微弱信號檢測裝置課題論證

㈠ 你好~能幫我下個龍源的《基於電阻應變片數字顯示握力計的設計》嗎

摘要:本文描述了基於電阻式應變片感測器設計的電子測量握力計及實現方法。該系統由51單片機控制，通過液晶屏自動顯示所測握力的大小。其電路構成主要有測量電路，差動放大電路，A/D轉換，顯示電路。測量電路利用電阻式應變器件將物體的力量信號轉化成相應大小的電信號，通過差動放大電路將電信號放大到AD晶元能夠識別的范圍內從而能將電信號轉換成對應的數字信號，最終在液晶上顯示所測的握力。
關鍵詞：電阻應變式感測器、差分放大器、1602液晶
Figures based on resistance strain gauge dynamometer design
Paul Chang Bin Health Core Exhibition spend Junjie
Huanghuai College
Abstract: This paper describes the resistive strain gauge sensors based on the design of electronic measuring dynamometer and implementation. The system consists of 51 single-chip control, through the LCD screen automatically displays the measured size of grip. The circuits are measuring circuit, differential amplifier, A / D conversion, display circuit. Measurement circuit using resistive strain the power of the device to an object the size of the signal into corresponding electrical signals, electrical signals through the differential amplifier circuit will be amplified to the AD chip to identify within which can convert electrical signals into corresponding digital signals, finally measured in the liquid crystal display on the grip.
Keywords: strain sensor, a differential amplifier, 1602

一、設計任務與要求
1.1設計任務
1．設計一個數字顯示握力計，可以顯示出當前的力量值。
2．用數字顯示被測力量。
1.2設計思路
數字顯示握力計的測量過程是把被測物體的力量通過電阻式應變片感測器轉換成電壓信號。由於這一信號通常都很小，需要進行放大，放大後的模擬信號經由模/數晶元轉換成數字量，再通過顯示器顯示出力量大小。
1.3工作原理
當被測物體（主要是手臂力量）使用數字顯示握力計檢測時，其力量使握力計彈簧變形便通過電阻應變片感測器，感測器隨之產生相應的電效應，將物體的力量轉換成電信號(電壓或電流)。此信號由放大電路進行放大、經濾波後再由模/數（A/D）轉換器進行轉換，單片機對轉換後的數字信號進行必要的判斷、分析，再送到顯示電路。
二、方案設計與論證
2.1整體方案
通過電阻應變片產生電壓信號，經放大電路把信號放大後輸入A/D轉換晶元TCL2543進行A/D轉換，由於此晶元可直接用於數字顯示，故轉換後的數字量直接用數碼顯示器進行顯示。此方案的優點是外部電路非常簡單，能實現較高的精度。

三、電子元器件的選取
3.1感測器的選擇
電阻應變式感測器的優點是精度高，測量范圍廣,壽命長,結構簡單，頻響特性好，能在惡劣條件下工作，易於實現小型化、整體化和品種多樣化等。
3.2運算放大器的選擇
市場上有已成形的集成運算放大器，如AD620儀用放大器能直接用於該設計的放大部分，且集成晶元相對於自己用單運放搭接的運放電路具有更穩定的性能，誤差更小；但集成運算放大器價格相對較高，而且自己搭接的運放電路其誤差范圍已經基本滿足本設計的要求，所以我們選取OP07單運放搭接差分運算放大器的方式，同時一定程度上鍛煉了模擬電路的實踐能力。
3.3模數轉換(A/D)晶元的選取
根據本課題的要求，要滿足最低檔位的解析度，必須選取位數較高的A/D晶元，串列的TLC2543晶元驅動程序相對並行A/D復雜一點，但根據市場零售價格比較，該晶元是滿足要求的最便宜的晶元，本著開發項目盡量縮減成本的原則我們最終選取了該晶元。
3.4顯示器的選擇
選取SMC1602a LCM點陣型液晶對放大以後的數據進行顯示。
四、各硬體模塊的具體實現方案
系統硬體包括電源模塊、數據採集及放大模塊、A/D轉換模塊、自動換檔模塊、數碼管顯示模塊。
4.1電源模塊
由於系統硬體有OP07，而運放電路要求正負9V電源，故此整個放大電路需要的電源可以直接用可充電的鋰電池。
4.2感測器模塊
電阻應變式感測器就是將被測物理量的變化轉換成電阻值的變化 , 再經相應的測量電路而最後顯示或記錄被測量值的變化。在這里，我們用電阻應變式感測器作為測量電路的核心。並應根據測量對象的要求，恰當地選擇精度和范圍度。

4.3、差動放大電路
數字顯示握力計使用電阻應變全橋式感測器,其核心是由電阻應變計(應變片)構成的電橋電路,這類感測器具有成本低、精度高且溫度穩定性好的特點。但其檢測原理決定該類感測器輸出電壓低,要經過差分放大電路放大數百倍才能用於A/D轉換。一般說來，感測器輸出的電壓值都非常小，基本上都是毫伏級甚至微伏級，需要外部放大電路來獲得足夠的增益。
儀表儀器放大器的選型很多，我們這里介紹一種用途非常廣泛的儀表放大器，就是典型的差動放大器。它只需高精度OP07和幾只電阻器，即可構成性能優越的儀表用放大器。廣泛應用於工業自動控制、儀器儀表、電氣測量等數字採集的系統中。
OP07晶元是一種低雜訊，非斬波穩零的雙極性運算放大器集成電路。由於OP07具有非常低的輸入失調電壓，所以OP07在很多應用場合不需要額外的調零措施。OP07同時具有輸入偏置電流低和開環增益高的特點，這種低失調、高開環增益的特性使得OP07特別適用於高增益的測量設備和放大感測器的微弱信號等方面。
4.4、A/D轉換
在實際的測量和控制系統中檢測到的常是時間、數值都連續變化的物理量，這種連續變化的物理量稱之為模擬量，與此對應的電信號是模擬電信號。模擬量要輸出顯示，首先要經過模擬量到數字量的轉換，LCM點陣型液晶才能接收、處理。

五、系統調試
5．1調試過程
（1）．首先在握力計無負載時確保顯示器准確顯示零。
（2）．然後握力臂施以不同的力量，觀察顯示器是否准確顯示力量大小，如有偏差，采樣十五次求平均值。
（3）．零位穩定是影響握力計精度非常重要的因素，因受溫度或其它因素影響將引起零位不穩定，這種現象稱為零漂。由於零漂的影響，零輸入信號時，輸出可能不為零，為消除這個零位漂移值，採用零位補償技術，零位補償就是把這個零漂值儲存起來，每一數據採集時減去這個數值，得到的數值就是消除零漂的有效信號。
六、系統功能
該數字握力計，測量范圍分成四檔，0～1.999Kg、0～19.99Kg、0～199.9Kg、0～1999Kg。用數字顯示被測握力，小數點位置對應不同的量程顯示，且具有量程自動切換功能，能適應不同層次的人群。
七、設計總結
目前，市場上的小型數顯握力計很少但是其正朝著小型化、高精度、智能化方向發展。TCL2543採用較小的封裝，尺寸很小，所需的外圍器件也很少，滿足了握力計小型化的需求；其內置各種控制寄存器和數據寄存器，並且可以通過SPI介面方便地控制和讀取這些寄存器，滿足了握力計智能化的需求。
在電子技術的課程設計中，我們花了大量的時間和精力進行資料查閱和方案論證，結合自己所學，認真解決每一個功能模塊中遇到的問題。
我們還用模擬軟體Proteus 6 Professional 進行某些功能模塊的模擬，收到了很好的效果。
八、參考文獻
[1] 張毅剛．單片機原理機應用．北京：高等教育出版社，2003．
[2] 王化祥、張淑英．感測器原理及應用．天津：天津大學出版社，2007．
[1] 閻石．數字電子技術基礎部分．北京：高等教育出版社，2003.
[1] 童詩白．電子技術基礎模擬部分．北京：高等教育出版社，2003．
作者簡介：
常生睿（1987-），男，甘肅民勤，本科，網路工程師，專業方向：電子科學與技術；
花俊傑，男 ，25 ，河南信陽，本科，黃淮學院電子科學與工程系；
展保斌，男 ，甘肅白銀，23 ，本科，黃淮學院信息工程系。
單位:河南省駐馬店市黃淮學院電子科學與工程系

㈡ 合肥工業大學電子科學與應用物理學院的本科生專業設置

本專業培養掌握物理學的基本理論與方法、具有良好的數學基礎、計算機應用基礎、一定的外語水平和基本實驗技能；提高科學素養，養成對科學探索的興趣，訓練科學思維方法，具備一定的科學研究能力；具有較扎實的物理學基礎，受到應用基礎研究、應用研究和技術開發以及工程技術的初步訓練，具有工程技術所需的基本知識結構和研究開發能力；適應科學技術發展的需要，有較強的知識更新能力和較廣泛的科學技術適應能力以及較強的發展後勁，畢業後能夠在物理學或光電子、激光、物理檢測等相關科學技術領域中從事科研、教學、技術應用和相關的管理工作，也可攻讀物理學或相關學科碩士研究生。
研究生專業設置
（一）博士研究生招生
集成電路與系統
集成電路與系統為信息與通信工程、計算機科學與技術及儀器科學與技術一級學科下自主設置的交叉二級學科專業，具有博士學位授權。現有博士生導師5人。 研究方向:嵌入式系統綜合與測試；新型半導體材料與器件；復雜集成電路設計；感測技術與微納機電系統；電磁計算與信號完整性分析等。
（二）學術型碩士研究生招生
電子科學與技術專業
本學科下設的四個二級學科在我院招收碩士研究生，即微電子學與固體電子學、電磁場與微波技術、電路與系統及物理電子學。其中，微電子學與固體電子學二級學科連續被安徽省批准為省級重點學科，「微電子機械系統工程技術研究中心」被安徽省列入省級工程技術研究中心。本學科擁有一批微電子工藝、電子功能材料與器件等方面的研發設備和測量儀器，以及Cadence、Synopsys、Mentor Graphics、TCAD、華大九天（ZENI）等著名EDA軟體。現有專職教師52人，其中教授12人、副教授21人、具有博士學位的26人，兼職教授10人。多年來，完成和承擔的國家「863」計劃項目、國家自然科學基金項目、教育部科學技術研究重點項目等各類別科研項目60餘項，已獲國家發明三等獎一項，省部級科技進步獎10項，各類技術專利多項，出版學術專著5部，在IEEE Transactions、IEE Proceedings、Appl. Phys. Lett.等國際頂級刊物上發表學術論文50餘篇，其他重要學術論文400餘篇。
研究方向:集成電路設計與測試；固體電子器件與工藝；微納功能材料與器件；敏感材料與感測技術；MEMS設計與應用；嵌入式系統綜合與測試；SOC設計與驗證；混合信號系統設計；可編程器件與系統設計；數字系統設計自動化；計算電磁學及應用；微波電路與微波器件；無線感測器網路及應用；射頻MEMS設計；量子信息與量子計算；納米光電子器件；微弱信號處理；等離子體理論與數值模擬；信息顯示技術與器件等。
集成電路與系統
集成電路與系統為信息與通信工程、計算機科學與技術及儀器科學與技術一級學科下自主設置的交叉二級學科專業，具有碩士學位授權。圍繞復雜計算系統、信息傳輸與信號處理系統的微集成需求，學科點重點進行以下幾個方向研究：嵌入式系統綜合與測試技術研究；面向高性能計算和高速信息處理的集成電路設計技術研究；信息獲取中的感測、傳輸（的）理論、器件設計及集成技術研究；新一代集成電路理論、器件、及相關材料技術研究等。現有碩士生導師33人（其中教授11人、副教授20人），兼職教授10人。
研究方向:嵌入式系統綜合與測試；可編程器件與系統設計；固體電子器件與工藝；數字系統設計自動化；信息顯示技術與器件；微納功能材料與器件；敏感材料與感測技術；MEMS設計與應用；微波電路與微波器件等。
光學工程專業
光學工程為一級學科，主要研究利用從軟X射線到亞毫米波段之間，特別是紫外至紅外具有光學共性的電磁波段，以成像或非成像方式實現光輻射信息產生、傳輸、探測與處理的新理論、新技術、新方法和新裝置，它是現代物理學、光學與電子學綜合交叉形成的新興前沿技術學科。現有導師11名(其中教授3名，副教授8名，具有博士學位者4名)。已完成及在研國家自然科學基金、中國博士後科學基金、安徽省自然科學基金等縱橫向課題數十項，曾取得包括國家科技進步二等獎、安徽省科技進步獎在內的一批高水平科研成果，另有一些研究成果已獲專利授權或完成技術轉化和轉讓。
研究方向:激光技術與應用；光學精密測量；激光光譜與光電材料；光電感測技術；微納光子學等。
課程與教學論專業
本學科培養目標為：培養適應我國教育發展和改革的需要，掌握現代教育理論和扎實的物理專業知識，德、智、體全面發展的從事教學、科研及管理方面的專門人才。可在高等或中等學校從事教學、研究和管理工作，也可進一步深造或在其它單位從事相關工作。現有導師10人，其中教授3名，副教授7名。先後承擔過省部級縱、橫向科研課題多項，獲得過省部級科技及教學成果獎多項。
研究方向:物理教育研究、教育技術研究、工程教育研究、物理學原理的應用。
（三）專業學位碩士研究生招生
我院專業學位碩士研究生的導師及考試科目同微電子學與固體電子學二級學科。專業為： 1、集成電路工程 2、電子與通訊工程 。

