微弱信号检测装置课题论证

㈠ 你好~能帮我下个龙源的《基于电阻应变片数字显示握力计的设计》吗

摘要:本文描述了基于电阻式应变片传感器设计的电子测量握力计及实现方法。该系统由51单片机控制，通过液晶屏自动显示所测握力的大小。其电路构成主要有测量电路，差动放大电路，A/D转换，显示电路。测量电路利用电阻式应变器件将物体的力量信号转化成相应大小的电信号，通过差动放大电路将电信号放大到AD芯片能够识别的范围内从而能将电信号转换成对应的数字信号，最终在液晶上显示所测的握力。
关键词：电阻应变式传感器、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、设计任务与要求
1.1设计任务
1．设计一个数字显示握力计，可以显示出当前的力量值。
2．用数字显示被测力量。
1.2设计思路
数字显示握力计的测量过程是把被测物体的力量通过电阻式应变片传感器转换成电压信号。由于这一信号通常都很小，需要进行放大，放大后的模拟信号经由模/数芯片转换成数字量，再通过显示器显示出力量大小。
1.3工作原理
当被测物体（主要是手臂力量）使用数字显示握力计检测时，其力量使握力计弹簧变形便通过电阻应变片传感器，传感器随之产生相应的电效应，将物体的力量转换成电信号(电压或电流)。此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模/数（A/D）转换器进行转换，单片机对转换后的数字信号进行必要的判断、分析，再送到显示电路。
二、方案设计与论证
2.1整体方案
通过电阻应变片产生电压信号，经放大电路把信号放大后输入A/D转换芯片TCL2543进行A/D转换，由于此芯片可直接用于数字显示，故转换后的数字量直接用数码显示器进行显示。此方案的优点是外部电路非常简单，能实现较高的精度。

三、电子元器件的选取
3.1传感器的选择
电阻应变式传感器的优点是精度高，测量范围广,寿命长,结构简单，频响特性好，能在恶劣条件下工作，易于实现小型化、整体化和品种多样化等。
3.2运算放大器的选择
市场上有已成形的集成运算放大器，如AD620仪用放大器能直接用于该设计的放大部分，且集成芯片相对于自己用单运放搭接的运放电路具有更稳定的性能，误差更小；但集成运算放大器价格相对较高，而且自己搭接的运放电路其误差范围已经基本满足本设计的要求，所以我们选取OP07单运放搭接差分运算放大器的方式，同时一定程度上锻炼了模拟电路的实践能力。
3.3模数转换(A/D)芯片的选取
根据本课题的要求，要满足最低档位的分辨率，必须选取位数较高的A/D芯片，串行的TLC2543芯片驱动程序相对并行A/D复杂一点，但根据市场零售价格比较，该芯片是满足要求的最便宜的芯片，本着开发项目尽量缩减成本的原则我们最终选取了该芯片。
3.4显示器的选择
选取SMC1602a LCM点阵型液晶对放大以后的数据进行显示。
四、各硬件模块的具体实现方案
系统硬件包括电源模块、数据采集及放大模块、A/D转换模块、自动换档模块、数码管显示模块。
4.1电源模块
由于系统硬件有OP07，而运放电路要求正负9V电源，故此整个放大电路需要的电源可以直接用可充电的锂电池。
4.2传感器模块
电阻应变式传感器就是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化 , 再经相应的测量电路而最后显示或记录被测量值的变化。在这里，我们用电阻应变式传感器作为测量电路的核心。并应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度。

4.3、差动放大电路
数字显示握力计使用电阻应变全桥式传感器,其核心是由电阻应变计(应变片)构成的电桥电路,这类传感器具有成本低、精度高且温度稳定性好的特点。但其检测原理决定该类传感器输出电压低,要经过差分放大电路放大数百倍才能用于A/D转换。一般说来，传感器输出的电压值都非常小，基本上都是毫伏级甚至微伏级，需要外部放大电路来获得足够的增益。
仪表仪器放大器的选型很多，我们这里介绍一种用途非常广泛的仪表放大器，就是典型的差动放大器。它只需高精度OP07和几只电阻器，即可构成性能优越的仪表用放大器。广泛应用于工业自动控制、仪器仪表、电气测量等数字采集的系统中。
OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压，所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低和开环增益高的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。
4.4、A/D转换
在实际的测量和控制系统中检测到的常是时间、数值都连续变化的物理量，这种连续变化的物理量称之为模拟量，与此对应的电信号是模拟电信号。模拟量要输出显示，首先要经过模拟量到数字量的转换，LCM点阵型液晶才能接收、处理。

五、系统调试
5．1调试过程
（1）．首先在握力计无负载时确保显示器准确显示零。
（2）．然后握力臂施以不同的力量，观察显示器是否准确显示力量大小，如有偏差，采样十五次求平均值。
（3）．零位稳定是影响握力计精度非常重要的因素，因受温度或其它因素影响将引起零位不稳定，这种现象称为零漂。由于零漂的影响，零输入信号时，输出可能不为零，为消除这个零位漂移值，采用零位补偿技术，零位补偿就是把这个零漂值储存起来，每一数据采集时减去这个数值，得到的数值就是消除零漂的有效信号。
六、系统功能
该数字握力计，测量范围分成四档，0～1.999Kg、0～19.99Kg、0～199.9Kg、0～1999Kg。用数字显示被测握力，小数点位置对应不同的量程显示，且具有量程自动切换功能，能适应不同层次的人群。
七、设计总结
目前，市场上的小型数显握力计很少但是其正朝着小型化、高精度、智能化方向发展。TCL2543采用较小的封装，尺寸很小，所需的外围器件也很少，满足了握力计小型化的需求；其内置各种控制寄存器和数据寄存器，并且可以通过SPI接口方便地控制和读取这些寄存器，满足了握力计智能化的需求。
在电子技术的课程设计中，我们花了大量的时间和精力进行资料查阅和方案论证，结合自己所学，认真解决每一个功能模块中遇到的问题。
我们还用仿真软件Proteus 6 Professional 进行某些功能模块的仿真，收到了很好的效果。
八、参考文献
[1] 张毅刚．单片机原理机应用．北京：高等教育出版社，2003．
[2] 王化祥、张淑英．传感器原理及应用．天津：天津大学出版社，2007．
[1] 阎石．数字电子技术基础部分．北京：高等教育出版社，2003.
[1] 童诗白．电子技术基础模拟部分．北京：高等教育出版社，2003．
作者简介：
常生睿（1987-），男，甘肃民勤，本科，网络工程师，专业方向：电子科学与技术；
花俊杰，男 ，25 ，河南信阳，本科，黄淮学院电子科学与工程系；
展保斌，男 ，甘肃白银，23 ，本科，黄淮学院信息工程系。
单位:河南省驻马店市黄淮学院电子科学与工程系

㈡ 合肥工业大学电子科学与应用物理学院的本科生专业设置

本专业培养掌握物理学的基本理论与方法、具有良好的数学基础、计算机应用基础、一定的外语水平和基本实验技能；提高科学素养，养成对科学探索的兴趣，训练科学思维方法，具备一定的科学研究能力；具有较扎实的物理学基础，受到应用基础研究、应用研究和技术开发以及工程技术的初步训练，具有工程技术所需的基本知识结构和研究开发能力；适应科学技术发展的需要，有较强的知识更新能力和较广泛的科学技术适应能力以及较强的发展后劲，毕业后能够在物理学或光电子、激光、物理检测等相关科学技术领域中从事科研、教学、技术应用和相关的管理工作，也可攻读物理学或相关学科硕士研究生。
研究生专业设置
（一）博士研究生招生
集成电路与系统
集成电路与系统为信息与通信工程、计算机科学与技术及仪器科学与技术一级学科下自主设置的交叉二级学科专业，具有博士学位授权。现有博士生导师5人。 研究方向:嵌入式系统综合与测试；新型半导体材料与器件；复杂集成电路设计；传感技术与微纳机电系统；电磁计算与信号完整性分析等。
（二）学术型硕士研究生招生
电子科学与技术专业
本学科下设的四个二级学科在我院招收硕士研究生，即微电子学与固体电子学、电磁场与微波技术、电路与系统及物理电子学。其中，微电子学与固体电子学二级学科连续被安徽省批准为省级重点学科，“微电子机械系统工程技术研究中心”被安徽省列入省级工程技术研究中心。本学科拥有一批微电子工艺、电子功能材料与器件等方面的研发设备和测量仪器，以及Cadence、Synopsys、Mentor Graphics、TCAD、华大九天（ZENI）等著名EDA软件。现有专职教师52人，其中教授12人、副教授21人、具有博士学位的26人，兼职教授10人。多年来，完成和承担的国家“863”计划项目、国家自然科学基金项目、教育部科学技术研究重点项目等各类别科研项目60余项，已获国家发明三等奖一项，省部级科技进步奖10项，各类技术专利多项，出版学术专著5部，在IEEE Transactions、IEE Proceedings、Appl. Phys. Lett.等国际顶级刊物上发表学术论文50余篇，其他重要学术论文400余篇。
研究方向:集成电路设计与测试；固体电子器件与工艺；微纳功能材料与器件；敏感材料与传感技术；MEMS设计与应用；嵌入式系统综合与测试；SOC设计与验证；混合信号系统设计；可编程器件与系统设计；数字系统设计自动化；计算电磁学及应用；微波电路与微波器件；无线传感器网络及应用；射频MEMS设计；量子信息与量子计算；纳米光电子器件；微弱信号处理；等离子体理论与数值模拟；信息显示技术与器件等。
集成电路与系统
集成电路与系统为信息与通信工程、计算机科学与技术及仪器科学与技术一级学科下自主设置的交叉二级学科专业，具有硕士学位授权。围绕复杂计算系统、信息传输与信号处理系统的微集成需求，学科点重点进行以下几个方向研究：嵌入式系统综合与测试技术研究；面向高性能计算和高速信息处理的集成电路设计技术研究；信息获取中的传感、传输（的）理论、器件设计及集成技术研究；新一代集成电路理论、器件、及相关材料技术研究等。现有硕士生导师33人（其中教授11人、副教授20人），兼职教授10人。
研究方向:嵌入式系统综合与测试；可编程器件与系统设计；固体电子器件与工艺；数字系统设计自动化；信息显示技术与器件；微纳功能材料与器件；敏感材料与传感技术；MEMS设计与应用；微波电路与微波器件等。
光学工程专业
光学工程为一级学科，主要研究利用从软X射线到亚毫米波段之间，特别是紫外至红外具有光学共性的电磁波段，以成像或非成像方式实现光辐射信息产生、传输、探测与处理的新理论、新技术、新方法和新装置，它是现代物理学、光学与电子学综合交叉形成的新兴前沿技术学科。现有导师11名(其中教授3名，副教授8名，具有博士学位者4名)。已完成及在研国家自然科学基金、中国博士后科学基金、安徽省自然科学基金等纵横向课题数十项，曾取得包括国家科技进步二等奖、安徽省科技进步奖在内的一批高水平科研成果，另有一些研究成果已获专利授权或完成技术转化和转让。
研究方向:激光技术与应用；光学精密测量；激光光谱与光电材料；光电传感技术；微纳光子学等。
课程与教学论专业
本学科培养目标为：培养适应我国教育发展和改革的需要，掌握现代教育理论和扎实的物理专业知识，德、智、体全面发展的从事教学、科研及管理方面的专门人才。可在高等或中等学校从事教学、研究和管理工作，也可进一步深造或在其它单位从事相关工作。现有导师10人，其中教授3名，副教授7名。先后承担过省部级纵、横向科研课题多项，获得过省部级科技及教学成果奖多项。
研究方向:物理教育研究、教育技术研究、工程教育研究、物理学原理的应用。
（三）专业学位硕士研究生招生
我院专业学位硕士研究生的导师及考试科目同微电子学与固体电子学二级学科。专业为： 1、集成电路工程 2、电子与通讯工程 。

