点电荷对（精选十篇）
点电荷对 篇1
带电粒子在磁场中的运动与现代科技、生产和日常生活密切相关, 在近、现代物理实验中有重大意义, 本文就“磁场对运动电荷的作用”的实际应用举例分析, 供同学们参考.
一、磁偏转技术
例1 (2002年全国27) 电视机的显像管中, 电子束的偏转是用磁偏转技术实现的.电子束经过电压为U的加速电场后, 进入一圆形匀强磁场区, 如图1所示.磁场方向垂直于圆面.磁场区的中心为O, 半径为 r.当不加磁场时, 电子束将通过O点而打到屏幕的中心M点.为了让电子束射到屏幕边缘P, 需要加磁场, 使电子束偏转一已知角度θ, 此时磁场的磁感应强度B应为多少?
解析:电子在磁场中沿圆弧 ab 运动, 圆心为C (如图2所示) , 半径为R, 以 v 表示电子进入磁场时的速度, m、e 分别表示电子的质量和电量, 由动能定理得:
电子做圆周运动的向心力由洛伦兹力提供, 则
又有
由以上各式解得
点评: (1) 本题综合考查动能定理、牛顿运动定律、洛伦兹力及圆周运动等知识.解题中要特别注意找准角度关系以及磁场区半径与轨道半径不能混淆.
(2) 处理带电粒子在磁场中的圆周运动问题的关键是画出符合题意的轨迹图, 确定圆心, 然后根据几何关系求半径.
二、磁约束技术
例2 核聚变反应需要几百万度以上的高温, 为把高温条件下高速运动的离子约束在小范围内 (否则不可能发生核反应) , 通常采用磁约束的方法 (托卡马克装置) .如图3所示, 环状匀强磁场围成中空区域, 中空区域中的带电粒子只要速度不是很大, 都不会穿出磁场的外边缘而被约束在该区域内.设环状磁场的内半径为R1=0.5 m, 外半径R2=1.0 m, 磁场的磁感强度B=1.0T, 若被束缚带电粒子的荷质比为 q/m=4×107C/㎏, 中空区域内带电粒子具有各个方向的速度.试计算:
(1) 粒子沿环状的半径方向射入磁场, 不能穿越磁场的最大速度.
(2) 所有粒子不能穿越磁场的最大速度.
解析: (1) 要粒子沿环状的半径方向射入磁场, 不能穿越磁场, 则粒子的临界轨迹必须要与外圆相切, 轨迹如图4所示.
由图中知 r
解得 r1=0.375 m.
由
所以粒子沿环状的半径方向射入磁场, 不能穿越磁场的最大速度为
V1=1.5×107 m/s.
(2) 当粒子以V2的速度沿与内圆相切方向射入磁场且轨道与外圆相切时, 则以V1速度沿各方向射入磁场区的粒子都不能穿出磁场边界, 如图5所示.
由图中知
由
所以所有粒子不能穿越磁场的最大速度
V2=1.0×107 m/s.
点评:本题为有界磁场中带电粒子运动的临界问题, 应该注意运动图景分析和运动轨迹的几何分析, 从而寻找不能穿越磁场的临界条件.
三、磁谱仪
例3 (2007年高考江苏卷第17题) 磁谱仪是测量α能谱的重要仪器.磁谱仪的工作原理如图6所示, 放射源S发出质量为 m、电量为 q 的α粒子沿垂直磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场, 被限束光栏Q限制在2φ的小角度内, α粒子经磁场偏转后打到与束光栏平行的感光片P上. (重力影响不计)
(1) 若能量在E～E+ΔE (ΔE>0, 且ΔE<<E) 范围内的α粒子均垂直于限束光栏的方向进入磁场.试求这些α粒子打在胶片上的范围Δx1.
(2) 实际上, 限束光栏有一定的宽度, α粒子将在2φ角内进入磁场.试求能量均为E的α粒子打到感光胶片上的范围Δx2.
解析: (1) 设α粒子以速度 v 进入磁场, 打在胶片上的位置距S的距离为 x, 其运动轨迹如图7所示.
洛仑兹力提供向心力:
由①②③式可得
由④可得
化简可得
(2) 动能为E的α粒子沿±φ角入射, 轨道半径相同, 设为R, 其运动轨迹如图8所示.
洛仑兹力提供向心力:
α粒子的动能
由几何关系可得
点评: (1) 本题是一个突出考查带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的图景分析的问题.解题策略是正确分析运动情况, 建立清晰的物理情景, 画出带电粒子的运动轨迹, 最终把物理模型转化为数学表达式.
(2) 在第 (2) 问中, 更侧重于运用数学知识进行分析.几何分析是突破物体运动图景的关键, 几何分析又是能够正确地运用数学知识的前提.在众多的物理量和数学量中, 角度是最关键的量, 它既是建立几何量与物理量之间关系式的一个纽带, 又是沟通几何图形与物理模型的桥梁.
四、质谱仪
例4 (2007年高考山东卷第25题) 飞行时间质谱仪可以对气体分子进行分析.如图9所示, 在真空状态下, 脉冲阀P喷出微量气体, 经激光照射产生不同价位的正离子, 自 a 板小孔进入 a、b 间的加速电场, 从 b 板小孔射出, 沿中线方向进入M、N板间的偏转控制区, 到达探测器.已知元电荷电量为 e, a、b 板间距为 d, 极板M、N的长度均为L.不计离子重力及进入a板时的初速度.
(1) 当 a、b 间的电压为U1时, 在M、N间加上适当的电压U2, 使离子到达探测器.请导出离子的全部飞行时间与比荷
(2) 去掉偏转电压U2, 在M、N间区域加上垂直于纸面的匀强磁场, 磁感应强度为B, 若进入 a、b 间的所有离子质量均为 m, 要使所有的离子均能通过控制区从右侧飞出, a、b 间的加速电压U1至少为多少?
解析: (1) 由动能定理:
n 价正离子在 a、b 间的加速度
在 a、b 间运动的时间:
在M、N间运动的时间:
离子到达探测器的时间:
(2) 假定 n 价正离子在磁场中向N板偏转, 洛仑兹力充当向心力, 设轨迹半径为R, 由牛顿第二定律
离子刚好从N板右侧边缘穿出时, 由几何关系:
由以上各式得:
当 n=1时, U1取最小值:
点评: (1) 本题是以学生陌生的飞行时间质谱仪为背景的信息给予题, 通过图文提供醒目直观的信息, 在考查知识的同时, 考查学生对信息的处理能力.问题部分围绕题干给出信息展开, 能否解答问题, 取决于从题干中获取信息的多少以及能否将获得的信息快速地迁移到解答的问题中来.考生只有透过这些信息, 理解有关概念, 挖掘隐含条件, 充分发挥联想, 将发现的规律和已有旧知识牵线搭桥, 才能创造性地解决问题.
(2) 本题为带电粒子在有界磁场中作圆弧运动的情形.在有界磁场中, 带电粒子的轨迹可能不是一个完整的圆, 而仅仅是一段圆弧, 这时对带电粒子运动的几何分析进而确定圆心和半径则往往成为解题的关键.
上述试题理论联系实际, 新颖别致, 要求学生识其物, 明其理, 学以致用, 从而提高解决实际问题的能力.
