摘要： 一、引言 本课题基于信息技术能优化探究式教学模式、强化物理概念教学的假设而提出, 对国内外相关研究进行论述,以揭示学生学习吸收电磁学概念的思维构建过程为目标,运用问卷调查等方法展开研究,并印证了信息技术促进物理概念教学、反思式教学对学生物理概念吸收的推动等结果,以为相关研究学者带来相应的借鉴、参考.

摘要： Rydberg electromagnetically induced transparency (Rydberg EIT) enables extremely strong optical nonlinearities, opening the possibility for photon-photon interactions and exotic states of light. Subjects of this thesis are the development and the experimental test of semiclassical models for Rydberg EIT systems on two-photon resonance. Beyond that, this thesis opens the route towards enhanced photon-photon interactions in terms of an increased interaction time. Three major results are achieved: (i) In the semiclassical regime, we extend existing models and reveal that a two-body, two-photon resonance leads to an enhanced nonlinear optical response. (ii) We develop an experimental method to rigorously test semiclassical models of Rydberg EIT. For this purpose, we go beyond previous experimental investigations and measure transmission spectra on two-photon resonance, where the linear response of the system vanishes. We identify qualitative differences between a measured absorption feature and predictions provided by a mean-field model, a Monte-Carlo rate equation simulation, and a theory based on a pairwise treatment of atomic interactions. (iii) In the quantum regime, we propose and analyze a novel scheme to endow a stationary light polariton with a Rydberg character, resulting in a stationary Rydberg polariton. Our scheme offers the prospect for polariton interactions with increased interaction time, and thus might find application in the creation of exotic states of light.

关键词： 实验教学   单片机   案例研究  

摘要： 物理实验是高中物理教学内容的重要部分,是辅助学生理解知识的重要手段,也是提高学生学习物理兴趣的重要方法。目前,在我国大多数高中学校物理实验教学中,受成本的制约,采用的电磁学方面的仪器往往存在精度不高,操作不方便,物理现象不明显等缺点,导致学生学习兴趣不高,教学效果不好等弊端。本文在传统的高中物理电磁学实验教学中引入单片机技术,来提高测量精度,优化操作过程,突出物理现象,激发学生兴趣,提升学生的物理核心素养。本文综合利用文献分析法、问卷调查法、案例分析法,对单片机技术应用于高中物理电磁学实验教学进行了案例研究,创新提出了单片机技术应用于高中物理电磁学的六个原则和三个方法。六个原则为科学性原则、直观性原则、安全性原则、准确性原则、经济性原则和操作方便性原则。三个方法为替代法、创新法和移植法。依据以上原则与方法,本文精心设计了高值电阻测量、非线性元件伏安特性测量和螺线管磁场测量三个教学案例。在“高值电阻测量”案例中,我们利用单片机与继电器等元件制作了一个智能控时开关,大幅提高了实验的精度。在“非线性元件伏安特性测量”案例中,利用单片机与高精度模数转换器等元件制作了数字电流表与电压表,消除了传统物理实验中的内接法、外接法带来的实验误差。在“螺线管磁场测量”案例中,利用单片机与霍尔传感器等元件制作了一个特斯拉计,使学生可以定量的测量磁感应强度。实践证明,使用本研究设计的教学案例以后,实验效果非常良好,学生的学习兴趣有了明显的提升。期望本论文的研究工作能够给一线物理教师在物理实验教学方面提供一些借鉴作用。

