚態物理和材料科學科研人員的極大關注[10-12].然而,CMR效應還沒有得到實際應用,原因是要實現大的MR需要特斯拉量級的外磁場,問題出在CMR產生的物理機制還沒有真正弄清楚.1905年,愛因斯坦提出[13]:“就一個粒子來說,如果由於自身內部的過程使它的能量減小了,它的靜質量也將相應地減小.”提出著名的質能關系式△E=△m莓C2式中△m.表示經過反應後粒子的總靜質量的減小,△E表示核反應釋放的能量.愛因斯坦又提出實現熱核反應的途徑:“用那些所含能量是高度可變的物體(比如用鐳鹽)來驗證這個理論,不是不可能成功的.”按照愛因斯坦的這一重大物理學理論,1938年物理學家發現重原子核裂變.核裂變首先被用於戰爭,1945年8月6日和9日,美國對日本的廣島和長崎各投下一顆原子彈,迫使日本接受《波茨坦公告》,於8月15日宣布無條件投降.後來原子能很快得到和平利用,1954年莫斯科附近的奧布寧斯克原子能發電站投入運行.2009年,美國有104座核電站,核電站發電量占本國發電總量的20%,法國有59台機組,佔80%;日本有55座核電站,佔30%.截至2015年4月,我國運行的核電站有23座,在建核電站有26座,產能為21.4千兆瓦,核電站發電量占我國發電總量不足3%,所以我國提出大力發展核電,制定了到2020年核電裝機總容量達到58千兆瓦的目標.核能的利用,一方面減少了化石能源的消耗,從而減少了產生溫室效應的氣體———二氧化碳的排放,另一方面有力地解決能源危機.利用海水中的氘和氚發生核聚變可以產生巨大能量,受控核聚變正在研究中,若受控核聚變研究成功將為人類提供取之不盡用之不竭的能量.那時,能源危機徹底解除.

20世紀最傑出的成果是計算機,物理學是計算機硬體的基礎.從1946年計算機問世以來,經歷了第一至第五代,計算機硬體中的電子元件隨著物理學的進步,依次經歷了電子管、晶體管、中小規模集成電路、大規模集成電路、超大規模集成電路;主存儲器用的是磁性材料,隨著物理學的進步,磁性材料的性能越來越高,計算機的硬碟越來越小.近日在第十六屆全國磁學和磁性材料會議(2015年10月21—25日)上獲悉,中科院強磁場中心、中科院物理所等,正在對斯格明子(skyrmions)進行攻關,斯格明子具有拓撲納米磁結構,將來的筆記本電腦的硬碟只有花生大小,ipod平板電腦的硬碟縮小到米粒大小.量子力學催生出隧道二極體,量子力學指導著研究電子器件大小的極限,光學纖維的發明為計算機網路提供數據通道.

1916年,愛因斯坦提出光受激輻射原理,時隔44年,哥倫比亞大學的希奧多•梅曼(TheodoreMaiman)於1960製成第一台激光器[14].由於激光具有單色性好,相乾性好,方向性好和亮度高等特點,在醫療、農業、通訊、金屬微加工,軍事等方面得到廣泛應用.激光在其他方面的應用暫不展開論述,只談談激光加工技術在工業生產上的應用.激光加工技術對材料進行切割、焊接、表面處理、微加工等,激光加工技術具有突出特點:不接觸加工工件,對工件無污染;光點小,能量集中;激光束容易聚焦、導向,便於自動化控制;安全可靠,不會對材料造成機械擠壓或機械應力;切割面光滑、無毛刺;切割面細小,割縫一般在0.1-0.2mm;適合大件產品的加工等.在汽車、飛機、微電子、鋼鐵等行業得到廣泛應用.2014年,僅我國激光加工產業總收入約270億人民幣,其中激光加工設備銷售額達215億人民幣.

