物理學(xué)術(shù)課程論文3000字

　　物理學(xué)是其他各自然科學(xué)學(xué)科的研究基礎(chǔ)，它的理論結(jié)構(gòu)充分地運(yùn)用數(shù)學(xué)作為自己的工作語(yǔ)言，以實(shí)驗(yàn)作為檢驗(yàn)理論正確性的唯一標(biāo)準(zhǔn)。下面是學(xué)習(xí)啦小編帶來(lái)的關(guān)于物理學(xué)術(shù)論的內(nèi)容，歡迎閱讀參考!

　　物理學(xué)術(shù)論文3000字篇一

　　《試談空間的物理學(xué)》

　　摘 要 近些年來(lái),在微重力環(huán)境中進(jìn)行基礎(chǔ)物理 研究 涉及到許多重大的基礎(chǔ)物理課題,引起了國(guó)際 理論 物理界的關(guān)注,并被稱為空間的基礎(chǔ)物 理學(xué) ;進(jìn)而,各國(guó)的空間局逐漸將微重力 科學(xué) 稱之為,但并沒有改變微重力科學(xué)的基本 內(nèi)容 .隨著國(guó)際空間站逐漸組裝完成,空間站成員國(guó)正抓緊安排計(jì)劃中的微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,預(yù)計(jì)會(huì)在2016年以前取得一批重大成果.另一方面,需要在專門衛(wèi)星上進(jìn)行的引力理論和廣義相對(duì)論驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),也在安排之中.在美國(guó)進(jìn)行GP-B衛(wèi)星計(jì)劃后,探測(cè)引力波的LISA計(jì)劃受到廣泛的關(guān)注.將在促進(jìn)重大學(xué)術(shù)成果和開拓新的技術(shù) 發(fā)展 兩方面不斷取得進(jìn)展.

　　關(guān)鍵詞 微重力科學(xué),基礎(chǔ)物理,流體物理,燃燒學(xué),材料科學(xué),生物技術(shù)

　　1 引言

　　當(dāng)一個(gè)空間飛行器環(huán)繞地球以第一宇宙速度自主飛行時(shí),我們可以選擇一個(gè)(局部)慣性 參考 系,其原點(diǎn)位于空間飛行器的質(zhì)心位置.如果不考慮大氣阻力､光輻射壓力､質(zhì)心偏離引起的各種擾動(dòng)力,則空間飛行器中物體受到的地球引力與運(yùn)動(dòng)離心力抵消,物體處于“失重”狀態(tài),或者說物體處于微重力水平中.所謂“微重力”是指該處的有效重力水平為地球表面重力水平的10-6.在實(shí)際的繞地球飛行器中,有效重力水平與頻率相關(guān),低頻時(shí)達(dá)到10-3,高頻時(shí)優(yōu)于10-6.除了地面的落塔､拋物線飛行的失重飛機(jī)和可達(dá)十幾分鐘的微重力火箭外,用于微重力實(shí)驗(yàn)的空間飛行器有返回式衛(wèi)星和不返回衛(wèi)星､載人飛船､航天飛機(jī)和空間站.各種載人空間飛行器不可避免人的干擾,飛行器中的有效重力很難達(dá)到微重力水平;而驗(yàn)證引力理論的高分辨率空間實(shí)驗(yàn)需要非常低的飛 (femto,亳微微)重力至阿(atto,微微微)重力環(huán)境,一般需要發(fā)射專門的基礎(chǔ)物理衛(wèi)星.

　　隨著載人空間活動(dòng)的發(fā)展,人們需要進(jìn)一步認(rèn)識(shí)微重力環(huán)境中的物質(zhì)運(yùn)動(dòng) 規(guī)律 ,從而發(fā)展了微小重力這種極端環(huán)境下的學(xué)術(shù)領(lǐng)域——微重力科學(xué).在微重力環(huán)境中,地球重力的 影響 極大地減弱,控制地面過程的浮力對(duì)流､沉淀和分層以及由重力引起的靜壓梯度都極大地降低,表面張力和潤(rùn)濕等作用變得突出.從上世紀(jì)七八十年代以來(lái),微重力科學(xué)主要研究微重力流體物理､微重力燃燒､空間材料科學(xué)和空間生物技術(shù).近十余年來(lái),微重力條件提供的高精度物理環(huán)境吸引了一批理論物理學(xué)家,他們希望利用空間的微重力環(huán)境能更好地檢驗(yàn)廣義相對(duì)論和引力理論以及低溫原子物理和低溫凝聚態(tài)物理的許多基礎(chǔ)物理前沿 問題 .這樣就形成了微重力科學(xué)的一個(gè)新領(lǐng)域——空間基礎(chǔ)物理.近來(lái),人們常常把這些微重力科學(xué)的領(lǐng)域統(tǒng)稱為,它是利用微重力環(huán)境來(lái)研究物理學(xué)規(guī)律,以區(qū)別于在地面重力環(huán)境中的物理學(xué).要指出的是,中文的 “”和 “空間物理”是兩個(gè)不同的概念,后者主要研究太陽(yáng)系等離子體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和行星科學(xué),而不涉及基礎(chǔ)物理的前沿問題.