㈢ 急求一份大学物理实验报告《压力传感器和CCD的使用》的数据和处理结果

本课题研究的意义：（填写课题在理论上和应用上的价值）

本课题研究的是压力电缆传感器与CCD系统在防盗，监视，监测等需求中的结合运用。针对其特征，可将其应用在监狱，劳改所，戒毒所，用于监测。也可用于博物馆，家庭等，起到防盗作用。在这些应用领域中，要求传感器的隐蔽性和对现场情况的及时了解，所以将压力电缆传感器和CCD结合一起运用，此传感器不易被发现，与CCD一起运用，可起到更好的防盗，监测作用。
随着科技的发展，人们对于用于公共事业或者是私人需求的防盗监视产品的要求越来越高，人们要求高效率，高性能（例如能同时适应高温和低温等特殊环境），低成本，操作简单等，本课题正是为适应这种社会需求而产生的。
调研（社会调查）情况：

传感器技术是现代测量和自动化系统的重要技术之一，从宇宙开发到海底探秘，从生产的过程控制到现代文明生活，几乎每一项技术都离不开传感器，因此，许多国家对传感器技术的发展十分重视。如日本把传感器技术列为六大核心技术（计算机、通信、激光、半导体、超导体和传感器）之一。
在各类传感器中压力传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定可靠、成本低、便于集成化的优点，可广泛用于压力、高度、加速度、液体的流量、流速、液位、压强的测量与控制。除此以外，还广泛应用于水利、地质、气象、化工、医疗卫生等方面。由于该技术是平面工艺与立体加工相结合，又便于集成化,所以可用来制成血压计、风速计、水速计、压力表、电子称以及自动报警装置等。压力传感器已成为各类传感器中技术最成熟、性能最稳定、性价比最高的一类传感器。
CCD广泛应用在数码摄影、天文学，尤其是光学遥测技术、光学与频谱望远镜，和高速摄影技术如Lucky imaging。CCD在摄像机、数码相机和扫描仪中应用广泛，只不过摄像机中使用的是点阵CCD，即包括x、y两个方向用于摄取平面图像，而扫描仪中使用的是线性CCD，它只有x一个方向，y方向扫描由扫描仪的机械装置来完成。
CCD的加工工艺有两种，一种是TTL工艺，一种是CMOS工艺，现在市场上所说的TTL和CMOS其实都是CCD，只不过是加工工艺不同，前者是毫安级的耗电量，而后者是微安级的耗电量。TTL工艺下的CCD成像质量要优于CMOS工艺下的CCD。CCD广泛用于工业，民用产品。
拟采用研究方法：（具体写本课题的研究方法和实施方案）
（1）根据压力电缆传感器的特性，设计检测前端电路，电路满足耐高温和耐低温的特点，如出现越界情况时，压力电缆传感器检测出情况后报警，同时CCD监测到现场情况，将传感器报警信号与CCD监测信号发送到同一网关节点，然后网关节点将信号通过无线方式发送到上位机。
其中精简 51 内核作为网关结点的微处理器。
整体结构图如下：

（2）前端电路主要包括压力模块，CCD模块。其中，压力模块包括压力传感器单元和信号放大单元，其中压力传感器模块用于感应外部压力，并将压力转换成差分电压值，信号放大单元主要用于放大输入的电压信号，并由差分信号转换为单路电压信号。

研究计划：（填写课题的研究内容和时间节点）

（阶段时间表：
2012年3月15日 毕业设计开题，学生交毕业设计开题报告，答辩
2012年5月9日；学院进行毕业设计中期检查，交译文
2012年5月30日；交毕业设计论文，学院集中审阅
2012年6月11-15学生毕业答辩)

文献综述（不少于1000字正文+15篇参考文献，其中应包含英文参考文献）
1．在电子计算机、机器人、自动控制技术等技术中应用广泛。实际应用十分广泛，大至数控机床 、汽车小至家用电器都有传感器。传感器的安装、连接方式等多方面因素都能影 响传感器的测量结果。只有通过实践，亲自动手使用传感器，才能知道传感器的应该与其他电路如何连接，怎样才能正常工作。我们通常使用 的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称压电传感器
压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。
压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。
压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。
2.CCD图像传感器,也就是电荷耦合器件图像传感器。可以将图像资料由光信号转换成电信号,是一种进入影像世界不可缺少的取像元件。CCD图像传感器与传统的摄像管比较,具有体积小、重量轻、用电省、价格低、寿命长、防震性强以及不受磁场影响等优点。
对于多监控摄像机系统，希望所有的视频输入信号是垂直同步的，这样在变换摄像机输出时，不会造成画面失真，但是由于多摄像机系统中的各台摄像机供电可能取自三相电源中的不同相位，甚至整个系统与交流电源不同步，此时可采取的措施有：均采用同一个外同步信号发生器产生的同步信号送入各台摄像机的外同步输入端来调节同步，从而获得合适的垂直同步，相位调整范围0~360度。
CCD感光元件的核心是感光二极管 (photodiode)，该二极管在接受光线照射后产生输出电流，电流强度与光照强度相对应。
CCD感光元件除包括感光二极管之外，在其周边还包括一个用于控制相邻电荷的存储单元，但感光二极管占据了绝大数面积，也就是说CCD感光元件中的有效感光面积较大，在同等条件下可接收到较强的光信号，对应的输出电流也较强，表现在输出结果上即捕捉的图像内容丰富、清晰；
工作原理：在接受光照后，感光元件产生相对应的电流，电流大小与光强相对应，因此感光元件输出的电信号是模拟的。在CCD中，每个感光元件并不对此做进一步处理，而是将电信号直接输出到下一个感光元件的存储单元，结合该元件生成的模拟信号后在输出给第三个感光元件，依次类推，知道结合最后一个感光元件的信号最终形成统一的输出。由于感光元件生成的电信号很微弱，无法直接进行模数转换工作，因此这些输出数据必须做统一的放大处理，这项任务由传感器中的放大器专门负责，经放大器处理之后，每个像点的电信号强度都获的同样幅度的增大，但由于CCD本身无法进行AD转换，因此还需要一个专门的模数转换芯片进行处理，最终以、二进制数字图像矩阵的形式输出给专门的DSP处理芯片。
3.以计算机、单片机实验开发系统完成程序编辑、编译、下载程序等任务。
参考文献：
[1]张建民.传感与检测技术.机械工业出版社
[2]刘笃仁，韩保君，刘靳.传感器原理及应用技术.西安电子科技大学出版社，
[3]孙运旺.传感器技术与应用.浙江大学出版社.2006.09
[4]马斌.单片机原理及应用.人民邮电出版社，2009.10
[5]王建校，王建国.51 系列单片机及C51 程序设计.科学出版社， 2002.
[6]徐维祥，刘旭敏.单片机微型计算机原理及应用.大连理工大学出版社，2002.7. [1]贾石峰.传感器原理与传感器技术.机械工业出版社，2009.
[7] 张一斌，余件坤.单片机原理课程设计.中南大学出版社，2009.
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[9] 龙威林，杨冠声，胡山.单片机应用入门.化学工业出版社，2008.
[10] 齐向东，刘立群.单片机控制技术实践.中国电力出版社，2009.
[11] 边春元，李文涛，江杰.C51单片机典型模块设计与应用.机械工业出版社，2008.
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[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 原子物理的发展史