2014年,諾貝爾物理學獎授予赤崎勇、天野浩、中山修二等三位科學家,是因為他們發明了藍色發光二極體(LED),幫助人們以更節能的方式獲得白光光源.他們的突出貢獻在於,在三基色紅、綠、藍中,紅光LED和綠光LED早已發明,但製造藍光LED長期以來是個難題,他們三人於20世紀90年代發明了藍光LED,這樣三基色LED全被找到了,製造出來的LED燈用於照明使消費者感到舒適.這種LED燈耗能很低,耗能不到普通燈泡的1/20,全世界發的電40%用於照明,若把普通燈泡都換成LED燈,全世界每個節省的電能數字驚人!物理學研究給人類帶來不可估量的益處.2010年,英國曼徹斯特大學科學家安德烈•海姆(AndreGeim)和康斯坦丁•諾沃肖洛夫(Kon-stantinNovoselov),因發明石墨烯材料,獲得諾貝爾物理學獎.目前,集成電路晶體管普遍採用硅材料製造,當硅材料尺寸小於10納米時,用它製造出的晶體管穩定性變差.而石墨烯可以被刻成尺寸不到1個分子大小的單電子晶體管.此外,石墨烯高度穩定,即使被切成1納米寬的元件,導電性也很好.因此,石墨烯被普遍認為會最終替代硅,從而引發電子工業革命[14].2012年,法國科學家沙吉•哈羅徹(SergeHaroche)與美國科學家大衛•溫蘭德(DavidJ.win-land),在“突破性的試驗方法使得測量和操縱單個量子系統成為可能”.他們的突破性的方法,使得這一領域的研究朝著基於量子物理學而建造一種新型超快計算機邁出了第一步[16].

2013年,由清華大學薛其坤院士領銜、清華大學物理系和中科院物理研究所組成的實驗團隊從實驗上首次觀測到量子反常霍爾效應.早在2010年,我國理論物理學家方忠、戴希等與張首晟教授合作,提出磁性摻雜的三維拓撲絕緣體有可能是實現量子化反常霍爾效應的最佳體系,薛其坤等在這一理論指導下開展實驗研究,從實驗上首次觀測到量子反常霍爾效應.我們使用計算機的時候,會遇到計算機發熱、能量損耗、速度變慢等問題.這是因為常態下晶元中的電子運動沒有特定的軌道、相互碰撞從而發生能量損耗.而量子霍爾效應則可以對電子的運動制定一個規則,電子自旋向上的在一個跑道上,自旋向下的在另一個跑道上,猶如在高速公路上,它們在各自的跑道上“一往無前”地前進,不產生電子相互碰撞,不會產生熱能損耗.通過密度集成,將來計算機的體積也將大大縮小,千億次的超級計算機有望做成現在的iPad那麼大.因此,這一科研成果的應用前景十分廣闊[17].物理學的每一個重大發現、重大發明,都會開辟一塊新天地,帶來產業革命,推動社會進步,創造巨大物質財富.縱觀科學與技術發展史,可以看出物理學是科技創新的源泉.

3結語

論述了X射線,電子、半導體、原子能、激光、藍光LED等的發現或發明對人類進步的巨大推動作用,自然得出結論,物理學是科技創新的源泉.打開國門看一看,美國的著名大學非常注重大學物理,加州理工大學所有一、二年級的公共物理課程總學時為540,英、法、德也在400-500學時[18].國內高校只有中國科學技術大學的大學物理課程做到了與國際接軌,以他們的數學與應用數學為例,大一開設:力學與熱學80學時,大學物理—基礎實驗54學時;大二開設:電磁學80學時,光學與原子物理80學時,大學物理—綜合實驗54學時;大三開設:理論力學60學時,大學物理及實驗總計408學時.在大力倡導全民創業萬眾創新的今天,高等學校理所應當重視物理學教學.各高校的理工科要按照教育部高等學校非物理類專業物理基礎課程教學指導委員會頒發的《非物理類理工學科大學物理課程/實驗教學基本要求》給足大學物理課程及大學物理實驗課時.

參考文獻:

〔1〕祝之光.物理學[M].北京:高等教育出版社,2012.1-10.

〔2〕馬文蔚,周雨青.物理學教程[M].北京:高等教育出版社,2006.I-V1.

〔3〕倪致祥,朱永忠,袁廣宇,黃時中,大學物理學[M].合肥:中國科學技術大學出版社,2005.前言.

〔4〕教育部高等學校非物理類專業物理基礎課程教學指導分委員會.非物理類理工學科大學物理課程教學基本要求[J].物理與工程,2006,16(5)

〔5〕教育部高等學校非物理類專業物理基礎課程教學指導分委員會.非物理類理工學科大學物理實驗課程教學基本要求[J].物理與工程,2006,16(4):1-3.