　　2 空間基礎(chǔ)物理

　　2.1 廣義相對(duì)論驗(yàn)證和引力理論 [1]

　　引力質(zhì)量m g 和慣性質(zhì)量m i 相等的(弱)等效原理是廣義相對(duì)論愛因斯坦強(qiáng)等效原理假設(shè)的基礎(chǔ) [12] .有 文獻(xiàn) 記載的弱等效原理驗(yàn)證始于牛頓的擺實(shí)驗(yàn),Eotvos的扭稱實(shí)驗(yàn)更為精確; 現(xiàn)代 的月-地激光測(cè)距實(shí)驗(yàn)則檢驗(yàn)了強(qiáng)等效原理 [12] .到 目前 為止 [12] ,弱等效原理的實(shí)驗(yàn)精度η=2∣m g -m i ∣/(m g +m i )已達(dá)10-13,在地基實(shí)驗(yàn)中已再難提高.現(xiàn)在的一些引力理論認(rèn)為,將測(cè)量精度提高到10-15以上有可能揭示廣義相對(duì)論的問題,具有很大的學(xué)術(shù)價(jià)值,這只能在空間微重力條件下才能實(shí)現(xiàn) [2] .國(guó)際上蘊(yùn)釀多年的“等效原理的衛(wèi)星檢驗(yàn)”(STEP)計(jì)劃,試圖將弱等效原理的實(shí)驗(yàn)精度提高到10-18.STEP計(jì)劃一直沒有獲得美國(guó)的立項(xiàng)經(jīng)費(fèi)支持,現(xiàn)在的立項(xiàng)經(jīng)費(fèi)就更加困難了.目前歐洲一些國(guó)家正在爭(zhēng)取安排Mini STEP計(jì)劃,其實(shí)驗(yàn)精度為10-15;法國(guó)的小型衛(wèi)星(MicroScope)計(jì)劃于2010年發(fā)射,擬在10-15精度上檢驗(yàn)弱等效原理 [13] .引力探測(cè)-乙(Gravity Probe-B, GP-B)計(jì)劃是美國(guó)空間局主持的計(jì)劃,由美國(guó)斯坦福大學(xué)GP-B小組負(fù)責(zé).該計(jì)劃的主要任務(wù)是驗(yàn)證廣義相對(duì)論的空間彎曲和拖曳效應(yīng),即驗(yàn)證時(shí)間和空間因地球大質(zhì)量物體存在而彎曲(測(cè)地效應(yīng)),和大質(zhì)量物體的旋轉(zhuǎn)拖動(dòng)周圍時(shí)空結(jié)構(gòu)發(fā)生扭曲(慣性系拖曳效應(yīng)).用4個(gè)旋轉(zhuǎn)球體作為陀螺儀,地球引力拖曳會(huì)影響球體的轉(zhuǎn)軸.用飛馬星座中的一顆恒星校準(zhǔn)陀螺自旋軸的方向,用望遠(yuǎn)鏡測(cè)量“測(cè)地效應(yīng)”.通過球體轉(zhuǎn)軸進(jìn)動(dòng)0.000011度,探測(cè)“慣性系拖曳效應(yīng)”.GP-B衛(wèi)星于2004年4月發(fā)射,2005年9月終止數(shù)據(jù)采集.原預(yù)計(jì)2006年夏公布結(jié)果,但是,由于電場(chǎng)等因素影響了球體的方位,仍需對(duì)其他影響進(jìn)行研究.現(xiàn)正在加緊 分析 真正有效的時(shí)空信號(hào)數(shù)據(jù),并盡快宣布觀測(cè)結(jié)論.初步結(jié)果顯示,較顯著的‘測(cè)地效應(yīng)’從數(shù)據(jù)中完全可見,正在完全證實(shí)廣義相對(duì)論的道路上前進(jìn);剛剛看到 “慣性系拖曳效應(yīng)”的端倪.實(shí)驗(yàn)結(jié)果似乎驗(yàn)證了廣義相對(duì)論的理論,人們正在期待著最后宣布的科學(xué)結(jié)果 [3] .

　　引力波是廣義相對(duì)論理論預(yù)言的現(xiàn)象,40年前聲稱在地面測(cè)量到高頻引力波,激起引力探測(cè)的熱潮.低頻引力波只能在空間探測(cè).歐洲空間局和美國(guó)空間局聯(lián)合推進(jìn)空間探測(cè)引力波的“激光干涉全球天線”(LISA)計(jì)劃,它的探測(cè)源是108太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞,相應(yīng)的頻率是10-3—10-1Hz.LISA計(jì)劃由相距500萬(wàn)公里等邊近三角形的三顆衛(wèi)星組成,每顆衛(wèi)星分別有2個(gè)懸浮的試驗(yàn)質(zhì)量,位于激光器平臺(tái)的前端.引力波傳到衛(wèi)星環(huán)境中,將引起試驗(yàn)質(zhì)量微小的位移,通過激光干涉 方法 測(cè)量小于納米量級(jí)的位移,推演出引力波的存在.為了驗(yàn)證LISA計(jì)劃的關(guān)鍵技術(shù),將于2010年發(fā)射LISA Pathfinder衛(wèi)星,而LISA計(jì)劃預(yù)計(jì)在2019年以后發(fā)射.引力波探測(cè)的成功不僅可以驗(yàn)證廣義相對(duì)論理論的預(yù)言,還將開辟引力波天文學(xué),具有極大的重要性.歐洲空間局將LISA計(jì)劃列為中､遠(yuǎn)期的首選項(xiàng)目,美國(guó)空間局“超越愛因斯坦”計(jì)劃兩大衛(wèi)星之一的“大爆炸觀測(cè)臺(tái)”衛(wèi)星也是探討測(cè)量中頻(0.1—1.0Hz)引力波.空間引力波探測(cè)的學(xué)術(shù)重要性由此可見一斑.