㈢ 急求一份大學物理實驗報告《壓力感測器和CCD的使用》的數據和處理結果

本課題研究的意義：（填寫課題在理論上和應用上的價值）

本課題研究的是壓力電纜感測器與CCD系統在防盜，監視，監測等需求中的結合運用。針對其特徵，可將其應用在監獄，勞改所，戒毒所，用於監測。也可用於博物館，家庭等，起到防盜作用。在這些應用領域中，要求感測器的隱蔽性和對現場情況的及時了解，所以將壓力電纜感測器和CCD結合一起運用，此感測器不易被發現，與CCD一起運用，可起到更好的防盜，監測作用。
隨著科技的發展，人們對於用於公共事業或者是私人需求的防盜監視產品的要求越來越高，人們要求高效率，高性能（例如能同時適應高溫和低溫等特殊環境），低成本，操作簡單等，本課題正是為適應這種社會需求而產生的。
調研（社會調查）情況：

感測器技術是現代測量和自動化系統的重要技術之一，從宇宙開發到海底探秘，從生產的過程式控制制到現代文明生活，幾乎每一項技術都離不開感測器，因此，許多國家對感測器技術的發展十分重視。如日本把感測器技術列為六大核心技術（計算機、通信、激光、半導體、超導體和感測器）之一。
在各類感測器中壓力感測器具有體積小、重量輕、靈敏度高、穩定可靠、成本低、便於集成化的優點，可廣泛用於壓力、高度、加速度、液體的流量、流速、液位、壓強的測量與控制。除此以外，還廣泛應用於水利、地質、氣象、化工、醫療衛生等方面。由於該技術是平面工藝與立體加工相結合，又便於集成化,所以可用來製成血壓計、風速計、水速計、壓力表、電子稱以及自動報警裝置等。壓力感測器已成為各類感測器中技術最成熟、性能最穩定、性價比最高的一類感測器。
CCD廣泛應用在數碼攝影、天文學，尤其是光學遙測技術、光學與頻譜望遠鏡，和高速攝影技術如Lucky imaging。CCD在攝像機、數碼相機和掃描儀中應用廣泛，只不過攝像機中使用的是點陣CCD，即包括x、y兩個方向用於攝取平面圖像，而掃描儀中使用的是線性CCD，它只有x一個方向，y方向掃描由掃描儀的機械裝置來完成。
CCD的加工工藝有兩種，一種是TTL工藝，一種是CMOS工藝，現在市場上所說的TTL和CMOS其實都是CCD，只不過是加工工藝不同，前者是毫安級的耗電量，而後者是微安級的耗電量。TTL工藝下的CCD成像質量要優於CMOS工藝下的CCD。CCD廣泛用於工業，民用產品。
擬採用研究方法：（具體寫本課題的研究方法和實施方案）
（1）根據壓力電纜感測器的特性，設計檢測前端電路，電路滿足耐高溫和耐低溫的特點，如出現越界情況時，壓力電纜感測器檢測出情況後報警，同時CCD監測到現場情況，將感測器報警信號與CCD監測信號發送到同一網關節點，然後網關節點將信號通過無線方式發送到上位機。
其中精簡 51 內核作為網關結點的微處理器。
整體結構圖如下：

（2）前端電路主要包括壓力模塊，CCD模塊。其中，壓力模塊包括壓力感測器單元和信號放大單元，其中壓力感測器模塊用於感應外部壓力，並將壓力轉換成差分電壓值，信號放大單元主要用於放大輸入的電壓信號，並由差分信號轉換為單路電壓信號。

研究計劃：（填寫課題的研究內容和時間節點）

（階段時間表：
2012年3月15日 畢業設計開題，學生交畢業設計開題報告，答辯
2012年5月9日；學院進行畢業設計中期檢查，交譯文
2012年5月30日；交畢業設計論文，學院集中審閱
2012年6月11-15學生畢業答辯)

文獻綜述（不少於1000字正文+15篇參考文獻，其中應包含英文參考文獻）
1．在電子計算機、機器人、自動控制技術等技術中應用廣泛。實際應用十分廣泛，大至數控機床 、汽車小至家用電器都有感測器。感測器的安裝、連接方式等多方面因素都能影 響感測器的測量結果。只有通過實踐，親自動手使用感測器，才能知道感測器的應該與其他電路如何連接，怎樣才能正常工作。我們通常使用 的壓力感測器主要是利用壓電效應製造而成的，這樣的感測器也稱壓電感測器
壓電感測器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應就是在這種晶體中發現的，在一定的溫度范圍之內，壓電性質一直存在，但溫度超過這個范圍之後，壓電性質完全消失（這個高溫就是所謂的「居里點」）。
壓電效應是壓電感測器的主要工作原理，壓電感測器不能用於靜態測量，因為經過外力作用後的電荷，只有在迴路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電感測器只能夠測量動態的應力。
壓電感測器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度感測器是一種常用的加速度計。它具有結構簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優異的特點。壓電式加速度感測器在飛機、汽車、船舶、橋梁和建築的振動和沖擊測量中已經得到了廣泛的應用，特別是航空和宇航領域中更有它的特殊地位。壓電式感測器也可以用來測量發動機內部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用於軍事工業，例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來測量大的壓力，也可以用來測量微小的壓力。
2.CCD圖像感測器,也就是電荷耦合器件圖像感測器。可以將圖像資料由光信號轉換成電信號,是一種進入影像世界不可缺少的取像元件。CCD圖像感測器與傳統的攝像管比較,具有體積小、重量輕、用電省、價格低、壽命長、防震性強以及不受磁場影響等優點。
對於多監控攝像機系統，希望所有的視頻輸入信號是垂直同步的，這樣在變換攝像機輸出時，不會造成畫面失真，但是由於多攝像機系統中的各台攝像機供電可能取自三相電源中的不同相位，甚至整個系統與交流電源不同步，此時可採取的措施有：均採用同一個外同步信號發生器產生的同步信號送入各台攝像機的外同步輸入端來調節同步，從而獲得合適的垂直同步，相位調整范圍0~360度。
CCD感光元件的核心是感光二極體 (photodiode)，該二極體在接受光線照射後產生輸出電流，電流強度與光照強度相對應。
CCD感光元件除包括感光二極體之外，在其周邊還包括一個用於控制相鄰電荷的存儲單元，但感光二極體占據了絕大數面積，也就是說CCD感光元件中的有效感光面積較大，在同等條件下可接收到較強的光信號，對應的輸出電流也較強，表現在輸出結果上即捕捉的圖像內容豐富、清晰；
工作原理：在接受光照後，感光元件產生相對應的電流，電流大小與光強相對應，因此感光元件輸出的電信號是模擬的。在CCD中，每個感光元件並不對此做進一步處理，而是將電信號直接輸出到下一個感光元件的存儲單元，結合該元件生成的模擬信號後在輸出給第三個感光元件，依次類推，知道結合最後一個感光元件的信號最終形成統一的輸出。由於感光元件生成的電信號很微弱，無法直接進行模數轉換工作，因此這些輸出數據必須做統一的放大處理，這項任務由感測器中的放大器專門負責，經放大器處理之後，每個像點的電信號強度都獲的同樣幅度的增大，但由於CCD本身無法進行AD轉換，因此還需要一個專門的模數轉換晶元進行處理，最終以、二進制數字圖像矩陣的形式輸出給專門的DSP處理晶元。
3.以計算機、單片機實驗開發系統完成程序編輯、編譯、下載程序等任務。
參考文獻：
[1]張建民.感測與檢測技術.機械工業出版社
[2]劉篤仁，韓保君，劉靳.感測器原理及應用技術.西安電子科技大學出版社，
[3]孫運旺.感測器技術與應用.浙江大學出版社.2006.09
[4]馬斌.單片機原理及應用.人民郵電出版社，2009.10
[5]王建校，王建國.51 系列單片機及C51 程序設計.科學出版社， 2002.
[6]徐維祥，劉旭敏.單片機微型計算機原理及應用.大連理工大學出版社，2002.7. [1]賈石峰.感測器原理與感測器技術.機械工業出版社，2009.
[7] 張一斌，余件坤.單片機原理課程設計.中南大學出版社，2009.
[8] 戴佳，戴衛恆.51單片機C語音應用程序設計實例精講.電子工業出版社，2007.
[9] 龍威林，楊冠聲，胡山.單片機應用入門.化學工業出版社，2008.
[10] 齊向東，劉立群.單片機控制技術實踐.中國電力出版社，2009.
[11] 邊春元，李文濤，江傑.C51單片機典型模塊設計與應用.機械工業出版社，2008.
[12]CCD Image Sensors and Analog-to-Digital Conversion
[13] DENVIR D J, CONROY E. Electron Multiplying CCDs[Z]. Proc. SPIE, 2003, 4877: 55～68.
[14] JERRAM P, POOL P, BELL R, et al. The LLLCCD: Low Light Imaging without the need for an intensifier[Z]. Proc. SPIE, 2001, 4306: 178～186.
[15]Piezo Polymer Coax Cable