〔6〕姚啟鈞,光學教程[M].北京;高等教育出版社,2002.138-139.

〔7〕張怪慈.量子力學簡明教授[M].北京:人民教育出版社,1979.182-183.

〔8〕孫陽(導師:張裕恆).鈣鈦礦結構氧化物中的超大磁電阻效應及相關物性[D].中國科學技術大學,2001.10-11.

物理學論文範文二:初中物理學科全息教學的運用

一、全息教學在初中物理教學中運用的策略

1.運用全息理論,對初中物理教學課型進行合理選擇與搭配

新課改以後,物理課堂教學由傳統的講授內容方面轉變到物理的過程方面,其核心是給學生提供機會、創造機會。因此,在物理教學中,教師要善於運用全息教學理論,並根據學生的生活經驗和已有的知識背景,對課型合理地選擇與搭配,帶領學生運用多種方法對物理知識進行重演在現,激勵學生發現並提出問題,進而激發學生學習物理的興趣,培養學生創新和探究能力。例如:在講靜電屏蔽時,首先帶領學生對靜電屏蔽進行了實驗,並得到了正確的結果。突然有一個學生提出問題“:用電吹風吹頭時,電吹風其對電視信號有影響,那麼是不是靜電屏蔽不完全成立?”於是帶領學生們又做了如下實驗:將一個手機放在一個密閉的紙盒內,用另一部手機呼叫,學生們聽到了響聲。再讓同學思考,如果將手機放在前面做過實驗的金屬籠內,是否能聽到鈴聲?多數學生根據靜電屏蔽原理猜測肯定不能。然而將手機放進鐵籠後,仍能聽到鈴聲。學生們都感到疑惑,難道靜電平衡理論有誤?針對這種現象讓大家思考了“靜電”二字,然後向學生們解釋手機信號是一種電磁波而不是靜電,其屬一種交變的電磁場,遇到金屬網時,金屬網會感應出同頻率的電磁波,只是強度變小,因此在仍能聽到籠中手機鈴聲,也解釋了,也就解釋了為什麼吹風機對電視信號有影響。這樣通過對物理知識重演再現與對比的方式,加深了學生對物理知識的理解,從而提高了教學質量。

2.運用全息理論,根據物理教材和學情選擇合適的教學方法

在進行物理教學時,物理教材中的安排的知識點難易程度不同,如果各個知識點都按照相同的教學方法去講解,容易理解的知識點學生會掌握的相對熟練,而對於相對較難的知識點,就可能會導致學生對其似懂非懂,這樣就會不利於學生的學習。這樣物理教師在運用全息理論時,不要一味的按照一個教學方法進行講解要注意對教學方法的改變,使學生能夠熟練地掌握知識點。另外,每個學生對於知識點的掌握情況不同,有些學生可能掌握的好一些,有些學生掌握的差一些,因此物理教師要根據學情來選擇教學方式,既要照顧那些掌握知識差的同學,也要讓掌握較好的同學能夠學到更多的知識。例如,在向同學講解“測量”的知識點時,對與學生來說這個相對知識點相對容易,在日常生活中很容易接觸到,因此教師在運用全息教學論時,可以先向學生對所要內容的主旨,主要思路進行講解,然後對主要知識點進行仔細講解,經過這樣的講解,學生會很容易對測量知識進行掌握。而在向學生講解“光學規律”時,學生對其中的規律和容易混淆,如果物理教師還按照講解“測量”方法向學生進行講解,學生就很難掌握。因此,教師要改變教學方法,既要向學生進行理論講解,也要帶領學生對個規律進行實驗,通過實驗加深學生對光學規律的理解,使學生對知識點能夠更好地掌握。3.運用全息理論,根據知識內容和特點選擇合適的評價方式在物理教學中,物理教師對學生的評價方式非常重要,有的評價方式會激發學生學習物理的知識的興趣,而有的評價方式可能使學生受到打擊,從而失去學習物理的興趣。因此教師要合理的運用全息理論,並且根據知識內容和特點選擇合適的評價方式,激發學生學習物理的興趣。例如,在課堂上讓學生回答問題時,學生回答對了要給與肯定的評價,而如果學生回答錯了,要用積極的評價方式去評價,用全息理論去告訴他,其在探討知識的過程中,沒有選擇正確的方式方法,讓其用正確的方式再去進行探討,這樣既讓學生知道了自己了不足,也對學生進行了鼓勵學生,這樣學生就會樂意去學習,從而大大地提高物理教學質量。