原子物理学 atomic physics 研究原子的结构、运动规律及相互作用的物理学分支学科。主要研究：①原子的电子结构。②原子的能级结构和光谱规律。③原子之间或原子与其他物质的碰撞和相互作用。 原子结构模型的建立 1897年J.J.汤姆孙发现电子，论证电子普遍存在，并确认它是各种原子的共同组成部分之后，对于在中性的原子内，正电荷和电子质量以及电子是如何分布的，成为摆在物理学家面前的首要问题。1904年汤姆孙提出原子的正电荷和质量均匀分布于原子体内、电子镶嵌在体内的“葡萄干圆面包模型”。1911年E.卢瑟福分析α粒子散射实验与汤姆孙原子模型的明显歧离，提出原子的有核模型，原子的正电荷和质量分布在中心很小的核内。原子的有核模型 得到 a 粒子散 射更为深入的实验研究支持而被 普遍接受。但是在原子的有核模型中，电子绕核运动有加速度，根据经典电动力学，将不断向外辐射能量，电子将最终塌缩于原子核，因而原子是不稳定的；而且电子绕核运动发出连续谱也与实际上原子的线状光谱不符。这些事实表明，研究宏观现象确立的经典电动力学不适用于原子中的微观过程，因此需要进一步探索原子内部运动规律，建立适合于微观过程的原子理论。 原子物理学和量子力学 1913年N.玻尔在卢瑟福的原子有核模型基础上，结合原子光谱的经验规律，应用M.普朗克、A.爱因斯坦的量子概念，提出原子结构的新假设，建立玻尔氢原子理论，成功地解决了原子的稳定性问题，并说明了原子光 谱的规律性 。玻尔理 论是原子理论发展的重要里程碑。1924年 L. V.德布罗意提出微观粒子具有波粒二象性 ，不久被实验证实，1926年E.薛定谔、W.K.海森伯、M.玻恩、P.A.M.狄拉克等人建立微观粒子运动规律的量子力学。量子力学的建立为解决原子问题提供了锐利的武器，量子力学在阐明原子现象的种种问题中也逐步发展和完善，从而开创了近代物理的新时代。20世纪30年代可称为原子物理的时代。原子物理学取得丰硕的成果，原子能级的结构和能级的精细结构、原子在外场中的能级结构、原子光谱规律、原子的电子壳层结构以及原子的深 层能 级结构和X射线标识谱等问题相继圆满解决，所获得的关于原子结构的种种知识成为了解分子的结构，固体的性质，以及说明许多宏观现象和规律的基础。 原子物理学的新阶段 20世纪50年代末期，由于空间技术、空间物理和核试验的发展，不仅要求精确测定原子光谱的波长 、研究原子的能级， 而且对于谱线强度 、跃迁几率、碰撞截面等也要求提供准确的数据，因此要求对原子物理进行新的实验和理论探索。原子物理学的发展曾对激光的产生和激光技术的发展作出重大贡献。激光问世之后，应用激光技术研究原子物理学问题，实验精度有了很大提高，从而发现很多新现象和新问题。微波波谱学新的实验方法也成为研究原子能级结构的有力工具。因此原子物理学的研究又重新成为很活跃的领域。原子碰撞研究已成为原子物理学的一个主要发展方向，研究课题非常广泛，涉及光子、电子、离子、中性原子等与原子和分子碰撞的物理过程，应用和发展了电子束、离子束、粒子加速器、同步辐射加速器、激光光源和各种能谱仪等测谱设备，以及电子、离子探测器、光电探测器和微弱信号检测方法，电子计算机的应用，加速了理论计算和实验数据的处理。原子光谱与激光技术的结合，达到了前所未有的高分辨率，利用激光高功率密度发展了非线性光学，饱和吸收、双光子吸收和多光子吸收等成为原子物理学中另一个十分活跃的研究方向 。极端物理条件( 高温、低温、高压、强场)下和特殊条件( 高激发态、高离化态 )下原子的结构和物性的研究也已成为原子物理研究中的重要课题。60年代开始发展起来的将低能离子长时间约束在一个很小的空间范围内运动的离子存储技术，使人们可以从实验上近似得到孤立的、静止不动的单个带电粒子。近年来利用激光技术将中性原子降温减速并约束于空间很小范围内的原子囚禁技术取得重要的成果。这种存储技术正被应用于多种原子物理测量工作，测量精度更进一步提高，已成为量子电动力学理论最精确的检验手段之一，并可望建立新的精度更高的光频标准。 原子物理学是其他基础科学和技术科学如化学、生物学、空间物理、天体物理、物理力学等的基础，激光技术、核技术和空间技术的研究也都要求原子物理学提供重要数据，因此研究和发展原子物理学至今仍有十分重要的理论和实际意义。

㈤ 电子与信息工程专业最近的研究方向是什么，推荐一下可以自学的书单

我找了以下专业方向以供参考，共十二大类。其中有些是与物理、机械、光电、电气、自动化、计算机等交叉的学科。

0809 一级学科：电子科学与技术

080901 物理电子学

080902 电路与系统

80903 微电子学与固体电子学

080904电磁场与微波技术

0810 一级学科：信息与通信工程

081001通信与信息系统☆

081002信号与信息处理☆

0811 一级学科：控制科学与工程

081103 系统工程

081104模式识别与智能系统

1电路与系统
2集成电路工程
3自动控制工程
4模式识别与智能系统
5通信与信息系统
6信号与信息处理
7电子与通信工程
8电力电子与电力传动
9光电信息工程
10物理电子学
11精密仪器及机械简介
12测试计量技术及仪器

01.电路与系统
电路与系统学科研究电路与系统的理论、分析、测试、设计和物理实现。它是信息与通信工程和电子科学与技术这两个学科之间的桥梁，又是信号与信息处理、通信、控制、计算机乃至电力、电子等诸方面研究和开发的理论与技术基础。因为电路与系统学科的有力支持，才使得利用现代电子科学技术和最新元器件实现复杂、高性能的各种信息和通信网络与系统成为现实。
学科概况
信息与通讯产业的高速发展以及微电子器件集成规模的迅速增大，使得电子电路与系统走向数字化、集成化、多维化。电路与系统学科理论逐步由经典向现代过渡，同时和信息与通讯工程、计算机科学与技术、生物电子学等学科交叠，相互渗透，形成一系列的边缘、交叉学科，如新的微处理器设计、各种软、硬件数字信号处理系统设计、人工神经网络及其硬件实现等。

学科研究范围
根据国内需要及本学科在国际发展趋势，具体研究方向可归纳为：电路与系统理论，语、声和图像处理技术，数字信号处理专用电路设计，网络与滤波器理论及技术，VLSI电路与系统设计，信息与通讯系统和网络的设计，电路与系统CAD及设计自动化，功率电子学，非线性电路与系统，自动测试系统与故障论断，优化理论及人工神经网络应用，智能信息处理与识别。
培养目标
研究生应掌握数字、模拟、线性和非线性电路与系统的理论与技术，信号处理理论及技术，电路与系统的计算机辅助设计，现代信息与通信网络的理论与技术；在本研究方向有系统和深入的专门知识和实验技术；较熟练掌握一门外国语，具备独立从事科学研究工作能力，具备成为学术带头人或课题负责人的素质；能胜任在科研单位、生产部门或高等院校从事有关方面的研究、科技开发、教学和管理工作。
主要研究方向

1.现代电路理论及其应用

2.DSP与信号实时编码技术

3.嵌入式系统

4.非线性电路与系统

5.生物医学图像处理

6.智能数字信号处理技术

7.信息网络与编码技术
02.模式识别与智能系统

一、学科概况
模式识别与智能系统是20世纪60年代以来在信号处理、人工智能、控制论、计算机技术等学科基础上发展起来的新型学科。该学科以各种传感器为信息源，以信息处理与模式识别的理论技术为核心，以数学方法与计算机为主要工具，探索对各种媒体信息进行处理、分类、理解并在此基础上构造具有某些智能特性的系统或装置的方法、途径与实现，以提高系统性能。模式识别与智能系统是一门理论与实际紧密结合，具有广泛应用价值的控制科学与工程的重要学科分支。
二、培养目标
本学科培养从事模式识别与智能系统的研究、开发、设计等方面工作的高级专门人才。

1.博士学位 应具有模式识别、信息处理、人工智能与认知科学及有关数学领域坚实宽广的基础理论和系统深入的专门知识；对于模式识别与智能系统主要前沿领域有深入了解；能独立开展模式识别与智能系统中有关研究方向的专题研究工作，并取得具有创造性的研究成果；学风严谨；至少掌握一门外国语，能熟练地阅读本专业的外文资料，具有一定的写作能力和进行国际学术交流的能力。

2.硕士学位 应具有坚实的模式识别与智能系统学科的基础理论和系统的专门知识；对于模式识别与智能系统某一研究领域的进展和学术动态有较深的了解；能够熟练利用计算机解决本学科的有关问题；具有从事模式识别与智能系统中的某一研究方向的科学研究或独立担负专门技术工作的能力，并取得有意义的成果；较为熟练地掌握一门外国语。
三、业务范围

1.学科研究范围 模式识别，图象处理与分析，计算机视觉，智能机器人，人工智能，计算智能，信号处理。

2.课程设置 随机过程与数理统计，矩阵论，优化理论，近世代数，数理逻辑，数字信号处理，图象处理与分析，模式识别，计算机视觉，人工智能，机器人学，计算智能，非线性理论（如分形、混沌等），控制理论，系统分析与决策，计算机网络理论等。
四、主要相关学科
控制理论与控制工程，计算机科学与技术，信息与通信系统，电子科学与技术，生物学，心理学

03.通信与信息系统
通信与信息系统（Communicationand Information System）
通信与信息系统是信息社会的主要支柱，是现代高新技术的重要组成部分，是国家国民经济的神经系统和命脉。
本学科所研究的主要对象是以信息获取、信息传输与交换、信息网络、信息处理及信息控制等为主体的各类通信与信息系统。它所涉及的范围很广，包括电信、广播、电视、雷达、声纳、导航、遥控与遥测、遥感、电子对抗、测量、控制等领域，以及军事和国民经济各部门的各种信息系统。
本学科与电子科学与技术、计算机科学与技术、控制理论与技术、航空航天科学与技术以及兵器科学与技术、生物医生工程等学科有着相互交叉、相互渗透的关系，并派生出许多新的边缘学科和研究方向。
学科研究范围
1. 通信理论与技术
信息论，编码理论，通信理论与通信系统，通信网络理论与技术，多媒体通信理论与技术等。
2. 电子与信息系统理论与技术
数字信号处理，数字图像处理，模式识别，计算机视觉，电子与通信系统设计自动化等。
3. 控制理论与技术
智能控制系统，非线性控制理论，工业监控系统设计等。
通信与信息系统培养目标及研究方向
培养目标
研究生应掌握通信科学、信息科学领域坚实的数理基础和系统的专门知识，并具有电
子科学、计算机科学以及控制科学方面的一般理论与技术：能从事通信、信息科学及相关领域的科研开发与教学工作；热爱祖国，献身于伟大祖国的社会主义建设事业，有严谨求实的学风与高尚的职业道德；较为熟练地掌握一门外国语。
主要研究方向
1.数字图像处理与模式识别
2.通信系统数字信号处理
3.信息工程与计算机控制
4.电子与通信系统设计自动化
5.信息网络与信号编码
6.多媒体系统及应用
04.信号与信息处理
信号与信息处理（Signal andInformation Processing）
学科概况
信号与信息处理专业是集信息采集、处理、加工、传播等多学科为一体的现代科学技术，是当今世界科技发展的重点，也是国家科技发展战略的重点。该专业培养的研究生应在信号与信息处理方面具有坚实、深厚的理论基础，深入了解国内外信号与信息处理方面的新技术和发展动向，系统、熟练地掌握现代信号处理的专业知识，具有创造性地进行理论与新技术的研究能力，具有独立地研究、分析与解决本专业技术问题的能力。
科学研究领域
该专业的研究主要领域有：信息管理与集成、实时信号处理与应用、DSP应用、图像传输与处理、光纤传感与微弱信号检测、电力系统中特殊信号处理等。还开展了FPGA的应用、公共信息管理与安全、电力设备红外热像测温等领域的研究，形成了本学科的研究特色，力争在某些学科方向达到国内领先水平。除上述主要领域外，还开展了基于场景的语音信号处理，指纹识别技术以及图像识别等多方面的研究工作，目前也取得了一定的成果。
信号与信息处理研究方向
（1）实时信号与信息处理主要研究内容：嵌入式操作系统的分析、DSP的开发和设计、信号控制技术。信号的采集、压缩编码、传输、交互和控制技术，流媒体技术以及多人协同工作方式研究，从而实现在DSP和互联网上的视音频、文字等多种信息的实时交互和协同工作。 （2）语音与图像处理该研究方向主要负责研究和探索数字语音和图像处理领域的前沿技术及其应用。研究内容包括：语音的时频分析和算法、声场分析和目标跟踪、动态范围（HDR）图像处理技术和算法、图像加速硬件（GPU）的应用等。
（3）现代传感与测量技术该研究方向理论研究与应用研究并重：在理论上主要开展基础研究，以发现新现象，开发传感器的新材料和新工艺；在应用上主要结合电力系统的应用需求，开发各种传感与检测系统。
（4）信息系统与信息安全现代信息系统中的信息安全其核心问题是密码理论及其应用，其基础是可信信息系统的构作与评估。该方向主要研究与通信和信息系统中的信息安全有关的科学理论和关键技术，主要包括密码理论与技术、安全协议理论与技术、安全体系结构理论与技术、信息隐藏理论与技术、信息对抗理论与技术、网络与信息系统安全研究。
（5）智能信息处理主要侧重于研究将现代智能信息处理的理论、技术和方法应用于现实的各类计算机信息处理系统设计与实现中。为企业培养掌握现代智能信息处理的理论、技术和方法，研究与开发各类智能信息处理系统的技术人才。其主要研究内容有：数字图象处理、视频信息的检测、分析、传输、存储、压缩、重建以及模式识别与协同信息处理；视觉计算与机器视觉、智能语音处理与理解、智能文本分类与信息检索、智能信息隐藏与识别。
（6）信息电力为信息科学与电力系统两学科的边缘新学科（筹），研究内容包括：数字电力系统，电力通信技术与规程，计算机软件与网络，电力生产和运营管理，信息技术及其在电力工业中的应用。
（7）现代电子系统现代电子系统研究方向主要研究使用当今最流行的电子系统设计工具，如嵌入式系统，可编程逻辑器件，DSP系统等实现诸如信息家电、通信、计算机等相关领域的硬件设计软件设计的设计方法。
（8）嵌入式系统与智能控制研究单片机、可编程序控制器（PLC）、DSP、ARM等在智能测量仪表、交通管理、信息家电、家庭智能管理系统、通信和信息处理等方面的应用。
（9）模式识别与人工智能该方向主要研究模式识别与人工智能的新理论与新方法，着重研究这些理论和技术在实际系统、尤其是在电力系统中的应用，解决应用中的关键技术问题，包括智能化信号处理、图像型非图像型目标识别，人工种经元网络、模糊信息处理、统计信号处理、多传感器信息融合以及信号的超高速多通道采集与实时处理技术等。