磁场对运动电荷的作用教案 篇2
知识目标
1、知道什么是洛仑兹力，知道电荷运动方向与磁场方向平行时，电荷受到的洛仑兹力等于零；电荷运动方向与磁场方向垂直时，电荷受到的洛仑兹力最大，2、会用左手定则熟练地判定洛仑兹力方向．
能力目标
由通电电流所受安培力推导出带电粒子受磁场作用的洛仑兹力的过程，培养学生的迁移能力． 情感目标
通过本节教学，培养学生科学研究的方法论思想：即“推理——假设——实验验证”．
教学建议 教材分析
本节的重点是洛伦滋力的大小和它的方向，在引导学生由安培力的概念得出洛伦滋力的概念后，让学生深入理解洛伦滋力，学习用左手定则判断洛伦滋力的方向，注意强调：磁场对运动电荷有作用力，磁场对静止电荷却没有作用力． 教法建议
在教学中需要注意教师与学生的互动性，教师先复习导入，通过实验验证洛仑兹力的存在，然后启发指导学生自己推导公式
．理解洛仑兹力方向的判定方向，注意与点电荷所受电场大小、方向的区别．具体的建议是：
1、教师通过演示实验法引入，复习提问法导出公式 式的应用．，类比电场办法掌握公
2、学生认真观察实验、思考原因，在教师指导下自己推导，类比理解掌握公式．
教学设计方案
磁场对运
动电荷作用
一、素质教育目标
（一）知识教学点
1、知道什么是洛仑兹力，知道电荷运动方向与磁场方向平行时，电荷受到的洛仑兹力等于零；电荷运动方向与磁场方向垂直时，电荷受到的洛仑兹力最大，2、会用左手定则熟练地判定洛仑兹力方向．
（二）能力训练点
由通电电流所受安培力推导出带电粒子受磁场作用的洛仑兹力的过程，培养学生的迁移能力．
（三）德育渗透点
通过本节教学，培养学生进行“推理——假设——实验验证”的科学研究的方法论教育．
（四）美育渗透点
注意营造师生感情平等交流的氛围，用优美的语音感染学生．在平等自由的审美情境中，使师生的感情达到共鸣，从而培养学生的审美情感．
二、学法引导
1、教师通过演示实验法引入，复习提问法导出公式 的应用。，类比电场办法掌握公式
2、学生认真观察实验、思考原因，在教师指导下自己推导，类比理解掌握公式。
三、重点·难点·疑点及解决办法
1、重点
洛仑兹力的大小
和它的方向。
2、难点
用左手定则判断洛仑兹力的方向。
3、疑点
磁场对运动电荷有作用力，磁场对静止电荷却没有作用力。
4、解决办法
引导和启发学生由安培力的概念得出洛仑兹力的概念，使学生深入理解洛仑兹力的大小和方向。
四、课时安排
1课时
五、教具学具准备
阴极射线 发射器，蹄形磁铁。
六、师生互动活动设计
教师先复习导入，通过实验验证洛仑兹力的存在，然后启发指导学生自己推导公式
。理解洛仑兹力方向的判定方向，注意与点电荷所受电场大小、方向的区别。
七、教学步骤
（一）明确目标（略）
（二）整体感知
本节教学讲述磁场对运动电荷的作用力，首先通过演示实验表明磁场对运动电荷有作用力，然后由通电导线受磁场力 的概念。
（三）重点、难点的学习与目标完成过程
1、理论探索
推导出洛仑兹力的大小和方向，重点掌握洛仑兹力
前面我们学习了磁场对通电导线有力的作用，若导线无电流，安培力为零。由此我们就会想到：磁场对通电导线的安培力可能是作用在大量运动电荷上的力的宏观表现，也就是说磁场对运动电荷可能有力的作用。
2、实验验证
从演示实验中可以观察到：阴极射线（电子流）在磁场中发生偏转，即实验证明了磁场对运动电荷有力的作用，这一力称为洛仑兹力．
3、洛仑兹力的方向
根据左手定则确定安培力方向的办法，迁移到用左手定则判定洛仑兹力的方向，特别要注意四指应指向正电荷的运动方向；若为负电荷，则四指指向运动的反方向，带电粒子在磁场中运动过程中，洛仑兹力方向始终与运动方向垂直．请同学们思考，洛仑兹力会改变带电粒子速度大小吗？讨论：洛仑兹力对带电粒子是否做功？
4、洛仑兹力的大小
根据通电导线所受安培力的大小，结合导体中电流的微观表达式，让学生推导出：当带电粒子垂直于磁场的方向上运动时所受洛仑兹力大小，当带电粒子平行磁场方向运动时，不受洛仑兹力．带电粒子在磁场中运动所受的洛仑兹力的大小和方向都与其运动状态有关．
运动电荷在磁场中受洛仑兹力作用，运动状态会发生变化，其运动方向会发生偏转．高能的宇宙射线的大部分不能射到地球上，就是地磁场对射线中的带电粒子的洛仑兹力改变了其运动方向，对地球上的生物起着保护作用．
（四）思维、扩展
本节课我们学习了洛仑兹力的概念．我们知道带电粒子平行磁场运动或静止时，都不受磁场力的作用，带电粒子垂直磁场运动时，所受洛仑兹力的大小，方向和磁场方向、运动方向互相街．可用左手定则判断（举例练习用左手定则判断洛仑兹力的方向．）
如果粒子运动方向不与磁场方向垂直时，同学们可根据今天所学内容推导出它受的洛仑兹力大小和方向吗？
八、布置作业
1、P152（1）（2）（3）
九、板书设计
四、磁场对运动电荷的作用
一、磁场对运动电荷的作用力——洛仑兹力
二、洛仑兹力的方向——左手定则
三、洛仑兹力的大小
1、若 ∥ 或
2、若 ⊥，四、洛仑兹力的特点
1、洛仑兹力对运动电荷不做功，不会改变电荷运动的速率。
2、洛仑兹力的大小和方向都与带电粒子运动状态有关
《磁场对运动电荷的作用力》教学设计
安徽省砀山中学物理组 周分工
一、教学目标
（一）知识与技能
1．知道什么是洛仑兹力，会用左手定则判定洛仑兹力方向，会计算洛伦兹力大小。
2．由安培力大小推导运动电荷所受的洛仑兹力大小，培养学生的迁移能力。
（二）过程与方法
1．通过复习安培力方向，电流与电荷运动方向的关系，猜想洛伦兹方向，再利用实验加以探究验证，使学生对安培力和洛伦兹力有统一认识。
2．通过复习安培力大小，电流微观表达式，理论推导洛伦兹力大小，让学生意识到安培力是洛伦兹力的宏观表现。
3．通过思考讨论的方式认识洛伦兹力的作用效果。
（三）情感态度与价值观
1．通过实验探究培养学生科学分析的习惯，即“假设──推理──实验验证”。
2．从安培力的角度研究洛伦兹力的方向、大小，使其学生建立宏观、微观的概念，感受物理规律的统一美。
二、教学重点、难点：洛伦滋力的大小和方向
三、教具：高压感应圈，阴极射线管，条形磁铁等
四、教学过程
1．习题导入
习题：如图1，电子束水平向右从小磁针上方飞过，试判断小磁针
极如何偏转？
通过此题引导学生体会：
（1）“运动的电荷”可等效成“电流”，且等效电流方向与正电荷运动方向相同，与负电荷运动方向相反。
（2）运动电荷如同电流一样，可在周围产生磁场。
师：磁场对电流有安培力作用，“运动的电荷”可等效成“电流”，容易想到：磁场对“运动电荷”有无力的作用？（让学生短时间思考猜测）
2．实验探究
师：介绍实验装置 高压圈 阴极射线管
演示：不加磁场时，电子不受力，作直线运动，如图2；拿一条形磁铁靠近玻璃管，运动的电子处在磁场中，观察发生的现象，如图
3图2 图3
生：电子发生了偏转
师：这说明了什么？
生：磁场对运动的电子有力的作用
师：磁场对运动电荷确实有力的作用。荷兰物理学家洛伦兹首先提出：运动电荷能产生磁场；磁场对运动电荷有力的作用。物理学上把磁场对运动电荷的作用力称为洛伦兹力．
教师引导学生：认识一种新的力应研究它的三要素。
3．洛伦兹力方向的判断
回忆安培力方向判断方法──左手定则内容，结合习题结论：等效电流方向与正电荷运动方向相同，与负电荷运动方向相反，引导学生猜测：洛伦兹力方向也可用左手定则判断。磁感线垂直穿过左手心，四指指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向，拇指指应为洛伦兹力方向
实验验证：如图4，让条形磁铁的N极正对电子束，观察电子偏转方向，与用左手定则判断的结果一致；如图5，让S极正对电子束，重复验证。
图4 图5
总结归纳：洛伦兹力方向由左手定则判定。磁感线垂直穿过左手心，四指指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向，那么拇指的指向就是洛伦兹力的方向。
尝试应用：试判断图6中带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力的方向
4．洛伦兹力大小的计算
图6
如图7，大量电荷定向移动形成电流，把电流垂直放入磁场中，每一个运动电荷都要受到洛伦兹力，这些洛伦兹力的集体（宏观）表现就是安培力。
引导学生回答下列问题：
（1）若图7中的一段导线内有（（2）若图7中导线长设为，电流设为，磁感应强度为（（3）每个自由电荷的电量为，图7中的总电量
为多少？（）），导线所受安培力多大？）
个自由电荷，则安培力与洛伦兹大小有什么关系？
电荷定向移动的速率为，这些电量全部从
通过，用时多少？（）
电流如何表达？（师：根据上述条件，能否推导出
生：
师：上述推导中与）的计算式？