二、結束語

⑹ 大學物理論文的題目可以有哪些

參考題目:
1. 慣性質量與引力質量相等的實驗驗證。
2. 談談伽利略的相對性原理。
3. 慣性系與非慣性系中物理學規律之間聯系的討論。
4. 生活中的慣性力,科里奧利力,舉例說明自然界中的科里奧利效應。
5. 談談角動量守恆及其應用。
6. 質心參照系的利用。
7. 論述「嫦娥一號」奔月的主要過程及其其中的物理學原理。
8. 談談剛體中的打擊中心問題。
9. 談談冰箱的工作原理及如何實現冰箱節能。
10. 論述汽車發動機與熱力學的關系。
11. 論述燃煤電廠效率提高的發展趨勢。
12. 熱力學第一定律及其思考。
13. 熱力學第二定律及其思考。
14. 舉例說明永動機是不可能製成的。
15. 從熱力學第二定律的角度論述生命活動的本質。
16. 談談日常生活中的混沌現象。
17. 舉例說明樂器中的物理學。
18. 談談共振的應用及其危害。
19. 談談阻尼振動的應用及其危害。
20. 舉例說明多普勒效應及其應用。
21. 楊氏雙縫干涉實驗的結果及其思考。
22. 談談等厚干涉及其應用。
23. 談談偏振光的產生及其應用。
24. 全息照相在光學工程中的應用。
25. 物理與新技術(與自己的專業相結合,比如:「物理與航天技術」、「物理與光學技術」、「物理與發動機」 、「物理與生命活動」等)。

⑺ 關於物理學方面的論文

物理學是研究物質運動最一般規律和物質基本結構的學科,是當今最精密的一門自然科學學科。下文是我為大家整理的關於物理學方面的論文的 範文 ,歡迎大家閱讀參考!

物理學方面的論文篇1

試談物理學專業電動力學課程教學

動力學電磁現象的經典的動力學理論。通常也稱為經典電動力學,電動力學是它的簡稱。它研究電磁場的基本屬性、運動規律以及電磁場和帶電物質的相互作用。

一、課程教學根本理念

第一,在教學中要尊重先生學習的主體性、教員教學的主導性,片面發揚先生的盲目性、自動性、發明性。第二,“電動力學”課程屬於專業根底課程,教學內容布置上除了讓先生學習本門課程的根本知識、根本實際、根本思緒,與其他物理學分支也具有個性和特性的關系。針對這一特點,教師在教學中要留意引導先生類似性抽象思想。第三,教學應突出探求式教學辦法,改動傳統的教學形式,把信息技術與電動力學課程最大限制地整合,運用多種古代 教育 手腕優化教學進程,推行啟示式、探求式、討論式、小製造等授課方式,培育先生的創新思想和創新理念。

二、在本課程教學中該當做到以下幾點

1.講授內容應實際聯絡實踐

“電動力學”作為一門專業學科課程,是師范院校物理專業的根底實際課。教學中要求先生掌握課程的根本知識、根本實際和根本原理,使先生加深對所授知識的了解,更可深入看法電動力學的實踐使用價值,到達學致使用的目的,同時提升先生剖析成績、處理成績的才能。

2.注重先生學習的主體性和集體性培育

從課程的設計到評價各個環節,在留意發揚教員在教學中主導作用的同134教改課改2016年3月時,應特別留意表現先生的學習主體位置,以充沛發揚先生的積極性和發掘學習潛能。要求先生能初步剖析消費、生活中的電動力學成績,以提升先生的剖析成績和處理成績的才能。在電動力學實際的學習中運用數學工具處置成績,使先生看法數學和物理的親密關系,培育先生運用數學工具處理物理成績的才能。培育先生自學才能,重要的不是教內容,而是教給先生學習辦法。要充沛留意先生的興味、專長和根底等方面的集體差別,因材施教,依據這種差別性來確定學習目的和評價辦法,並提出相應的教學建議。課程規范在課程設計、教學方案、方案制定、內容選取和教學評價等環節上,為教學、學習提供了選擇餘地和開展的空間。