㈣ 原子物理的發展史

原子物理學 atomic physics 研究原子的結構、運動規律及相互作用的物理學分支學科。主要研究：①原子的電子結構。②原子的能級結構和光譜規律。③原子之間或原子與其他物質的碰撞和相互作用。 原子結構模型的建立 1897年J.J.湯姆孫發現電子，論證電子普遍存在，並確認它是各種原子的共同組成部分之後，對於在中性的原子內，正電荷和電子質量以及電子是如何分布的，成為擺在物理學家面前的首要問題。1904年湯姆孫提出原子的正電荷和質量均勻分布於原子體內、電子鑲嵌在體內的「葡萄乾圓麵包模型」。1911年E.盧瑟福分析α粒子散射實驗與湯姆孫原子模型的明顯歧離，提出原子的有核模型，原子的正電荷和質量分布在中心很小的核內。原子的有核模型 得到 a 粒子散 射更為深入的實驗研究支持而被 普遍接受。但是在原子的有核模型中，電子繞核運動有加速度，根據經典電動力學，將不斷向外輻射能量，電子將最終塌縮於原子核，因而原子是不穩定的；而且電子繞核運動發出連續譜也與實際上原子的線狀光譜不符。這些事實表明，研究宏觀現象確立的經典電動力學不適用於原子中的微觀過程，因此需要進一步探索原子內部運動規律，建立適合於微觀過程的原子理論。 原子物理學和量子力學 1913年N.玻爾在盧瑟福的原子有核模型基礎上，結合原子光譜的經驗規律，應用M.普朗克、A.愛因斯坦的量子概念，提出原子結構的新假設，建立玻爾氫原子理論，成功地解決了原子的穩定性問題，並說明了原子光 譜的規律性 。玻爾理 論是原子理論發展的重要里程碑。1924年 L. V.德布羅意提出微觀粒子具有波粒二象性 ，不久被實驗證實，1926年E.薛定諤、W.K.海森伯、M.玻恩、P.A.M.狄拉克等人建立微觀粒子運動規律的量子力學。量子力學的建立為解決原子問題提供了銳利的武器，量子力學在闡明原子現象的種種問題中也逐步發展和完善，從而開創了近代物理的新時代。20世紀30年代可稱為原子物理的時代。原子物理學取得豐碩的成果，原子能級的結構和能級的精細結構、原子在外場中的能級結構、原子光譜規律、原子的電子殼層結構以及原子的深 層能 級結構和X射線標識譜等問題相繼圓滿解決，所獲得的關於原子結構的種種知識成為了解分子的結構，固體的性質，以及說明許多宏觀現象和規律的基礎。 原子物理學的新階段 20世紀50年代末期，由於空間技術、空間物理和核試驗的發展，不僅要求精確測定原子光譜的波長 、研究原子的能級， 而且對於譜線強度 、躍遷幾率、碰撞截面等也要求提供准確的數據，因此要求對原子物理進行新的實驗和理論探索。原子物理學的發展曾對激光的產生和激光技術的發展作出重大貢獻。激光問世之後，應用激光技術研究原子物理學問題，實驗精度有了很大提高，從而發現很多新現象和新問題。微波波譜學新的實驗方法也成為研究原子能級結構的有力工具。因此原子物理學的研究又重新成為很活躍的領域。原子碰撞研究已成為原子物理學的一個主要發展方向，研究課題非常廣泛，涉及光子、電子、離子、中性原子等與原子和分子碰撞的物理過程，應用和發展了電子束、離子束、粒子加速器、同步輻射加速器、激光光源和各種能譜儀等測譜設備，以及電子、離子探測器、光電探測器和微弱信號檢測方法，電子計算機的應用，加速了理論計算和實驗數據的處理。原子光譜與激光技術的結合，達到了前所未有的高解析度，利用激光高功率密度發展了非線性光學，飽和吸收、雙光子吸收和多光子吸收等成為原子物理學中另一個十分活躍的研究方向 。極端物理條件( 高溫、低溫、高壓、強場)下和特殊條件( 高激發態、高離化態 )下原子的結構和物性的研究也已成為原子物理研究中的重要課題。60年代開始發展起來的將低能離子長時間約束在一個很小的空間范圍內運動的離子存儲技術，使人們可以從實驗上近似得到孤立的、靜止不動的單個帶電粒子。近年來利用激光技術將中性原子降溫減速並約束於空間很小范圍內的原子囚禁技術取得重要的成果。這種存儲技術正被應用於多種原子物理測量工作，測量精度更進一步提高，已成為量子電動力學理論最精確的檢驗手段之一，並可望建立新的精度更高的光頻標准。 原子物理學是其他基礎科學和技術科學如化學、生物學、空間物理、天體物理、物理力學等的基礎，激光技術、核技術和空間技術的研究也都要求原子物理學提供重要數據，因此研究和發展原子物理學至今仍有十分重要的理論和實際意義。

㈤ 電子與信息工程專業最近的研究方向是什麼，推薦一下可以自學的書單

我找了以下專業方向以供參考，共十二大類。其中有些是與物理、機械、光電、電氣、自動化、計算機等交叉的學科。

0809 一級學科：電子科學與技術

080901 物理電子學

080902 電路與系統

80903 微電子學與固體電子學

080904電磁場與微波技術

0810 一級學科：信息與通信工程

081001通信與信息系統☆

081002信號與信息處理☆

0811 一級學科：控制科學與工程

081103 系統工程

081104模式識別與智能系統

1電路與系統
2集成電路工程
3自動控制工程
4模式識別與智能系統
5通信與信息系統
6信號與信息處理
7電子與通信工程
8電力電子與電力傳動
9光電信息工程
10物理電子學
11精密儀器及機械簡介
12測試計量技術及儀器

01.電路與系統
電路與系統學科研究電路與系統的理論、分析、測試、設計和物理實現。它是信息與通信工程和電子科學與技術這兩個學科之間的橋梁，又是信號與信息處理、通信、控制、計算機乃至電力、電子等諸方面研究和開發的理論與技術基礎。因為電路與系統學科的有力支持，才使得利用現代電子科學技術和最新元器件實現復雜、高性能的各種信息和通信網路與系統成為現實。
學科概況
信息與通訊產業的高速發展以及微電子器件集成規模的迅速增大，使得電子電路與系統走向數字化、集成化、多維化。電路與系統學科理論逐步由經典向現代過渡，同時和信息與通訊工程、計算機科學與技術、生物電子學等學科交疊，相互滲透，形成一系列的邊緣、交叉學科，如新的微處理器設計、各種軟、硬體數字信號處理系統設計、人工神經網路及其硬體實現等。

學科研究范圍
根據國內需要及本學科在國際發展趨勢，具體研究方向可歸納為：電路與系統理論，語、聲和圖像處理技術，數字信號處理專用電路設計，網路與濾波器理論及技術，VLSI電路與系統設計，信息與通訊系統和網路的設計，電路與系統CAD及設計自動化，功率電子學，非線性電路與系統，自動測試系統與故障論斷，優化理論及人工神經網路應用，智能信息處理與識別。
培養目標
研究生應掌握數字、模擬、線性和非線性電路與系統的理論與技術，信號處理理論及技術，電路與系統的計算機輔助設計，現代信息與通信網路的理論與技術；在本研究方向有系統和深入的專門知識和實驗技術；較熟練掌握一門外國語，具備獨立從事科學研究工作能力，具備成為學術帶頭人或課題負責人的素質；能勝任在科研單位、生產部門或高等院校從事有關方面的研究、科技開發、教學和管理工作。
主要研究方向

1.現代電路理論及其應用

2.DSP與信號實時編碼技術

3.嵌入式系統

4.非線性電路與系統

5.生物醫學圖像處理

6.智能數字信號處理技術

7.信息網路與編碼技術
02.模式識別與智能系統

一、學科概況
模式識別與智能系統是20世紀60年代以來在信號處理、人工智慧、控制論、計算機技術等學科基礎上發展起來的新型學科。該學科以各種感測器為信息源，以信息處理與模式識別的理論技術為核心，以數學方法與計算機為主要工具，探索對各種媒體信息進行處理、分類、理解並在此基礎上構造具有某些智能特性的系統或裝置的方法、途徑與實現，以提高系統性能。模式識別與智能系統是一門理論與實際緊密結合，具有廣泛應用價值的控制科學與工程的重要學科分支。
二、培養目標
本學科培養從事模式識別與智能系統的研究、開發、設計等方面工作的高級專門人才。

1.博士學位 應具有模式識別、信息處理、人工智慧與認知科學及有關數學領域堅實寬廣的基礎理論和系統深入的專門知識；對於模式識別與智能系統主要前沿領域有深入了解；能獨立開展模式識別與智能系統中有關研究方向的專題研究工作，並取得具有創造性的研究成果；學風嚴謹；至少掌握一門外國語，能熟練地閱讀本專業的外文資料，具有一定的寫作能力和進行國際學術交流的能力。

2.碩士學位 應具有堅實的模式識別與智能系統學科的基礎理論和系統的專門知識；對於模式識別與智能系統某一研究領域的進展和學術動態有較深的了解；能夠熟練利用計算機解決本學科的有關問題；具有從事模式識別與智能系統中的某一研究方向的科學研究或獨立擔負專門技術工作的能力，並取得有意義的成果；較為熟練地掌握一門外國語。
三、業務范圍

1.學科研究范圍 模式識別，圖象處理與分析，計算機視覺，智能機器人，人工智慧，計算智能，信號處理。

2.課程設置 隨機過程與數理統計，矩陣論，優化理論，近世代數，數理邏輯，數字信號處理，圖象處理與分析，模式識別，計算機視覺，人工智慧，機器人學，計算智能，非線性理論（如分形、混沌等），控制理論，系統分析與決策，計算機網路理論等。
四、主要相關學科
控制理論與控制工程，計算機科學與技術，信息與通信系統，電子科學與技術，生物學，心理學