在方向有什么要求？
生：电荷运动方向应当与磁场方向垂直。
总结：当电荷运动方向与磁场垂直时：、练习2．电子的速率、，上述各物理量的单位分别为：、,沿着与磁场垂直的方向射入的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力是多大？电子的质量，它受到的重力是多大？，通过此题一方面让学生熟悉洛伦兹力的公式，另一方面让学体会分析演示实验时，重力可以忽略的原因。
师：当电荷的运动方向与磁场方向平行时，是否受洛伦兹力呢？
生：不受，因为前节已证明当通电导体和磁场平行时，磁场对导体没有作用力。
总结：当电荷运动方向与磁场方向平行时，受到的洛仑兹力等于零；当电荷运动方向与磁场方向垂直时，受到的洛仑兹力
思考讨论：当电荷运动方向与磁场方向成角时，受到的洛伦兹力多大？（提示：分解速度或磁感应强度）
5．洛伦兹力作用效果
讨论：洛伦兹力方向与电荷运动方向有何关系？
洛伦兹是否对电荷做功？
洛伦兹力对电荷速度大小、方向有何影响？
点电荷对 篇3
一、创新教学模式，加强过程探究
在传统的高中物理教学中，学生的学习是被动的，教师只管“填鸭式”地教学，较少关注学生智力的开发学习兴趣的激发。以致学生对知识的掌握不牢，运用不够灵活。要改变这种现状，教师在教学中就要创新教学模式，加强过程探究，注意激发学生的学习兴趣，让学生自主学习，主动参与教学活动。例如，对于“洛伦兹力”这一节课，按照大纲，已有的教学模式主要是要求学生学会洛伦兹力的计算公式，即用f=qvB来计算力的大小，并掌握力的方向的判断方法，即左手定则。但是课本上对于这两点的讲解只是直接给出了结论，并没有讲解其探究的过程，这样在课堂上，不少学生只能生搬硬套，被动接受知识。想要激发学生的学习兴趣，提高学生的学习效率，就要求教师创新教学模式。在具体教学中，教师可以通过实验演示来吸引学生的注意力，帮助学生理解掌握相关的知识和规律。如图1所示，教师首先介绍阴极射线管与匀强磁场，在不加匀强磁场的情况下，将阴极射线管接入电路，闭合开头，接通电源，形成电子束，可发现一段蓝色阴极射线，方向竖直向上。然后将阴极射线管置于匀强磁场中，发现射线束左偏，说明射线束受到了洛伦兹力作用。继续加大磁场，发现射线束左偏形成圆形轨迹，如图2，说明该电子束所受洛伦兹力的方向指向圆心。再引导学生认识洛伦兹力方向与速度方向、磁场方向的关系，认识左手定则，这样学生就能直观地学习洛伦兹力计算公式和左手定则。
图1阴极射线管与匀强磁场组合
图2真实阴极射线管空间分布
二、增加实践教学，培养学生动手能力
在高中物理教学中，演示实验是引起学生兴趣、开发学生智力的重要手段，同时也能有效地提高教学质量。每当开始新的一节课时，教师用演示实验导入新课，学生因为导课内容而对即将学习的新知识产生浓厚的兴趣，从而让学生主动接受要学的知识，因而顺利完成教学任务。例如，开始新内容学习时，用演示实验导入新课：观察通了电的螺线管，会发现槽内的电解液不停地旋转，学生会因为这一现象而对新课内容感兴趣，引发学生想了解其内容，从而主动地去学习、探究，再经过教师的讲解，学生就能轻松地掌握教学内容。又如，在讲显像管时，其工作原理是一个重要知识点，通过实验的模拟，既让学生深刻理解其内容，还培养了学生的实验动手能力，更能满足学生的好奇心。
三、运用科技手段，丰富课堂内容
现代教学中，很多教师喜欢运用多媒体来辅助教学，因为随着计算机技术的快速发展，多媒体可以将一些抽象的、难理解的微观现象及其发展的经过通过动画、图像、声音等形象、直观地展现在课堂上，这样有利于学生理解掌握有关知识，同时还能激发学生的学习兴趣。比如，讲授洛伦兹力时，对于“安培力是洛伦兹力的宏观表现”这一结论，如果教师单纯地去解释，学生是难以理解的，此时可制作一个Flash动画：一段通电导线垂直于磁场方向放入匀强磁场中，安培力对其产生作用，导线切面的图上显示每个电子的定向移动方向恰恰与电流的方向相反，导线受到的安培力正好就是每个运动电荷受到的洛伦兹力的合力。通过Flash动画的演示，学生能够透彻地理解这一结论，清楚地认识了微观上的安培力，而无须教师再多做其他的解释。又如，在讲解用左手定则判断洛伦兹力的方向时，用Flash动画去演示怎样运用左手定则判断方向将会形象很多，通过三维动画图片来展现磁场方向、电荷运动方向、洛伦兹力方向三者之间的关系；关于极光的形成原因，首先展现出地球磁场的空间分布图，再展现出垂直的射向地球的向东偏转正电荷与长驱直入的两极正电荷。通过动画的演示，学生更容易理解、接受，在提高教学质量的同时解决了教学难点。
四、结语
综上所述，在高中物理教学中演示实验出现的频率非常高，如此高频率的出现就需要教师注重演示实验课的设计了，既不能让学生只是乐在上演示实验课，也不能让学生有了视觉疲劳，在运用演示实验时一定要遵循简单的操作、高的可见度、直观的现象、明确的目的、适度的演示和高效的成功率等基本的原则。新课改要求教师要充分发挥想象力，在已有的教学模式上创新，而演示实验正好迎合了新课改的这一特点，因此演示实验可以真正发挥其特长，通过结合现代化教学手段，在以后的高中物理教学中必将起到极其关键的作用。
参考文献
[1]人民教育出版社物理室编著.物理（第二册）[M].北京：人民教育出版社，2006：150-160.
[2]吴海清，黄尚鹏.高中物理中磁场对运动电荷的作用之教学反思[J].高等函授学报（自然科学版），2012（5），88-89.
随机亮点对电荷耦合器件的影响研究 篇4
电荷耦合器件(Charge Coupled Devices, CCD)作为地面及太空仪器设备主流的探测元件,具有低噪声、高量子效率、宽响应波段、重量轻、低功耗等优点。实际应用中,CCD各项优点的实现还受到应用背景、软件开发以及使用条件的限制,从而存在一些明显的不足。随机亮点正是CCD使用过程中出现的一种不符合原理的现象,本文针对该现象形成的原因及其之于电荷耦合器件的影响展开研究【1】。
2随机亮点
2.1现象描述
在本项目组研制的紫外临边探测载荷暗背景图像中,在帧与帧图像之间,间或有几帧图像出现随机亮点,如图1所示,其出现位置、所占像素大小和亮度都不固定。
为了查看该随机亮点是否与电路设计或者探测器本身有关,依次对美国普林斯顿公司生产的PI相机以及不同批次、不同型号的CCD探测器进行比对试验,发现其均有类似的现象出现,如图2所示。
进一步的试验表明,不同批次、不同型号探测器以及美国普林斯顿公司高性能PI相机之间,随机亮点各自出现的频率均约2%~3%,且99.8%的随机亮点图像中,随机亮点信号约高出周围信号2~3倍,只有0.2%的随机亮点高出周围信号5~10倍。
2.2原因分析
由上述现象描述可知,随机亮点与探测器本身、电路设计以及使用环境并没有直接联系。通过与CCD探测器生产厂家交流知道,自然环境中的宇宙射线等高能辐射,更容易被大面阵CCD探测器接收,从而对其正常工作产生干扰,这种影响尤其在微弱信号探测时更为明显[2,3,4]。
此外,本项目组自行研发的CCD探测器驱动电路与美国普林斯顿公司研制的高性能相机电路在随机亮点水平上接近一致,可见随机亮点乃CCD探测器弱信号探测下的共性问题,目前国际上的技术水平也无法彻底根治,除非将CCD探测器、相关电路等置于很厚的铅密闭室内才能隔绝无处不在的宇宙射线。
3数据处理
随机亮点不可避免,尤其在外太空,这种宇宙射线可能会更多,众多在轨仪器的成功运行表明,宇宙射线对于探测器的这种干扰不是致命的,并不会造成CCD探测器的损坏。
由于在轨观测时目标信号的连续性、宇宙射线的随机性以及CCD探测器相邻位置的响应均匀性,为随机亮点的处理提供了一种可行之法。
在出现随机亮点的图像中,可直接剔除该随机亮点的信号,并以其周围信号的平均值代替该像素处的信号水平,该处理方法能将随机亮点与相邻像素之间成倍的信号差异缩小到5%以内,从而大大消除这种随机亮点引起的数据粗大测量误差。
4结论
本文针对CCD探测器使用过程中出现的随机亮点进行了比对分析,明确了其出现的规律及特点。通过与CCD探测器生产厂家的沟通知道了随机亮点产生的原因,并依据随机亮点自身及探测目标的特点提出了一种减小随机亮点引起CCD探测器工作的方法,对微弱信号探测具有较大的帮助。
摘要：针对电荷耦合器件工作过程中出现的随机亮点,通过与国外先进仪器公司的产品以及不同型号探测器的比对分析,确认了宇宙射线为随机亮点产生的原因。进一步的研究表明,由宇宙射线产生的随机亮点对探测器不产生伤害,且可以通过数据处理予以消除。
关键词：电荷耦合器件,随机亮点,宇宙射线
参考文献
[1]STEVE B.HOWELL.HANDBOOK OF CCD ASTRONOMY[M].Cambridge University Press,2000.
