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气体展宽类型的物理机制研究

贺健

河南科技大学理学院，471003，洛阳

摘要：在大气风场探测中，在较高高度，探测源（极光）的展宽类型为高斯轮廓；而当压强比较高时，其展宽类型为洛伦兹轮廓；而当压强处于两者之间时，其展宽类型为高斯轮廓和洛伦兹轮廓的卷积－佛克脱轮廓。本文详细论述了三种轮廓产生的物理机制，这对于大气风场探测展宽类型的确认，从而提高探测精确度具有非常重要的意义。关键词：高斯轮廓，洛伦兹轮廓，佛克脱轮廓

1．引言

根据高层大气风场探测原理，被探测源(极光)的谱线展宽类型对高层大气风场探测具有

非常重要的意义[1]。在高层大气风场（80～300km ）探测中，被探测源的谱线展宽类型被认为是高斯轮廓。高斯展宽也称多普勒展宽，它是考虑到多普勒效应而产生的一种展宽类型；自然展宽和碰撞展宽产生的展宽类型为洛伦兹轮廓；最接近实际的谱线轮廓为佛克脱轮廓－高斯轮廓和洛伦兹轮廓的卷积[2]。

目前国际上均假定被探测源的谱线展宽类型被认为是高斯轮廓，我们也对洛伦兹轮廓，佛克脱轮廓的大气风场探测原理进行了研究[3,4]。但对其产生的物理机制并不是很清楚，所以我们要对其产生的物理机制进行研究。

2．高斯轮廓的产生

高斯展宽也叫多普勒展宽，它是由于作热运动的发光原子(分子)所发出的辐射的多普勒频移引起的[5]。我们首先简述多普勒效应的一些概念，然后给出多普勒展宽线型函数。

设某一发光原子(分子)的中心频率为0ν，当原子相对于接收器以(在二者连线方向上)速度运动时，接收器测得的光波频率不再是v z

ν，而是

(1)

νν=这就是光学多普勒效应。

当时，可取一级近似

v /1z c = (2)

(1)z

νν=+式中规定：当原子与接收器相互接近时，v ；当原子与接收器相互远离时，v 。 00z >z < 现在我们考虑包含大量发光原子中原子数按中心频率的分布。由于气体原子的无规则运动，各个原子具有不同方向、不同大小的热运动速度。设单位体积发光原子数为，根据分子运动论，它们的热运动速度服从麦克斯韦统计分布规律：在温度为的热平衡状态下，

n T

单位体积内具有方向速度分量z v ~v v z z d +z 的分子数为

(3)

n z 2v /2(v )v (v z m KT

z z z m n e d 2n d kT π?=式中k 为玻尔兹曼常数；T 为绝对温度；为原子(分子)的质量。原子数按的分布函数

如图1其所示。

m v z (v )z

图1原子数按的分布函数

v z 现在分别考虑和能级上的原子数和，它们在2E 1E 2n 1n v ~v v z z d +速度间隔内的原子数分别为

2v /222(v )v ()v 2z m KT z

z m n d n e d KT π?= z 2v /211(v )v (

)v 2z m KT

z z m n d n e d KT

π?= z 将(2)式带入上式，可得在~d ννν+的中心频率间隔内上下能级上的原子数分别为 220()(,)D n d n g d νννν=ν

110()(,)D n d n g d ννννν= (4)

上式中

(5)

这就是原子数按中心频率ν的分别规律。

020[

()]

21/2

00(,)()2mc KT D c m KT

ννννννπ??=g e 如果不考虑每个发光原子的自然和碰撞展宽，于是每个原子自发辐射的频率ν就精确等于原子的中心频率。但由于原子具有(4)式所示的中心频率分布，故其中不同速度原子发出的频率是不同的，因而频率处于~d ννν+范围内的自发辐射功率为

022102120()()(,)D P d h n A d h A n g d νννννννν==ν

这就是自发辐射谱线的多普勒展宽。根据线型函数定义，可见多普勒线型函数就是原子按中心频率的分布函数

0()(,)P g P

ννν=

(6)