　　我國(guó)空間科學(xué)的發(fā)展需要研討引力理論,研究衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)的方案,大家正在集思廣益. 中國(guó) 科學(xué)院理論物理研究所張?jiān)偌捌渌麑＜衣?lián)合提出TEPO計(jì)劃,建議在10-16精度內(nèi)驗(yàn)證弱等效原理和在10-14精度內(nèi)驗(yàn)證新型的二維等效原理;華中 科技 大學(xué)羅俊等人提出TISS計(jì)劃,希望利用高精度空間靜電懸浮加速度計(jì)將檢驗(yàn)牛頓引力的反比定律精度提高3個(gè)數(shù)量級(jí).中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)倪維斗的計(jì)劃是希望探測(cè)低頻(5×10-6 — 5×10-3Hz)引力波;中國(guó)科學(xué)院 應(yīng)用 數(shù)學(xué)研究所劉潤(rùn)球則關(guān)注空間的中頻(10-2 — 100Hz)引力波探測(cè).這些方案都還在蘊(yùn)釀過程中.

　　2.2 空間冷原子物理和原子鐘研究

　　激光冷卻和玻色-愛因斯坦凝聚(BEC)曾分別于1997年和2001年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),它們是當(dāng)代物理學(xué)最活躍的前沿領(lǐng)域之一.BEC有時(shí)也稱為物質(zhì)的第五態(tài),它是1925年愛因斯坦預(yù)言的物質(zhì)狀態(tài),即當(dāng)氣體溫度低于其極限溫度時(shí),所有冷原子都聚集在最低量子能態(tài)上,表現(xiàn)出玻色子的特證.作為一種新的物質(zhì)狀態(tài),它包含著許多新的基本物理規(guī)律,等待人們?nèi)ヌ剿?諸如物質(zhì)波及其相干性､低溫極限(10-15 K)､量子相變等.另一方面,它蘊(yùn)育著許多重大的應(yīng)用前景,諸如原子激光､高精度時(shí)標(biāo)等.微重力環(huán)境可以更好地降低氣體的溫度,改進(jìn)譜線的寬度和穩(wěn)定性,提高系統(tǒng)的信噪比,從而為研究提供更好的條件.歐洲空間局的空間BEC研究也正在安排當(dāng)中.

　　作為該領(lǐng)域的一個(gè)重要應(yīng)用項(xiàng)目,空間冷氣體原子鐘的研制受到重視.地面通過激光冷卻和冷原子噴泉效應(yīng),可以使冷氣體原子鐘的精度達(dá)到10-16.而在微重力環(huán)境中,則可以使冷氣體原子鐘的精度提高一個(gè)數(shù)量級(jí),從而在軍事和民用上產(chǎn)生極大的價(jià)值.歐洲空間局和美國(guó)國(guó)家航空和空間署都將空間冷原子鐘研究作為國(guó)際空間站的重要研究項(xiàng)目.

　　中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所王育竹在地基的BEC研究中取得很好的成果 [4] ,正在準(zhǔn)備研制空間的超高精度冷原子微波鐘,精度可達(dá)10-17;華東師范大學(xué)馬龍生提出進(jìn)行空間高精度光鐘研究的建議,精度可達(dá)10-18.

　　2.3 低溫凝聚態(tài)物理

　　凝聚態(tài)物質(zhì)在極低溫條件下會(huì)表現(xiàn)出許多特異的性質(zhì),成為物 理學(xué) 的新熱點(diǎn).微重力條件可以實(shí)現(xiàn)極小的靜壓梯度,可以提供更高精度的物理學(xué)實(shí)驗(yàn)條件,從而在更高精度下驗(yàn)證 理論 和揭示新的 規(guī)律 .美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室在航天飛機(jī)上完成了液氦在臨界溫度附近(納度的精度內(nèi))的比熱奇異性實(shí)驗(yàn),初步驗(yàn)證了二階相變的重整化群理論 [1] . 科學(xué) 家們提出了一批空間實(shí)驗(yàn)課題,諸如超流氦相變動(dòng)力學(xué),連續(xù)相變的普適性,氣-液臨界點(diǎn)的尺度規(guī)律,約束于不同幾何形狀和尺度的液氦性質(zhì),相圖特殊點(diǎn)附近氦混合物的性質(zhì),約束和邊界效應(yīng),非平衡相變,分形結(jié)構(gòu)和圖樣形式,臨界現(xiàn)象,超流體的流體動(dòng)力學(xué),量子固體等.這些課題大都需要超低溫條件,因而需要空間大型制冷設(shè)備,耗資巨大.美國(guó)已暫停這方面的 研究 , 中國(guó) 在短期內(nèi)還難于安排相關(guān)的空間實(shí)驗(yàn)條件.

　　3 微重力流體物理

　　微重力流體物理是微重力科學(xué)的重要領(lǐng)域,它是微重力 應(yīng)用 和工程的基礎(chǔ),人類空間探索過程中的許多難題的解決需要借助于流體物理的研究.在基礎(chǔ)研究方面,微重力環(huán)境為研究新力學(xué)體系內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律提供了極好的條件,諸如非浮力的 自然 對(duì)流,多尺度的耦合過程,表面力驅(qū)動(dòng)的流動(dòng),失重條件下的多相流和沸騰傳熱,以及復(fù)雜流體力學(xué)等.可以引入靜Bond數(shù)B o =ρgl 2 /σ或動(dòng)Bond數(shù)B d =ρg l 2 /(∣σ′ T ∣ ΔT)來(lái) 分析 重力作用和表向張力作用的相對(duì)重要性,其中 ρ,σ, g, l 分別是流體密度､界面的表面張力､有效重力加速度和特證尺度,∣σ′ T ∣和ΔT分別是表面張力梯度和特征溫差.Bond數(shù)小于1時(shí),表面張力的作用會(huì)大于重力的作用,這要求小的尺度､或小的重力加速度､或小的密度差,對(duì)應(yīng)于小尺度過程､微重力過程､或中性懸浮過程 [5] .