03.通信與信息系統
通信與信息系統（Communicationand Information System）
通信與信息系統是信息社會的主要支柱，是現代高新技術的重要組成部分，是國家國民經濟的神經系統和命脈。
本學科所研究的主要對象是以信息獲取、信息傳輸與交換、信息網路、信息處理及信息控制等為主體的各類通信與信息系統。它所涉及的范圍很廣，包括電信、廣播、電視、雷達、聲納、導航、遙控與遙測、遙感、電子對抗、測量、控制等領域，以及軍事和國民經濟各部門的各種信息系統。
本學科與電子科學與技術、計算機科學與技術、控制理論與技術、航空航天科學與技術以及兵器科學與技術、生物醫生工程等學科有著相互交叉、相互滲透的關系，並派生出許多新的邊緣學科和研究方向。
學科研究范圍
1. 通信理論與技術
資訊理論，編碼理論，通信理論與通信系統，通信網路理論與技術，多媒體通信理論與技術等。
2. 電子與信息系統理論與技術
數字信號處理，數字圖像處理，模式識別，計算機視覺，電子與通信系統設計自動化等。
3. 控制理論與技術
智能控制系統，非線性控制理論，工業監控系統設計等。
通信與信息系統培養目標及研究方向
培養目標
研究生應掌握通信科學、信息科學領域堅實的數理基礎和系統的專門知識，並具有電
子科學、計算機科學以及控制科學方面的一般理論與技術：能從事通信、信息科學及相關領域的科研開發與教學工作；熱愛祖國，獻身於偉大祖國的社會主義建設事業，有嚴謹求實的學風與高尚的職業道德；較為熟練地掌握一門外國語。
主要研究方向
1.數字圖像處理與模式識別
2.通信系統數字信號處理
3.信息工程與計算機控制
4.電子與通信系統設計自動化
5.信息網路與信號編碼
6.多媒體系統及應用
04.信號與信息處理
信號與信息處理（Signal andInformation Processing）
學科概況
信號與信息處理專業是集信息採集、處理、加工、傳播等多學科為一體的現代科學技術，是當今世界科技發展的重點，也是國家科技發展戰略的重點。該專業培養的研究生應在信號與信息處理方面具有堅實、深厚的理論基礎，深入了解國內外信號與信息處理方面的新技術和發展動向，系統、熟練地掌握現代信號處理的專業知識，具有創造性地進行理論與新技術的研究能力，具有獨立地研究、分析與解決本專業技術問題的能力。
科學研究領域
該專業的研究主要領域有：信息管理與集成、實時信號處理與應用、DSP應用、圖像傳輸與處理、光纖感測與微弱信號檢測、電力系統中特殊信號處理等。還開展了FPGA的應用、公共信息管理與安全、電力設備紅外熱像測溫等領域的研究，形成了本學科的研究特色，力爭在某些學科方向達到國內領先水平。除上述主要領域外，還開展了基於場景的語音信號處理，指紋識別技術以及圖像識別等多方面的研究工作，目前也取得了一定的成果。
信號與信息處理研究方向
（1）實時信號與信息處理主要研究內容：嵌入式操作系統的分析、DSP的開發和設計、信號控制技術。信號的採集、壓縮編碼、傳輸、交互和控制技術，流媒體技術以及多人協同工作方式研究，從而實現在DSP和互聯網上的視音頻、文字等多種信息的實時交互和協同工作。 （2）語音與圖像處理該研究方向主要負責研究和探索數字語音和圖像處理領域的前沿技術及其應用。研究內容包括：語音的時頻分析和演算法、聲場分析和目標跟蹤、動態范圍（HDR）圖像處理技術和演算法、圖像加速硬體（GPU）的應用等。
（3）現代感測與測量技術該研究方向理論研究與應用研究並重：在理論上主要開展基礎研究，以發現新現象，開發感測器的新材料和新工藝；在應用上主要結合電力系統的應用需求，開發各種感測與檢測系統。
（4）信息系統與信息安全現代信息系統中的信息安全其核心問題是密碼理論及其應用，其基礎是可信信息系統的構作與評估。該方向主要研究與通信和信息系統中的信息安全有關的科學理論和關鍵技術，主要包括密碼理論與技術、安全協議理論與技術、安全體系結構理論與技術、信息隱藏理論與技術、信息對抗理論與技術、網路與信息系統安全研究。
（5）智能信息處理主要側重於研究將現代智能信息處理的理論、技術和方法應用於現實的各類計算機信息處理系統設計與實現中。為企業培養掌握現代智能信息處理的理論、技術和方法，研究與開發各類智能信息處理系統的技術人才。其主要研究內容有：數字圖象處理、視頻信息的檢測、分析、傳輸、存儲、壓縮、重建以及模式識別與協同信息處理；視覺計算與機器視覺、智能語音處理與理解、智能文本分類與信息檢索、智能信息隱藏與識別。
（6）信息電力為信息科學與電力系統兩學科的邊緣新學科（籌），研究內容包括：數字電力系統，電力通信技術與規程，計算機軟體與網路，電力生產和運營管理，信息技術及其在電力工業中的應用。
（7）現代電子系統現代電子系統研究方向主要研究使用當今最流行的電子系統設計工具，如嵌入式系統，可編程邏輯器件，DSP系統等實現諸如信息家電、通信、計算機等相關領域的硬體設計軟體設計的設計方法。
（8）嵌入式系統與智能控制研究單片機、可編程序控制器（PLC）、DSP、ARM等在智能測量儀表、交通管理、信息家電、家庭智能管理系統、通信和信息處理等方面的應用。
（9）模式識別與人工智慧該方向主要研究模式識別與人工智慧的新理論與新方法，著重研究這些理論和技術在實際系統、尤其是在電力系統中的應用，解決應用中的關鍵技術問題，包括智能化信號處理、圖像型非圖像型目標識別，人工種經元網路、模糊信息處理、統計信號處理、多感測器信息融合以及信號的超高速多通道採集與實時處理技術等。

05.電 子 與 通 信 工 程

電子與通信工程是電子技術與信息技術相結合的構建現代信息社會的工程領域，電子技術是利用物理電子與光電子學、微電子學與固體電子學的基礎理論解決電子元器件、集成電路、儀器儀表及計算機設計和製造等工程技術問題；信息技術研究信息傳輸、信息交換、信息處理、信號檢測等理論與技術。其工程碩士學位授權單位培養從事信號與信息處理、通訊與信息系統、電路與系統、電磁場與微波技術、電子元器件、集成電路等工程技術的高級工程技術人才。研修的主要課程有：政治理論課、外語課、矩陣論、泛函分析、數值分析、半導體光電子學導論、半導體器件物理、固體電子學、電子信息材料與技術、現代材料分析技術、電路設計自動化、電路優化設計、數字信息處理、信息檢測與估值理論、導波原理與方法、導波光學、微波電路理論、高等電磁場理論、應用資訊理論基礎、數字通訊、系統通信網路理論基礎、現代管理學基礎等。
一、概述
信息技術是當今社會經濟發展的一個重要支柱。信息產業，包括信息交流所用的媒介（如通信、廣播電視、報刊圖書以及信息服務）、信息採集、傳輸和處理所需用的器件設備和原材料的製造和銷售，以至計算機、光纖、衛星、激光、自動控制等由於其技術新、產值高、范圍廣而已成為或正在成為許多國家或地區的支柱產業。電子技術及微電子技術的迅猛發展給新技術革命帶來根本性和普遍性的影響，電子技術水平的不斷提高，既出現了超大規模集成電路和計算機，又促成了現代通信的實現。電子技術正在向光子技術演進，微電子集成正在引伸至光子集成。光子技術和電子技術的結合與發展，正在推動通信向全光化方向通信的快速發展，而通信與計算機越來越緊密的結合與發展，正在構建嶄新的網路社會和數字時代。
電子與通信工程領域涉及了信息與通信系統和電子科學與技術兩個一級學科以及通信與信息系統、信號與信息處理、電路與系統、電磁場與微波技術、物理電子與光電子學、微電子學與固體電子學等六個二級學科。研究內容包括信息傳輸、信息交換、信息處理、信號檢測、集成電路設計與製造、電子元器件、微波與天線、儀器儀表技術、計算機工程與應用等。
二、培養目標
培養從事通信與信息系統、信號與信息處理、電路與系統、電磁場與微波技術、物理電子與光電子學、微電子學與固體電子學等學科，從事光纖通信、計算機與數據通信、衛星通信、移動通信、多媒體通信、信號與信息處理、通信網設計與管理，集成電路設計與製造、電子元器件、電磁場與微波技術等領域從事管理、研究、設計運營、維修和開發的高級工程技術和管理人才。
電子與通信工程領域工程碩士要求掌握本領域扎實的基礎理論和寬廣的專業知識以及管理知識，較為熟練地掌握一門外國語，掌握解決工程問題的先進技術方法和現代技術手段，具有創新意識和獨立承擔工程技術或工程管理等方面的能力。
三、領域范圍
由於工程碩士是直接為企業培養的高層次工程技術和工程管理人才，以行業來看覆蓋面為：通信系統與通信網及其設備，廣播電視系統與設備，電子儀器儀表，集成電路與微電子系統，電子、光子及光電子元器件，電真空器件，家用電器，微波器件、設備與系統，電子材料與納米材料等。
從工程技術角度來看，本領域包括：計算機通信網路及其安全技術，移動通信與個人通信，衛星通信、光通信，寬頻通信與寬頻通信網，多媒體通信，語音處理及人機交互，圖像處理與圖像通信，信號處理及其應用技術，集成電路設計與製造，電子設計自動化（EDA）技術及其應用，通信與測量系統的電路技術，微波技術及其應用，微波傳輸、輻射及散射，微波電路，微波元器件，微波工程，光電子學與光纖通信工程，信息光電子工程，電子束、離子束及顯示工程，真空電子工程，電子與光電子器件，微電子系統設計與制備，納米材料與技術。
四、課程設置
基礎課：自然辯證法、科學社會主義理論、外語、矩陣理論、隨機過程與排隊論、高等代數、應用泛函分析、數值分析等。
技術基礎課：應用資訊理論基礎、統計信號處理、數字通信、系統通信網理論基礎、數字信號處理、信號檢測與估值理論、導波原理與方法、微波電路理論、高等模擬集成電路、高等電磁場理論、導波光學、半導體光電子學導論、半導體器件物理、電路的優化設計、電子設計自動化、VLSI系統設計基礎、固體電子學、電子信息材料與技術、現代材料分析技術、軟體技術基礎等。
五、學位論文
工程碩士的學位論文的選題直接來源於生產實際或具有明確的生產背景和應用價值。學位論文選題應具有一定的技術難度、先進性和工作量，能體現工程碩士研究生綜合運用科學理論、方法和技術手段解決工程實際問題的能力。學位論文選題一般應與工程碩士生所在單位的科研或工程項目相結合，可以是一個完整的工程項目策劃、工程設計項目或技術改革項目，可以是技術工程研究專題，也可以是新工藝、新設備、新材料、新產品的研製與開發。學位論文應包括：課題意義的說明、國內外動態、設計方案的比較與評估、需要解決的主要問題和途徑、本人在課題中所做的工作、理論分析、設計計算書、測試裝置和試驗手段、計算程序、試驗數據處理、必要的圖紙、圖表曲線與結論、結果的技術和經濟效果分析、所引用的參考文獻等。與他人合作或前人基礎上繼續進行的課題，必須在論文中明確指出本人所做的工作。

㈥ 請問《基於BPC長波時間編碼器的研究》這個課題主要完成什麼任務，多謝

BPC電波授時編碼專利

本文為西安****公司為國家電波授時設計的專利文件，還沒有對外開放哦

摘要：本發明涉及一種電波授時編碼。其特徵在於：
 幀周期為20秒，每分鍾包含三幀；
 以秒脈沖寬度表示四進制數的0，1，2，3，以四進制數表示相應的「分」， 「時」，「日」，「月」，「年」，「星期」等時間信息；
 以幀標志表示幀所在的時間段，以缺少秒脈沖作為幀間隔和幀預告標志；
 採用碼位復用技術。
本發明克服 了現有的時間編碼幀周期過長的缺陷，接收一幀時間信息所用的最少時間由1分鍾減少到20秒，提高了接收機效率，降低了對抗干擾的要求。

名詞術語解釋：
 時間編碼：以數字脈沖信號的方式對「分」，「時」，「日」，「月」，「年」，「星期」等時間信息進行編碼。
 方波秒脈沖：數字脈沖信號的波形為方波，其周期為1秒。
 幀(即時間信息幀)：一組包含「分」，「時」，「日」，「月」，「年」，「星期」等時間信息和必要的校驗標志位的編碼(或代碼)。
 幀周期：一幀的起始到下一幀的起始所用的時間。
背景技術：
電波授時是將高精度原子鍾導出的精確時間信息用時間編碼方式，通過無線電發射裝置以低頻(20KHz—100KHz)無線電波進行傳播，用戶端利用無線電接 收機接收信號並解調以恢復時間編碼，再經過微處理器對編碼進行一定的處理(解碼)得到精確時間信息。目前在德國，美國，英國，日本等國家，電波授時已廣泛 應用於電力，通信，民航，鐵路以及個人計時器等各個領域。
電波授時所採用的時間編碼是影響時間信息傳播准確性和可靠性以及發射，接收裝置製造難易程序的重要因素。現有時間編碼包括DCF(德國)，MDF(英 國)，WWVB(美國)，JJY/JG2AS(日本)等，這些時間編碼的共同特徵是：以方波秒脈沖形成時間編碼；以脈沖前沿標志1秒的起始，以不同的脈沖 寬度(即方波脈沖信號持續時間)表示二進制數的1或0,以二進制數表示「分」，「時」，「日」，「月」，「年」，「星期」等時間信息，1分鍾一幀，即周期 為1分鍾。
由於無線電波傳播過程中不可避免地要受到各種干擾，因此信息失真，錯碼，漏碼等就成為可能。雖然現有時間編碼中設置了必要的校驗位用於判斷所接收信息的正解 性，但這種簡單的校驗方式的誤判率仍然較高。有效的做法也是目前被廣泛採用的方法是：在接收信號時先利用校驗碼對每組編碼進行初步校驗，然後對連續接收到 的二到三幀信息進行比較後作出最終判斷。因此，要接收到一組完整准確的時間編碼信息至少要二到三分鍾時間。這不公使接收機的效率低，而且當干擾比較嚴重 時，尤其是在遠距離發射地，信號微弱或信號有時無的情況下，使得接收信號非常困難甚至不可能。