020[()21/200

(,)(2mc KT D c

m g e

KT ννννν]

??=νπ它具有高斯函数形式，所以又称为高斯展宽，如图2所示。当0νν=时，具有最大值

(7) 1/2000

(,)()2D c

g KT

νννπ=

其半高宽D ν?为

(8) 1/271/

22(l 2)ν?==n 7.1610()D

KT T mc M

νν?×

式中M 为原子(分子)量。所以(6)式可改写为下述形式

(9) 2

024ln 2()[

]1/202ln 2(,)(

)D D D

g e

ννννννπ

???

0(,)D g νν满足归一化条件。

图2高斯(多普勒)展宽线型函数

3．洛伦兹轮廓的产生

由于受激原子在激发态上具有有限的寿命，所以造成了原子跃迁谱线的自然展宽。根据经典模型，原子中作简谐振动的电子由于自发辐射而不断损耗能量，因而电子振动的振幅服从阻尼振动规律：

020()t

i t

x t x e

γω?= (10)

其中，002ωπν=0，ν是原子作无阻尼简谐振动的频率，即原子发光的中心频率；γ为阻尼系数。上述阻尼振动不再是频率为0ν的单一频率振动，这就是形成自然展宽的原因。

对()x t 作傅立叶变换，即可得到它的频谱： 02()2200

()()t

i t i t

x s t e

dt x e e dt γπννπνν∞

∞?

??=

=∫

∫

0()22

x i γ

ννπ

?? (11)

由于辐射功率正比于电子振动振幅的平方，所以频率在~d ννν+区间内的自发辐射功率为

()()P d x d ννν∝ν

而总自发辐射功率为

()P P d νν∞

?∞

=∫

根据线型函数定义式可以得到

202

()

(,)()x P g P

x d νννννν

∞

?∞

=∫

2220222

[()4()]2()4()2

d γ

πννν

γπνν∞

?∞=

+?+?∫

式中积分为一常数，令其为A 。由归一化条件求得1

A γ

?=。于是可得 0220(,)()4()2

g 2γ

ννγ

πνν=

又可以证明

γτ=

其中，s τ为自发辐射寿命。谱线宽度定义为 12N s

νπτ?=

那么自然展宽线型函数表示为

022

02(,)()(2

N N N g )νπ

ννν

νν?=

??+ (12)

现在我们分析碰撞过程对谱线展宽得影响。碰撞过程可能是各种各样的，例如激发态原子和同类基态原子发生碰撞而将自己的内能转移给基态原子并使其跃迁至激发态，而激发态原子本身回到基态。激发态原子还可能和其他原子发生弹性碰撞。激发态原子也可以和其他原子或器壁发生碰撞而将自己的内能变为其他原子的动能或给予器壁。

由于碰撞的发生完全是随机的，我们只能了解它们的统计平均性质。设任一原子与其他原子发生碰撞的平均时间间隔为L τ，它描述碰撞的频繁程度并称为平均碰撞时间，可以证明，这种平均长度为L τ的波列可以等效为振幅呈指数变化的波列，其衰减常数为L τ。由此可见，碰撞过程应和自发辐射过程同样地引起谱线展宽，而且完全可以从物理概念出发预见到它的线型函数应和自然展宽一样，并可表示为

02(,)()(2

L L L g )νπ

ννν

νν?=

??+ (13)

其中，1

L L

νπτ?=

为碰撞线宽。

4．佛克脱轮廓的产生

佛克脱光谱线型是最接近实际的极光谱线，研究表明，佛克脱光谱线型是高斯光谱线型和洛伦兹光谱线型的卷积。一般而言，佛克脱线型在吸收中心比高斯线型和洛伦兹线型都要小，但是半宽度却比高斯线型和洛伦兹线型都要大，这一点从图3所示的30km 高空水蒸汽的三种吸收谱线可以看出，其中G 、L 和V 分别代表高斯线型、洛伦兹线型和佛克脱线型。