关键词： 风力发电系统   双馈感应发电机   动态相量法   变换器   Simulink仿真  

摘要： 在地球环境日益恶劣与化石能源巨大污染的背景下，风能作为一种储量巨大的可再生能源，其发电潜力备受重视。双馈风力发电系统在转子侧布置功率变换器，只需处理极少的转差功率转换，具有产热少、体积小、成本低的优点，日渐成为风电领域的重点。　　本文以变速恒频双馈风力发电机为主要研究对象，从风能捕获与最大风能追踪着手，介绍了双馈风力发电系统的基本理论，接着建立了双馈风力发电机在三相静止abc坐标系和两相同步dq旋转坐标系下的等效动态模型，并介绍起相互转换的知识，为建立其控制模型做好理论铺垫。　　其次，选择背靠背变换器作为双馈风力发电机的转子磁力变换器，引入动态相量法对其进行建模，介绍了动态相量法的基本特性，详细推导了交流量考虑一阶与三阶相量、直流量考虑零阶与二阶相量的模型，并给出分解实部与虚部后得到的系数矩阵中各个元素的组成，在Simulink中仿真验证了其大步长与加快仿真时间的特性。　　最后，针对背靠背网侧变换器提出基于电网电压定向的双闭环控制，针对双馈发电机提出了基于定子磁场定向的P、Q解耦双闭环控制，并在Simulink中建立仿真模型，进行整体仿真，验证了所提出的控制的正确性。

关键词： 课程思政   高中物理   电磁学  

摘要： 自“课程思政”综合教育理念的提出,在高校开展的轰轰烈烈,大部分学者都对高校课程思政进行深入研究,但目前在中学教学中还处于萌芽阶段,还没形成完整的研究体系,没有引起教师们的重视。然而根据研究发现,高中时期是学生世界观、人生观、价值观形成的关键时期,学生的心理特点也是从这一阶段逐渐趋于稳定。物理学作为严格的、定量的自然科学带头学科,一直在科学技术发展中发挥着重要的作用,是高新技术的基础,而高中物理电磁学作为高中物理的重点和难点,学生历来觉得比较抽象难学,对学生学习物理的兴趣和运用物理知识解决实际问题有着重要的作用。故选择电磁学的部分内容进行教学设计和实施,既有利于提高教师的教学设计水平,将知识结构把握得更加清楚,同时又落实了“立德树人”的根本任务。本论文以高中物理电磁学为研究对象,通过文献研究法、访谈法、问卷调查法、观察法等方式以探索一套既有利于物理课程教学又有利于学生的思想政治教育的教学模式为目标,寻找物理教学与思想政治教育的契合点,努力做到在物理课堂教学中对学生思想品德的发展形成正确的引导,发挥物理学科的育人功能。在论文研究中,于我国目前倡导课程思政这个大背景下,第一部分和第二部分先通过对课程思政和高中物理电磁学的相关文献进行检索和分析总结,概括出课程思政的内涵及意义,再根据中学生核心素养的要求和我国教育目的,将思政元素从个人、国家、社会三个方面分为个人良好个性品质、社会责任感和历史使命感三种类型。第三部分为了了解目前中学物理课堂教学中物理课程思政的实施情况,结合文献综述并分别对教师、学生进行访谈,总结出现阶段高中物理课程思政存在的问题。第四部分进行教学设计,将课程思政应用于高中物理教学中电磁学部分课堂上进行教学实践。第五部分在教学实践后,对进行课程思政的班级进行问卷调查,检验课程思政的实施效果。通过对问卷进行归纳分析,发现在物理教学中融入思政教育,教学目标和教学任务得到落实。且通过课程思政有利于学生良好个性品质的形成,通过课堂上思政教育的影响,有利于增强学生的社会责任感和历史使命感,为学生形成正确的世界观、人生观、价值观起到良好的引导作用。第六部分最后对本论文进行了总结,课程思政的实施不是仅依靠教师的努力就能完成,需要全员、全程、全课程育人,因此分别从学校、教师、和学生方面实施课程思政提出建议。本研究在一定程度上把思想政治教育与物理课堂教学具体教学实践活动联系起来,希望为物理的教学起到借鉴作用。