05.电 子 与 通 信 工 程

电子与通信工程是电子技术与信息技术相结合的构建现代信息社会的工程领域，电子技术是利用物理电子与光电子学、微电子学与固体电子学的基础理论解决电子元器件、集成电路、仪器仪表及计算机设计和制造等工程技术问题；信息技术研究信息传输、信息交换、信息处理、信号检测等理论与技术。其工程硕士学位授权单位培养从事信号与信息处理、通讯与信息系统、电路与系统、电磁场与微波技术、电子元器件、集成电路等工程技术的高级工程技术人才。研修的主要课程有：政治理论课、外语课、矩阵论、泛函分析、数值分析、半导体光电子学导论、半导体器件物理、固体电子学、电子信息材料与技术、现代材料分析技术、电路设计自动化、电路优化设计、数字信息处理、信息检测与估值理论、导波原理与方法、导波光学、微波电路理论、高等电磁场理论、应用信息论基础、数字通讯、系统通信网络理论基础、现代管理学基础等。
一、概述
信息技术是当今社会经济发展的一个重要支柱。信息产业，包括信息交流所用的媒介（如通信、广播电视、报刊图书以及信息服务）、信息采集、传输和处理所需用的器件设备和原材料的制造和销售，以至计算机、光纤、卫星、激光、自动控制等由于其技术新、产值高、范围广而已成为或正在成为许多国家或地区的支柱产业。电子技术及微电子技术的迅猛发展给新技术革命带来根本性和普遍性的影响，电子技术水平的不断提高，既出现了超大规模集成电路和计算机，又促成了现代通信的实现。电子技术正在向光子技术演进，微电子集成正在引伸至光子集成。光子技术和电子技术的结合与发展，正在推动通信向全光化方向通信的快速发展，而通信与计算机越来越紧密的结合与发展，正在构建崭新的网络社会和数字时代。
电子与通信工程领域涉及了信息与通信系统和电子科学与技术两个一级学科以及通信与信息系统、信号与信息处理、电路与系统、电磁场与微波技术、物理电子与光电子学、微电子学与固体电子学等六个二级学科。研究内容包括信息传输、信息交换、信息处理、信号检测、集成电路设计与制造、电子元器件、微波与天线、仪器仪表技术、计算机工程与应用等。
二、培养目标
培养从事通信与信息系统、信号与信息处理、电路与系统、电磁场与微波技术、物理电子与光电子学、微电子学与固体电子学等学科，从事光纤通信、计算机与数据通信、卫星通信、移动通信、多媒体通信、信号与信息处理、通信网设计与管理，集成电路设计与制造、电子元器件、电磁场与微波技术等领域从事管理、研究、设计运营、维修和开发的高级工程技术和管理人才。
电子与通信工程领域工程硕士要求掌握本领域扎实的基础理论和宽广的专业知识以及管理知识，较为熟练地掌握一门外国语，掌握解决工程问题的先进技术方法和现代技术手段，具有创新意识和独立承担工程技术或工程管理等方面的能力。
三、领域范围
由于工程硕士是直接为企业培养的高层次工程技术和工程管理人才，以行业来看覆盖面为：通信系统与通信网及其设备，广播电视系统与设备，电子仪器仪表，集成电路与微电子系统，电子、光子及光电子元器件，电真空器件，家用电器，微波器件、设备与系统，电子材料与纳米材料等。
从工程技术角度来看，本领域包括：计算机通信网络及其安全技术，移动通信与个人通信，卫星通信、光通信，宽带通信与宽带通信网，多媒体通信，语音处理及人机交互，图像处理与图像通信，信号处理及其应用技术，集成电路设计与制造，电子设计自动化（EDA）技术及其应用，通信与测量系统的电路技术，微波技术及其应用，微波传输、辐射及散射，微波电路，微波元器件，微波工程，光电子学与光纤通信工程，信息光电子工程，电子束、离子束及显示工程，真空电子工程，电子与光电子器件，微电子系统设计与制备，纳米材料与技术。
四、课程设置
基础课：自然辩证法、科学社会主义理论、外语、矩阵理论、随机过程与排队论、高等代数、应用泛函分析、数值分析等。
技术基础课：应用信息论基础、统计信号处理、数字通信、系统通信网理论基础、数字信号处理、信号检测与估值理论、导波原理与方法、微波电路理论、高等模拟集成电路、高等电磁场理论、导波光学、半导体光电子学导论、半导体器件物理、电路的优化设计、电子设计自动化、VLSI系统设计基础、固体电子学、电子信息材料与技术、现代材料分析技术、软件技术基础等。
五、学位论文
工程硕士的学位论文的选题直接来源于生产实际或具有明确的生产背景和应用价值。学位论文选题应具有一定的技术难度、先进性和工作量，能体现工程硕士研究生综合运用科学理论、方法和技术手段解决工程实际问题的能力。学位论文选题一般应与工程硕士生所在单位的科研或工程项目相结合，可以是一个完整的工程项目策划、工程设计项目或技术改革项目，可以是技术工程研究专题，也可以是新工艺、新设备、新材料、新产品的研制与开发。学位论文应包括：课题意义的说明、国内外动态、设计方案的比较与评估、需要解决的主要问题和途径、本人在课题中所做的工作、理论分析、设计计算书、测试装置和试验手段、计算程序、试验数据处理、必要的图纸、图表曲线与结论、结果的技术和经济效果分析、所引用的参考文献等。与他人合作或前人基础上继续进行的课题，必须在论文中明确指出本人所做的工作。

㈥ 请问《基于BPC长波时间编码器的研究》这个课题主要完成什么任务，多谢

BPC电波授时编码专利

本文为西安****公司为国家电波授时设计的专利文件，还没有对外开放哦

摘要：本发明涉及一种电波授时编码。其特征在于：
 帧周期为20秒，每分钟包含三帧；
 以秒脉冲宽度表示四进制数的0，1，2，3，以四进制数表示相应的“分”， “时”，“日”，“月”，“年”，“星期”等时间信息；
 以帧标志表示帧所在的时间段，以缺少秒脉冲作为帧间隔和帧预告标志；
 采用码位复用技术。
本发明克服 了现有的时间编码帧周期过长的缺陷，接收一帧时间信息所用的最少时间由1分钟减少到20秒，提高了接收机效率，降低了对抗干扰的要求。

名词术语解释：
 时间编码：以数字脉冲信号的方式对“分”，“时”，“日”，“月”，“年”，“星期”等时间信息进行编码。
 方波秒脉冲：数字脉冲信号的波形为方波，其周期为1秒。
 帧(即时间信息帧)：一组包含“分”，“时”，“日”，“月”，“年”，“星期”等时间信息和必要的校验标志位的编码(或代码)。
 帧周期：一帧的起始到下一帧的起始所用的时间。
背景技术：
电波授时是将高精度原子钟导出的精确时间信息用时间编码方式，通过无线电发射装置以低频(20KHz—100KHz)无线电波进行传播，用户端利用无线电接 收机接收信号并解调以恢复时间编码，再经过微处理器对编码进行一定的处理(解码)得到精确时间信息。目前在德国，美国，英国，日本等国家，电波授时已广泛 应用于电力，通信，民航，铁路以及个人计时器等各个领域。
电波授时所采用的时间编码是影响时间信息传播准确性和可靠性以及发射，接收装置制造难易程序的重要因素。现有时间编码包括DCF(德国)，MDF(英 国)，WWVB(美国)，JJY/JG2AS(日本)等，这些时间编码的共同特征是：以方波秒脉冲形成时间编码；以脉冲前沿标志1秒的起始，以不同的脉冲 宽度(即方波脉冲信号持续时间)表示二进制数的1或0,以二进制数表示“分”，“时”，“日”，“月”，“年”，“星期”等时间信息，1分钟一帧，即周期 为1分钟。
由于无线电波传播过程中不可避免地要受到各种干扰，因此信息失真，错码，漏码等就成为可能。虽然现有时间编码中设置了必要的校验位用于判断所接收信息的正解 性，但这种简单的校验方式的误判率仍然较高。有效的做法也是目前被广泛采用的方法是：在接收信号时先利用校验码对每组编码进行初步校验，然后对连续接收到 的二到三帧信息进行比较后作出最终判断。因此，要接收到一组完整准确的时间编码信息至少要二到三分钟时间。这不公使接收机的效率低，而且当干扰比较严重 时，尤其是在远距离发射地，信号微弱或信号有时无的情况下，使得接收信号非常困难甚至不可能。