图3 三种谱线轮廓的比较

极光谱线的佛克脱函数定义如下

202exp()

()π()

f y t 2f dt y x t σσ∞

?∞′??=+?∫ (14) 其中，2ln D L y γγ=

，2ln 0D x γσσ?=，2ln 1

f γ=′，和分别为高斯半高宽和洛伦兹半高宽，t 为积分变量。

D γL γ

参考文献

[1] Shepherd G. G., Thulllier G., Gault W.A. et al. WINDII, the Wind Imaging Interferometer on the Upper Atmosphere Research Satellite. J. Geophys. Res., 1993, 98(6): 10725-10750

[2] G.G.Shepherd, W.A.Gault, https://www.wendangku.net/doc/9a13737031.html,ler et al. WAMDII: wide-angle Michelson Doppler imaging interferometer for spacelab. Appl.Opt., 1985,24: 1571-1583

[3] 贺健，张淳民，唐远河，赵葆常.洛伦兹光谱线型高层大气风场被动探测原理分析. 光学学报, 2005,25(5):

577-580

[4] He Jian,Zhang Chunmin. The accurate calculation of the Fourier transform of the V oigt profile. J.Opt.A: Pure

and Appl.Opt. 2005,7: 613-616

[5] 盛裴轩，毛节泰，李建国等. 大气物理学. 北京：北京大学出版社. 2003：49-51

The physical principle research on gas widen profiles

He Jian

Henan university of science and technology, Luoyang, 471003

Abstract

In atmospheric wind detection, at higher altitude, the widen profile of the detection source (aurora) is Gaussian profile; When the pressure is high, the widen profile is Lorentzian profile; When the pressure is between them, the widen profile is V oigt profile. In this paper, the physical principle of the three profiles are described, which has important significance in determine the widen profile in atmospheric wind detection, and improving the measurement accuracy.

Keywords: Gaussian profile, Lorentzian profile, V oigt profile

中学物理教学研究报告

带电粒子在匀强磁场中的运动教学案例及报告一、教学目标（一）知识与技能 1、理解洛伦兹力对粒子不做功. 2、理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度的方向垂直时，粒子在匀磁场中做匀速圆周运动. 3、会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，并会用它们解答有关问题. 知道质谱仪的工作原理。 4、知道回旋加速器的基本构造、工作原理、及用途。（二）过程与方法通过综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子在复合场（电场、磁场）中的问题. 培养学生的分析推理能力. （三）情感态度与价值观通过对本节的学习，充分了解科技的巨大威力，体会科技的创新历程。二、重点与难点：重点：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和周期公式，并能用来分析有关问题. 难点：1.粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动. 2.综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子在复合场中的问题. 三、教具：洛伦兹力演示仪、感应线圈、电源、多媒体等四、教学过程：（一）复习引入［问题1］什么是洛伦兹力？［磁场对运动电荷的作用力］［问题2］带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力？［不一定，洛伦兹力的计算公式为F=qvB sinθ，θ为电荷运动方向与磁场方向的夹角，当θ=90°时，F=qvB;当θ=0°时，F=0.］［问题3］带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场时会做什么运动呢？今天我们来学习——带电粒子在匀强磁场中的运动、质谱仪. （二）新课讲解---带电粒子在匀强磁场中的运动【演示】先介绍洛伦兹力演示仪的工作原理，由电子枪发出的电子射线可以使管内的低压水银蒸气发出辉光，显示出电子的径迹。后进行实验. 教师进行演示实验. ［实验现象］在暗室中可以清楚地看到，在没有磁场作用时，电子的径迹是直线；在管外加上匀强磁场（这个磁场是由两个平行的通电环形线圈产生的），电子的径迹变弯曲成圆形. ［教师引导学生分析得出结论］当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动. 带电粒子垂直进入匀强磁场中的受力及运动情况分析（动态课件）. 一是要明确所研究的物理现象的条件----在匀强磁场中垂直于磁场方向运动的带电粒子。二是分析带电粒子的受力情况，用左手定则明确带电粒子初速度与所受到的洛伦兹力在同一平面内，所以只可能做平面运动。三是洛伦兹力不对运动的带电粒子做功，它的速率不变，同时洛伦兹力的大小也不变。四是根据牛顿第二定律，洛伦兹力使运动的带电粒子产生加速度(向心加速度) ［出示投影］