关键词： 习题   变迁   教科书   高中物理  

摘要： 习题是教科书的重要组成部分,对于学生巩固基础知识、训练计算与思维能力而言具有重要的作用;同时也是教师检验学生学习成果、帮助学生衔接各类考试考核的重要工具。电磁学是经典物理学的分支,电磁学内容是高中生必须要学习的物理知识,各地区物理高考中电磁学基本都是分值占比最高的板块之一。作为教科书必不可少的成分,习题的编制组成在历史变迁中伴随着教科书的发展不断调整变化。本研究以新中国成立以来人民教育出版社出版的八套物理教科书中电磁学部分的习题为研究对象,按照相关的维度,以时间变迁为脉络对电磁学习题进行对比分析。首先,对新中国成立以来各时期教科书与课程标准(教学大纲)的发展状况做了梳理,对课程标准(教学大纲)中有关习题编制的建议和要求做了归纳呈现。结合已有的研究成果和标准确定了所要分析的电磁学章节和对比维度;然后,对各时期电磁学习题按照不同维度进行对比分析,以图表的形式呈现梳理结果,并对比较结果的内在原因做了分析说明;最后,通过分析得出其中习题的变化规律,找出有益的习题编排经验,为电磁学习题的编制工作和习题教学提供参考和建议。通过研究对比,得出以下结论:第一,我国教科书发展历经波折,与社会经济政治的发展变化息息相关。新中国成立后我国物理教科书先后参考了民国时期、苏联以及国际上较为先进的教科书经验,先后经历了从借鉴老课本、改编苏联教科书到能够自己独立编写出版教科书这一过程,教科书发展在探索中不断得到丰富和完善。课程标准(教学大纲)的变迁与国家层次的教育目的以及当时的教育环境息息相关,对物理习题的编制、使用工作产生了潜移默化的影响。第二,习题对比的分析结果:1.习题的位置与名称在教科书的发展中呈现明显的变化,不同时期习题的名称可反映出教科书的编写风貌;2.各时期习题的数量存在明显的差异性。其中小节习题的数量经历了从无到有、从增长到减少再到增长的变化趋势。章末习题的变化与各时期教科书章节安排有着密切的关系,总体来说数量比较稳定。习题总数呈增长趋势,增加教科书中习题的数量是习题编排的方向;3.习题类型的组成受到多种因素的制约而呈现出各自的编写特点。各时期教科书中计算题、分析题和简答题占比较大,作图题、证明题、实验探究题等题型占比较小。习题的编写工作正朝着丰富习题类型、拓展学生视野的方向前进;4.各时期教科书电磁学习题层次组成情况存在较为明显的差异性。属于“理解”层次的习题数量占据绝对优势,反映出我国习题编排“利用‘理解’层次的习题来帮助学生巩固所学新知、进行思维和计算训练以满足绝大多数学生的学习需求”的基本思路;5.各时期教科书电磁学习题的难度、总深度、总广度与平均深度都有独特的发展变化。习题的编制工作正处于习题难度和深度增加的趋势中,各时期习题平均深度没有较为明显的变化;6.从习题的开放程度来看,开放习题的占比总体上呈现增长趋势,反映出习题编制工作更加重视对学生科学探究能力和发散思维的培养;7.从习题的情景设置上看,“无情景”类习题占比最多,但呈现下降趋势。新课程改革后“无情景”类习题占比骤降,习题编排更加重视情景的创设。第三,对习题的编写和使用工作提出相应的建议:1.教师要正确对待习题的功能,合理安排习题教学;2.习题编制要注重物理学科核心素养,借鉴不同时期优秀的习题编制经验;3.习题编制要注重习题情景的创设,紧密联系时代发展;4.习题编制要加强层次性和功能性,以满足不同学生的学习需求;5.地方与学校要合理选择教学资源,寻求适合学校或地域特点的教科书,注重学生的个性发展。