[2]Don Groom.Cosmic Rays and Other Nonsense in Astronomi cal CCD Imagers[J].Cosmic Rays and other Nonsense,301-311.
[3]A W Wolfendale.Origin of cosmic rays[J].Pramanam,1979,1(6).
点电荷对 篇5
我的说课分课标分析、教学资源、学情分析、教法学法、教学过程、设计体会六部分：
第一部分：课标分析：
本课的课标要求是：通过实验，认识洛伦兹力，会判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力的大小。了解电子束的磁偏转原理以及在科学技术中的应用。
根据课标要求和我对教材的理解确定本节的教学目标如下：
（1）知识与技能：
A、会用左手定则判断洛伦兹力的方向。
B、会计算洛伦兹力的大小。
C、知道电视显像管的基本构造以及它工作的基本原理。
（2）过程与方法：
A、通过演示、实验、观察，形成洛伦兹力的概念
B、通过探究明确洛伦兹力与安培力的关系(微观与宏观)，洛伦兹力的方向也可以用左手定则判断
C、通过思考与讨论，推导出洛伦兹力的大小公式F=qvBsinθ
D、最后了解洛伦兹力的应用——电视显像管中的磁偏转
（3）情感态度与价值观：
A、培养学生的科学思维和研究方法引导学生学会观察、分析、推理；
B、培养学生主动与他人合作的精神、自主学习探究的精神；
C、培养学生正确的学习态度，让学生关注国内外科技发展的现状与趋势。
确定本节的重点是：1、洛伦兹力方向的判断
2、洛伦兹力大小的计算
难点是：洛伦兹力计算公式的推导
第二部分：教学资源：
1、教材资源：我使用的是普通高中课程标准实验教科书物理选修3—1第三章第五节《磁场对运动电荷的作用力》。本节课既是安培力知识的延续，又是为下一节《电荷在匀强磁场中的运动》的学习打基础，而且在以后的力学综合问题中经常会涉及到洛伦兹力与电场力等其它力的综合。在近两年的高考中都是以大题的形式出现，可见其重要性。
2、生活资源：电视机显像管、阴极射线管、感应圈、学生电源、蹄形磁铁，使学生领会物理与生活的联系。
3、网络资源：通过网络上的影像资料帮助学生开阔视野，理解新知识，使学生知道网络上不只是游戏、聊天……也有许多对我们自身发展有用的东西。
第三部分：学情分析：
（1）在知识上：学生已经对安培力有深刻的认识，知道其方向的判断和大小的计算，所以我采用比较的方式来突破洛伦兹力的方向判断这一重点。在推导出洛伦兹力大小的计算公式后再用比较的方式将公式推广。
（2）在能力上：学生对宏观与微观的联系的理解比较困难，学生逻辑思维能力相对较差，为攻克这一难点，我根据学生的实际情况为学生搭梯子，创设问题情境来解决。
为了达成本节的教学目标，突出重点，攻克难点，我采用如下的教法和学法
第四部分：教法和学法
从实际生活中的现象及所学的知识进行质疑→通过探究→来解疑，经历多次的比较，使知识得到理解；学生通过观察、分析、探究、讨论、归纳总结完成本节的学习任务。
这样设计符合新课改的学生为主体，教师为主导的精神，也符合学生的认知规律。
第五部分：教学过程
由于课堂教学是学生知识的获得，技能技巧的形成，智力、能力的发展以及情感态度与价值观养成的主要途径。为了达到预期的教学目标，我对整个教学过程进行了以下的设计：
（一）设置情境 引入新课（二）师生互动 探究新知
（三）联系实际 照应开课（四）课堂小结 板书设计
（五）课外探究 发散思维
（一）设置情境 引入新课
为了提高学生学习兴趣，我采用了两部分引课，首先播放极光的影像资料，（提出为什么从宇宙深处射来的带电粒子会在地球两极上引起极光呢？）然后，我展示生活中电视机的显像管（提出显像管中电子只是细细的一束，为什么能使整个屏幕发光？）指出解开这两个问题的钥匙就是磁场对运动电荷的作用力，这个力我们把它称之为洛伦兹力，引入本课。这样设计的原因之一是学生对宇宙的秘密比较向往，实际生活中的现象学生比较关注，容易把注意力从课下转到课上来，原因之二隐藏了问题的答案，为磁场对运动电荷有力的作用打下伏笔。原因之三是新课标提倡物理要与生活生产相联系，这和新课标的精神相吻合。
（二）师生互动 探究新知
新知识一：洛伦兹力的方向
为突出这一重点，使学生获得直观的感性认识，我演示阴极射线在磁场中偏转的实验，提醒学生注意实验中的v、B、偏转方向的关系，根据演示实验的结果引导学生探究用什么方法能直观判断洛伦兹力的方向？教师根据学生探究的实际情况进行点拨：只要将运动的电荷等效成电流，利用安培力的方向判断方法是可以判断出运动电荷受力方向的，到此学生结合教材就可以得到判断洛伦兹力的方向的左手定则。由于判断安培力的方向也是用左手定则，学生很容易提出质疑：那二者有何区别呢？由学生对比分析得出结论：即四指所代表的意义不同：安培力中四指代表电流的方向，而洛伦兹力中四指代表正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向，与等效电流的方向相同。为巩固所学新知识，进行实战演练（一）（二），这样就进一步验证了实验的结果，会使学生对所得结论深信不疑。明确了二者的区别之后，引导学生进一步探究安培力与洛伦兹力的联系，通过导线中微观电荷运动情况判断其所受洛伦兹力的方向和整个导线所受安培力方向的关系就不难得出：安培力是洛伦兹力的宏观表现，二者是宏观与微观、合力与分力的关系，为洛伦兹力大小的推导做好充分准备。这部分的设计也是新课改要求充分发挥学生的主体作用和教师主导作用的很好体现。
新知识二：洛伦兹力的大小
这是本课的难点，我结合教材中的思考与讨论、根据学生的认识规律将复杂问题简单化，设置四个小问题让学生依次去探究：
导线的方向与磁场的方向垂直，即导线中电荷定向运动的方向与磁场的方向垂直。
设导线中每个带电粒子定向运动的速度都是v，单位体积的粒子数为n，1、算出在时间t内的通过截面的粒子数？
2、如果粒子的电荷量记为q，由此可以算出q与电流I的关系？
3、写出这段长为vt的导线所受的安培力F？
4、写出每个粒子所受的力即它的洛伦兹力？
这样就为生学生提供解决问题的逻辑线索，降低了解决问题的难度。
通过探究推导得出：F=qvB（B⊥v），学生在每个问题解决过程中，能够锻炼学生的逻辑推理能力，在推理过程中，渗透宏观世界与微观世界的联系，以及解决物理问题的一种思想：即通过设置一些中间量，最后将其消掉得出我们所需要的结论。
在得到结论F=qvB后，再由公式推出B=F/vq，通过与电场强度E=F/q的比较，我们可以更深刻的认识磁：它只与运动的电荷有关，表现为公式中反映运动的物理量v，使所学知识得到升华。
因v与B不一定都垂直，让学生根据安培力计算公式的推导去探究当B与v平行、一般情况下如何计算电荷所受的洛伦兹力？学生经过探究不难得出：B∥v时：F=0 一般情况下：F=qvBsinθ,在这里可以进一步说明电荷受洛伦兹力的条件是什么？（运动电荷 速度与磁场不平行），由于电场对电荷也有作用力,为了加强学生对电场和磁场的区分和理解,可以让学生去总结带电粒子在电场和磁场中受力有何不同？使学生的思维得到发散。为了更好的学习下一节课，引导学生探究洛伦兹力对带电粒子运动的速度有什么影响？洛伦兹力对带电粒子做功吗？引导学生由左手定则得到洛伦兹力与速度的方向始终是垂直的，和圆周运动的向心力的特点是一样，只能改变速度的方向，不能改变大小，对带电粒子不做功,这样也会使学生知道不能孤立的学习，要注意前后知识的联系。
（三）联系实际，照应开课
理论来自于实践，更要服务于实践，从而解决开课时提出的两个问题，关于极光让学生思考得出结论：是因为地球周围存在地磁场使带电粒子发生偏转，而电视机的显像管可以抛给学生，让学生阅读教材、结合思考与讨论了解其结构和原理，知道是显像管中偏转线圈产生的偏转磁场使电子束发生了偏转，使整个屏幕发光。在此还可以联想到前面电场中学习到的示波管的原理，让学生课后结合教材35页去比较二者的区别。这两部分是高考的热点和难点，这样可以使学生更好理解电荷在电场和磁场中运动情况，区分电偏转和磁偏转的原理。
（四）课堂小结，板书设计