多普勒谱线展宽

多普勒谱线展宽 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020

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物理教学类论文题目

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物理教学开题报告

附：封面样式；学科代码：0101 学号：XXXXXXXXX 贵州师范大学（本科）毕业论文题目：初中物理实施快乐教学的有效途径学院：专业：年级：姓名：指导教师：完成时间：贵州师范大学本科毕业论文(设计)开题报告

学院：专业：级别：

一、选题的意义（包括理论意义和实践意义） 1.理论意义（1）提高教学的有效性是课堂教学的迫切需求全面实施新课程以来，课堂教学状况已悄然发生了变化，学生的兴趣日益浓厚，课堂参与也积极起来，但是，新课程实验推进过程中或多或少的存在着情境偏差、学习方式偏差、教学方式偏差等现象，且课堂教学中低效或不讲成效的教学现象普遍存在，重复性的、机械性的、填鸭式的教学现象随处可见，面对这些低效的课堂教学现实，对照新课程改革的发展要求，提高课堂教学实效，促进学生文化基础知识和基本技能、创新精神以及探究能力的整体提高，促进学生全面、持续、和谐地发展就成了课堂教学的迫切需求。（2）课堂教学有效性研究是学生发展、教学理论和实践以及学校发展的需要。课堂教学的有效性是指教师遵循教学活动的客观规律，以良好的教学效果实现特定的目标，从而满足学生个人发展的需要，满足社会的需要。良好的课堂教学是师生之间，学生之间交往互动、共同发展的过程。通过本课题的研究，引导学生掌握在快乐中有效学习的策略，可以提高学习效率，提升学习能力；可以激发学生的学习热情，体验学习的快乐，促进学生的智力因素和非智力因素协同发展，促使学生身心健康成长。即以快乐教学法来提升课堂的有效性。同时，面对当下课堂教学环节中存在的各种问题和现象，积极研究相应方法去解决这些问题，即是教学理论和实践的需求，也是当下社会上各个学校的迫切需求。故而出于需求的需要，本课题选取初中物理教学，并试图通过研究快乐教学法的有效途径来解决这一问题。 2.实践意义自从开始全面实施新课程教学，课堂就不再是过去一味灌输知识的死板课堂。教材的编排体系呈现多样化，版面设计内容也愈加丰富多彩，学生的学习兴趣和主动参与意识都有所增长，教学手段也提出了现代化的要求。但目前仍有很多教师受“传统课堂教学模式”的深刻影响，摆脱不了知识教学的概念化、系统化，尤其是在物理这种拥有大量公式需要反复练习的学科上，课堂始终笼罩在传统讲授式、灌输式的阴影下，再加上应试教育这座头顶的大山使得老师和学生的压力倍增，导致许多老师一味追求学生分数的提高，而忽略了对学生学习兴趣和良好学习感受的培养，师生做了很多的“无效劳动”。这些低效，甚至无效的现状制约了教学效益和质量的提高，也影响了学生对学习的感受。因此，作为一名即将站在初中讲台上的教育工作者，我有责任、有义务去进行研究，探索真正有意于学生身心发展的良好教学方式。以期能对改善初中物理课堂有所帮助。

中外物理教学比较及研究

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高中文科选修部分有5册如下：

必修加选修共12册内容由5大部分组成，每一部分又由数章组成，并且都有对应的学生实验和演示实验及课题研究。书中还有“科学漫步”、“思考与讨论”、“做一做”等栏目以开阔学生视野，启发思考。美国物理学教材现状美国现行教材是《Physics:principles and problems》,作者是美国密执安-迪尔伯恩大学的著名物理学教授保罗-齐策维次博士。后又经修订与改版，至今长盛不衰。全书分为上中下三册，具体结构如下：

《Physics:principles and problems》全书共30章组成，选取的内容是理学、物态、波于光、电和磁、电磁感应、近代物理学。每一章都有“内容提要”、“学习本章的意义”、“想一想”、“起步实验”等栏目，结尾都有“复习指南”、“测评”、“标准化测试”，

多普勒谱线展宽.