發明內容：
本發明的目的是為了克服現有時間編碼幀周期過長的缺陷，以提高接收機效率，減少由於干擾或信號微弱對接收信息的影響。
本發明採取的技術方案是：
1. 以方波秒脈沖的形式形成時間編碼，不減少現有時間編碼的幀信息容量，將幀周期縮短為20秒；
2. 每分鍾包含三幀，並將每分鍾劃為三個時 間段(0至19秒，20至39秒，40至59秒)，使每幀各佔一個時間段；
3. 以幀標志表示幀所在的時間段；
4. 每個方波秒脈沖寬度以不同的秒脈沖寬度表示四進制 數0，1，2，3，以四進制數表示相應的「分」，「時」，「日」，「月」，「年」，「星期」等時間信息；
5. 以缺少秒脈沖作為幀間隔和幀預告標志，每幀當中加 入二個校驗碼，將每個校驗碼之前所接收到的代碼的值轉換成二進製表達式後的「1」，的個數配置成偶數和奇數；
6. 利用一位代碼可能的4個值，將某位代碼賦予兩 種或兩種以上的含義(稱之為「代碼復用」)。

本發明所產生的有益效果：接收一幀時間信息所用的最少時間由1分鍾減少到20秒，採用三幀比較結果檢錯時，其最少時間由3分鍾減少到1分鍾，提高了接收機效 率，降低了對抗的要求，並且遠離發射台，信號微弱的情況下接收時間信息成為可能。同時仍採用了以秒脈沖形式進行編碼與現有時間編碼保持兼容，因此信號接收 不需要昂貴的專用接收系統，可利用現有的時碼接收晶元和成熟的解碼技術可靠地接收授時信號。有利於電波授時技術在我國普及應用和加速發展。