让学生去总结本节课的主要内容。板书设计如下:
（五）课外探究，发散思维
让学生根据所本节所学的知识去探究生活和科技中还有哪些应用洛伦兹力的例子？课后进行交流。
这样设计可以增强学生学习的兴趣，开阔学生的视野，使学生的思维得到发散。
第六部分：设计体会
1、从学生的实际出发，来处理教材、选择教法、指导学法。
2、学生的潜力是无穷的，教师在进行教学设计的过程中要注意关键位置的引导，就能起到事半功倍的效果。
能再省点电吗？ 篇6
比如，新加坡。它位处赤道附近，雨水充沛，四面环海，却同时也是世界上人均淡水资源占有量排名倒数第二的国家。它无法自给淡水，相反，主要依靠从邻国马来西亚进口水源—一天进口量达到9664万立方米才能满足它国内巨大的水源需求，这显然不是长久之计。
于是，2008年，新加坡政府举办了一次“新加坡挑战”的竞赛，要求参赛者提出的方案，至少让海水淡化最大能耗量不超过4度电/立方米。
西门子公司在这次比赛中胜出，并且在新加坡开始了海水淡化的规模化生产。
从1998年开始，新加坡政府就寄希望于通过海水淡化来解决水源问题—如果在技术上能行得通，它四面环绕的海水便随时可源源不断地转化为生活用水。因此新加坡实施“向海水要淡水”的计划。除了政府自行设计、建造和运营之外，新加坡还鼓励私人企业参与。
将海水中的盐分除去—从16世纪开始，就有人尝试着这样做。当时，欧洲的一些探险家在进行漫长的航海旅行时在船上安装简易的淡化装置，以备不时之需。但这些装置往往粗糙而低效。大多数时候，不过是在炉灶上煮沸海水。1850年，海水淡化技术实现了突破。它来自另一个行业制糖工业。为了生产结晶糖，需要消耗大量的燃料加热糖液，以蒸发掉其中的水分。一位名叫Norbert Rillieux的美国工程师，通过一个级联的多腔系统，让各腔之间压力递减，从而让水的沸点也在递减。这使得第一个腔中产生的水蒸气中的热量，可以在第二个腔中循环利用以加热其中的水使其蒸发。如此循环。引用到海水淡化上，这便是一种蒸馏技术—将卤水加热，使其部分蒸发，同时冷凝生成水蒸气。
随后，另一种更高效更经济的技术产生。这种给海水施加压力使其水分子透过半透膜而与离子分离的技术被称作反渗透技术。但坏消息是，这两种技术的能耗都不小。处理每立方米海水，前者的能耗为10度电，后者则为4度电。能耗成本约占总成本的70%至80%。也正因此，尽管新加坡政府大力推广，通过海水淡化途径提供的水量，也仅占新加坡总供应量的10%。按照新加坡公用事业局的计划，他们希望能够在2060年，海水淡化得到的水，满足新加坡总供应量的30%。
有没有办法既实现了海水的淡化，又能节省能 耗？
使得西门子公司在这次竞赛中胜出的技术方案：同样采用反渗透技术，它能够将海水淡化每立方米的能耗量下降到创纪录的1.5度电。
它是这样做的：将海水淡化中的两道传统工艺结合在一起—先利用专门处理高盐含量的电渗析装置将大部分盐分从海水中除去，然后，不断地对水进行电去离子处理，以除去少量的盐分。
这一套技术方案，很大程度上受启发于西门子的另一项业务：生产制药用高纯水。
它背后的原理是，海水中的盐含量约为3.5%，而饮用水的盐含量最多只能是其中的几十分之一。为了大幅降低盐含量，海水淡化的工艺采用强大的电场，而海水中的盐，又称氯化钠，由带电的离子构成。
在后一道程序中，相较传统工艺，西门子反向操作—采用的薄膜不是让水分子通过，而是让离子通过。这样一来，操作的重点便从过去的获取水分，转变成抽取盐分。
具体而言，会有两种类型的薄膜在这里交替使用。一种只允许带正电的离子通过，另一种只允许带负电的离子通过。与此同时，管道系统的两侧安装有两个电极，它们产生的电压将正负电离子向两个相反的方向吸引，最终形成盐水和淡水。
新的问题又出现了。在这个过程中，随着盐度降低，水的电阻将增大，效率也不断降低。与此同时，经稀释的水的盐含量下降到1%以下。在这个时候，西门子开始采用持续电去离子系统来提取水中最后一部分盐。在这个系统中，薄膜层中间还加入了离子交换树脂，提高系统导电性，将更多离子从水中提取出来，从而使海水达到可饮用的标准。
“我们预计未来15年全球用水量将增加40%，这一套技术可以将海水淡化的能耗大幅降低，所以在很多淡水缺乏的地区都能使用。”西门子工业自动化集团水处理部总经理吴惠德说。比如，它无需使用高压泵，因而操作更加安全；它使用非金属管材，因而更耐腐蚀；它在海水淡化过程之前和之后所需做的水处理步骤是最少的；它产生更少的噪音和振动；它还可根据不同的电场强度，设置饮用水所需的矿物质含量。
现在，这套技术已经开始商用化。2010年，由新加坡政府出资400万新币，西门子在当地建立了一座大型工厂。现在，这个工厂每日的产量是50万立方米。另外一家更大规模的工厂正在建设中，预计2013年投产。
由于每片海水领域的盐含量不同，西门子位处德国的中央研究院通过研究膜的特性和创建反渗透仿真模型，以帮助这套工艺在新加坡以外的国家使用。西门子水技术公司（SWTL）开发总监Rüdiger Knauf博士说，他们2012年年中在新加坡、美国和加勒比地区安装的现场示范装置将证明这一点。
这意味着，这套技术商用化的市场变得更加庞大。Knauf说：“我们预计未来15年全球用水量将增加40%，因此可持续的水供应极为重要。由于其实现了高能效与低二氧化碳排放的平衡，电化学海水淡化可以在缺乏淡水的地区大显身手。”
比如，中国。按中国的《海水利用专项规划》，2010年中国海水淡化规模达到日产80万立方米至100万立方米，2020年将增长到日产250万立方米至300万立方米。
现在，西门子已经将海水淡化确定为未来西门子在中国水处理市场要着重发展的三个方向之一。
已经有一些中国企业成为西门子的客户。比如，西门子已经为首钢京唐钢铁联合有限责任公司提供了海水淡化技术，将钢铁生产的热能用于海水的淡化处理以获得工业用水。而为大连化工大孤山项目提供的海水淡化技术也帮助这个项目实现2.2万吨的日处理能 力。
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点电荷对 篇7
一、创新教学模式, 加强过程探究
在传统的高中物理教学中, 学生的学 习是被动 的, 教师只管“填鸭式”教学, 较少关注学生学习兴趣的激发和能力的培养, 以致学生对知识的掌握不牢、运用不够灵活。要改变这种现状, 教师在教学中就要创新教学模式, 加强过程探究, 注意激发学生的学习兴趣, 让学生自主学习, 主动参与教学活动。例如, 对于“洛伦兹力”这一节课, 按照大纲, 已有的教学模式主要是要求学生学会洛伦兹力的计算公式, 即用f=qvB来计算洛伦兹力的大小, 并掌握洛伦兹力的方向的判断方法, 即左手定则。但是课本上对于这两点的讲解只是直接给出了结论, 并没有讲解其 探究的过 程。这样学生 只能生搬 硬套, 被动接受知识。在具体教学中, 教师可以通 过实验演示来吸引学生的注意力, 帮助学生理解掌握相关的知识和规律。如教师可首先介绍阴极射线管与匀强磁场, 然后演示在不加匀强磁场的情况下, 将阴极射线管接入电路, 闭合开关, 接通电源, 形成电子束, 可发现一 段蓝色阴极射线, 方向竖直向上。然后将阴极射线管置于匀强磁场中, 发现射线束左偏, 说明射线束受到了洛伦兹力作用。继续加大 磁场, 发现射线 束左偏形 成圆形轨迹, 说明该电子束 所受洛伦 兹力的方 向指向圆 心。这时, 引导学生认识洛伦兹力方向与速度方向、磁场方向的关系, 认识左手定则, 学生就能直观地学习洛伦兹力的计算公式和左手定则, 激发学习兴趣。
二、注重实验教学, 培养学生动手能力