发明内容：
本发明的目的是为了克服现有时间编码帧周期过长的缺陷，以提高接收机效率，减少由于干扰或信号微弱对接收信息的影响。
本发明采取的技术方案是：
1. 以方波秒脉冲的形式形成时间编码，不减少现有时间编码的帧信息容量，将帧周期缩短为20秒；
2. 每分钟包含三帧，并将每分钟划为三个时 间段(0至19秒，20至39秒，40至59秒)，使每帧各占一个时间段；
3. 以帧标志表示帧所在的时间段；
4. 每个方波秒脉冲宽度以不同的秒脉冲宽度表示四进制 数0，1，2，3，以四进制数表示相应的“分”，“时”，“日”，“月”，“年”，“星期”等时间信息；
5. 以缺少秒脉冲作为帧间隔和帧预告标志，每帧当中加 入二个校验码，将每个校验码之前所接收到的代码的值转换成二进制表达式后的“1”，的个数配置成偶数和奇数；
6. 利用一位代码可能的4个值，将某位代码赋予两 种或两种以上的含义(称之为“代码复用”)。

本发明所产生的有益效果：接收一帧时间信息所用的最少时间由1分钟减少到20秒，采用三帧比较结果检错时，其最少时间由3分钟减少到1分钟，提高了接收机效 率，降低了对抗的要求，并且远离发射台，信号微弱的情况下接收时间信息成为可能。同时仍采用了以秒脉冲形式进行编码与现有时间编码保持兼容，因此信号接收 不需要昂贵的专用接收系统，可利用现有的时码接收芯片和成熟的解码技术可靠地接收授时信号。有利于电波授时技术在我国普及应用和加速发展。