　　3.1 簡(jiǎn)單流體的對(duì)流和傳熱

　　具有界面的流體體系普遍存在于自然科學(xué)和工程應(yīng)用中.研究熱毛細(xì)對(duì)流的規(guī)律,對(duì)于空間材料加工､生物技術(shù)､燃燒等過程中熱毛細(xì)對(duì)流控制都有重要意義,并對(duì)地面 電子 裝置的熱控制,食品加工過程,化學(xué)工程微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS),薄膜等小尺度的流動(dòng) 問題 也有指導(dǎo)作用.微重力環(huán)境中流體的晃動(dòng)､流體的運(yùn)動(dòng)與固體結(jié)構(gòu)的相互耦合是航天工程中經(jīng)常遇到的問題.對(duì)微重力環(huán)境中簡(jiǎn)單流體的傳熱和傳質(zhì)過程,人們主要研究毛細(xì)系統(tǒng)中臨界現(xiàn)象和浸潤(rùn)現(xiàn)象,熱毛細(xì)對(duì)流的轉(zhuǎn)捩過程和振蕩機(jī)理,液滴熱毛細(xì)遷移及相互作用規(guī)律等方面.流體管理研究也是微重力工程中的重要課題.

　　3.2 多相流的傳質(zhì)和傳熱

　　微重力氣/液兩相流動(dòng)與傳熱研究的主要對(duì)象包括兩相流動(dòng)的流型､沸騰與冷凝傳熱､混合與分離等現(xiàn)象,對(duì)我國(guó)載人航天技術(shù)(如航天器熱與流體管理系統(tǒng)､空間站與深空探測(cè)器等大型航天器動(dòng)力系統(tǒng)､載人航天器環(huán)控生保系統(tǒng)以及空間材料制備與空間生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)等)的 發(fā)展 有直接的應(yīng)用價(jià)值.在微重力環(huán)境中,重力作用被極大地抑制甚至完全消除,更能凸顯氣､液､固相間的傳遞機(jī)制,便于更深刻地揭示其流動(dòng)與傳熱機(jī)理.借助于微重力氣液兩相流動(dòng)與傳熱的深入研究,對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)能源戰(zhàn)略需求和地面常重力環(huán)境中的石油､化工､制造等相關(guān)技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用也有重要指導(dǎo)意義.3.3 復(fù)雜流體

　　復(fù)雜流體是一種分散體系,它指的是具有一種或幾種分散相的物質(zhì)體系,也有人稱之為軟物質(zhì).在重力條件下,復(fù)雜流體的許多行為特征會(huì)受對(duì)流､沉降､分層等干擾,而微重力條件則有助于研究在地面上被重力作用所掩蓋的過程,特別是分子間的相互作用力.微重力復(fù)雜流體研究包括:膠體的聚集和相變研究;懸浮液和乳狀液的穩(wěn)定性研究;復(fù)雜等離子體的結(jié)晶研究;氣溶膠的穩(wěn)定性和聚集行為研究;對(duì)顆粒體系本征運(yùn)動(dòng)行為的研究;臨界點(diǎn)現(xiàn)象的研究;以及材料制備､石油開采和生物流體的相關(guān)問題研究.隨著人類深空探測(cè)活動(dòng)的展開,對(duì)不同重力場(chǎng)中分散體系物質(zhì)的操作與輸運(yùn)的要求,以及對(duì)其運(yùn)動(dòng)規(guī)律認(rèn)知的需求十分迫切.空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅能夠使我們獲得新的科學(xué)知識(shí),而且其科學(xué)成果對(duì)于地面材料及器件制備工藝的創(chuàng)新具有重要指導(dǎo)意義.對(duì)復(fù)雜流動(dòng)現(xiàn)象的研究在材料設(shè)計(jì)中起到了切實(shí)的作用,如對(duì)復(fù)雜流體自組織現(xiàn)象的研究成果已經(jīng)應(yīng)用于納米結(jié)構(gòu)材料和器件的研制.近年來(lái),復(fù)雜流體(軟物質(zhì))的力學(xué)和物理學(xué),接觸角､接觸線和浸潤(rùn)現(xiàn)象等與物理化學(xué)密切相關(guān)的領(lǐng)域也越來(lái)越受到關(guān)注 [6] .

　　3.4 近期的空間實(shí)驗(yàn)

　　隨著國(guó)際空間站的逐步安裝,國(guó)外微重力空間實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目將逐步進(jìn)行. 目前 己經(jīng)納入計(jì)劃中的項(xiàng)目有:

　　●毛細(xì)流動(dòng):不同形狀､介質(zhì)､浸潤(rùn)性､流體管理;

　　●熱毛細(xì)對(duì)流;

　　●流體的梯度漲落;

　　●Soret 系數(shù)測(cè)量;

　　●近臨界和超臨界流體;

　　●蒸發(fā)和冷凝過程:流體的熱管理;

　　●沸騰傳熱;

　　●顆粒材料行為;

　　●膠體和乳劑聚集和穩(wěn)定性;

　　●泡沫穩(wěn)定性.