3.運用多種古代教育手腕優化教學環節

充沛應用古代化教學手腕,發揚信息化教學的劣勢,加強先生的學習興味,進一步強化需求掌握的知識點,拓寬知識面,加強先生的理論操作技藝,培育迷信的思想方式,這樣先生能更好地掌握“電動力學”課程知識所觸及的相關迷信辦法,無效提升其發現成績、剖析成績、處理成績的才能。

4.具有良好的實驗條件,充沛保證明驗和理論訓練質量

鼓舞先生展開科研理論訓練,參與各類科技競賽。實驗課及理論訓練要留意培育先生的邏輯思想、發明性思想,充沛應用好物理、電子競賽等創新平台,促進電動力學課程的教學。

三、課程學習戰略探求

第一,針對“電動力學”是實際根底課的特點,先生必需堅持 課前預習 ,預習進程中無意識地提出成績。課堂教學次要採用探求式課堂教學法,即每節課突出一個主題,講清論透相關原理知識,每個主題經過師生多種方式的互動,教員及時理解、處理先生的疑問成績,以加強先生的學習興味。第二,將傳統板書、電子課件、網路和視頻多種教學手腕相結合。如課內講授與課外討論和製造相結合、根底實際教學與學科前沿講座結合、根本實際與科研理論訓練相結合。第三,鼓舞先生參與科研理論訓練和各類科技競賽。培育多樣化使用型人才,以培育使用型、復合型、技藝型人才,加強 畢業 生失業才能,完本錢課的預期目的。第四,電動力學也是一門理論性很強的課程,其研討對象是區別於實物的物質形狀,具有籠統的特徵。為防止課程教學的數學化,我們將充沛使用當代信息技術的劣勢,比方說以視頻教學材料加強先生的理性看法和入手才能。再次,實驗課及理論訓練要留意培育先生的邏輯思想、發明性思想才能和素質,充沛發揚先生的物理思想和物理探求才能。

四、課程教學辦法探求

本課程教學中應留意電動力學實際與理論的結合,尊重先生學習的主體性,適當布置指點性自習,培育先生的自學才能。增強對先生課前、課後的答疑輔導,注重先生才能的培育,使先生經過對電動力學中根本實際的了解,看法和掌握電動力學原理的研討規律,開辟思緒,初步培育先生的科研思想。

1.“雙邊反應式”教學法

這種教學法由“自學”和“反應”兩局部構成,其著眼點是先生在教員指點下的自學和教員由反應來的信息而停止的有重點的解說,使先生的才能在重復訓練中失掉錘煉。“自學”和“反應”表現了先生和教員的互相聯絡、互相配合、互相作用的訓練進程。

2.以成績為中心,展開課堂討論

式教學法建議課堂教學中遵照迷信性、主體性、開展性准繩,採用以先生為主體的小組討論式的辦法,從提出成績動手,激起先生學習的興味,讓先生有針對性地去探究並運用實際知識處理實踐成績;也可以針對教研室科研任務中遇到的成績設計討論或考慮題,以啟示先生剖析、討論有關電動力學成績,學習並穩固電動力學知識,開辟思緒,培育科研思想。

3.倡導學導式的教學方式

在教員指點下,先生停止自學、自練,教員把先生在教學進程中的認知活動視為教學活動的主體,讓先生自動地去獲取知識,開展各自才能,從而到達在充沛發揚先生自動性的根底上,滲入教員的正確引導,使教學單方各盡其能,各得其所。