㈦ 高中物理研究性课题

2009年6月6日 星期六 首 页 教研动态 教学资源 校园频道 学生园地 园丁风采 资兴教育 教研论坛 高中教研

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一、与电学知识有关的现象
自法拉发现电磁感应现象以来，人类进入了电气化时代。从生活用电到交通运输、工厂企业用电，都来源于发电机，电已成为人类必不可少的主要能源。在我们的生活中，随处可见电的应用。
电灯是根据电流的热效应的原理工作的。当电流通过灯丝时，灯丝热到白炽状态就发出明亮的光，将电能转化为光能和热能为我们服务；电灯的灯丝是用熔点高的钨丝做的，这是因为灯泡发光时灯丝的温度在2000摄氏度以上，用钨丝比较耐用；灯丝做成螺旋状是为了减少散热，因为灯泡发光时灯丝的温度在2000摄氏度以上，提高灯丝的温度，以便更好的发光；为了防止钨丝在高温下氧化，小功率的灯泡都抽成真空，而60瓦以上的灯泡要冲入惰性气体，这些气体可以阻碍灯丝在高温下的升华；灯丝较粗的灯泡额定功率较大，灯丝较细的灯泡额定功率较小。因为灯泡中灯丝的材料、长度相同，根据电阻的性质，导体横截面积大，则电阻较小；电灯的亮度由电灯消耗的实际功率决定，实际功率大的灯泡比较亮。例如“220V，25W”和“220V，100W”的两个灯泡，由R=U2/P可知，25W的灯泡电阻较大，100W的灯泡电阻较小。如果将两灯串联，通过他们的电流相等，由P=I2R可知，25W的灯泡较亮。如果亮灯并联，它们两端的电压相等，由P=U2/R可知，此时25W的灯泡较暗；灯泡使用时，钨丝在高温下升华为钨蒸气。关灯后，温度降低，钨蒸气凝华附着在灯泡壁上。时间长了，灯泡壁就会变黑；灯泡的灯丝断了以后，如果搭接上再用，会更亮一些。因为灯丝断了后，长度变短，灯丝的电阻变小，根据P=U2/R，则R变小，P变大，所以显得更亮一些，但由于消耗的电功率变大了，容易使温度升高而再次烧断灯丝；同一个灯泡，深夜使用时比傍晚亮，因为实际的输电线路都存在一定的电阻，当傍晚进入用电高峰时，接入电路的用电器增多，致使干路中的电流增大，输电线分到的电压也变大，用电器两端的电压变小。根据P=U2/R可知，此时灯泡比较暗；灯泡的灯丝在开灯的瞬间容易烧断，这是因为灯丝的电阻跟温度有关，会随温度的升高而增大，在开灯的瞬间灯丝温度较低，电阻较小，根据I=U/R，U不变，R小，则I大，所以容易烧断；如果电源的电压为220V，要使“PZ200-40”的灯泡正常发光，应串联一个电阻；灯泡使用时，灯泡和电线中流过相同的电流，灯泡和电线都要发热，可实际上灯泡热得发光，电线的发热却觉察不出来，这是因为灯丝的电阻远大于导线的电阻，根据焦耳定律Q=I2Rt，在I和t都相同时，电阻R小，则Q较小，所以电流通过导线产生的热量较小，这就是灯泡热得发光，而电线的发热却觉察不出来的原因。
电磁炉作为厨具市场的一种新型灶具。它打破了传统的明火烹调方式采用磁场感应电流（又称为涡流）的加热原理，电磁炉是通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁力线而在锅具底部金属部分产生交变的电流（即涡流），涡流使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能（故：电磁炉煮食的热源来自于锅具底部而不是电磁炉本身发热传导给锅具，所以热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发热，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的。具有升温快、热效率高、无明火、无烟尘、无有害气体、对周围环境不产生热辐射、体积小巧、安全性好和外观美观等优点，能完成家庭的绝大多数烹饪任务。因此，在电磁炉较普及的一些国家里，人们誉之为"烹饪之神"和"绿色炉具"。
二、与力学知识有关的现象
1．重力的应用
我们生活在地球上，重力无处不在。如工人师傅在砌墙时，常常利用重锤线来检验墙身是否竖直，这是充分利用重力的方向是竖直向下这一原理；羽毛球的下端做得重一些，这是利用降低重心使球在下落过程中保护羽毛；汽车驾驶员在下坡时关闭发动机还能继续滑行，这是利用重力的作用而节省能源；在农业生产中的抛秧技术也是利用重力的方向竖直向下。假如没有重力，世界不可想象，水不能倒进嘴里，人们起跳后无法落回地面，飞舞的尘土会永远漂浮在空中，整个自然界将是一片混浊。在讲授重力时，要让学生展开热烈的讨论，充分挖掘学生的想象力，知道重力与我们的生产生活实际密切相关。
2．摩擦力的应用
摩擦力是一个重要的力，它在社会生产生活实际中应用非常广泛。如人们行走时，在光滑的地面上行走十分困难，这是因为接触面摩擦太小的缘故；汽车上坡打滑时，在路面上撒些粗石子或垫上稻草，汽车就能顺利前进，这是*增大粗糙程度而增大摩擦力；鞋底做成各种花纹也是增大接触面的粗糙程度而增大摩擦；滑冰运动员穿的滑冰鞋安装滚珠是变滑动摩擦为滚动摩擦，从而减少摩擦而增大滑行速度；各类机器中加润滑油是为了减小齿轮间的摩擦，保证机器的良好运行。可见，人类的生产生活实际都与摩擦力有关，有益的摩擦要充分利用，有害的摩擦要尽量减少。
3．弹力的应用
利用弹力可进行一系列社会生产生活活动，力有大小、方向、作用点。如高大的建筑需要打牢基础，桥梁设计需要精确计算各部分的受力大小；拔河需要用粗大一些绳子，防止拉力过大导致断裂；高压线的中心要加一根较粗的钢丝，才能支撑较大的架设跨度；运动员在瞬间产生的爆发力等等。
三、与热学知识有关的现象
1.与热学中的热膨胀和热传递有关的现象：使用炉灶烧水或炒菜，要使锅底放在火苗的外焰，不要让锅底压住火头，可使锅的温度升高快，因为火苗的外焰温度高；锅铲、汤勺、漏勺、铝锅等炊具的柄用木料制成，是因为木料是热的不良导体，以便在烹任过程中不烫手；炉灶上方安装排风扇，是为了加快空气对流，使厨房油烟及时排出去，避免污染空间；滚烫的砂锅放在湿地上易破裂。这是因为砂锅是热的不良导体，烫砂锅放在湿地上时，砂锅外壁迅速放热收缩而内壁温度降低慢，砂锅内外收缩不均匀，故易破裂；往保温瓶灌开水时，不灌满能更好地保温。因为未灌满时，瓶口有一层空气，是热的不良导体，能更好地防止热量散失；炒菜主要是利用热传导方式传热，煮饭、烧水等主要是利用对流方式传热的；冬季从保温瓶里倒出一些开水，盖紧瓶塞时，常会看到瓶塞马上跳一下。这是因为随着开水倒出，进入一些冷空气，瓶塞塞紧后，进入的冷空气受热很快膨胀，压强增大，从而推开瓶塞；冬季刚出锅的热汤，看到汤面没有热气，好像汤不烫，但喝起来却很烫，是因为汤面上有一层油阻碍了汤内热量散失（水分蒸发）；冬天或气温很低时，往玻璃杯中倒入沸水，应当先用少量的沸水预热一下杯子，以防止玻璃杯内外温差过大，内壁热膨胀受到外壁阻碍产生力，致使杯破裂；煮熟后滚烫的鸡蛋放入冷水中浸一会儿，容易剥壳。因为滚烫的鸡蛋壳与蛋白遇冷会收缩，但它们收缩的程度不一样，从而使两者脱离。
2.与物体状态变化有关的现象：液化气是在常温下用压缩体积的方法使气体液化再装入钢罐中的，使用时，通过减压阀，液化气的压强降低，由液态变为气态，进入灶中燃烧；用焊锡的铁壶烧水，壶烧不坏。这是因为水的沸点在1标准大气压下是100℃，锡的熔点是232℃，装水烧时，只要水不干，壶的温度不会明显超过100℃，达不到锡的熔点；烧水或煮食物时，喷出的水蒸气比热水、热汤烫伤更严重。因为水蒸气变成同温度的热水、热汤时要放出大量的热量；用砂锅煮食物，食物煮好后，让砂锅离开火炉，食物将在锅内继续沸腾一会儿。这是因为砂锅离开火炉时，砂锅底的温度高于100℃，而锅内食物为100℃，离开火炉后，锅内食物能从锅底吸收热量，继续沸腾，直到锅底的温度降为100℃为止；用高压锅煮食物熟得快些。主要是增大了锅内气压，提高了水的沸点，即提高了煮食物的温度；夏天自来水管壁大量“出汗”，常是下雨的征兆。自来水管“出汗”并不是管内的水渗漏，而是自来水管大都埋在地下，水的温度较低，空气中的水蒸气接触水管，就会放出热量液化成小水滴附在外壁上。同时也说明空气中水蒸气含量较高，湿度较大，是下雨的前兆；煮食物并不是火越旺越快。因为水沸腾后温度不变，即使再加大火力，也不能提高水温，结果只能加快水的汽化，使锅内水蒸发变干，浪费燃料；冬天水壶里的水烧开后，在离壶嘴一定距离才能看见“白气”，而紧*壶嘴的地方看不见“白气”。这是因为紧*壶嘴的地方温度高，壶嘴出来的水蒸气不能液化，而距壶嘴一定距离的地方温度低，壶嘴出来的水蒸气放热液化成小水滴，即“白气”；油炸食物时，溅入水滴会听到“叭、叭”的响声，并溅出油来。这是因为水的沸点比油低，水的密度比油大，溅到油中的水滴沉到油底迅速升温沸腾，产生的气泡上升到油面破裂而发出响声；冬天在卫生间洗澡时所见的“白气”并不是气，是悬浮在空中的小水滴，它是水蒸气液化形成的，而夏天温度较高，水蒸气不易液化，所以看不见。
3.与热学中的分子热运动有关的现象：腌菜往往要半月才会变咸，而炒菜时加盐几分钟就变咸了，这是因为温度越高，盐的离子运动越快的缘故；长期堆煤的墙角处，若用小刀从墙上刮去一薄层，可看见里面呈黑色，这是因为分子永不停息地做无规则的运动，在长期堆煤的墙角处，由于煤分子扩散到墙内，所以刮去一层，仍可看到里面呈黑色。
四、与光学知识有关的现象
汽车驾驶室外面的观后镜是一个凸镜。它利用凸镜对光线的发散作用和成正立、缩小、虚像的特点，使看到的实物小，观察范围更大，而保证行车安全； 汽车头灯里的反射镜是一个凹镜。它是利用凹镜能把放在其焦点上的光源发出的光反射成为平行光射出的性质做成的；汽车头灯总要装有横竖条纹的玻璃灯罩。是因为在夜晚行车时，司机不仅要看清前方路面的情况，还要看清路边持人、路标、岔路口等。透镜和棱镜对光线有折射作用，所以灯罩通过折射，根据实际需要将光分散到需要的方向上，使光均匀柔和地照亮汽车前进的道路和路边的景物，同时这种散光灯罩还能使一部分光微向上折射，以便照明路标和里程碑，从而确保行车安全；轿车上装有茶色玻璃后，行人很难看清车中人的面孔。是因为茶色玻璃能反射一部分光，还会吸收一部分光，这样透进车内的光线较弱。要看清乘客的面孔，必须要从面孔反射足够强的光透射到玻璃外面。由于车内光线较弱，没有足够的光透射出来，所以很难看清乘客的面孔；除大型客车外，绝大多数汽车的前窗都是倾斜的。是因为当汽车的前窗玻璃倾斜时，车内乘客经玻璃反射成的像在国的前上方，而路上的行人是不可能出现在上方的空中的，这样就将车内乘客的像与路上行人分离开来，司机就不会出现错觉。大型客车较大，前窗离地面要比小汽车高得多，即使前窗竖直装，像是与窗同高的，而路上的行人不可能出现在这个高度，所以司机也不会将乘客在窗外的像与路上的行人相混淆。
五、与声学知识有关的现象
声音是人类获取信息的主要途径之一，声音传递给我们的不仅仅是语言信息，下面所介绍的是声在其它方面的一些应用及其原理。
和您朝夕相处的人在室外说话时，我们通过听声音就知道是哪位在说话。这是不同的人发出的声音音调、响度都有可能相同，但音色绝不会相同，因为不同的发声体发出的声音的音色一般不相同，由于非常熟悉，我们通过辩别音色就能分辩出哪位在说话；向暖水瓶中倒水时，听声音就能了解水是不是满了。不同长度的空气柱，振动发声时发声频率不同，空气柱越长，发出的音调越低；暖水瓶中水越多，空气柱就越短，发出的声音频率越高，音调也就越高，特别是水刚好倒满瞬间，音调会陡然升高，通过听声音的高低，我们就能判断出水已经倒满了；我们去商店买碗、瓷器时，我们用手或其它物品轻敲瓷器，通过声音就能判断瓷器的好环。有裂缝的碗、盆发出的声音的音色远比正常的瓷器差，通过音色这一点就能把坏的碗、盆挑选出来，当然实际还用辩别音调，观察形态等方法，但主要还是通过音色来辨别的；前面如果有一建筑物或高山，对着高山大喊一声，用表测量发出声音到听到声音的时间，利用声速就可以测出我们与高山或高大建筑物理的距离。因为声音在传播过程中遇到障碍物被反射回来就产生了回声；人的体内有些器官发出的声音，如：心肺、气管、胃等发生病变时，器官发出的声音在某些特征上有所变化，医生通过听诊器能听出来，依此来诊断病情；频率高于20000赫兹的声音称为超声波，超声波有一定的穿透性，医生用某些信号器产生超声波，向病人体内发射，同时接受内脏器官的反射波，通过仪器把反射波的频率、强度检测出来，并在电视屏幕上形成图像，为了判断病情提供了重要的依据，B超利用的是回声原理；人体的有些器官发生结石，如肾、胆等，最好的治疗措施就是用体外碎石机把体内结石击碎，变成粉未排出体外。体外碎石机利用的就是超声波，用超声波穿透人体引起的结石英钟激烈震荡，使之碎化。这主要利用了声波能传递能量的性质；通过监测次声波就可知道地震、台风的信息。因为次声波是频率低于20赫兹的声音，人类无法听到。一些自然灾害如地震、火山喷发、台风等都伴有次声波的产生；次声波在传播过程中减速很小，所以能传播的很远，通过监测传来的次声波就能获取某些自然灾害的信息。
六、与磁学知识有关的现象
1、在传统工业中的应用：
在讲述磁性材料的磁性来源、电磁感应、磁性器件时，我们已经提到了有些磁性材料的实际应用。实际上，磁性材料已经在传统工业的各个方面得到了广泛应用。
例如，如果没有磁性材料，电气化就成为不可能，因为发电要用到发电机、输电要用到变压器、电力机械要用到电动机、电话机、收音机和电视机中要用到扬声器。众多仪器仪表都要用到磁钢线圈结构。这些都已经在讲述其它内容时说到了。
2、生物界和医学界的磁应用：
信鸽爱好者都知道，如果把鸽子放飞到数百公里以外，它们还会自动归巢。鸽子为什么有这么好的认家本领呢？原来，鸽子对地球的磁场很敏感，它们可以利用地球磁场的变化找到自己的家。如果在鸽子的头部绑上一块磁铁，鸽子就会迷航。如果鸽子飞过无线电发射塔，强大的电磁波干扰也会使它们迷失方向。
在医学上，利用核磁共振可以诊断人体异常组织，判断疾病，这就是我们比较熟悉的核磁共振成像技术，其基本原理如下：原子核带有正电，并进行自旋运动。通常情况下，原子核自旋轴的排列是无规律的，但将其置于外加磁场中时，核自旋空间取向从无序向有序过渡。自旋系统的磁化矢量由零逐渐增长，当系统达到平衡时，磁化强度达到稳定值。如果此时核自旋系统受到外界作用，如一定频率的射频激发原子核即可引起共振效应。在射频脉冲停止后，自旋系统已激化的原子核，不能维持这种状态，将回复到磁场中原来的排列状态，同时释放出微弱的能量，成为射电信号，把这许多信号检出，并使之时进行空间分辨，就得到运动中原子核分布图像。核磁共振的特点是流动液体不产生信号称为流动效应或流动空白效应。因此血管是灰白色管状结构，而血液为无信号的黑色。这样使血管很容易软组织分开。正常脊髓周围有脑脊液包围，脑脊液为黑色的，并有白色的硬膜为脂肪所衬托，使脊髓显示为白色的强信号结构。核磁共振已应用于全身各系统的成像诊断。效果最佳的是颅脑，及其脊髓、心脏大血管、关节骨骼、软组织及盆腔等。对心血管疾病不但可以观察各腔室、大血管及瓣膜的解剖变化，而且可作心室分析，进行定性及半定量的诊断，可作多个切面图，空间分辨率高，显示心脏及病变全貌，及其与周围结构的关系，优于其他X线成像、二维超声、核素及CT检查。
磁不仅可以诊断，而且能够帮助治疗疾病。磁石是古老中医的一味药材。现在，人们利用血液中不同成分的磁性差别来分离红细胞和白细胞。另外，磁场与人体经络的相互作用可以实现磁疗，在治疗多种疾病方面有独到的作用，已经有磁疗枕、磁疗腰带等应用。用磁铁作成的除铁器可以去除面粉等中可能存在的铁末，磁化水可以防止锅炉结垢，磁化种子可以在一定程度上使农作物增产。
3、天文、地质、考古和采矿等领域的磁应用：
在图片上我们都见过灿烂的北极光。我国自古代就有了北极光的记载。北极光实际上是太阳风中的粒子和地磁场相互作用的结果。太阳风是由太阳发出的高能带电粒子流。当它们到达地球时，与地磁场发生相互作用，就好象带电流的导线在磁场中受力一样，使得这些粒子向南北极运动和聚集，并且和地球高空的稀薄气体相碰撞，结果使气体分子受激发，从而发光。
太阳黑子是太阳上磁场活动非常剧烈的区域。太阳黑子的爆发对我们的生活会产生影响，例如使得无线电通信暂时中断等。因此，研究太阳黑子对我们有重要意义。
地磁的变化可以用来勘探矿床。由于所有物质均具有或强或弱的磁性，如果它们聚集在一起，形成矿床，那么必然对附近区域的地磁场产生干扰，使得地磁场出现异常情况。根据这一点，可以在陆地、海洋或者空中测量大地的磁性，获得地磁图，对地磁图上磁场异常的区域进行分析和进一步勘探，往往可以发现未知的矿藏或者特殊的地质构造。
不同地质年代的岩石往往具有不同的磁性。因此，可以根据岩石的磁性辅助判断地质年代的变化以及地壳变动。
很多矿藏资源都是共生的，也就是说好几种矿物质混合的一起，它们具有不同的磁性。利用这个特点，人们开发了磁选机，利用不同成分矿物质的不同磁性以及磁性强弱的差别，用磁铁吸引这些物质，那么它们所受到的吸引力就有所区别，结果可以将混在一起的不同磁性的矿物质分开，实现了磁性选矿。
4、军事领域的磁应用：
磁性材料在军事领域同样得到了广泛应用。例如，普通的水雷或者地雷只能在接触目标时爆炸，因此作用有限。而如果在水雷或地雷上安装磁性传感器，由于坦克或者军舰都是钢铁制造的，在它们接近（无须接触目标）时，传感器就可以探测到磁场的变化使水雷或地雷爆炸，提高了杀伤力。
在现代战争中，制空权是夺得战役胜利的关键之一。但飞机在飞行过程中很容易被敌方的雷达侦测到，从而具有较大的危险性。为了躲避敌方雷达的监测，可以在飞机表面涂一层特殊的磁性材料－吸波材料，它可以吸收雷达发射的电磁波，使得雷达电磁波很少发生反射，因此敌方雷达无法探测到雷达回波，不能发现飞机，这就使飞机达到了隐身的目的。这就是大名鼎鼎的“隐形飞机”。隐身技术是目前世界军事科研领域的一大热点。美国的F117隐形战斗机便是一个成功运用隐身技术的例子。
在美国的“星球大战”计划中，有一种新型武器“电磁武器”的开发研究。传统的火炮都是利用弹药爆炸时的瞬间膨胀产生的推力将炮弹迅速加速，推出炮膛。而电磁炮则是把炮弹放在螺线管中，给螺线管通电，那么螺线管产生的磁场对炮弹将产生巨大的推动力，将炮弹射出。这就是所谓的电磁炮。类似的还有电磁导弹等。
总之，物理知识从生活实际到高科技前沿，它的应用十分广泛。作为一名物理教师，不仅要使学生理解学习物理知识的重要性，认识物理知识在当代社会中的重要作用，更要引导学生关注物理学的最新发展，使学生将所学物理知识与当前的社会实践和生活实际结合起来，坚持与时俱进，坚持科学发展观，利用物理知识推动社会和谐发展，更好地造福于人类。