　　“十一·五”期間,國(guó)家安排了進(jìn)行空間微重力科學(xué)和空間生命科學(xué)研究的“實(shí)踐-10”衛(wèi)星,將完成10項(xiàng)微重力科學(xué)的空間實(shí)驗(yàn).這些實(shí)驗(yàn)包括空間熱毛細(xì)對(duì)流､具有蒸發(fā)界面的對(duì)流､顆粒材料物理､沸騰傳熱､復(fù)雜流體的結(jié)晶等流體物理空間實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目.同對(duì),在載人航天工程第二階段中,還要安排半浮區(qū)液橋､多液滴相互作用､復(fù)雜流體穩(wěn)定性､多相流傳熱等空間實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目.我國(guó)的微重力流體物理已有較好基礎(chǔ),將會(huì)做出較大貢獻(xiàn).

　　微重力流體物理所涉及的許多過程與微尺度流動(dòng)中的過程有許多相似性,引起人們的興趣.以中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所國(guó)家微重力實(shí)驗(yàn)室為主的流體物理研究有不少建樹,獲得國(guó)際同行的好評(píng).

　　4 燃燒科學(xué)

　　燃燒是一門古老的學(xué)科,而地面的燃燒過程都是和浮力對(duì)流密切耦合在一起的,給模型化研究增加了難度.微重力條件下基本上沒有浮力對(duì)流的 影響 ,為研究燃燒的化學(xué)反應(yīng)過程提供了極好的機(jī)遇.1957年,東京大學(xué)Kumagai教授的0.5s落塔實(shí)驗(yàn)研究了乙醇棉球的微重力燃燒過程,開創(chuàng)了微重力燃燒的實(shí)驗(yàn)研究和利用落塔進(jìn)行微重力實(shí)驗(yàn)的 時(shí)代 .落塔設(shè)施己成為進(jìn)行微重力燃燒實(shí)驗(yàn)的有力工具.

　　微重力燃燒涉及了地面燃燒學(xué)的主要領(lǐng)域,美國(guó)國(guó)家航空和空間署將微重力燃燒作為重要的研究方向,歐洲和日本空間局也十分重視.幾乎地面主要的燃燒過程都進(jìn)行了空間微重力實(shí)驗(yàn),諸如預(yù)混氣體燃燒､氣體擴(kuò)散燃燒､液滴燃燒､顆粒和粉塵燃燒等,并研究了典型氣體環(huán)境中燃料表面的點(diǎn)火和傳播,流動(dòng)過程與燃燒的耦合等,發(fā)現(xiàn)了一些新現(xiàn)象,例如燃燒的分散球狀分布等.在許多微重力燃燒過程中,除了通常的吹熄極限,還有輻射損失引起的冷熄極限,這只能在微重力環(huán)境中才能觀測(cè)到.微重力燃燒的研究除了具有重大的機(jī)理意義以外,還在于:利用對(duì)燃燒過程的深刻理解,改進(jìn)地面燃燒過程的效益;利用對(duì)燃燒產(chǎn)物的進(jìn)一步分析,改進(jìn)地面燃燒產(chǎn)物污染環(huán)境.中國(guó)的能源將在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)以煤作為主要燃料,應(yīng)加強(qiáng)微重力煤燃燒的研究 [7] .

　　載人飛行器的安全防火是微重力燃燒的重大課題,自從阿波羅1號(hào)飛船在地面著火,燒死3名宇航員后,美國(guó)國(guó)家航空和空間署就把防火安全作為載人航天的首要問題.特別是今后的長(zhǎng)期載人飛行任務(wù),使防火任務(wù)更加嚴(yán)重.需要研究典型氣體氛圍下沿固體表面的著火條件､火焰?zhèn)鞑ミ^程和熄火條件;還要研究悶燒的各種條件.除進(jìn)行相應(yīng)的模擬研究外,還要進(jìn)行大量的落塔實(shí)驗(yàn),對(duì)逐個(gè)上天的非金屬材料和某些金屬材料進(jìn)行典型氣體環(huán)境下的燃燒實(shí)驗(yàn).同時(shí),還需要制訂載人飛行器的防火規(guī)范.美國(guó)和俄羅斯各自建立了他們的載人航天材料篩選和防火規(guī)范,但載人航天器中的著火事件仍有發(fā)生.因?yàn)檩d人航天器內(nèi)存在著火的條件,問題不可能完全解決.特別是在載人探索火星等長(zhǎng)時(shí)間飛行任務(wù)中,防火規(guī)范還是一個(gè)需要進(jìn)一步探討和研究的課題 [8] .

　　中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所和力學(xué)研究所進(jìn)行了一些微重力燃燒的研究工作.近年來(lái),清華大學(xué)和華中 科技 大學(xué)等煤燃燒重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開始關(guān)注微重力的煤燃燒研究.在“十一·五”期間,非金屬材科燃燒､導(dǎo)線的燒燃､煤的燃燒等項(xiàng)目己列入空間實(shí)驗(yàn)計(jì)劃,應(yīng)能取得好的結(jié)果.

　　5 材料 科學(xué)

　　空間材料科學(xué)曾是微重力科學(xué)中耗資最大的領(lǐng)域,材料科學(xué)各分支領(lǐng)域的學(xué)者都希望在空間微重力環(huán)境中去 研究 凝固過程的機(jī)理和制備高質(zhì)量的材科.空間微重力環(huán)境是制備､研究多元均勻塊體材料的最佳場(chǎng)所,其主要特征就是消除了因重力而產(chǎn)生的沉降､浮力對(duì)流和靜壓力梯度.由于浮力減弱,密度分層效應(yīng)的消失,可以使不同密度的介質(zhì)均勻地混合.由于空間微重力環(huán)境中靜壓力梯度幾乎趨于零,因而能提供更加均勻的熱力學(xué)狀態(tài).這種條件更有利于研究物質(zhì)的熱力學(xué)本質(zhì)和流體力學(xué)本質(zhì),探索､研制新型的材料和發(fā)現(xiàn)材料的新功能. 目前 空間材料科學(xué)研究的重點(diǎn)是利用空間實(shí)驗(yàn)的成果改進(jìn)地面材料制備技術(shù),以及利用空間微重力環(huán)境測(cè)量高溫熔體的輸運(yùn)系數(shù).在國(guó)際空間站的歐洲､美國(guó)和日本壓力艙中,都有材料研究的專柜.