4.多展開課外理論活動

課外理論訓練中,要留意培育先生的邏輯思想、發明性思想才能和素質。鼓舞和指點有才能的先生進入科研理論訓練,參與各類科技競賽。將先生撰寫的課程小論文融入教學全進程,從中選出有質量的項目進入科研理論訓練。充沛應用好物理、電子競賽等創新平台,促進電動力學課程的教學,培育使用型、復合型、技藝型人才,加強畢業生失業才能。“電動力學”作為一門探求性課程,在課堂教學中,要突出先生的參與性,使他們自動獲取而不是主動承受迷信結論,互動思想使先生覺得電動力學發人沉思,不難入門。“電動力學”與其他物理學分支具有“個性”和“特性”的關系。為了激起先生學習興味,可以常常採用課堂討論方式,由先生發問,在教員引導下大家討論, 總結 得出正確結論。由於剖析“電動力學”需求運用籠統思想,所以課堂教學應充沛運用多媒體,盡量運用圖像和顏色搭配,使先生樹立正確的物理圖像。留意“信息技術”與“電動力學”課程的無效整合,這關於全體優化教學進程,進步先生的專業知識學習效果、進步先生的信息技術才能、培育先生的協作認識和創新肉體均具有嚴重的理想意義。同時,可將教學實際使用到創新理論才能訓練中,使用到物理、電子等各類競賽中。

參考文獻:

[1]馮雲光.物理專業電動力學教學變革的探究[J].才智,2014,(19).

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[3]劉佳.《電磁學》與《電動力學》課程體系創新研討[J].科技信息,2013,(11):44.

[4]熊萬傑,陸建隆.對“電動力學”課程變革的探究[J].初等文科教育,2003,(6):72-75.

[5]付長寶,徐國慧,王希英.基於電動力學教學變革的學習辦法討論[J].通化師范學院學報,2009,30

物理學方面的論文篇2

試談電力信息物理融合系統

【摘 要】嵌入式系統、計算機技術、網路通信技術的快速發展使構建未來智能電網成為了可能,基於信息物理系統(CPS)技術構建電力信息物理融合系統(CPPS)為實現未來智能電網提供了新的思路。本文對CPPS平台進行了初步研究分析,介紹了應用於CPPS中的同步PMU技術、開放式通信網路、分布式控制。

【關鍵詞】CPPS;同步PMU;開放式通信;分布式控制

引言

受能源危機、環保壓力的推動,以及用戶對電能質量(QoS)要求的不斷提高,當代電力系統不再符合社會的發展需求,智能電網(Smart Grid)成為未來電力系統的發展方向。智能電網的發展原因主要有以下幾個方面:

1)分布式電源(Distributed Generation,DG)大量接入電網導致的系統穩定性問題。由於DG的大量接入使電網變成一個故障電流和運行功率雙向流動的有源網路,增加了系統的復雜度和脆弱度,因此亟需發展智能電網以解決DG大量接入電網導致的系統穩定性問題。

2)電力用戶對電能質量(QoS)要求的不斷提高。現代社會短時間的停電也會給高科技產業帶來巨額的經濟損失,近年來發生的大停電事故更是給社會帶來了難以估量的經濟損失。因此,亟需建立堅強自愈的智能電網以提供優質的電力服務。

論文主體結構如下:第1部分介紹了近年來信息物理系統(Cyber Physical System ,CPS)技術的發展以及CPS與智能電網的相互關系;第2部分介紹了電力信息物理融合系統(Cyber-Physical Power System,CPPS)的硬體平台模型;第3部分介紹了同步相量測量裝置(Phasor Measurement Units,PMU)技術;第4部分對CPPS中的開放式通信網路進行了初步分析;第5部分對CPPS的分布式控制技術進行了簡單介紹;最後第6部分做出全文總結。

1 CPS與智能電網的相互關系

CPS技術的發展得益於近年來嵌入式系統技術、計算機技術以及網路通信技術等的高速發展,其最終目標是實現對物理世界隨時隨地的控制。CPS通過嵌入數量巨大、種類繁多的無線感測器而實現對物理世界的環境感知,通過高性能、開放式的通信網路實現系統內部安全、及時、可靠地通信,通過高精度、可靠的數據處理系統實現自主協調、遠程精確控制的目標[1]。

CPS技術已經在倉儲物流、自主導航汽車、無人飛機、智能交通管理、智能樓宇以及智能電網等領域得以初步研究應用[2]。

將CPS技術引入到智能電網中,可以得到電力信息物理融合系統(Cyber-Physical Power System,CPPS)的概念。為了分析CPPS與智能電網的相互關系,首先簡單回顧一下智能電網的概念。目前關於智能電網的概念較多,並且未達成一致結論。IBM中國公司高級電力專家Martin Hauske認為智能電網有3個層面的含義:首先利用感測器對發電、輸電、配電、供電等環節的關鍵設備的運行狀況進行實時監控;然後把獲得的數據通過網路系統進行傳輸、收集、整合;最後通過對實時數據的分析、挖掘,達到對整個電力系統運行進行優化管理的目的[3-4]。