在高中物理教学中, 演示实验是引 起学生兴 趣、培养学生能力的重 要手段, 同时也能 有效地提 高教学质量。例如, 在学习磁场对运动电荷的作用的相关知识点时, 可以利用黑白电视机显像管进行实验演示让学生深刻理解磁场对运动电荷的作用, 从而让学生主动接受所要学习的知识, 教师顺利完成教学任务。首先, 需要对准备好的设备进行检查, 然后在关机状态中, 进行行、场偏转线圈的端子的焊接。然后, 在开机状态下, 调低亮度, 使荧光屏中央出现亮点, 并且及时指导学生对亮度进行调节, 以免电子束被烧毁。表明电子束没有受洛仑兹力作用, 既没有发 生行偏转 也没有发 生场偏转。接着, 在关机后恢复行偏转线圈后再次开机。电子由于失去竖直方向的场偏转磁场, 可观察到荧光屏上呈现出一条水平亮线。最后, 在关机状态下, 焊下行偏转 线圈的端子, 恢复场偏转线圈, 再开机。显像管失去了 水平方向上的偏转磁场, 从而可观察到荧光屏中央呈现出一条竖直亮线。关机后再恢复行、场偏转线圈, 用改锥松 开偏转线圈总 成的紧固 螺丝, 将电视接 上TV信号后开机, 然后逆时针或顺时针缓慢地旋转偏转线圈总成, 可观察到图像也伴随着逆时针或顺时针缓慢转动。关机后将行偏转线圈的两个端子反接, 开机后则观察到图像左右相反。关机后将行偏转线圈的两个端子复位后, 将场偏转线圈的两个端子反接, 开机后观察到荧光屏呈现出倒立的图像。在进行这个实验时, 整个操作过程需要教师在旁边进行指导。一般情况下, 为了安全, 可以不打开电视机后盖, 使用磁铁两极各夹一块长铁片, 弯成蹄形, 卡在电视机后侧凸出部分 (即管颈部) , 可观察到图像整体向一侧 移动, 并可能在 另一侧露 出一个大 黑边。分析可知, 电子流偏转方向是遵守左手定则的。通过实验, 既让学生深刻理解相关知识的内涵, 还培养了学生的实验动手能力。
三、运用信息技术手段, 丰富课堂内容
现代教学中, 很多教师 喜欢运用 多媒体来 辅助教学, 因为随着计算机技术的快速发展, 多媒体可以将一些抽象的、难理解的微观现象及其发展过程通过动画、图像、声音等形象、直观地展现在课堂上, 这样有利于学生理解掌握有关知识, 同时还能激发学生的学习兴趣。比如, 在讲授洛伦兹力时, 对于“安培力是洛伦兹力的宏观表现”这一结论, 如果教师单纯地去解释, 学生是难以理解的, 此时可制作一个Flash动画:一段通电导线垂直于磁场方向放入匀强磁场中, 安培力对其产生作用, 导线切面的图上显示每个电子的定向移动方向恰恰与电流的方向相反, 导线受到的安培力正好就是每个运动电荷受到的洛伦兹力的合力。通过Flash动画的演示, 学生能够透彻地理解这一结论, 清楚地认识了微观上的安培力, 而无须教师再多做其他的解释。
点电荷对 篇8
本研究采用低温燃烧法(Low-temperature Combustion Synthesis,LCS)合成了SrZnO2:Eu3+,M+ (M=Li, Na, K)荧光粉,并对电荷补偿剂—碱金属离子对SrZnO2:Eu3+材料的发光性能影响进行了探讨。
1 实 验
1.1 样品制备
所有试剂均为分析纯。按设计化学计量比准确称取硝酸锶、硝酸铕、硝酸锌、电荷补偿剂(硝酸锂、碳酸钠、碳酸钾)等试剂,用适量蒸馏水溶解,加入理论量2.0倍的尿素,超声波分散,转移至耐热坩埚中加热至沸腾,置于600℃马弗炉中加热,反应体系逐渐呈粘稠状,并开始发泡、发生低温燃烧,燃烧反应维持数十秒后得到白色泡沫状疏松产物,冷却后稍加研磨即得SrZnO2:Eu3+,M+(M=Li,Na,K)样品。
1.2 性能测试分析
物相和结构表征:日本D/max-II型X射线衍射仪(铜靶,Kα射线(λ=0.15406nm,管电压35kV,管电流60mA,扫描速度8°/min)。
形貌和粒径分析:英国S440型立体扫描电子显微镜(SEM)。
荧光性能(激发和发射光谱)测试:日立F4500型荧光分光光度计(狭缝宽度:5nm,电压:700～900V,灯源:氙灯65W,扫描速度:1200nm/min)。
所有测试均在室温进行。
2 结果与讨论
2.1 SrZnO2:Eu3+, Li+样品的荧光光谱
在室温下以Eu3+离子的5D0→7F2跃迁(615nm)为监测波长,测得SrZnO2:Eu3+,Li+的激发光谱(图1)。在270～350nm之间出现一个归属于O2-→Eu3+之间的电荷迁移带(CTB)宽而强的激发带,其最大峰值位于304nm处;在350nm以后的激发峰对应于Eu3+离子的4f6壳层的f-f跃迁吸收峰,其最强峰位于468nm,对应于Eu3+离子的基态到5D2激发态的跃迁吸收。从强度上看,宽带激发远比Eu3+离子的f-f跃迁强得多(增加56%),这是由于Eu3+离子的f-f跃迁是禁戒的,所以吸收强度较弱。
用电荷迁移带304nm激发,得到的发射光谱如图2所示。光谱中出现了9个发射峰,分别为5D0和5D1激发态到低能级7FJ(J=0～4)的跃迁发射,即5D1→7FJ(J=0～2)、5D0→7FJ(J=0～4),发射峰位分别为511、536、554、580、592、615、623、655和708nm,其中出现了跃迁禁戒5D0→7F0跃迁谱线,最强的发射位于615nm,即Eu3+离子在SrZnO2中的发光以5D0→7F2 615nm电偶极跃迁发射为主,且5D0→7F2跃迁发射出现劈裂现象,分裂为615和623nm两个发射峰,表明Eu3+离子在SrZnO2中存在不同的配位环境,在SrZnO2基质中处于非反演对称中心格位[4,5]。
这是因为在SrZnO2中每个ZnO4四面体互相联结形成波浪形的二维平面层结构,Sr原子位于层与层之间的空隙中,Sr被7个O原了包围,占据单一的不对称格,Zn被4个O原子包围,占据单一的对称格位[6]。Zn2+,Sr2+和Eu3+离子的半径分别为74,112和95pm,根据半径匹配原则,Eu3+离子更倾向于取代Sr2+离子的不对称格位[7]。
2.2 不同的Eu3+、Li+掺杂比对SrZnO2:Eu3+,Li+样品的发光强度的影响
Li+离子的引入在样品中充当了能量传递媒介和电荷补偿的作用。Eu3+离子半径为95pm,且具有较高的电荷数,当它作为掺杂源掺入SrZnO2时,由于离子半径和电荷数的影响使得无论Eu3+离子是替代Sr2+离子进入晶格还是位于SrZnO2颗粒表面均不能实现与SrZnO2基质之间能量的有效传递。Li+离子属于低价电荷的补偿离子和发光敏化剂,离子半径(76pm)与基质中的Zn2+离子的离子半径(74pm)接近,引入后倾向于填隙在层与层之间的阳离子空隙中,使得在Eu3+离子与基质之间的能量传递可以通过Li+离子得以实现。基质获得的受激能量首先传递给Li+离子,再通过Li+离子传递给Eu3+离子从而实现Eu3+离子的有效受激发射。
不同掺杂比例n(Eu3+):n(Li+)对SrZnO2:Eu3+,Li+样品发光强度的影响(Eu3+离子的掺杂浓度均为3 mol%)如图3所示。结果表明,当掺杂比n(Eu3+):n(Li+) =1:3时,其发光强度的增加幅度最大(以615nm的主峰计)。
2.3 不同电荷补偿剂对SrZnO2:Eu3+样品发光强度的影响
在相同条件下合成共掺杂电荷补偿剂—碱金属离子M+(M=Li,Na,K)的SrZnO2:Eu3+荧光体。结果(图4)表明,掺杂后对样品的荧光强度都有不同程度的提高,其中以掺杂Li+离子增强效果最为明显,随着碱金属离子的半径增大(Li+ <Na+ <K+),对荧光体发光强度影响程度有所减弱。这是由于三种碱金属离子都能起到电荷补偿的作用,而半径最小的Li+离子使Eu3+离子取代金属离子时更容易进入到基质晶格中,这样可以使Eu3+离子发光中心数目迅速增加,荧光发射增强[7,8]。
此外,SrZnO2:Eu3+荧光体的激发、发射波长随着碱金属离子的半径增大,峰位发生蓝移。这是因为Eu-O键长对CTS激发带的峰位有很大影响,加入碱金属离子在一定程度上改变Eu、O原子之间的距离,从而导致激发和发射峰位的移动。
3 结 论
低温燃烧法合成的碱金属离子掺杂SrZnO2:Eu3+,M+(M=Li,Na,K)红色荧光体,其发光强度与SrZnO2:Eu3+比较,均有不同程度的提高,随着碱金属离子的半径增大,对荧光体发光强度影响程度有所减弱,其中以掺杂Li+离子增强效果最为明显,当掺杂比例n(Eu3+):n(Li+)=1:3时,发光强度提高最大。
参考文献
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[3]Tian L H,Mho S.Enhanced luminescence of SrTiO3:Pr3+by incorpo-ration of Li+ion[J].Solid State Commun,2003,125(11-12):647-651.