　　利用微重力環(huán)境進(jìn)行材料科學(xué)研究,不僅可以 發(fā)展 材料科學(xué) 理論 ,還可以發(fā)展新型材料和新型加工工藝.微重力環(huán)境可以制備出一些比地面更好的高品質(zhì)材料,空間材料科學(xué)的進(jìn)展及空間材料制備的技術(shù)可以改進(jìn)空間和地面的材料加工,特別是為地面的晶體生長(zhǎng)和鑄造技術(shù)提供幫助.空間材料科學(xué)涉及的領(lǐng)域有金屬材料､半導(dǎo)體材料､光學(xué)晶體材料､納米材料和高分子與生物醫(yī)學(xué)材料等 [9] .

　　我國(guó)空間材料科學(xué)目前面臨相當(dāng)大的困難.克服這些困難,目前一方面可充分利用國(guó)際合作(俄羅斯､日本),另一方面,我們需要面對(duì)現(xiàn)實(shí),以地基實(shí)驗(yàn)為主,在加強(qiáng)國(guó)際合作的同時(shí),擴(kuò)大該領(lǐng)域的研究團(tuán)隊(duì),同時(shí)該學(xué)科需要進(jìn)一步凝煉學(xué)科方向和科學(xué) 問題 ,今后應(yīng)該創(chuàng)造條件開展空間材料科學(xué)研究.我國(guó)空間材料科學(xué)在林蘭英先生的倡導(dǎo)和指導(dǎo)下,一批學(xué)者積極參與,取得了重要學(xué)術(shù)成果.“十一·五”期間,我國(guó)的SJ-10衛(wèi)星計(jì)劃和載人航天工程(第二階段)計(jì)劃中都分別安排了多功位材料實(shí)驗(yàn)爐的空間實(shí)驗(yàn),應(yīng)能做出一批較好結(jié)果.

　　6 生物技術(shù)

　　空間生物技術(shù)促進(jìn)了生物技術(shù)的定量化和模型化研究,促進(jìn)了新的實(shí)驗(yàn) 方法 和儀器設(shè)備的發(fā)展,具有重要學(xué)科意義.另一方面,空間生物技術(shù)有很強(qiáng)的 應(yīng)用 背景,可以改善人類的健康和發(fā)展生物產(chǎn)業(yè),是空間商業(yè)計(jì)劃的新方向.目前,空間生物技術(shù)的主要研究方向是蛋白質(zhì)單晶生長(zhǎng)和細(xì)胞/組織的三維培養(yǎng).

　　晶體衍射法仍然是當(dāng)今研究生物大分子結(jié)構(gòu)和功能的主要方法,獲得高質(zhì)量的大尺寸蛋白質(zhì)單晶就是一項(xiàng)艱難的任務(wù).溶液法生長(zhǎng)蛋白質(zhì)晶體受到許多因素的 影響 ,微重力環(huán)境可以更有效地提供擴(kuò)散為主的輸運(yùn)環(huán)境以及實(shí)現(xiàn)失重條件下的無(wú)容器過程和較好的界面控制,使空間的蛋白質(zhì)單晶生長(zhǎng)顯示出許多優(yōu)點(diǎn).各國(guó)空間局都安排了大量的空間蛋白質(zhì)單晶生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn),而且取得很大進(jìn)展.但并不是所有空間實(shí)驗(yàn)都取得好結(jié)果,也有不少不成功的實(shí)驗(yàn).機(jī)理研究表明,蛋白質(zhì)晶體生長(zhǎng)過程取決于溶質(zhì)的輸運(yùn)過程和非線性的界面動(dòng)力學(xué)過程;對(duì)于不同的生長(zhǎng)條件,可以從實(shí)驗(yàn)和理論上具體 分析 這兩個(gè)過程的作用.由于蛋白質(zhì)晶體生長(zhǎng)過程的復(fù)雜性,重力因素只是生長(zhǎng)過程中諸多因素之一,機(jī)理研究還有待進(jìn)一步完善.國(guó)際上有人認(rèn)為液/液體系較好,也有人認(rèn)為液/氣體系較好.大家都在爭(zhēng)取更多的空間實(shí)驗(yàn),以取得更多的積累.空間蛋白質(zhì)單晶生長(zhǎng)己成為有重要應(yīng)用前景的商業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目 [10] .在微重力環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了三維的細(xì)胞/組織培養(yǎng),開創(chuàng)了一片新天地.地球表面的重力作用,使細(xì)胞培養(yǎng)器中的附壁效應(yīng)十分顯著,一般都需要外加旋轉(zhuǎn)效應(yīng).旋轉(zhuǎn)效應(yīng)引起的剪切力作用于被培養(yǎng)的細(xì)胞,將改變其性能,使被培養(yǎng)細(xì)胞或組織的性能發(fā)生較大變化.人們?cè)诘孛胬萌S旋轉(zhuǎn)器來(lái)模擬某些微重力效應(yīng)的同時(shí),還進(jìn)行了大量空間細(xì)胞/組織培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn),包括從細(xì)菌到哺乳動(dòng)植物廣泛類群的細(xì)胞.空間的生物反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明,失重條件下的三維細(xì)胞培養(yǎng)極大地改善了地面細(xì)胞的培養(yǎng)條件,并己獲得了一些很好的成果.隨著空間生物反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)工作的進(jìn)展,空間細(xì)胞/組識(shí)培養(yǎng)己經(jīng)顯示出重要的商業(yè)應(yīng)用前景 [11] .