從上文關於CPS和智能電網的介紹中可以看出,CPS與智能電網在概念上有相通之處,它們均強調利用前沿通信技術和高端控制技術增強對系統的環境感知和控制能力。因此,在CPS基礎上建立的CPPS為促進電力一次系統與電力信息系統的深度融合,最終實現構建完整的智能電網提供了新的思路和實現途徑。

2 CPPS的硬體平台架構

基於分布式能源廣泛接入電網所引起的系統穩定性問題以及建立堅強自愈智能電網的總體目標,建立安全、穩定、可靠的智能電網成為未來電力系統研究的重要方向,同時也是CPPS研究的主要內容。

傳統的電力系統監測手段主要有基於電力系統穩態監測的SCADA/EMS系統和側重於電磁暫態過程監測的各種故障錄波儀,保護控制方式主要有基於SCADA主站的集中控制方式和基於保護控制裝置安裝處的就地控制方式[5]。就地控制方式易於實現,並且響應速度快,但是由於利用的信息有限,控制性能不夠完善,不能預測和解決系統未知故障,對於電力系統多重反應故障更不能准確動作。集中控制方式利用系統全局信息,能夠優化系統控制性能,但是計算數據龐大、通信環節多,系統響應速度慢,並且現有SCADA系統主要對電力系統進行穩態分析,不能對電力系統的動態運行進行有效地控制。

針對目前電力系統監測、控制手段的不足,要建立堅強自愈的未來智能電網,必須建立相應的廣域保護的實時動態監控系統,CPPS的硬體平台就是在此基礎上建立起來的。

CPPS的硬體平台6層體系架構如圖1所示,主要包括:物理層(電力一次設備)、感測驅動層(同步PMU)、分布式控制層(智能終端單元STU、智能電子裝置IED等)、過程式控制制層(控制子站PLC)、高級優化控制層(SCADA主站控制中心)和信息層(開放式通信網路)。

其中,底層的物理層是指電力系統的一次設備,如發電廠、輸配電網等。感測驅動層主要用於對電力系統的動態運行參數進行實時監控,測量參數包括電流、電壓、相角等,在CPPS中廣泛使用的測量裝置是同步PMU。分布式控制層主要包括各STU/IED,為廣域保護的分布式就地控制提供反饋控制迴路。過程式控制制層主要指樞紐發電廠和變電站的控制子站,是CPPS的重要組成部分,通過收集多個測量節點的數據信息,建立系統層面的控制迴路,並做出相應的控制決策。高級優化控制層是指調度中心控制主站,主要為電力系統的動態運行提供人工輔助優化控制。頂層的信息層即智能電網的開放式通信網路,注意信息層並不是單獨的一層,而是重疊搭接CPPS的各個分層,為CPPS內部各組件提供安全、及時、可靠的通信。

上文給出了CPPS的硬體平台模型,但要在電力系統中具體實現CPPS,涉及諸多方面的技術難題,下面對CPPS中的同步PMU、開放式通信網路以及分布式控制等分別加以簡單介紹。

3 同步PMU測量技術

同步PMU是構建CPPS的基礎,它為CPPS中廣域保護的動態監測提供了豐富的測量數據。同步PMU裝置主要對電力系統內部的同步相量進行測量和輸出,裝設點包括大型發電廠、聯絡線落點、重要負荷連接點以及HVDC、SVC等控制系統,測量數據包括線路的三相電壓、三相電流、開關量以及發電機端的三相電壓、三相電流、開關量、勵磁電流、勵磁電壓、勵磁信號、氣門開度信號、AGC、AVC、PSS等控制信號[6]。利用測得的數據可以進行系統的穩定裕度分析,為電力系統的動態控制提供依據。