[4]余锡宾,杨良准,杨仕平,等.SrZnO2:Eu3+,Li+长波紫外激发红光荧光体的合成及发光性能研究[J].中国稀土学报,2005,23(5):533-536.
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[7]许晓琳.SrZnO2及其掺杂的长波紫外激发荧光体的合成及发光性能研究[D].硕士学位论文,上海师范大学,2005.
电荷及其守恒释疑解惑 篇9
1．电荷量:
电荷的多少叫做电荷量．符号:Q或q，单位:库仑符号:C.
2．元电荷:
电子所带的电荷量，用e表示，e=1.60×10-19C．友情提醒:所有带电体的电荷量或者等于e，或者等于e的整数倍．电荷量是不能连续变化的物理量．最早由美国物理学家密立根测得．比荷———电荷的电荷量q与其质量m的比值q/m，符号:C/kg.
3．两种电荷:
正电荷和负电荷:把用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷称为正电荷，用正数表示．把用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷称为负电荷，用负数表示．
4．电荷及其相互作用:
同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引．
5．电荷守恒定律:
(1)电荷既不能创造，也不能消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分．(2)一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和总是保持不变．友情提醒:第一种表述是对物体带电现象规律的总结，一个原来不带电的物体通过某种方法可以带电，原来带电的物体也可以使它失去电性(电的中和)，但其实质是电荷的转移，电荷的数量并没有减少．第二种表述则更具有广泛性，涵盖了包括近代物理实验发现的微观粒子在变化中遵守的规律，近代物理实验发现，由一个高能光子可以产生一个正电子和一个负电子，一对正负电子可同时湮灭，转化为光子．在这种情况下，带电粒子总是成对产生或湮灭，电荷的代数和不变，即正负电子的产生和湮灭与电荷守恒定律并不矛盾．
6．三种起电方式的区别和联系
7．接触起电的电荷分配原则:
两个完全相同的金属球接触后电荷会重新进行分配，如图所示．电荷分配的原则是:两个完全相同的金属球带同种电荷接触后平分原来所带电荷量的总和;带异种电荷接触后先中和再平分．
8．中性与中和:
中性和中和是两个完全不同的概念，中性是指原子或者物体所带的正电荷和负电荷在数量上相等，对外不显电性，表现为不带电的状态．可见，任何不带电的物体，实际上其中都带有等量的异种电荷;中和是指两个带等量异种电荷的物体，相互接触时，由于正负电荷间的吸引作用，电荷发生转移，最后都达到中性状态的一个过程．
二、解题大秀场
1．元电荷
例1关于元电荷，下列说法中正确的是()
(A)元电荷实质上是指电子和质子本身
(B)所有带电体的电荷量一定等于元电荷的整数倍
(C)元电荷的值通常取作e=1.60×10-19C
(D)电荷量e的数值最早是由美国物理学家密立根用实验测得的
解析:选(B)(C)(D)．元电荷是最小电荷量最早，不是指具体的带电体，所以(A)错(B)对;最早由美国物理学家密立根测得无电荷，故(C)(D)对．
2．电荷间的相互作用规律
例2如图1所示，a、b、c、d为四个带电小球，两球之间的作用分别为a吸d,b斥c,c斥a,d吸b，则()
(A)仅有两个小球带同种电荷
(B)仅有三个小球带同种电荷
(C)c、d小球带同种电荷
(D)c、d小球带异种电荷
解析:选(B)(D)．由a吸d,d吸b可知a与b带同种电荷，且与d带异种电荷;c斥a,b斥c可知c与a、b带同种电荷，c与d带异种电荷．
3．摩擦起电
例3关于摩擦起电现象，下列说法正确的是()
(A)摩擦起电现象使本来没有电子和质子的物体中产生电子和质子
(B)两种不同材料的绝缘体互相摩擦后，同时带上等量异种电荷
(C)摩擦起电，可能是因为摩擦导致质子从一个物体转移到了另一个物体而形成的
(D)丝绸摩擦玻璃棒时，电子从玻璃棒上转移到丝绸上，玻璃棒因质子数多于电子数而显正电
解析:选(B)(D)．摩擦起电实质是由于两个物体的原子核对核外电子的约束能力不相同，因而电子可以在物体间转移．若一个物体失去电子，其质子数比电子数多，我们说它带正电．若一个物体得到电子，其质子数比电子数少，我们说它带负电．使物体带电并不是创造出电荷．
4．感应起电
例4如图2所示，有一带正电的验电器，当一金属球A靠近验电器的小球B(不接触)时，验电器的金箔张角减小，则()
(A)金属球A可能不带电(B)金属球A可能带负电
(C)金属球A可能带正电(D)金属球A一定带正电
解析:由题意可知验电器是带电的(因箔片有张角)，当不带电的金属球A靠近验电器的小球B时，由于感应起电，金属球A近端会带上异种电荷运端带同种电荷，因异种电荷相吸较强，所以验电器上带的电荷会更多的聚集到小球B上，箔片上聚集的电荷会减少，故张角减小，A项正确;当金属球A带负电时，同样因异种电荷相吸，使得箔片上聚集的电荷减少，张角减小，(B)项正确．答案选(A)(B)
5．接触起电
例5半径相同的两个金属小球A、B带有相等的电荷量，相隔一定的距离，今让第三个半径相同的不带电的金属小球先后与A、B接触后移开
(1)若A、B两球带同种电荷，求接触后两球的电荷量之比．
(2)若A、B两球带异种电荷，求接触后两球的电荷量之比．
(2)若A、B带异种电荷，设A带电+Q，则最后A带电
《电荷》教学设计比较研究 篇10
片段一:多媒体环境
河北省武安市实验中学孙建恩
1. 视频导入, 激疑引趣
师:首先, 请大家观看视频。
教师播放视频——《有趣的电现象》 (如图1) 。
师:刚才大家看到了自然界中有趣的静电现象和城市绚丽的夜景。电能给人们的生活带来便利。所以, 我们学习一些电学知识是非常必要和重要的。
2.启发引导, 合作探究
师: (用玻璃棒和用丝绸摩擦过的玻璃棒分别靠近碎纸屑和易拉罐) 请大家观察, 我这两次实验有什么区别。请大家用身边的圆珠笔的塑料杆摩擦头皮, 然后靠近碎纸屑, 观察现象。
学生动手实验, 猜想两种摩擦产生的电荷是否相同。
教师再次播放视频, 展示大量的摩擦起电实验现象, 有力地证实自然界只有两种电荷。
学生自主探究电荷间相互作用的规律, 总结得出结论。猜想验电器的工作原理, 教师讲解。
片段二:多媒体环境
长春市第103中学王洪梅
1. 创设情境, 引入新课
师:请大家观看视频。
利用视频展示摩擦起电在生活中的产生、应用以及危害 (如图2) 。引起学生的学习兴趣。
2.合作探究, 动画验证
引导学生自主探究电荷的种类以及相互间的作用。从而讲解验电器的工作原理。让学生动手检验, 并用Flash模拟实验展示电荷的移动过程 (如图3) 。
并依据此原理, 引导学生思考验电器之间电荷的移动和张开角度的变化, 并用Flash展示电荷的移动过程 (如图4) 。
●整合点深度分析
以上是全国中小学信息技术与课程整合优质课大赛中的两个教学片段, 参加初中物理组比赛的接近10%的教师选择了《电荷》作为参赛课。他们根据自己的实际教学情况以及不同的教学对象和教学环境, 加上自己的分析和理解, 采用不同的教学方法和策略, 教学同样的内容。初中物理新课标主张培养学生的科学探究能力, 但大多数教师只是应用信息技术创设情境, 没有充分利用信息技术培养学生的科学探究能力;有些教师采用多媒体环境下的教学模式, 忽视了传统教学方法的应用, 教学效果并不理想。其主要原因是对信息技术与课程整合的理论理解不深刻, 对课程的整合点把握不够准确。