㈧ 举一些利用超导材料的例子

1962年，年仅20多岁的剑桥大学实验物理研究生约瑟夫逊在著名科学家安德森指导下研究超导体能隙性质，他提出在超导结中，电子对可以通过氧化层形成无阻的超导电流，这个现象称作直流约瑟夫逊效应。当外加直流电压为V时，除直流超导电流之外，还存在交流电流，这个现象称作交流约瑟夫逊效应。将超导体放在磁场中，磁场透入氧化层，这时超导结的最大超导电流随外磁场大小作有规律的变化。约瑟夫逊的这一重要发现为超导体中电子对运动提供了证据，使对超导现象本质的认 识更加深入。约瑟夫森效应成为微弱电磁信号探测和其他电子学应用的基础。

70年代超导列车成功地进行了载人可行性试验。超导列车是在车上安装强大的超导磁体，地上安放一系列金属环状线圈。当车辆行进时，车上的磁体在地上的线圈中感应起相反的磁极，使两者的斥力将车子浮出地面。车辆在电机牵引下无摩擦地前进，时速可高达500千米。

1987年3月12日中国北京大学成功地用液氮进行超导磁悬浮实验。

1987年日本铁道综合技术研究所的“MLU002”号磁悬浮实验车开始试运行

1991年3月日本住友电气工业公司展示了世界上第一个超导磁体。

1991年10月日本原子能研究所和东芝公司共同研制成核聚变堆用的新型超导线圈。该线圈电流密度达到每平方毫米40安培，为过去的3倍多，达到世界最高水准。该研究所把这个线圈大型化后提供给国际热核聚变堆使用。这个新型磁体使用的超导材料是铌和锡的化合物。

1992年1月27日第一艘由日本船舶和海洋基金会建造的超导船“大和”1号在日本神户下水试航。超导船由船上的超导磁体产生强磁场，船两侧的正负电极使水中电流从船的一侧向另一侧流动，磁场和电流之间的洛化兹力驱动船舶高速前进。这种高速超导船直到目前尚未进入实用化阶段，但实验证明，这种船舶有可能引发船舶工业爆发一次革命，就像当年富尔顿发明轮船最后取代了帆船那样。

1992年一个以巨型超导磁体为主的超导超级对撞机特大型设备，于美国得克萨斯州建成并投入使用，耗资超过82亿美元。

1996年改进高温超导电线的研究工作取得进展，制成了第一条地下输电电缆。欧洲电缆巨头皮雷利电缆公司、美国超导体公司和旧金山的电力研究所的工人，共同把6000米长的铋、锶、钙、铜和氧制成的线缠绕到一根保持超导温度的液氮的空管子上。

目前国内外的研究状况及发展趋势

强磁场实验装置是开展强磁场下物理实验的最基本条件。建立20T以上的稳态强磁场装置是复杂的涉及多学科和高难度的大型综合性科学工程，其建设费用高，磁体装置的运行费用也很高。正因为如此，目前国际上拥有20T以上的稳态磁体的强磁场实验中心仅分布在主要的工业大国。世界上第一个强磁场实验室于1960年建于美国的MIT。随后，欧州的英国、荷兰、法国和德国以及东欧和苏联相继在70年代建立了强磁场实验室。日本的强磁场实验室建于80年代初。磁场水平由60年代的20T，提高到80年代的30T。90年代初，美国政府决定在Florida建立新的国家强磁场实验室,日本在筑波建立了新的强磁场实验室,强场磁体技术有了长足的进步和发展，稳态磁场水平近期可望达到40-50T。

伴随着强磁场实验室的建立，强磁场下的物理研究也在不断深入。量子霍尔效应的发现得到了1985年诺贝尔物理学奖。它是在20T稳态强磁场中研究金属－氧化物－半导体场效应晶体管输运过程时观测到的。近年来，有关强磁场下物理工作的文章对每个强磁场实验室来说平均每年都在上百篇，其中有很多重要的科学发现。目前的发展趋势普遍是将凝聚态物理学领域中前沿的研究对象如高温超导材料、纳米材料、低维系统等同强磁场极端条件相结合加以研究。在Grenoble强磁场实验室，半导体材料和半导体超晶格中的光电特性以及元激发及其互作用等是其主要的研究内容，而在美国、日本等强磁场实验室，则侧重在高温超导材料、低维系统、强关联电子系统、人造超晶格以及新材料等方面。同时，强磁场下的化学反应过程、生物效应等方面的研究也逐渐为人们所重视。

在中国虽有一些6T-12T的超导磁体分散在全国各地，但尚未形成一个全国性的强磁场实验中心，我国在10T以上稳态强磁场下的系统的科学研究工作尚属空白。为满足国内强磁场研究工作的需要，早在1984年中国科学院数理学部就组织论证，决策在等离子体物理研究所建立以20T稳态强磁场装置为主体的强磁场实验室。该装置于1992年建成并投入运行。与此同时，实验室相继建成了多个能满足不同物理实验、场强在15T左右的稳态强磁场装置，配备了相应的输运和磁化测量系统以及低温系统。中国科学院院士、著名物理学家冯端先生在了解了合肥强磁场实验室的情况后非常感慨地说：过去中国没有强磁场条件，对有关强磁场下的物理工作连想都不敢想，现在有了强磁场条件我们应该好好的考虑考虑这方面的问题了。

超导科学研究

1.非常规超导体磁通动力学和超导机理

主要研究混合态区域的磁通线运动的机理，不可逆线性质、起因及其与磁场和温度的关系，临界电流密度与磁场和温度的依赖关系及各向异性。超导机理研究侧重于研究正常态在强磁场下的磁阻、霍尔效应、涨落效应、费米面的性质以及T<Tc时用强磁场破坏超导达到正常态时的输运性质等。对有望表现出高温超导电性的体系象有机超导体等以及在强电方面具有广阔应用前景的低温超导体等，也将开展其在强磁场下的性质研究。

2.强磁场下的低维凝聚态特性研究

低维性使得低维体系表现出三维体系所没有的特性。低维不稳定性导致了多种有序相。强磁场是揭示低维凝聚态特性的有效手段。主要研究内容包括：有机铁磁性的结构和来源；有机（包括富勒烯）超导体的机理和磁性；强磁场下二维电子气中非线性元激发的特异属性；低维磁性材料的相变和磁相互作用；有机导体在磁场中的输运和载流子特性；磁场中的能带结构和费米面特征等。

3.强磁场下的半导体材料的光、电等特性

强磁场技术对半导体科学的发展愈益变得重要，因为在各种物理因素中，外磁场是唯一在保持晶体结构不变的情况下改变动量空间对称性的物理因素，因而在半导体能带结构研究以及元激发及其互作用研究中，磁场有着特别重要的作用。通过对强磁场下半导体材料的光、电等特性开展实验研究，可进一步理解和把握半导体的光学、电学等物理性质，从而为制造具有各种功能的半导体器件并发展高科技作基础性探索。

4.强磁场下极微细尺度中的物理问题

极微细尺度体系中出现许多常规材料不具备的新现象和奇异特性，这与这类材料的微结构特别是电子结构密切相关。强磁场为研究极微细尺度体系的电子态和输运特性提供强有力的手段，不但能进一步揭示这类材料在常规条件下难以出现的奇异现象，而且为在更深层次下认识其物理特性提供丰富的科学信息。主要研究强磁场下极微细尺度金属、半导体等的电子输运、电子局域和关联特性；量子尺寸效应、量子限域效应、小尺寸效应和表面、界面效应；以及极微细尺度氧化物、碳化物和氮化物的光学特性及能隙精细结构等。

5.强磁场化学

强磁场对化学反应电子自旋和核自旋的作用，可导致相应化学键的松驰，造成新键生成的有利条件，诱发一般条件下无法实现的物理化学变化，获得原来无法制备的新材料和新化合物。强磁场化学是应用基础性很强的新领域，有一系列理论课题和广泛应用前景。近期可开展水和有机溶剂的磁化及机理研究以及强磁场诱发新化学反应研究等。

6.磁场下的生物学、生物－医学研究等

磁体科学和技术

强磁场的价值在于对物理学知识有重要贡献。八十年代的一个概念上的重要进展是量子霍尔效应和分数量子霍耳效应的发现。这是在强磁场下研究二维电子气的输运现象时发现的（获85年诺贝尔奖）。量子霍尔效应和分数量子霍尔效应的发现激起物理学家探索其起源的热情，并在建立电阻的自然基准，精确测定基本物理常数e，h和精细结构常数(＝e2/h(0c等应用方面，已显示巨大意义。高温超导电性机理的最终揭示在很大程度上也将依赖于人们在强磁场下对高温超导体性能的探索。

熟悉物理学史的人都清楚，由固体物理学演化为凝聚态物理学，其重要标志就在于其研究对象的日益扩大，从周期结构延伸到非周期结构，从三维晶体拓宽到低维和高维，乃至分数维体系。这些新对象展示了大量新的特性和物理现象，物理机理与传统的也大不相同。这些新对象的产生以及对新效应、新现象的解释使得凝聚态物理学得以不断的丰富和发展。在此过程中，极端条件一直起着至关重要的作用，因为极端条件往往使得某些因素突出出来而同时抑制其它因素，从而使原本很复杂的过程变得较为简单，有利于直接了解物理本质。