　　中國(guó) 科學(xué)院生物物理研究所是我國(guó)從事空間蛋白質(zhì)單晶生長(zhǎng)研究的主要單位,動(dòng)物研究所和力學(xué)研究所在細(xì)胞三維培養(yǎng)方面做了許多研究工作.

　　目前,國(guó)際空間活動(dòng)正在調(diào)整探索方向,微重力研究遇到經(jīng)費(fèi)緊缺的困難.今后十余年的基礎(chǔ)物理大型探測(cè)集中于LISA計(jì)劃,一些中､小型計(jì)劃正在考慮之中.國(guó)際空間站將于2010年完全建成,歐洲空間局的哥倫布艙和日本的希望艙段己分別與國(guó)際空間站主體對(duì)接.今后十年將是國(guó)際空間站出成果的時(shí)期,預(yù)計(jì)會(huì)完成一大批空間微重力實(shí)驗(yàn).我國(guó)空間科學(xué)規(guī)劃將微重力科學(xué)列為持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域;我國(guó)載人航天工程第二步將建空間實(shí)驗(yàn)室,第三步將建空間站.今后15年將是我國(guó)微重力科學(xué)發(fā)展的好時(shí)期,我們要抓緊機(jī)遇,安排好計(jì)劃,努力做出好成績(jī).

　　參考 文獻(xiàn)

　　[1] 倪維斗.相對(duì)論性引力理論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)及測(cè)試.見科學(xué)前沿與未來(lái)(第10集),香山科學(xué)會(huì)議主編.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2006.第159頁(yè)

　　[2] 李杰信.追尋蘭色星球.北京:航空 工業(yè) 出版社,2000

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　　[9] Regel L L. Materials Processing in Space, New York & London, Consultants Bureau, 1990

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　　物理學(xué)術(shù)論文3000字篇二

　　《對(duì)于物理學(xué)中含有科學(xué)思想的理解》

　　摘要：

　　在科技迅猛發(fā)展，知識(shí)日新月異，科技競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的今天，大多數(shù)教育人士已經(jīng)普遍認(rèn)識(shí)到，能力的高低在一定程度上，表現(xiàn)為掌握方法的多少和熟練程度。因此，物理教學(xué)中既應(yīng)該讓學(xué)生掌握物理學(xué)的概念和規(guī)律，更應(yīng)該讓學(xué)生重視科學(xué)的態(tài)度和科學(xué)的方法。

　　所謂科學(xué)方法，是研究自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的一般規(guī)律性理論。在中學(xué)物理教學(xué)中，科學(xué)方法教育的內(nèi)容有：一是物理學(xué)的研究方法的教育;二是物理學(xué)習(xí)方法的教育。在物理教學(xué)中，教師在完成傳授知識(shí)的同時(shí)，有意識(shí)、有目的的進(jìn)行科學(xué)方法教育和指導(dǎo)，有利于促進(jìn)學(xué)生智能的發(fā)展，培養(yǎng)科學(xué)的態(tài)度，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中不僅掌握了物理知識(shí)本身，而且掌握了研究和學(xué)習(xí)物理的方法，以及探索物理的精神。

　　一、加強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)科學(xué)方法

　　觀察與實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)研究的基本方法，物理學(xué)的所有規(guī)律都是通過實(shí)驗(yàn)建立起來(lái)的，也是學(xué)生學(xué)好物理知識(shí)的基本方法。在教學(xué)中，應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生六個(gè)方面的實(shí)驗(yàn)技能：一是掌握基本儀器的構(gòu)造、原理和使用，能正確使用儀器進(jìn)行觀察、測(cè)量和讀數(shù);二是掌握中學(xué)有關(guān)實(shí)驗(yàn)的一般原理和實(shí)驗(yàn)方法;三是會(huì)正確記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并能進(jìn)行運(yùn)算和分析，以得出正確的結(jié)論;四是了解誤差概念，并學(xué)會(huì)初步的誤差計(jì)算和分析;五是會(huì)寫一般的實(shí)驗(yàn)報(bào)告;六是養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，包括愛護(hù)儀器、遵守安全操作規(guī)則和尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)的習(xí)慣等。例如“用溫度計(jì)測(cè)溫度”的教學(xué)中，可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行下述方法論的教育：(1)平衡原理：溫度計(jì)與被測(cè)物體達(dá)到熱平衡，溫度計(jì)的液柱不再變化時(shí)的示數(shù)即是被測(cè)液體溫度;(2)轉(zhuǎn)化原理：把被測(cè)液體的溫度轉(zhuǎn)化為溫度計(jì)內(nèi)液柱的高低，是看不見向看得見的轉(zhuǎn)化;(3)放大原理：溫度計(jì)內(nèi)徑做得應(yīng)當(dāng)小些，以便觀察的現(xiàn)象明顯，能表現(xiàn)出溫度微小的差別;(4)使用所有有刻度的儀器儀表都需首先觀察刻度盤刻度和每小格的讀數(shù)。

　　實(shí)踐表明：只要我們能從眾多的實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出共同的規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生觀察時(shí)注意目標(biāo)明確，層次分明，就可讓學(xué)生掌握某種儀器的使用方法，而且使學(xué)生學(xué)會(huì)如何觀察，提高觀察能力。因此，在物理教學(xué)法中要重視培養(yǎng)學(xué)生的觀察實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，教給學(xué)生觀察與實(shí)驗(yàn)的方法。