2. 多普勒谱线展宽谱线展宽主要有自然展宽、碰撞展宽和多普勒展宽。多普勒展宽直接于气体分子速度分布律有关，这一效应首先被里普奇（Lippich）在1870年提出，瑞利经过多年研究得到定量公式。下面就导出多普勒谱线型函数。假设发出激光的原子静止时其发光频率为，当原子以vx的速度沿x轴向“接受器”运动时，由于多普勒效应使得“接受器”收到的频率为：（14） c 由于不同原子的vx不同，所以“接受器”收到的是不同频率的光，使得激光谱线以为中心被展宽。由麦克斯韦速度分量分布律可以得到，速度x分量在vx—的分子数比率为：（15）令代表其辐射频率落在附近单位频率间隔内的发光原子数比率，则有与辐射强度成正比。将和代入（15）式，可得式中就是多普勒展宽的线型函数。下面看一个例子。例1：试由来自星体的光谱线或多普勒宽度确定星体的温度。解：静止原子由激发态回到基态发出的光波的频率决定于两个态的能级差：为普朗克常数。由于原子在运动，因而发射出来的光的频率不再是而是一个分布，也就是谱线增宽了。一个以速度v运动的原子，沿x轴发射的光的频率与及vx的关系为，式中c为光速。横向产生的多普勒效应比纵向小得多而可以忽略。由于在之间的光强与速度分量在之间的原子数目dNX 成正比，即 dNx 由麦氏分布律因而

上式表示原子发光的强度，由于多普勒效应引起的谱线强度按频率的分布，分布函数随频率变化的曲线如图1所示，图1 原子光谱中谱线的多普勒加宽它是对v0的一个对称分布曲线。物理上定义与谱线极大值I0的一半相对应的两个频率v2与v1之差称为谱线的宽度这里也称为多普勒线宽。由解得所以 2ln2kT)1/2 2mc 由上式可知，多普勒宽度与原子的质量m及原子所处系统的温度T有关。若由实验测得了来自星体原子光谱的多普勒宽度及原子的质量m就可知道星体的温度T：

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光谱线展宽的物理机制 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

光谱线展宽的物理机制摘要本文首先介绍了原子光谱的形成和原子谱线的轮廓，以及用来定量描述谱线轮廓的三个物理量——谱线强度、中心频率和谱线半高宽。接下来对光谱线展宽的各种物理机制作了定性或定量地分析。详细地推导了谱线的自然展宽、多普勒展宽（高斯展宽）和洛伦兹展宽的半高宽公式。并推导出了佛克脱半高宽、多普勒半高宽和洛伦兹半高宽之间的关系式。给出了赫鲁兹马克展宽（共振展宽）的半高宽公式。定性地分析了谱线的自吸展宽。以类氢离子为例说明了同位素效应引起的同位素展宽。定性地分析了原子的核自旋对谱线宽度的影响。说明了在有外电场或内部不均匀强电场存在的情况下谱线会产生斯塔克变宽，在有外磁场存在的情况下谱线会产生塞曼变宽。最后对光谱线展宽的各种物理机制做了一个简单的总结，指出光谱线展宽的实质是光的频率发生了变化，各种新频率光的叠加导致了光谱线的展宽。并说明了对光谱线展宽的物理机制的研究，在提高光的单色性和物理量测量等方面具有重要的意义。关键词：谱线展宽；物理机制；谱线轮廓；半高宽