关键词： 电磁暂态仿真   机电暂态仿真   多频段动态相量法   MMC换流器  

摘要： 随着光伏、风能等新能源发电形式的出现,我国能源结构开始由传统能源向新能源转型,我国电网逐渐形成一个含多端交直流混联的大电网系统,在此过程中随着大量电力电子设备的接入使电力系统呈电力电子化的趋势。高压直流输电拥有输送距离远、输送容量大的优点,在我国跨区域输电中逐渐代替交流输电的发展。直流输电的三次技术变革均与核心设备换流器的发展有关,而模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter,MMC）凭借失真度小、开关损耗低、控制灵活等优点已成为研究热点。但是随着电压等级的升高,其复杂的拓扑结构给仿真的效率带来不小挑战。因此必须在兼顾准确性的前提下研究高效的快速仿真技术。本文将致力于研究快速仿真算法,提高MMC换流器的模型仿真效率。本文首先介绍已有降频算法的原理,推导基于状态空间法的动态相量模型的应用公式,在此基础上建立改进动态相量模型,利用动态相量重构精确的时域解,通过仿真算例验证了重求初始值方法的正确性。接着在现有降频方法的基础上提出多频段动态相量法,对多频段动态相量法分步骤推导信号频率分解、重组和移频的过程,研究计算过程中能够进行大步长仿真的原理。相比于传统动态相量法,多频段动态相量法更能兼顾计算速度和精度,更适用于大规模电网的仿真。将多频段动态相量原理应用到MMC换流器上,建立MMC换流器多频段动态相量模型,通过搭建算例仿真验证,该模型可以兼顾仿真的精度和速度,提高了MMC换流器的仿真效率。当从系统层面出发,考虑MMC换流器与系统各部分的交互作用,不考虑MMC换流器自身动态特性影响时,可以仅考虑稳态基频动态特性,建立MMC机电暂态模型。本文在传统MMC机电暂态仿真模型的框架下,通过相分量建模将一次系统和控制系统统一,一方面基于相分量的方法可以简化数据接口交换过程;另一方面控制系统建模过程中对内环控制的简化处理以及移相环节的引入,简化和降低了 MMC机电暂态模型的复杂度,提高MMC机电暂态仿真模型的效率,最后通过仿真验证模型的有效性。

关键词： 高中物理   数字化实验   电磁学   学科融合   教学案例  

摘要： 物理是以实验为基础的学科,其定量性和精密性强化了物理实验在高中物理课堂中的重要地位,同时物理实验对培养学生物理学科核心素养的重要作用不言而喻。因此,应该确保课堂实验的可行性和有效性。但是,在高中物理实验教学中还有一些需要优化的地方,比如模式僵化、设计呆板、知识点和实验仪器不匹配以及部分实验现象不明显。随着新课改的不断推进,数字化实验正在作为一种新的教学手段逐渐投入到高中物理教学,用以提高高中物理实验教学的育人质量。数字化信息实验系统是一种基于信息技术的实验系统,可将传统物理实验中难以进行定量测试的物理量用数字、图像直观精确的表现出来,并应用计算机和相关软件分析处理数据,使结论可视,帮助学生构建物理知识结构。同时中学物理教学过程中引入数字化实验系统是信息技术与物理学科融合的具体体现,实践证明将数字化实验与传统物理实验整合后进行教学将是高中物理实验教学发展的新方向。要完全实现现代教育技术在物理实验教学中深刻的变革,物理教师需要在教学过程中更好、更有效的利用数字实验系统这一工具,将其工具理性渗透于教学,以此影响教学环境和物理教学系统。然而,通过调查发现,现阶段的多数物理教师在实验探究过程中,并没有扮演主动使用数字化信息实验系统的角色。究其原因,主要是由于实际教学环境不允许、教师没有使用数字化实验系统进行教学的习惯等。笔者以解决高中物理实验教学中应用数字化实验系统的问题为出发点,对当前课标要求、高中物理教材和数字化实验系统在重庆市部分中学高中物理实验教学的应用现状进行分析和调查,并依据高中物理教学的课程标准,以人教版(2019版)电磁学实验为例,设计出部分实验案例和提出了数字化实验的应用建议,希望能为解决当前高中物理实验教学存在的问题做出贡献,同时为一线教师提供教学参考。本次研究分四个阶段进行:第一个阶段:笔者对网络资源、文献与数字化信息实验系统有关资料进行搜集并归纳整理,同时对数字化信息实验系统所涉及的相关概念和理论基础进行界定和阐述。第二个阶段:笔者基于信息技术在高中物理电磁学部分的突出体现,对这部分实验进行统计分析,并就高中物理实际教学中数字化信息实验系统应用情况进行问卷调查。第三个阶段:第三阶段是本论文的重点内容,笔者对高中物理实验教学中使用数字化信息实验系统案例的选取原则进行详细阐述。依据选取原则,选取高中物理实验教学的部分实验,用数字化信息实验系统对其进行优化,设计实验方案,给出相关教学设计,并对案例进行反思,总结出数字化实验系统在整个高中物理电磁学实验教学的应用策略。第四个阶段:提出本研究的期望与不足。