㈦ 高中物理研究性課題

2009年6月6日 星期六 首 頁 教研動態 教學資源 校園頻道 學生園地 園丁風采 資興教育 教研論壇 高中教研

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一、與電學知識有關的現象
自法拉發現電磁感應現象以來，人類進入了電氣化時代。從生活用電到交通運輸、工廠企業用電，都來源於發電機，電已成為人類必不可少的主要能源。在我們的生活中，隨處可見電的應用。
電燈是根據電流的熱效應的原理工作的。當電流通過燈絲時，燈絲熱到白熾狀態就發出明亮的光，將電能轉化為光能和熱能為我們服務；電燈的燈絲是用熔點高的鎢絲做的，這是因為燈泡發光時燈絲的溫度在2000攝氏度以上，用鎢絲比較耐用；燈絲做成螺旋狀是為了減少散熱，因為燈泡發光時燈絲的溫度在2000攝氏度以上，提高燈絲的溫度，以便更好的發光；為了防止鎢絲在高溫下氧化，小功率的燈泡都抽成真空，而60瓦以上的燈泡要沖入惰性氣體，這些氣體可以阻礙燈絲在高溫下的升華；燈絲較粗的燈泡額定功率較大，燈絲較細的燈泡額定功率較小。因為燈泡中燈絲的材料、長度相同，根據電阻的性質，導體橫截面積大，則電阻較小；電燈的亮度由電燈消耗的實際功率決定，實際功率大的燈泡比較亮。例如「220V，25W」和「220V，100W」的兩個燈泡，由R=U2/P可知，25W的燈泡電阻較大，100W的燈泡電阻較小。如果將兩燈串聯，通過他們的電流相等，由P=I2R可知，25W的燈泡較亮。如果亮燈並聯，它們兩端的電壓相等，由P=U2/R可知，此時25W的燈泡較暗；燈泡使用時，鎢絲在高溫下升華為鎢蒸氣。關燈後，溫度降低，鎢蒸氣凝華附著在燈泡壁上。時間長了，燈泡壁就會變黑；燈泡的燈絲斷了以後，如果搭接上再用，會更亮一些。因為燈絲斷了後，長度變短，燈絲的電阻變小，根據P=U2/R，則R變小，P變大，所以顯得更亮一些，但由於消耗的電功率變大了，容易使溫度升高而再次燒斷燈絲；同一個燈泡，深夜使用時比傍晚亮，因為實際的輸電線路都存在一定的電阻，當傍晚進入用電高峰時，接入電路的用電器增多，致使幹路中的電流增大，輸電線分到的電壓也變大，用電器兩端的電壓變小。根據P=U2/R可知，此時燈泡比較暗；燈泡的燈絲在開燈的瞬間容易燒斷，這是因為燈絲的電阻跟溫度有關，會隨溫度的升高而增大，在開燈的瞬間燈絲溫度較低，電阻較小，根據I=U/R，U不變，R小，則I大，所以容易燒斷；如果電源的電壓為220V，要使「PZ200-40」的燈泡正常發光，應串聯一個電阻；燈泡使用時，燈泡和電線中流過相同的電流，燈泡和電線都要發熱，可實際上燈泡熱得發光，電線的發熱卻覺察不出來，這是因為燈絲的電阻遠大於導線的電阻，根據焦耳定律Q=I2Rt，在I和t都相同時，電阻R小，則Q較小，所以電流通過導線產生的熱量較小，這就是燈泡熱得發光，而電線的發熱卻覺察不出來的原因。
電磁爐作為廚具市場的一種新型灶具。它打破了傳統的明火烹調方式採用磁場感應電流（又稱為渦流）的加熱原理，電磁爐是通過電子線路板組成部分產生交變磁場、當用含鐵質鍋具底部放置爐面時，鍋具即切割交變磁力線而在鍋具底部金屬部分產生交變的電流（即渦流），渦流使鍋具鐵分子高速無規則運動，分子互相碰撞、摩擦而產生熱能（故：電磁爐煮食的熱源來自於鍋具底部而不是電磁爐本身發熱傳導給鍋具，所以熱效率要比所有炊具的效率均高出近1倍）使器具本身自行高速發熱，用來加熱和烹飪食物，從而達到煮食的目的。具有升溫快、熱效率高、無明火、無煙塵、無有害氣體、對周圍環境不產生熱輻射、體積小巧、安全性好和外觀美觀等優點，能完成家庭的絕大多數烹飪任務。因此，在電磁爐較普及的一些國家裡，人們譽之為"烹飪之神"和"綠色爐具"。
二、與力學知識有關的現象
1．重力的應用
我們生活在地球上，重力無處不在。如工人師傅在砌牆時，常常利用重錘線來檢驗牆身是否豎直，這是充分利用重力的方向是豎直向下這一原理；羽毛球的下端做得重一些，這是利用降低重心使球在下落過程中保護羽毛；汽車駕駛員在下坡時關閉發動機還能繼續滑行，這是利用重力的作用而節省能源；在農業生產中的拋秧技術也是利用重力的方向豎直向下。假如沒有重力，世界不可想像，水不能倒進嘴裡，人們起跳後無法落回地面，飛舞的塵土會永遠漂浮在空中，整個自然界將是一片混濁。在講授重力時，要讓學生展開熱烈的討論，充分挖掘學生的想像力，知道重力與我們的生產生活實際密切相關。
2．摩擦力的應用
摩擦力是一個重要的力，它在社會生產生活實際中應用非常廣泛。如人們行走時，在光滑的地面上行走十分困難，這是因為接觸面摩擦太小的緣故；汽車上坡打滑時，在路面上撒些粗石子或墊上稻草，汽車就能順利前進，這是*增大粗糙程度而增大摩擦力；鞋底做成各種花紋也是增大接觸面的粗糙程度而增大摩擦；滑冰運動員穿的滑冰鞋安裝滾珠是變滑動摩擦為滾動摩擦，從而減少摩擦而增大滑行速度；各類機器中加潤滑油是為了減小齒輪間的摩擦，保證機器的良好運行。可見，人類的生產生活實際都與摩擦力有關，有益的摩擦要充分利用，有害的摩擦要盡量減少。
3．彈力的應用
利用彈力可進行一系列社會生產生活活動，力有大小、方向、作用點。如高大的建築需要打牢基礎，橋梁設計需要精確計算各部分的受力大小；拔河需要用粗大一些繩子，防止拉力過大導致斷裂；高壓線的中心要加一根較粗的鋼絲，才能支撐較大的架設跨度；運動員在瞬間產生的爆發力等等。
三、與熱學知識有關的現象
1.與熱學中的熱膨脹和熱傳遞有關的現象：使用爐灶燒水或炒菜，要使鍋底放在火苗的外焰，不要讓鍋底壓住火頭，可使鍋的溫度升高快，因為火苗的外焰溫度高；鍋鏟、湯勺、漏勺、鋁鍋等炊具的柄用木料製成，是因為木料是熱的不良導體，以便在烹任過程中不燙手；爐灶上方安裝排風扇，是為了加快空氣對流，使廚房油煙及時排出去，避免污染空間；滾燙的砂鍋放在濕地上易破裂。這是因為砂鍋是熱的不良導體，燙砂鍋放在濕地上時，砂鍋外壁迅速放熱收縮而內壁溫度降低慢，砂鍋內外收縮不均勻，故易破裂；往保溫瓶灌開水時，不灌滿能更好地保溫。因為未灌滿時，瓶口有一層空氣，是熱的不良導體，能更好地防止熱量散失；炒菜主要是利用熱傳導方式傳熱，煮飯、燒水等主要是利用對流方式傳熱的；冬季從保溫瓶里倒出一些開水，蓋緊瓶塞時，常會看到瓶塞馬上跳一下。這是因為隨著開水倒出，進入一些冷空氣，瓶塞塞緊後，進入的冷空氣受熱很快膨脹，壓強增大，從而推開瓶塞；冬季剛出鍋的熱湯，看到湯面沒有熱氣，好像湯不燙，但喝起來卻很燙，是因為湯面上有一層油阻礙了湯內熱量散失（水分蒸發）；冬天或氣溫很低時，往玻璃杯中倒入沸水，應當先用少量的沸水預熱一下杯子，以防止玻璃杯內外溫差過大，內壁熱膨脹受到外壁阻礙產生力，致使杯破裂；煮熟後滾燙的雞蛋放入冷水中浸一會兒，容易剝殼。因為滾燙的雞蛋殼與蛋白遇冷會收縮，但它們收縮的程度不一樣，從而使兩者脫離。
2.與物體狀態變化有關的現象：液化氣是在常溫下用壓縮體積的方法使氣體液化再裝入鋼罐中的，使用時，通過減壓閥，液化氣的壓強降低，由液態變為氣態，進入灶中燃燒；用焊錫的鐵壺燒水，壺燒不壞。這是因為水的沸點在1標准大氣壓下是100℃，錫的熔點是232℃，裝水燒時，只要水不幹，壺的溫度不會明顯超過100℃，達不到錫的熔點；燒水或煮食物時，噴出的水蒸氣比熱水、熱湯燙傷更嚴重。因為水蒸氣變成同溫度的熱水、熱湯時要放出大量的熱量；用砂鍋煮食物，食物煮好後，讓砂鍋離開火爐，食物將在鍋內繼續沸騰一會兒。這是因為砂鍋離開火爐時，砂鍋底的溫度高於100℃，而鍋內食物為100℃，離開火爐後，鍋內食物能從鍋底吸收熱量，繼續沸騰，直到鍋底的溫度降為100℃為止；用高壓鍋煮食物熟得快些。主要是增大了鍋內氣壓，提高了水的沸點，即提高了煮食物的溫度；夏天自來水管壁大量「出汗」，常是下雨的徵兆。自來水管「出汗」並不是管內的水滲漏，而是自來水管大都埋在地下，水的溫度較低，空氣中的水蒸氣接觸水管，就會放出熱量液化成小水滴附在外壁上。同時也說明空氣中水蒸氣含量較高，濕度較大，是下雨的前兆；煮食物並不是火越旺越快。因為水沸騰後溫度不變，即使再加大火力，也不能提高水溫，結果只能加快水的汽化，使鍋內水蒸發變干，浪費燃料；冬天水壺里的水燒開後，在離壺嘴一定距離才能看見「白氣」，而緊*壺嘴的地方看不見「白氣」。這是因為緊*壺嘴的地方溫度高，壺嘴出來的水蒸氣不能液化，而距壺嘴一定距離的地方溫度低，壺嘴出來的水蒸氣放熱液化成小水滴，即「白氣」；油炸食物時，濺入水滴會聽到「叭、叭」的響聲，並濺出油來。這是因為水的沸點比油低，水的密度比油大，濺到油中的水滴沉到油底迅速升溫沸騰，產生的氣泡上升到油麵破裂而發出響聲；冬天在衛生間洗澡時所見的「白氣」並不是氣，是懸浮在空中的小水滴，它是水蒸氣液化形成的，而夏天溫度較高，水蒸氣不易液化，所以看不見。
3.與熱學中的分子熱運動有關的現象：腌菜往往要半月才會變咸，而炒菜時加鹽幾分鍾就變咸了，這是因為溫度越高，鹽的離子運動越快的緣故；長期堆煤的牆角處，若用小刀從牆上颳去一薄層，可看見裡面呈黑色，這是因為分子永不停息地做無規則的運動，在長期堆煤的牆角處，由於煤分子擴散到牆內，所以颳去一層，仍可看到裡面呈黑色。
四、與光學知識有關的現象
汽車駕駛室外面的觀後鏡是一個凸鏡。它利用凸鏡對光線的發散作用和成正立、縮小、虛像的特點，使看到的實物小，觀察范圍更大，而保證行車安全； 汽車頭燈里的反射鏡是一個凹鏡。它是利用凹鏡能把放在其焦點上的光源發出的光反射成為平行光射出的性質做成的；汽車頭燈總要裝有橫豎條紋的玻璃燈罩。是因為在夜晚行車時，司機不僅要看清前方路面的情況，還要看清路邊持人、路標、岔路口等。透鏡和棱鏡對光線有折射作用，所以燈罩通過折射，根據實際需要將光分散到需要的方向上，使光均勻柔和地照亮汽車前進的道路和路邊的景物，同時這種散光燈罩還能使一部分光微向上折射，以便照明路標和里程碑，從而確保行車安全；轎車上裝有茶色玻璃後，行人很難看清車中人的面孔。是因為茶色玻璃能反射一部分光，還會吸收一部分光，這樣透進車內的光線較弱。要看清乘客的面孔，必須要從面孔反射足夠強的光透射到玻璃外面。由於車內光線較弱，沒有足夠的光透射出來，所以很難看清乘客的面孔；除大型客車外，絕大多數汽車的前窗都是傾斜的。是因為當汽車的前窗玻璃傾斜時，車內乘客經玻璃反射成的像在國的前上方，而路上的行人是不可能出現在上方的空中的，這樣就將車內乘客的像與路上行人分離開來，司機就不會出現錯覺。大型客車較大，前窗離地面要比小汽車高得多，即使前窗豎直裝，像是與窗同高的，而路上的行人不可能出現在這個高度，所以司機也不會將乘客在窗外的像與路上的行人相混淆。
五、與聲學知識有關的現象
聲音是人類獲取信息的主要途徑之一，聲音傳遞給我們的不僅僅是語言信息，下面所介紹的是聲在其它方面的一些應用及其原理。
和您朝夕相處的人在室外說話時，我們通過聽聲音就知道是哪位在說話。這是不同的人發出的聲音音調、響度都有可能相同，但音色絕不會相同，因為不同的發聲體發出的聲音的音色一般不相同，由於非常熟悉，我們通過辯別音色就能分辯出哪位在說話；向暖水瓶中倒水時，聽聲音就能了解水是不是滿了。不同長度的空氣柱，振動發聲時發聲頻率不同，空氣柱越長，發出的音調越低；暖水瓶中水越多，空氣柱就越短，發出的聲音頻率越高，音調也就越高，特別是水剛好倒滿瞬間，音調會陡然升高，通過聽聲音的高低，我們就能判斷出水已經倒滿了；我們去商店買碗、瓷器時，我們用手或其它物品輕敲瓷器，通過聲音就能判斷瓷器的好環。有裂縫的碗、盆發出的聲音的音色遠比正常的瓷器差，通過音色這一點就能把壞的碗、盆挑選出來，當然實際還用辯別音調，觀察形態等方法，但主要還是通過音色來辨別的；前面如果有一建築物或高山，對著高山大喊一聲，用表測量發出聲音到聽到聲音的時間，利用聲速就可以測出我們與高山或高大建築物理的距離。因為聲音在傳播過程中遇到障礙物被反射回來就產生了回聲；人的體內有些器官發出的聲音，如：心肺、氣管、胃等發生病變時，器官發出的聲音在某些特徵上有所變化，醫生通過聽診器能聽出來，依此來診斷病情；頻率高於20000赫茲的聲音稱為超聲波，超聲波有一定的穿透性，醫生用某些信號器產生超聲波，向病人體內發射，同時接受內臟器官的反射波，通過儀器把反射波的頻率、強度檢測出來，並在電視屏幕上形成圖像，為了判斷病情提供了重要的依據，B超利用的是回聲原理；人體的有些器官發生結石，如腎、膽等，最好的治療措施就是用體外碎石機把體內結石擊碎，變成粉未排出體外。體外碎石機利用的就是超聲波，用超聲波穿透人體引起的結石英鍾激烈震盪，使之碎化。這主要利用了聲波能傳遞能量的性質；通過監測次聲波就可知道地震、台風的信息。因為次聲波是頻率低於20赫茲的聲音，人類無法聽到。一些自然災害如地震、火山噴發、台風等都伴有次聲波的產生；次聲波在傳播過程中減速很小，所以能傳播的很遠，通過監測傳來的次聲波就能獲取某些自然災害的信息。
六、與磁學知識有關的現象
1、在傳統工業中的應用：
在講述磁性材料的磁性來源、電磁感應、磁性器件時，我們已經提到了有些磁性材料的實際應用。實際上，磁性材料已經在傳統工業的各個方面得到了廣泛應用。
例如，如果沒有磁性材料，電氣化就成為不可能，因為發電要用到發電機、輸電要用到變壓器、電力機械要用到電動機、電話機、收音機和電視機中要用到揚聲器。眾多儀器儀表都要用到磁鋼線圈結構。這些都已經在講述其它內容時說到了。
2、生物界和醫學界的磁應用：
信鴿愛好者都知道，如果把鴿子放飛到數百公里以外，它們還會自動歸巢。鴿子為什麼有這么好的認家本領呢？原來，鴿子對地球的磁場很敏感，它們可以利用地球磁場的變化找到自己的家。如果在鴿子的頭部綁上一塊磁鐵，鴿子就會迷航。如果鴿子飛過無線電發射塔，強大的電磁波干擾也會使它們迷失方向。
在醫學上，利用核磁共振可以診斷人體異常組織，判斷疾病，這就是我們比較熟悉的核磁共振成像技術，其基本原理如下：原子核帶有正電，並進行自旋運動。通常情況下，原子核自旋軸的排列是無規律的，但將其置於外加磁場中時，核自旋空間取向從無序向有序過渡。自旋系統的磁化矢量由零逐漸增長，當系統達到平衡時，磁化強度達到穩定值。如果此時核自旋系統受到外界作用，如一定頻率的射頻激發原子核即可引起共振效應。在射頻脈沖停止後，自旋系統已激化的原子核，不能維持這種狀態，將回復到磁場中原來的排列狀態，同時釋放出微弱的能量，成為射電信號，把這許多信號檢出，並使之時進行空間分辨，就得到運動中原子核分布圖像。核磁共振的特點是流動液體不產生信號稱為流動效應或流動空白效應。因此血管是灰白色管狀結構，而血液為無信號的黑色。這樣使血管很容易軟組織分開。正常脊髓周圍有腦脊液包圍，腦脊液為黑色的，並有白色的硬膜為脂肪所襯托，使脊髓顯示為白色的強信號結構。核磁共振已應用於全身各系統的成像診斷。效果最佳的是顱腦，及其脊髓、心臟大血管、關節骨骼、軟組織及盆腔等。對心血管疾病不但可以觀察各腔室、大血管及瓣膜的解剖變化，而且可作心室分析，進行定性及半定量的診斷，可作多個切面圖，空間解析度高，顯示心臟及病變全貌，及其與周圍結構的關系，優於其他X線成像、二維超聲、核素及CT檢查。
磁不僅可以診斷，而且能夠幫助治療疾病。磁石是古老中醫的一味葯材。現在，人們利用血液中不同成分的磁性差別來分離紅細胞和白細胞。另外，磁場與人體經絡的相互作用可以實現磁療，在治療多種疾病方面有獨到的作用，已經有磁療枕、磁療腰帶等應用。用磁鐵作成的除鐵器可以去除麵粉等中可能存在的鐵末，磁化水可以防止鍋爐結垢，磁化種子可以在一定程度上使農作物增產。
3、天文、地質、考古和采礦等領域的磁應用：
在圖片上我們都見過燦爛的北極光。我國自古代就有了北極光的記載。北極光實際上是太陽風中的粒子和地磁場相互作用的結果。太陽風是由太陽發出的高能帶電粒子流。當它們到達地球時，與地磁場發生相互作用，就好象帶電流的導線在磁場中受力一樣，使得這些粒子向南北極運動和聚集，並且和地球高空的稀薄氣體相碰撞，結果使氣體分子受激發，從而發光。
太陽黑子是太陽上磁場活動非常劇烈的區域。太陽黑子的爆發對我們的生活會產生影響，例如使得無線電通信暫時中斷等。因此，研究太陽黑子對我們有重要意義。
地磁的變化可以用來勘探礦床。由於所有物質均具有或強或弱的磁性，如果它們聚集在一起，形成礦床，那麼必然對附近區域的地磁場產生干擾，使得地磁場出現異常情況。根據這一點，可以在陸地、海洋或者空中測量大地的磁性，獲得地磁圖，對地磁圖上磁場異常的區域進行分析和進一步勘探，往往可以發現未知的礦藏或者特殊的地質構造。
不同地質年代的岩石往往具有不同的磁性。因此，可以根據岩石的磁性輔助判斷地質年代的變化以及地殼變動。
很多礦藏資源都是共生的，也就是說好幾種礦物質混合的一起，它們具有不同的磁性。利用這個特點，人們開發了磁選機，利用不同成分礦物質的不同磁性以及磁性強弱的差別，用磁鐵吸引這些物質，那麼它們所受到的吸引力就有所區別，結果可以將混在一起的不同磁性的礦物質分開，實現了磁性選礦。
4、軍事領域的磁應用：
磁性材料在軍事領域同樣得到了廣泛應用。例如，普通的水雷或者地雷只能在接觸目標時爆炸，因此作用有限。而如果在水雷或地雷上安裝磁性感測器，由於坦克或者軍艦都是鋼鐵製造的，在它們接近（無須接觸目標）時，感測器就可以探測到磁場的變化使水雷或地雷爆炸，提高了殺傷力。
在現代戰爭中，制空權是奪得戰役勝利的關鍵之一。但飛機在飛行過程中很容易被敵方的雷達偵測到，從而具有較大的危險性。為了躲避敵方雷達的監測，可以在飛機表面塗一層特殊的磁性材料－吸波材料，它可以吸收雷達發射的電磁波，使得雷達電磁波很少發生反射，因此敵方雷達無法探測到雷達回波，不能發現飛機，這就使飛機達到了隱身的目的。這就是大名鼎鼎的「隱形飛機」。隱身技術是目前世界軍事科研領域的一大熱點。美國的F117隱形戰斗機便是一個成功運用隱身技術的例子。
在美國的「星球大戰」計劃中，有一種新型武器「電磁武器」的開發研究。傳統的火炮都是利用彈葯爆炸時的瞬間膨脹產生的推力將炮彈迅速加速，推出炮膛。而電磁炮則是把炮彈放在螺線管中，給螺線管通電，那麼螺線管產生的磁場對炮彈將產生巨大的推動力，將炮彈射出。這就是所謂的電磁炮。類似的還有電磁導彈等。
總之，物理知識從生活實際到高科技前沿，它的應用十分廣泛。作為一名物理教師，不僅要使學生理解學習物理知識的重要性，認識物理知識在當代社會中的重要作用，更要引導學生關注物理學的最新發展，使學生將所學物理知識與當前的社會實踐和生活實際結合起來，堅持與時俱進，堅持科學發展觀，利用物理知識推動社會和諧發展，更好地造福於人類。