THE PHYSICAL MECHANISM OF SPECTRAL LINE BROADENING ABSTRACT Firstly, we introduce the formation of atomic spectrum and the outline of atomic spectral line in this paper, as well as three physical quantities—intensity of spectral line, center frequency and half width of spectral line profile which are used to describe spectral line profile quantitatively. Next we analyze various physical mechanism of spectral line broadening qualitatively or quantitatively. The natural half width of spectral line, half width of Doppler spectral line profil e (Gaussian spectral line profile) and half width of Lorentz spectral line profile are derived detailedly. And the relationship of half width of Voigt spectral line profile, half width of Doppler spectral line profile and half width of Lorentz spectral line profile is also derived detailedly. We introduce Holtsmark broadening (resonance broadening) and give half width of Holtsmark spectral line profile. It is introduced qualitatively how the Self-absorption broadening affects spectral line profile. Taking Hydrogenic ions for an example, we explain isotope broadening caused by Isotope effect. Spectral line broadening caused by nuclear spin is analyzed qualitatively. Stark effect can cause Stark broadening when there is external electric field or internal non-uniform strong electric field, and Zeeman effect can cause Zeeman broadening when there is external magnetic field. Finally, we make a summary on the physilcal mechanism of spectral line broadening, pointing out spectral line broadening is essentially a change in the frequency of spectral lines, and superposition of various spectral lines having a new frequency component leads to spectral line

物理教学的几个特点

物理教学的几个特点新课程的课堂教学要由传统的知识性教学转向现代化的发展性教学。在新课程背景下，我认为一节成功的物理课应该具备“新”“趣”“活”“实”“美”的特点。一、新就是不步人后尘，不因循守旧，不照搬别人的教案，不复制别人的思路，努力把课讲出新意，在某些方面有所突破，能引起同行们产生学习仿效的欲望。 1、理念新--即体现先进的教育教学思想。所谓理念是一个人所具有的准备付诸行动的信念，它既是一种观念，也是一种行动。观念是改革的先导，不同的教学理念，会带来不同的教学设计，取得不同的学习效果。教师的教育观念决定着教师的行为，教师教育观念转变是有效地进行课堂教学的关键。新课程的知识观：学生不仅要掌握陈述性知识，更要掌握程序性知识和策略性知识；新课程的的人才观：自觉地围绕新课程的培养目标开展教学活动，着眼于促进每一个学生的发展和学生终身学习的愿望与能力的培养，尊重学生的个性与差异，发展学生的潜能；新课程的教学观：自觉地关注学生的学习兴趣和经验，倡导学生主动参与的学习方式，建立新型的教与学的关系。《物理课程标准（实验稿）》在《基本理念》中指出：物理教学活动必须建立在学生的认知发展水平和已有的知识经验基础之上。教师应激发学生的学习积极性，向学生提供充分从事物理活动的机会，帮助他们在自主探索和合作交流的过程中真正理解和掌握基本的物理知识与技能、物理思想和方法，获得广泛的物理活动经验。学生是物理学习的主人，教师是物理学习的组织者、引导者与合作者。新课程的学生观：要使每一位学生都能全面和谐地发展，都能使个性得到充分发展，学生是发展的人、学生是独特的人、学生是独立的人新课程的的评价观：自觉地发挥评价促进学生发展、教师提高和不断改进教学的作用。评价的主要目的是为了全面了解学生的物理学习历程，激励学生的学习和改进教师的教学；应建立评价目标多元、评价方法多样的评价体系。对物理学习的评价要关注学生学习的结果，更要关注他们学习的过程；要关注学生物理学习的水平，更要关注他们在物理活动中所表现出来的情感与态度，帮助学生认识自我，建立信心。新课程的课程资源观：教师应跳出封闭的教材和教室，创造性地使用教材，积极利用和开发身边的课程资源，使教学内容贴近学生，贴近社会。 2、思路新--即体现构思新颖，实用高效的教学思路。同样的教材，同样的学生，同样的40分钟，同样的教师，由于教学设计思路不同，课堂教学效果却大不相同。 3、手段新--即重视现代化手段的运用近年来，多媒体计算机又进入课堂，运用多媒体计算机辅助教学，能较好地处理好大与小，远与近，动与静，快与慢，局部与整体的关系，能吸引学生的注意力，使学生形成鲜明的表象，启迪学生的思维，扩大信息量，提高教学效率。可以说，现代教学技术和手段的推广使用为教学方法的改革发展开辟了广阔的天地。二、趣趣--就是激发学生的学习兴趣。大家都知道"兴趣是最好的老师"，孔子也曾说过："知之者不如好知者，好知者不如乐知者。"由此可见，培养学生的学习兴趣，让学生在愉快的气氛中学习，是调动学生学习积极性，提高教学质量的至关重要的条件，也是减轻学生过重负担的根本措施。学生有了学习兴趣，学习活动对他们来说就不是一种负担，而是一种享受，一种愉快的体验，学生会越学越愿学、越爱学。