关键词： 中英教材   课程标准   教材例习题   一致性  

摘要： 全球化深入发展,科技、人才的竞争让各国教育相互依存相互影响的程度进一步提高,教育国际化已经成为当代教育发展的必然趋势之一。现在正是我国探索教育发展的新契机,科教兴国的重要机遇。而教材是教育的核心,是教师教学和学生学习的直接蓝图。例题和习题是教材重要的有机组成部分,几乎出现在教材的每一节内容中。例题和习题更是教学的重要载体,有着极其多样的功能。通过对国内外教材的对比分析可以帮助我们把握国际教育发展的新方向,对教材例习题的比较可以让我们多角度、全方面地认识我国现行教材的编制情况,在借鉴国外教材例习题编制的优势,取其精华,为我国教材例习题的编制寻找新的优化方向。因此,本研究以IGCSE物理教材和我国苏科版物理教材电磁学部分的例习题为研究对象,从两本教材例习题内容的呈现方式、难度、习题与物理课程标准的一致性等方面进行了系统的分析比较,借此获得一些对我国初中物理教材例习题的编制建议。首先,从例习题的数量和类型来看,我国初中物理教材例习题数量总体偏少,例题的题型较为单一,以计算题为主,习题栏目设置少,缺少章末习题。从插图与情境来看,我国教材的插图、情境的融入要优于IGCSE教材,但是对情境的选择可以更广泛,突出时代性,增加实验背景、科技应用和物理学史的引入。从综合难度上来看,我国教材例习题的综合难度要高于IGCSE教材,但是难度的侧重点有所不同,在习题知识的覆盖率上有所欠缺。其次,通过诺曼韦伯一致性分析范式和SEC一致性分析工具,对中英初中物理教材电磁学部分的习题考察要求,与本国物理课程标准具体内容要求的一致性程度进行比较研究。从诺曼韦伯一致性分析结果上来看,中英物理教材的习题考察要求与本国物理课程标准要求的一致性结果都是可接受的,但是从系数的对比上来看,IGCSE物理教材习题的一致性程度要高于我国物理教材,尤其是在知识深度、范围、分布平衡一致性三个维度上。从SEC一致性分析结果来看,我国物理教材习题与我国物理课程标准内容要求的吻合度较差,一致性指数只是接近可接受水平。笔者分析是因为在认知水平要求上,教材习题考察的认知水平要求与课程标准的具体要求不一致导致的。当然,本研究得到的一致性程度并不能完全反应教材习题的优劣,习题的编制还受本国教育现状、地区经济发展等很多因素的影响。最后,通过对中英教材例习题各个方面对比分析的结果的综合考虑,给我国初中物理教材例习题的编写提出一些建议。

关键词： GeoGebra软件   高中电磁学   应用  

摘要： GeoGebra是一款操作简单、免费开源、功能强大的数学软件。电磁学是高中物理教学的重要内容之一。利用GeoGebra软件辅助电磁学教学,充分发挥信息技术与物理课程深度融合的教学优势。论文运用文献研究法,分析整理了GeoGebra软件在教学中的应用现状。结合2017版物理课程标准中电磁学部分的内容,对学生不易理解、不易想象的物理图景,利用GeoGebra软件开发教学资源,将抽象概念具象化、复杂过程动态化、数学问题形象化以及隐含原理可视化。以现行的鲁科版高中物理“磁场”专题为例,利用GeoGebra软件进行教学设计并开展实践。运用准实验研究法,对GeoGebra软件辅助物理教学的实践效果进行检验。教学实践表明,利用GeoGebra软件辅助教学,能激发学生的学习兴趣;利用GeoGebra软件开发教学资源,丰富了信息技术与物理教学融合的案例资源,为中学物理教师开发教学资源提供参考;通过学生前后测成绩的对比分析发现,利用GeoGebra软件辅助教学能促进学生对知识的理解,对学生的成绩有一定正面影响;设计GeoGebra软件辅助教学案例,为培养学生物理学科核心素养提供了新视角,为一线物理教师提供了多样化的教学参考。