相对于其它极端条件，强磁场有其自身的特色。强磁场的作用是改变一个系统的物理状态，即改变角动量（自旋）和带电粒子的轨道运动，因此，也就改变了物理系统的状态。正是在这点上，强磁场不同于物理学的其他一些比较昂贵的手段，如中子源和同步加速器，它们没有改变所研究系统的物理状态。磁场可以产生新的物理环境，并导致新的特性，而这种新的物理环境和新的物理特性在没有磁场时是不存在的。低温也能导致新的物理状态，如超导电性和相变，但强磁场极不同于低温，它比低温更有效，这是因为磁场使带电的和磁性粒子的远动和能量量子化，并破坏时间反演对称性，使它们具有更独特的性质。

强磁场可以在保持晶体结构不变的情况下改变动量空间的对称性，这对固体的能带结构以及元激发及其互作用等研究是非常重要的。固体复杂的费米面结构正是利用强磁场使得电子和空穴在特定方向上的自由运动从而导致磁化和磁阻的振荡这一原理而得以证实的。固体中的费米面结构及特征研究一直是凝聚态物理学领域中的前沿课题。当今凝聚态物理基础研究的许多重大热点都离不开强磁场这一极端条件，甚至很多是以强磁场下的研究作为基础。如波色凝聚只发生在动量空间，要在实空间中观察到此现象必需在非均匀的强磁场中才得以可能。又如高温超导的机理问题、量子霍尔效应研究、纳米材料和介观物体中的物理问题、巨磁阻效应的物理起因、有机铁磁性的结构和来源、有机（包括富勒烯〕超导体的机理和磁性、低维磁性材料的相变和磁相互作用、固体中的能带结构和费米面特征以及元激发及其互作用研究等等，强磁场下的研究工作将有助于对这些问题的正确认识和揭示，从而促进凝聚态物理学的进一步发展和完善。

带电粒子象电子、离子等以及某些极性分子的运动在磁场特别是在强磁场中会产生根本性变化。因此，研究强磁场对化学反应过程、表面催化过程、材料特别是磁性材料的生成过程、生物效应以及液晶的生成过程等的影响，有可能取得新的发现，产生交叉学科的新课题。强磁场应用于材料科学为新的功能材料的开发另辟新径，这方面的工作在国外备受重视，在国内也开始有所要求。高温超导体也正是因为在未来的强电领域中蕴藏着不可估量的应用前景才引起科技界乃至各国政府的高度重视。因此，强磁场下的物理、化学等研究，无论是从基础研究的角度还是从应用角度考虑都具有非常重要的科学和技术上的意义，通过这一研究，不仅有助于将当代的基础性研究向更深层次开拓，而且还会对国民经济的发展起着重要的推动作用。

近期的研究课题

1.强磁场下低维系统的输运性质和Shubnikov-deHaas效应（国家自然科学基金项目）

层状钙钛结构La-M-Mn-O(M=Ca,Sr,Ba)体系是1994年刚观察到巨大的巨磁阻效应的单位体系，其形成机制尚不清楚，并且到目前为止仅限于电阻的磁场关系和温度关系研究，其他输运性质的测量尚未见报道。我们将着重强磁场（直到20T）下Hall效应及其磁场关系和温度关系的研究，这是探索导电和巨磁阻效应的机制和电子结构的一个重要方法。另一方面，这一测量可以为观测量子振荡现象，如deHass-vanAlphen效应和Shubnikov-deHaas效应的条件，即h(>kBT和(c(>>1所必须的磁场强度作出判断。为开展这类材料费米性质研究奠定基础。

有机导体和超导体，由于小的电子有效质量和高的迁移率，10－20T强磁场可以满足观察量子振荡现象的必要条件。我们将利用磁阻测量中的Shubnikov-deHaas效应，研究有机导体和有机超导体的费米面性质作为主要目标，并研究其它输运性质。

以上研究中微弱信号的检测是这一研究中的关键技术之一，我们已经建立，有待进一步提高。高的样品质量是这研究的另一重要问题。否则，量子振荡会因为量子轨道受到碰撞而模糊不清。我们拟利用高质量的单晶或外延薄膜满足这一要求。

本项目的特色与创新之处：

1.利用20T强磁场和温度这一极端条件，以研究低维体系的电子能带结构，乃至费米面为目的的输运性质研究，在国内尚属首次；

2.层状钙钛矿结构导体La-M-Mn-O(M=Ca,Sr,Ba)的输运性质是凝聚态物理中的前沿课题。有关强磁场下电子能带结构和Hall效应的研究尚未见报道。

3.在强磁场和低温条件下，存在着新的科学机遇，可望新现象和新效应的发现。

2.高温超导体磁通动力学及高温超导机理的探索（院九五重点基金项目）

高温超导机理虽进行了大量的理论和实验研究，但至今仍然是一个未被解决的问题，对其正常态性质特别是低温下的正常态性质系统的了解将有助于对这一问题的正确揭示。由于高Tc材料的Tc太高，人们无法研究其低温下但仍处于正常态时的行为，同时由于上临界场又非常高，大大超过目前实验室所能达到的最大稳态场，因此以往那种用外加磁场迫使超导样品进入正常态的方法失去了意义。因此，选择Tc低但又能反映高温超导特征的合适体系对这一问题的研究尤为重要，这样就可以利用实验室所能达到的稳态强磁场条件，通过强磁场迫使超导样品进入正常态以开展其低温下的正常态特性研究，从而为正确揭示高温超导电性的机理提供实验依据。

高温超导体进入混合态后的行为虽然显示出和常规二类超导体相类似的行为，但存在众多的实验现象在常规理论的基础上不能得以解释。早在其发现后不久人们就注意到，在这类材料的H-T图上，除了临界场强Hc1与Hc2的曲线外，还多一条不可逆线Hirr(T)。进一步研究表明在Hc1与Hirr(T)之间的区域磁通点阵是不可移动的因而保持零电阻特征，而在Hirr(T)与Hc2之间的区域磁通点阵是可移动的故有电阻出现，意味着高温超导体的应用范围将局限在一定的Hirr(T)值之下。因此，探讨不可逆线的物理本质是否是内禀的以及哪些因素对其有影响，无论是物理的角度还是从这类材料今后的应用前景角度考虑都是非常有意义的。另外一个基本的但至今仍没有定论的问题是不可逆线之上的磁通动力学行为，常规的针对第二类超导体所提出的一些基本图象在Hirr(T)与Hc2之间的区域是否仍然成立，还有在这一区域的涡旋运动规律如何，特别是在高温下但钉扎势很弱的情况下的涡旋运动如何去描述等等，这些问题的澄清有待于实验上的更深入地系统研究。

主要研究内容:

1.高温超导电性的机理

选择具有低Tc但又能反映高温超导体特征的La-Sr-Cu-O系统作为研究对象，外加强磁场迫使超导样品进入正常态，开展很低温度但仍处在正常态时的输运性质，主要有三方面的研究内容，一是研究沿导电层的电阻率随温度的变化行为以探讨电子散射机制；二是研究沿垂直于导电层方向的电阻率随温度的变化行为，探讨相邻导电层之间的其它层性质对系统整体的性能影响，并探讨低温时沿导电层的电阻率和沿垂直于导电层的电阻率之比是否仍然象高温时那样强烈地依赖于温度；三是通过霍尔系数的测量，研究它随温度的变化行为以及这种变化是否可以基于费米液体理论得以解释。最终期望为正确揭示高温超导电性的机理提供实验依据；四是，由于高温超导体的未掺杂原型相是磁性绝缘体，通过掺杂引入了载流子，相应的磁性响应发生改变，在此过程中包含有丰富的物理相变内容，伴随着相变的发生，载流子的浓度和类型、局域化行为、铜氧化物层上的电子散射机理以及层间的藕合机理等均会明显改变，从而最终导致这类材料的整体性质的千变万化，深入研究各种相变的特征以及探讨局域化行为是本研究的主要内容之一。

2.混合态磁通动力学行为及相关的物理现象

从实验角度研究La-Sr-Cu-O高温超导体磁场下的电阻转变的展宽、临界电流密度随温度的变化规律、I-V曲线等。通过磁阻和I-V以及临界电流密度等的测量并结合磁化实验，希望对不可逆线的物理本质以及影响其行为的因素有所了解；通过不同的电流和磁场几何位型下的输运性质的测量并与已有的模型作定量地比较性研究，以探讨磁通运动的规律；对临界电流密度作深入的系统实验研究，探讨磁通钉扎机理以及改善磁场下临界电流密度的有效途径。最终希望在这些研究的基础上来间接地探讨高温超导体混合态时的磁通动力学行为。

3.强磁场下Bi－2201单晶的输远性质研究（国家超导攻关项目）

自从高温超导体被发现以来，对它的超导态进行了大量的实验及理论研究。人们发现它的超导态基本上是正常的，即除了相干长度较短及几乎没有同位素效应外高Tc材料在超导态上与超导体没有什么不同。但是，高温超导体的正常态却表现出很复杂的情况。尽管人们对高Tc材料的正常态有了许多了解，但仍然有许多问题尚未弄清楚。其中一个重要原因就是高Tc材料的Tc太高，人们很难研究它的低温行为。而同时它的上临界场又非常高，大约在100T以上。这么强的磁场大大超过目前实验室能够得到的最高稳态磁场。因此，以往那种加磁场迫使样品进入正常态的方法失去了意义。另一方面，有些高Tc材料的重要的实验现象必须得在较低的温度下澄清。例如，高Tc材料的电阻率在低温下正比于温度的一次方。而不是温度的五次方（电声相互作用的结果）。

有人认为，这可能是由于高Tc材料的德拜温度太低造成的。因为电阻率的T5行为仅在1/4德拜温度以下出现。如果假定德拜温度为100K，则T5行为应出现在25K以下。因此为了澄清这类疑难问题，也必须寻找一种Tc在10K以下的高Tc材料。热电势也有类似的情况。因此综合上面的分析，不难看出，为了更好地研究高Tc材料的正常态性质，我们必须寻找一种高Tc材料，它的Tc是越低越好。

Bi－2201相对所有高Tc材料具有最低的Tc（单晶样品大约在7K左右），而且它的结构相对简单，仅有一层铜氧面。但是2201相具有复杂的相关系，超导的Bi－2201仅存在于相图上一个很窄的范围内。早期甚至有人认为它是不超导的。因此许多有关Bi-2201相的物理工作都在不超导的样品上进行的。掺杂La可以使超导单晶相对容易获得，我们的最新结果是Tc可以高达25K，目的就是研究它的正常态输运性质。研究它的正常态电阻率是否起多大作用。研究它的霍尔系数是否有对温度很强的温度依赖性，而这种强的温度依赖性能否用费米液体的观点来解释。研究它的热电势能否用传统的理论来解释，从而为高Tc的研究工作提供重要的实验证据。