㈧ 舉一些利用超導材料的例子

1962年，年僅20多歲的劍橋大學實驗物理研究生約瑟夫遜在著名科學家安德森指導下研究超導體能隙性質，他提出在超導結中，電子對可以通過氧化層形成無阻的超導電流，這個現象稱作直流約瑟夫遜效應。當外加直流電壓為V時，除直流超導電流之外，還存在交流電流，這個現象稱作交流約瑟夫遜效應。將超導體放在磁場中，磁場透入氧化層，這時超導結的最大超導電流隨外磁場大小作有規律的變化。約瑟夫遜的這一重要發現為超導體中電子對運動提供了證據，使對超導現象本質的認 識更加深入。約瑟夫森效應成為微弱電磁信號探測和其他電子學應用的基礎。

70年代超導列車成功地進行了載人可行性試驗。超導列車是在車上安裝強大的超導磁體，地上安放一系列金屬環狀線圈。當車輛行進時，車上的磁體在地上的線圈中感應起相反的磁極，使兩者的斥力將車子浮出地面。車輛在電機牽引下無摩擦地前進，時速可高達500千米。

1987年3月12日中國北京大學成功地用液氮進行超導磁懸浮實驗。

1987年日本鐵道綜合技術研究所的「MLU002」號磁懸浮實驗車開始試運行

1991年3月日本住友電氣工業公司展示了世界上第一個超導磁體。

1991年10月日本原子能研究所和東芝公司共同研製成核聚變堆用的新型超導線圈。該線圈電流密度達到每平方毫米40安培，為過去的3倍多，達到世界最高水準。該研究所把這個線圈大型化後提供給國際熱核聚變堆使用。這個新型磁體使用的超導材料是鈮和錫的化合物。

1992年1月27日第一艘由日本船舶和海洋基金會建造的超導船「大和」1號在日本神戶下水試航。超導船由船上的超導磁體產生強磁場，船兩側的正負電極使水中電流從船的一側向另一側流動，磁場和電流之間的洛化茲力驅動船舶高速前進。這種高速超導船直到目前尚未進入實用化階段，但實驗證明，這種船舶有可能引發船舶工業爆發一次革命，就像當年富爾頓發明輪船最後取代了帆船那樣。

1992年一個以巨型超導磁體為主的超導超級對撞機特大型設備，於美國得克薩斯州建成並投入使用，耗資超過82億美元。

1996年改進高溫超導電線的研究工作取得進展，製成了第一條地下輸電電纜。歐洲電纜巨頭皮雷利電纜公司、美國超導體公司和舊金山的電力研究所的工人，共同把6000米長的鉍、鍶、鈣、銅和氧製成的線纏繞到一根保持超導溫度的液氮的空管子上。

目前國內外的研究狀況及發展趨勢

強磁場實驗裝置是開展強磁場下物理實驗的最基本條件。建立20T以上的穩態強磁場裝置是復雜的涉及多學科和高難度的大型綜合性科學工程，其建設費用高，磁體裝置的運行費用也很高。正因為如此，目前國際上擁有20T以上的穩態磁體的強磁場實驗中心僅分布在主要的工業大國。世界上第一個強磁場實驗室於1960年建於美國的MIT。隨後，歐州的英國、荷蘭、法國和德國以及東歐和蘇聯相繼在70年代建立了強磁場實驗室。日本的強磁場實驗室建於80年代初。磁場水平由60年代的20T，提高到80年代的30T。90年代初，美國政府決定在Florida建立新的國家強磁場實驗室,日本在築波建立了新的強磁場實驗室,強場磁體技術有了長足的進步和發展，穩態磁場水平近期可望達到40-50T。

伴隨著強磁場實驗室的建立，強磁場下的物理研究也在不斷深入。量子霍爾效應的發現得到了1985年諾貝爾物理學獎。它是在20T穩態強磁場中研究金屬－氧化物－半導體場效應晶體管輸運過程時觀測到的。近年來，有關強磁場下物理工作的文章對每個強磁場實驗室來說平均每年都在上百篇，其中有很多重要的科學發現。目前的發展趨勢普遍是將凝聚態物理學領域中前沿的研究對象如高溫超導材料、納米材料、低維系統等同強磁場極端條件相結合加以研究。在Grenoble強磁場實驗室，半導體材料和半導體超晶格中的光電特性以及元激發及其互作用等是其主要的研究內容，而在美國、日本等強磁場實驗室，則側重在高溫超導材料、低維系統、強關聯電子系統、人造超晶格以及新材料等方面。同時，強磁場下的化學反應過程、生物效應等方面的研究也逐漸為人們所重視。

在中國雖有一些6T-12T的超導磁體分散在全國各地，但尚未形成一個全國性的強磁場實驗中心，我國在10T以上穩態強磁場下的系統的科學研究工作尚屬空白。為滿足國內強磁場研究工作的需要，早在1984年中國科學院數理學部就組織論證，決策在等離子體物理研究所建立以20T穩態強磁場裝置為主體的強磁場實驗室。該裝置於1992年建成並投入運行。與此同時，實驗室相繼建成了多個能滿足不同物理實驗、場強在15T左右的穩態強磁場裝置，配備了相應的輸運和磁化測量系統以及低溫系統。中國科學院院士、著名物理學家馮端先生在了解了合肥強磁場實驗室的情況後非常感慨地說：過去中國沒有強磁場條件，對有關強磁場下的物理工作連想都不敢想，現在有了強磁場條件我們應該好好的考慮考慮這方面的問題了。

超導科學研究

1.非常規超導體磁通動力學和超導機理

主要研究混合態區域的磁通線運動的機理，不可逆線性質、起因及其與磁場和溫度的關系，臨界電流密度與磁場和溫度的依賴關系及各向異性。超導機理研究側重於研究正常態在強磁場下的磁阻、霍爾效應、漲落效應、費米面的性質以及T<Tc時用強磁場破壞超導達到正常態時的輸運性質等。對有望表現出高溫超導電性的體系象有機超導體等以及在強電方面具有廣闊應用前景的低溫超導體等，也將開展其在強磁場下的性質研究。

2.強磁場下的低維凝聚態特性研究

低維性使得低維體系表現出三維體系所沒有的特性。低維不穩定性導致了多種有序相。強磁場是揭示低維凝聚態特性的有效手段。主要研究內容包括：有機鐵磁性的結構和來源；有機（包括富勒烯）超導體的機理和磁性；強磁場下二維電子氣中非線性元激發的特異屬性；低維磁性材料的相變和磁相互作用；有機導體在磁場中的輸運和載流子特性；磁場中的能帶結構和費米面特徵等。

3.強磁場下的半導體材料的光、電等特性

強磁場技術對半導體科學的發展愈益變得重要，因為在各種物理因素中，外磁場是唯一在保持晶體結構不變的情況下改變動量空間對稱性的物理因素，因而在半導體能帶結構研究以及元激發及其互作用研究中，磁場有著特別重要的作用。通過對強磁場下半導體材料的光、電等特性開展實驗研究，可進一步理解和把握半導體的光學、電學等物理性質，從而為製造具有各種功能的半導體器件並發展高科技作基礎性探索。

4.強磁場下極微細尺度中的物理問題

極微細尺度體系中出現許多常規材料不具備的新現象和奇異特性，這與這類材料的微結構特別是電子結構密切相關。強磁場為研究極微細尺度體系的電子態和輸運特性提供強有力的手段，不但能進一步揭示這類材料在常規條件下難以出現的奇異現象，而且為在更深層次下認識其物理特性提供豐富的科學信息。主要研究強磁場下極微細尺度金屬、半導體等的電子輸運、電子局域和關聯特性；量子尺寸效應、量子限域效應、小尺寸效應和表面、界面效應；以及極微細尺度氧化物、碳化物和氮化物的光學特性及能隙精細結構等。

5.強磁場化學

強磁場對化學反應電子自旋和核自旋的作用，可導致相應化學鍵的松馳，造成新鍵生成的有利條件，誘發一般條件下無法實現的物理化學變化，獲得原來無法制備的新材料和新化合物。強磁場化學是應用基礎性很強的新領域，有一系列理論課題和廣泛應用前景。近期可開展水和有機溶劑的磁化及機理研究以及強磁場誘發新化學反應研究等。

6.磁場下的生物學、生物－醫學研究等

磁體科學和技術

強磁場的價值在於對物理學知識有重要貢獻。八十年代的一個概念上的重要進展是量子霍爾效應和分數量子霍耳效應的發現。這是在強磁場下研究二維電子氣的輸運現象時發現的（獲85年諾貝爾獎）。量子霍爾效應和分數量子霍爾效應的發現激起物理學家探索其起源的熱情，並在建立電阻的自然基準，精確測定基本物理常數e，h和精細結構常數(＝e2/h(0c等應用方面，已顯示巨大意義。高溫超導電性機理的最終揭示在很大程度上也將依賴於人們在強磁場下對高溫超導體性能的探索。

熟悉物理學史的人都清楚，由固體物理學演化為凝聚態物理學，其重要標志就在於其研究對象的日益擴大，從周期結構延伸到非周期結構，從三維晶體拓寬到低維和高維，乃至分數維體系。這些新對象展示了大量新的特性和物理現象，物理機理與傳統的也大不相同。這些新對象的產生以及對新效應、新現象的解釋使得凝聚態物理學得以不斷的豐富和發展。在此過程中，極端條件一直起著至關重要的作用，因為極端條件往往使得某些因素突出出來而同時抑制其它因素，從而使原本很復雜的過程變得較為簡單，有利於直接了解物理本質。