1.优质课大赛《电荷》教学设计分析
《电荷》是初中物理课程内容中比较重要的一节课, 不仅是电学开始的标志, 更是引导学生进入微观世界的一节课。它揭示了简单的电现象和有关于电荷的基础知识, 对于以后学生学习电学起到了引导作用, 尤其是对科学世界的探索起到了关键的作用。笔者对2008年的优质课大赛初中物理组参赛课进行了统计, 发现信息技术主要是用于展示知识、创设情境、模拟实验、知识拓展和课后的学习平台。在参赛的31节课中, 用于展示知识的是31节, 占100%;用于创设情境的有29节, 占93.5%;用于模拟实验的有11节, 占35.5%;用于知识拓展的有7节, 占22.6%;用于课后学习平台的有3节, 占9.7%;其中有28节课是在多媒体环境下进行的, 有3节课是在网络环境下进行的, 信息技术主要是作为学习的平台和搜索的工具。笔者对其中典型的3个教学设计进行了对比统计, 结果如上表。
从统计上不难看出, 三位教师都将信息技术运用在情境创设这一环节, 两位用在了引导学习和知识拓展上, 一位教师用在了模拟实验上。实质上, 信息技术在教学中的作用并不仅限于此, 信息技术应用于教学中的优势是多方面的, 并且要恰当运用, 才能达到较好的效果。
《电荷》这节课的教学设计, 存在着共同的整合的优缺点。
优点: (1) 充分利用信息技术搜索了大量的资料, 创设情境。三位教师都运用了视频中的大量资料展示了电在生活中的一些现象, 使学生对《电荷》这节课的学习产生兴趣, 并且对电荷的应用也有了初步的印象。 (2) 表现手法多样。三位教师不仅仅是运用图片展示, 也运用了视频和Flash, 更能够培养学生的观察能力。 (3) 利用信息技术联系实际生活。三位教师都利用了视频展示了电在生活中的一些应用, 将本节课的知识紧紧地与生活联系在了一起, 这也体现了物理“从生活走向物理, 从物理走向社会”的课程理念。
缺点: (1) 资料冗余。在生活中有很多电的应用现象, 但是教师并不应该罗列过多的电现象, 应挑其重点突出的现象展示, 因为我们的目的只是引起学生的学习兴趣, 给学生创设学习的情境, 资料多而杂, 不但起不到预先的效果, 还混淆了学生的视听。 (2) 信息技术利用不充分。不难看出三位教师都在创设情境的环节上运用了信息技术, 在模拟“验电器原理”的探究实验中, 只有一位教师运用了信息技术来突破, 而其他两位教师只是运用了简单的讲解, 并且这三位教师运用信息技术的目的是为了辅助教学或解决教学中的一些难点。信息技术并不是这样的简单工具, 更可以激发学生质疑, 引导学生思考, 培养学生的能力才是教师教学的最终目标。 (3) 教学资源的利用不恰当。对于创设情境环节, 两位教师运用的视频几乎都是电的应用的视频, 它是电与实际生活中的一种应用, 运用这种视频是否可以引发学生的思考, 值得教师在选择资源上进行深度的思考。
2.《电荷》教学设计普遍存在的问题及原因
(1) 整合点的分析不准确
很多教师的信息技术素养较高, 但对整合点理论的理解不够深入, 导致某些教师的教学效率没有显著提高, 信息技术没有应用得恰到好处, 作用也自然不能很好地发挥出来。
整合点的诊断过程是, 首先要分析每一个理想教学步骤是否能够在常规教学手段支撑下完成, 完成的效率和质量如何。然后, 分析信息技术手段对每一步的支撑情况如何, 是否比常规教学手段质量或效率高, 如果确实高的话, 该步骤就可以诊断为整合点。
从三位教师运用信息技术的环节我们可以看出, 教师对于《电荷》这节课的整合点分析有所不同, 除了在创设情境的环节相同以外, 其他环节都有所不同。王老师将整合的重点放在了“验电器原理”及“电荷的定向移动”两项探究实验上, 利用信息技术将微观变宏观。而其他两位老师主要是利用信息技术联系实际生活, 突破空间的限制。按照整合点的理论分析, 本节课的整合点均包括以上两点, 但是并没有教师将其分析完全, 将信息技术利用充分。
(2) 只是简单地应用信息技术
新课标指出, 初中物理教学的内容标准是科学探究和科学知识, 可见培养学生的科学探究能力是初中物理教学的重中之重, 但是培养学生的科学探究能力并不是简单地让学生动手实验, 而是要引发学生思考、提出假设、寻求问题解决的方案等多个过程。信息技术不仅能够更好地支撑教学, 也能够更好地培养学生的创新能力、问题解决能力等新时代所要求人才必备的能力。
三位教师都运用了信息技术创设情境, 但是并没有因创设情境而使学生引发出相应的问题, 使学生能够进行相应的思考, 去验证或解决这些问题。思考的目的都是由教师提出的, 并没有完全对学生的思维进行培养。对于验电器原理的讲解, 王老师运用了Flash模拟电荷运动, 但是这只是演示实验, 只能使学生对于问题的理解更加深刻一些, 但是并不能对学生的探究能力进行培养。
多数教师在运用信息技术的时候, 只是把信息技术作为了一个简单的媒体, 而不是学生的认知工具。因此, 教师在应用信息技术的同时也应当将培养学生的能力作为重点, 将信息技术应用到最高的层次。
●点石成金——理想状态下的《电荷》教学设计片段
所谓理想情况下一节课的教学过程设计, 是指在不考虑教学条件的情况下, 突破时空限制来构思课堂教学的步骤, 尽可能提高学生的学习质量和效率。在新一轮的课程改革中, 义务教育阶段的物理教育目的是培养全体学生的科学素养。所以, 我们应该在教学的过程中以培养学生的能力为主要目标。物理学科主要培养的就是学生的科学探究能力, 所以教师在每节课都应该设计一些内容让学生自主探究, 培养他们的创新、问题求解、小组协作等能力。针对以上两点, 结合各位教师教学设计中的优点, 笔者设计了《电荷》理想教学过程中的几个片段。
1.通过现象, 引发思考, 提出问题, 设计解决
教学活动: (1) 定义学习:如果一个物体能够吸引轻小物体, 我们就说这个物体带了电, 通过摩擦使物体带电, 就是摩擦起电。 (2) 小组实验:用学习或生活中所用到的物体来进行摩擦起电的实验。 (3) 联系生活中摩擦起电的应用。
整合点及解决办法: (1) 播放有关物体带电的几个实验的视频, 让学生对比分析, 发现问题、提出问题。例如, 摩擦起电现象的特点是什么 (启发过程) , 并猜想其问题的结果 (可以吸引轻小物体) , 由此来总结物体带电的定义。 (2) 利用图片或视频展示摩擦起电的应用, 使学生将学到的知识联系到具体的生活当中。
2. 展示设计, 修正实验
教学活动: (1) 猜想:同种电荷之间的关系和异种电荷之间的关系。 (2) 小组实验:设计实验过程, 进行小组实验。
整合点及解决办法: (1) 通过展示一些电荷之间作用现象的图片, 引发学生的猜想, 否则学生无据可依。 (2) 通过大屏幕展示每个小组的实验过程, 进行讨论分析, 进行自我修改。
3. 动画模拟, 实验探究
教学活动: (1) 猜想:验电器的原理。 (2) 实验探究验电器的原理。
整合点及解决办法: (1) 对同种电荷之间的互相作用进行再次展示, 引导学生思考验电器的原理。 (2) 通过动画模拟实验, 让学生探究出验电器的原理, 不仅使学生对验电器的原理、同种电荷之间的作用关系理解深刻, 还加强了学生探究能力的培养。
4. 知识储备, 开拓视野
教学活动:展示静电在生活中的应用。
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