同步PMU的硬體結構框圖如圖2所示。

其中,GPS接收模塊將精度在±1微秒之內的秒脈沖對時脈沖與標准時間信號送入A/D轉換器和CPU單元,作為數據採集和向量計算的標准時間源。由電壓、電流互感器測得的三相電流、電壓經過濾波整形和A/D轉換後,送到CPU單元進行離散傅里葉計算,求出同步相量後再進行輸出。注意,發電機PMU除了測量機端電壓、電流和勵磁電壓、電流以外,還需接入鍵相脈沖信號用以測量發電機功角[7]。

4 CPPS的開放式通信網路

建立CPPS的開放式通信網路,應該在保證安全、及時、可靠的通信的基礎上,使系統具有高度的開放性,支持自動化設備與應用軟體的即插即用,支持分布式控制與集中控制的結合。對於建立的開放式通信網路,需要進行通信實時性分析、網路安全性和可靠性分析。

4.1 IEC 61850標準的應用

IEC 61850標准作為新一代的網路通信標准而運用於智能變電站中,支持設備的即插即用和互操作,使智能變電站具有高度的開放性。IEC 61850標準是智能變電站的網路通信標准,同時正在進一步發展成為智能電網的通信標准[8],因此,使用IEC 61850作為CPPS通信網路的通信標準是最佳選擇。

IEC 61850的核心技術[9]包括面向對象建模技術、XML(可擴展標記語言)技術、軟體復用技術、嵌入式 操作系統 技術以及高速乙太網技術等。

4.2 通信網路配置與分析

對於CPPS開放式通信網路的網路配置,可參考智能變電站的三層二網式網路結構配置,構建CPPS的3層式通信網路,如圖3所示。

其中,底層為位於發電廠、變電站和重要負荷處的大量PMU、STU/IED,分別負責採集實時信息和執行保護控制功能。中間層為控制子站(過程式控制制單元PLC),每個控制子站與多個PMU、STU/IED相連,以完成該分區系統層面的保護控制,並根據需要將數據上傳到SCADA主站控制中心。SCADA主站控制中心接收各控制子站的上傳數據,處理以後將控制信息下發到各控制子站,以實現CPPS的廣域保護控制功能。注意,各層設備均嵌入GPS實現精確對時,保證全系統的同步數據采樣。

5 CPPS的分布式控制機理

要建立堅強自愈的智能電網,必須利用新型控制機理建立可靠的電力控制系統。根據電力故障擴大的路徑和范圍以及故障的時間演變過程,文獻[10-11]中提出建立時空協調的大停電防禦框架,建立了電力系統的3道防線,為實現智能電網的廣域動態保護控制奠定了良好的基礎。

電力系統的分布式控制(Distributed Control,DC)是相對於傳統的SCADA主站集中控制方式而言的,指的是多機系統,即用多台計算機(指嵌入式系統,包括PLC控制子站和STU/IED等)分別控制不同的設備和對象(如發電機、負荷、保護裝置等),各自構成獨立的子系統,各子系統之間通過通信網路互聯,通過對任務的相互協調和分配而完成系統的整體控制目標[12]。分布式控制的核心特徵就是“分散控制,集中管理”。在電力系統的3道防線的基礎上,結合分布式控制技術,建立CPPS的3層控制架構,如圖4所示。

其中,分布式控制層主要是在故障發生的起始階段(緩慢開斷階段)採取的控制 措施 ,其控制目標應該是保證系統在不嚴重故障下的穩定性,防止故障的蔓延。過程式控制制層是在系統已經發生嚴重故障時(級聯崩潰開始階段)所採取的廣域緊急控制措施,需要付出較大的代價。通常針對可能會使系統失穩的特定故障,往往需要投切非故障設備以保證系統的穩定性。廣域的緊急控制措施應該在故障被識別出的第一時間立即實施,控制措施實施越晚,控制效果越差。優化控制層是在前兩層控制均拒動或欠控制而沒有取得控制效果,同時在檢測到各種不穩定現象後所採取的控制措施,通常需要進行多輪次的切負荷和振盪解列。在電力恢復階段,要有自適應的黑啟動和自痊癒的控制方案。

6 結語

將CPS 方法 引入到電力系統中,建立CPPS的模型平台,為建立堅強自愈的智能電網提供新的思路。文中對CPPS中的同步PMU測量技術、開放式通信 網路技術 、分布式控制技術分別進行了簡單介紹。

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我大學畢業論文寫的是<<
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