光谱线展宽的物理机制

THE PHYSICAL MECHANISM OF SPECTRAL LINE BROADENING ABSTRACT Firstly, we introduce the formation of atomic spectrum and the outline of atomic spectral line in this paper, as well as three physical quantities—intensity of spectral line, center frequency and half width of spectral line profile which are used to describe spectral line profile quantitatively. Next we analyze various physical mechanism of spectral line broadening qualitatively or quantitatively. The natural half width of spectral line, half width of Doppler spectral line profile (Gaussian spectral line profile) and half width of Lorentz spectral line profile are derived detailedly. And the relationship of half width of Voigt spectral line profile, half width of Doppler spectral line profile and half width of Lorentz spectral line profile is also derived detailedly. We introduce Holtsmark broadening (resonance broadening) and give half width of Holtsmark spectral line profile. It is introduced qualitatively how the Self-absorption broadening affects spectral line profile. Taking Hydrogenic ions for an example, we explain isotope broadening caused by Isotope effect. Spectral line broadening caused by nuclear spin is analyzed qualitatively. Stark effect can cause Stark broadening when there is external electric field or internal non-uniform strong electric field, and Zeeman effect can cause Zeeman broadening when there is external magnetic field. Finally, we make a summary on the physilcal mechanism of spectral line broadening, pointing out spectral line broadening is essentially a change in the frequency of spectral lines, and superposition of various spectral lines having a new frequency component leads to spectral line broadening. The study on the physilcal mechanism of spectral line broadening has very important significance in many aspects, for example, the improving of spectral line's monochromaticity,

2015年度中学物理教育教学研究综述

2015年度中学物理教育教学研究综述 ——基于《中学物理教与学》论文情况分析收藏|打印|下载作者：海龙/马亚鹏作者简介：海龙，中国人民大学书报资料中心（ 100872）；马亚鹏，市第九中学（ 750011）。原文出处：《物理教师》()2016年第20162期第2-6页容提要：通过对中国人民大学复印报刊资料《中学物理教与学》论文的统计分析可以看出，文章来源较为广泛，源杂志所占篇目较多的依次为《物理教师》、《物理教学》、《物理教学探讨》等，从第一作者地域分布来看，仍居首位。教育教学的热点集中于核心概念与学习进阶、有效提问策略、思维可视化、微课程开发、学习心理研究、教师专业发展等方面。期刊名称：《中学物理教与学》复印期号：2016年03期关键词：物理教育研究/人大复印报刊资料/中学物理教与学//综述一、统计分析 1.刊物排名 2015年中国人民大学书报资料中心复印报刊资料《中学物理教与学》共论文196篇，分布在34种刊物上。表1是排名前10位的刊物情况，其中，《物理教师》、《物理教学》、《物理教学探讨》、《物理通