　　二、在物理知識(shí)的教學(xué)中滲透方法教育

　　科學(xué)方法教育既需要潛移默化的熏陶，也需要有目的的訓(xùn)練。脫離物理知識(shí)對(duì)中學(xué)生大講科學(xué)方法，則猶如建設(shè)空中樓閣;埋頭講物理知識(shí)而不注意方法教育，則猶如給學(xué)生一堆磚瓦。因此，科學(xué)方法教育應(yīng)滲透在物理知識(shí)教學(xué)之中，只有根植于物理知識(shí)沃土之中的科學(xué)方法教育，才會(huì)結(jié)出豐碩的智慧之果。在物理知識(shí)的教學(xué)中，處處蘊(yùn)涵著科學(xué)方法。物理概念、物理規(guī)律的建立常常運(yùn)用觀察和實(shí)驗(yàn)、比較和分類、分析和綜合、數(shù)學(xué)和推理、理想化等科學(xué)方法。具體做法如下表所示：

　　研究方法：(1)初步的觀察實(shí)驗(yàn)觀察閉合電路的部分導(dǎo)體做切割磁力線的運(yùn)動(dòng)。回路中產(chǎn)生電流的現(xiàn)象。(2)提出猜想介紹法拉第電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)，分析、猜想變化的磁場(chǎng)才能產(chǎn)生感應(yīng)電流。(3)再次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證按教材完成實(shí)驗(yàn)。(4)總結(jié)規(guī)律再次分析上述各個(gè)實(shí)驗(yàn)，得出產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件。

　　這樣，在傳授知識(shí)的同時(shí)，使學(xué)生感受科學(xué)方法在建立概念、發(fā)現(xiàn)規(guī)律中的作用，激發(fā)學(xué)生自覺的學(xué)習(xí)和運(yùn)用科學(xué)方法解決實(shí)際問題的積極性。

　　三、重視物理學(xué)史，體會(huì)科學(xué)方法

　　物理教學(xué)改革的目的之一，是把科研人員應(yīng)具有的素質(zhì)和能力早一些對(duì)學(xué)生進(jìn)

　　行培養(yǎng)和訓(xùn)練，使教和學(xué)的思路去盡量接近科學(xué)家認(rèn)識(shí)的思路。這就要求我們將物理教學(xué)和物理學(xué)史結(jié)合，當(dāng)然教學(xué)過程不同于科學(xué)研究過程，但在必要時(shí)，結(jié)合重要的物理史料用模擬科學(xué)認(rèn)識(shí)過程的方法

　　進(jìn)行物理教學(xué)，這也是物理教學(xué)實(shí)質(zhì)性改革的途徑和方向，是實(shí)現(xiàn)上述教學(xué)目的，培養(yǎng)創(chuàng)造型人才的一個(gè)有效途徑。模擬 科學(xué)認(rèn)識(shí)過程的方法，就是讓學(xué)生遵循前人科學(xué)發(fā)現(xiàn)和發(fā)明的思路來(lái)學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)科學(xué)研究的方法。這就要求我們將物 理學(xué)史溶于物理教學(xué)之中，將科學(xué)方法 教育溶于物理學(xué)史教學(xué)之中。具體地講就是善于把學(xué)生推到若干年前，讓他們從當(dāng)時(shí)的科學(xué)背景出發(fā)去重溫科學(xué)家們?cè)谑裁磫栴}上、什么環(huán)節(jié)中、什么情況下、用什么方法和思路作出了科學(xué)發(fā)明和發(fā)現(xiàn)，從而把這些關(guān)鍵的步驟 聯(lián)系起來(lái)。

　　四、指導(dǎo)閱讀課本，培養(yǎng)自學(xué)方法

　　在教學(xué)中充分利用教科書，指導(dǎo)學(xué)生讀書的方法，是培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力的有效途徑。一方面通過讀書掌握物理的科學(xué) 語(yǔ)言;二是通過反復(fù)讀書，使掌握的知識(shí)更加全面、系統(tǒng)、準(zhǔn)確;三是通過讀書提高自學(xué)能力，在學(xué)習(xí)上變被動(dòng)為主動(dòng)，充分發(fā)揮學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。那么，怎樣正確指導(dǎo)讀書呢?

　　(1)基本概念、基本定律要著重讀，對(duì)其中的重點(diǎn)字母要深入 體會(huì)、準(zhǔn)確理解。因?yàn)檫@些字句或揭露了事物的本質(zhì);或指出了事物變化的范圍和條件;或反映兩個(gè)事物的區(qū)別與聯(lián)系。教學(xué)時(shí)，必須指導(dǎo)學(xué)生把這些重點(diǎn)字句“摳”出來(lái)搞清楚、弄明白。要養(yǎng)成“摳”字眼的習(xí)慣，正確理解概念和規(guī)律的物理意義、適用條件。

　　(2)指導(dǎo)學(xué)生識(shí)圖、讀圖、畫圖。物理學(xué)上的圖形很多，如速度圖線、振動(dòng)圖線、波動(dòng)圖線、交流電的圖線、氣體狀態(tài)變化圖線、電力線、磁感線、電路圖、受力圖等，是用來(lái)描述量與量之間關(guān)系或變化規(guī)律的，是最簡(jiǎn)單的物理語(yǔ)言。學(xué)會(huì)識(shí)圖、讀圖、畫圖是一種基本功，決不能忽視。通過對(duì)圖形的理解，可以提高空間想象力，增強(qiáng)物理綜合能力。

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