相對於其它極端條件，強磁場有其自身的特色。強磁場的作用是改變一個系統的物理狀態，即改變角動量（自旋）和帶電粒子的軌道運動，因此，也就改變了物理系統的狀態。正是在這點上，強磁場不同於物理學的其他一些比較昂貴的手段，如中子源和同步加速器，它們沒有改變所研究系統的物理狀態。磁場可以產生新的物理環境，並導致新的特性，而這種新的物理環境和新的物理特性在沒有磁場時是不存在的。低溫也能導致新的物理狀態，如超導電性和相變，但強磁場極不同於低溫，它比低溫更有效，這是因為磁場使帶電的和磁性粒子的遠動和能量量子化，並破壞時間反演對稱性，使它們具有更獨特的性質。

強磁場可以在保持晶體結構不變的情況下改變動量空間的對稱性，這對固體的能帶結構以及元激發及其互作用等研究是非常重要的。固體復雜的費米面結構正是利用強磁場使得電子和空穴在特定方向上的自由運動從而導致磁化和磁阻的振盪這一原理而得以證實的。固體中的費米面結構及特徵研究一直是凝聚態物理學領域中的前沿課題。當今凝聚態物理基礎研究的許多重大熱點都離不開強磁場這一極端條件，甚至很多是以強磁場下的研究作為基礎。如波色凝聚只發生在動量空間，要在實空間中觀察到此現象必需在非均勻的強磁場中才得以可能。又如高溫超導的機理問題、量子霍爾效應研究、納米材料和介觀物體中的物理問題、巨磁阻效應的物理起因、有機鐵磁性的結構和來源、有機（包括富勒烯〕超導體的機理和磁性、低維磁性材料的相變和磁相互作用、固體中的能帶結構和費米面特徵以及元激發及其互作用研究等等，強磁場下的研究工作將有助於對這些問題的正確認識和揭示，從而促進凝聚態物理學的進一步發展和完善。

帶電粒子象電子、離子等以及某些極性分子的運動在磁場特別是在強磁場中會產生根本性變化。因此，研究強磁場對化學反應過程、表面催化過程、材料特別是磁性材料的生成過程、生物效應以及液晶的生成過程等的影響，有可能取得新的發現，產生交叉學科的新課題。強磁場應用於材料科學為新的功能材料的開發另闢新徑，這方面的工作在國外備受重視，在國內也開始有所要求。高溫超導體也正是因為在未來的強電領域中蘊藏著不可估量的應用前景才引起科技界乃至各國政府的高度重視。因此，強磁場下的物理、化學等研究，無論是從基礎研究的角度還是從應用角度考慮都具有非常重要的科學和技術上的意義，通過這一研究，不僅有助於將當代的基礎性研究向更深層次開拓，而且還會對國民經濟的發展起著重要的推動作用。

近期的研究課題

1.強磁場下低維系統的輸運性質和Shubnikov-deHaas效應（國家自然科學基金項目）

層狀鈣鈦結構La-M-Mn-O(M=Ca,Sr,Ba)體系是1994年剛觀察到巨大的巨磁阻效應的單位體系，其形成機制尚不清楚，並且到目前為止僅限於電阻的磁場關系和溫度關系研究，其他輸運性質的測量尚未見報道。我們將著重強磁場（直到20T）下Hall效應及其磁場關系和溫度關系的研究，這是探索導電和巨磁阻效應的機制和電子結構的一個重要方法。另一方面，這一測量可以為觀測量子振盪現象，如deHass-vanAlphen效應和Shubnikov-deHaas效應的條件，即h(>kBT和(c(>>1所必須的磁場強度作出判斷。為開展這類材料費米性質研究奠定基礎。

有機導體和超導體，由於小的電子有效質量和高的遷移率，10－20T強磁場可以滿足觀察量子振盪現象的必要條件。我們將利用磁阻測量中的Shubnikov-deHaas效應，研究有機導體和有機超導體的費米面性質作為主要目標，並研究其它輸運性質。

以上研究中微弱信號的檢測是這一研究中的關鍵技術之一，我們已經建立，有待進一步提高。高的樣品質量是這研究的另一重要問題。否則，量子振盪會因為量子軌道受到碰撞而模糊不清。我們擬利用高質量的單晶或外延薄膜滿足這一要求。

本項目的特色與創新之處：

1.利用20T強磁場和溫度這一極端條件，以研究低維體系的電子能帶結構，乃至費米面為目的的輸運性質研究，在國內尚屬首次；

2.層狀鈣鈦礦結構導體La-M-Mn-O(M=Ca,Sr,Ba)的輸運性質是凝聚態物理中的前沿課題。有關強磁場下電子能帶結構和Hall效應的研究尚未見報道。

3.在強磁場和低溫條件下，存在著新的科學機遇，可望新現象和新效應的發現。

2.高溫超導體磁通動力學及高溫超導機理的探索（院九五重點基金項目）

高溫超導機理雖進行了大量的理論和實驗研究，但至今仍然是一個未被解決的問題，對其正常態性質特別是低溫下的正常態性質系統的了解將有助於對這一問題的正確揭示。由於高Tc材料的Tc太高，人們無法研究其低溫下但仍處於正常態時的行為，同時由於上臨界場又非常高，大大超過目前實驗室所能達到的最大穩態場，因此以往那種用外加磁場迫使超導樣品進入正常態的方法失去了意義。因此，選擇Tc低但又能反映高溫超導特徵的合適體系對這一問題的研究尤為重要，這樣就可以利用實驗室所能達到的穩態強磁場條件，通過強磁場迫使超導樣品進入正常態以開展其低溫下的正常態特性研究，從而為正確揭示高溫超導電性的機理提供實驗依據。

高溫超導體進入混合態後的行為雖然顯示出和常規二類超導體相類似的行為，但存在眾多的實驗現象在常規理論的基礎上不能得以解釋。早在其發現後不久人們就注意到，在這類材料的H-T圖上，除了臨界場強Hc1與Hc2的曲線外，還多一條不可逆線Hirr(T)。進一步研究表明在Hc1與Hirr(T)之間的區域磁通點陣是不可移動的因而保持零電阻特徵，而在Hirr(T)與Hc2之間的區域磁通點陣是可移動的故有電阻出現，意味著高溫超導體的應用范圍將局限在一定的Hirr(T)值之下。因此，探討不可逆線的物理本質是否是內稟的以及哪些因素對其有影響，無論是物理的角度還是從這類材料今後的應用前景角度考慮都是非常有意義的。另外一個基本的但至今仍沒有定論的問題是不可逆線之上的磁通動力學行為，常規的針對第二類超導體所提出的一些基本圖象在Hirr(T)與Hc2之間的區域是否仍然成立，還有在這一區域的渦旋運動規律如何，特別是在高溫下但釘扎勢很弱的情況下的渦旋運動如何去描述等等，這些問題的澄清有待於實驗上的更深入地系統研究。

主要研究內容:

1.高溫超導電性的機理

選擇具有低Tc但又能反映高溫超導體特徵的La-Sr-Cu-O系統作為研究對象，外加強磁場迫使超導樣品進入正常態，開展很低溫度但仍處在正常態時的輸運性質，主要有三方面的研究內容，一是研究沿導電層的電阻率隨溫度的變化行為以探討電子散射機制；二是研究沿垂直於導電層方向的電阻率隨溫度的變化行為，探討相鄰導電層之間的其它層性質對系統整體的性能影響，並探討低溫時沿導電層的電阻率和沿垂直於導電層的電阻率之比是否仍然象高溫時那樣強烈地依賴於溫度；三是通過霍爾系數的測量，研究它隨溫度的變化行為以及這種變化是否可以基於費米液體理論得以解釋。最終期望為正確揭示高溫超導電性的機理提供實驗依據；四是，由於高溫超導體的未摻雜原型相是磁性絕緣體，通過摻雜引入了載流子，相應的磁性響應發生改變，在此過程中包含有豐富的物理相變內容，伴隨著相變的發生，載流子的濃度和類型、局域化行為、銅氧化物層上的電子散射機理以及層間的藕合機理等均會明顯改變，從而最終導致這類材料的整體性質的千變萬化，深入研究各種相變的特徵以及探討局域化行為是本研究的主要內容之一。

2.混合態磁通動力學行為及相關的物理現象

從實驗角度研究La-Sr-Cu-O高溫超導體磁場下的電阻轉變的展寬、臨界電流密度隨溫度的變化規律、I-V曲線等。通過磁阻和I-V以及臨界電流密度等的測量並結合磁化實驗，希望對不可逆線的物理本質以及影響其行為的因素有所了解；通過不同的電流和磁場幾何位型下的輸運性質的測量並與已有的模型作定量地比較性研究，以探討磁通運動的規律；對臨界電流密度作深入的系統實驗研究，探討磁通釘扎機理以及改善磁場下臨界電流密度的有效途徑。最終希望在這些研究的基礎上來間接地探討高溫超導體混合態時的磁通動力學行為。

3.強磁場下Bi－2201單晶的輸遠性質研究（國家超導攻關項目）

自從高溫超導體被發現以來，對它的超導態進行了大量的實驗及理論研究。人們發現它的超導態基本上是正常的，即除了相干長度較短及幾乎沒有同位素效應外高Tc材料在超導態上與超導體沒有什麼不同。但是，高溫超導體的正常態卻表現出很復雜的情況。盡管人們對高Tc材料的正常態有了許多了解，但仍然有許多問題尚未弄清楚。其中一個重要原因就是高Tc材料的Tc太高，人們很難研究它的低溫行為。而同時它的上臨界場又非常高，大約在100T以上。這么強的磁場大大超過目前實驗室能夠得到的最高穩態磁場。因此，以往那種加磁場迫使樣品進入正常態的方法失去了意義。另一方面，有些高Tc材料的重要的實驗現象必須得在較低的溫度下澄清。例如，高Tc材料的電阻率在低溫下正比於溫度的一次方。而不是溫度的五次方（電聲相互作用的結果）。

有人認為，這可能是由於高Tc材料的德拜溫度太低造成的。因為電阻率的T5行為僅在1/4德拜溫度以下出現。如果假定德拜溫度為100K，則T5行為應出現在25K以下。因此為了澄清這類疑難問題，也必須尋找一種Tc在10K以下的高Tc材料。熱電勢也有類似的情況。因此綜合上面的分析，不難看出，為了更好地研究高Tc材料的正常態性質，我們必須尋找一種高Tc材料，它的Tc是越低越好。

Bi－2201相對所有高Tc材料具有最低的Tc（單晶樣品大約在7K左右），而且它的結構相對簡單，僅有一層銅氧面。但是2201相具有復雜的相關系，超導的Bi－2201僅存在於相圖上一個很窄的范圍內。早期甚至有人認為它是不超導的。因此許多有關Bi-2201相的物理工作都在不超導的樣品上進行的。摻雜La可以使超導單晶相對容易獲得，我們的最新結果是Tc可以高達25K，目的就是研究它的正常態輸運性質。研究它的正常態電阻率是否起多大作用。研究它的霍爾系數是否有對溫度很強的溫度依賴性，而這種強的溫度依賴性能否用費米液體的觀點來解釋。研究它的熱電勢能否用傳統的理論來解釋，從而為高Tc的研究工作提供重要的實驗證據。