报》、《中学物理教学参考》、《中学物理》等物理教学专业期刊文章总计123篇，占总数的62.8%，与往年持平。 2.作者单位、地域分布情况统计以论文第一作者统计，63.3%来自中学，14.3%来自教育科研单位，22.4%来自高校。中学和教育科研单位的作者较往年有所上升，来自高校作者数量下降明显，这从某种程度上可以说明中学物理教研水平和教科研论文质量均在稳步提升。地域分布方面，依然是作者较为活跃（65篇，占33.2%），以绝对优势居榜首，以下依次是（32篇，占16.3%）、（17篇，占8.7%）、（15篇，占7.7%）、（9篇，占4.6%o）、和（各6篇，占3.1%）。作为西部地区异军突起，成绩喜人。排名前列的省份总体占比有所下降。 3.基金项目文章统计在的论文中，有69篇属于基金项目课题研究成果，占总数的 35.2%，较往年大幅上升，某种程度上可以说明一线教师的课题研究积极性有所提高。 4.文章容分类统计 2015年度文章按容分类统计结果见表2。由表2可知，研究过于集中在教法层面的现状并未得到改观，其他层面的研究亟待加强。二、热点概述 1.核心概念与学习进阶受西方科学教育思潮的影响，国兴起了基于实证数据的核心概念与学习进阶研究。学科核心概念是组织整合学生自身容的少数概念，是学生科

多普勒谱线展宽

2. 多普勒谱线展宽谱线展宽主要有自然展宽、碰撞展宽和多普勒展宽。多普勒展宽直接于气体分子速度分布律有关，这一效应首先被里普奇（Lippich ）在1870年提出，瑞利经过多年研究得到定量公式。下面就导出多普勒谱线型函数。假设发出激光的原子静止时其发光频率为0υ，当原子以x v 的速度沿x 轴向“接受器”运动时，由于多普勒效应使得“接受器”收到的频率为： ?? ? ??+≈-= c c x x υυυυυ1100 （14）由于不同原子的x v 不同，所以“接受器”收到的是不同频率的光，使得激光谱线以0υ为中心被展宽。由麦克斯韦速度分量分布律可以得到，速度x 分量在x v — x x dv v +的分子数比率为： ()x kT mv x x M dv e kT m dv v f x 2212 2-?? ? ??=π （15）令()υg 代表其辐射频率落在υ附近单位频率间隔内的发光原子数比率，则有 ()()x x M dv v f d g =υυ ()υg 与辐射强度()υI 成正比。将c v x 00υυυ-=和υυd c dv x 0 =代入（15）式，可得 ()()()υπυυυυυυd e kT m c d g kT mc 20 2 0222--= 式中()υg 就是多普勒展宽的线型函数。下面看一个例子。例1：试由来自星体的光谱线或多普勒宽度确定星体的温度。解：静止原子由激发态回到基态发出的光波的频率0ν决定于两个态的能级差：E h ?=0ν,h 为普朗克常数。由于原子在运动，因而发射出来的光的频率不再是0ν而是一个分布，也就是谱线增宽了。一个以速度v 运动的原子，沿x 轴发射的光的频率ν与0ν及x v 的关系为 )1(0c v x -=νν， x v c =-)(0 0ννν 式中c 为光速。横向产生的多普勒效应比纵向小得多而可以忽略。由于在νννd +→之间的光强ννd I 与速度分量在x x x dv v v +→之间的原子数目X dN 成

中学物理教学研究初探

中学物理教学研究初探本文是自己在教学实践中大胆探索体验学习物理教学模式,并在教学中加以尝试,总结得出了各种适合学习物理教学模式,为培养学生探究能力进行简单的论述。标签：教学研究初探体验问题比较 “物理难学”,这是发自大多数高中学生的内心之声。追究其原因,主要是高中物理知识内容要求难度比较高,理论上的分析、推导、定量研究问题多,应用数学知识解决物理问题的能力要求高,教学进度快,再加上课堂容量大,习题类型繁多,且变化复杂,加上学生理解和分析物理问题的思维能力跟不上。针对上述问题,如何指导学生学好物理知识,帮助他们学会掌握学习物理知识的方法,是物理教师在教学工作中探究的主要问题。下面是本人几点教学方法经验总结: 1 体验式物理教学体验式学习是探究式学习的一个组成部分。“实践是检验真理的唯一标准”。体验式学习教学是在教师的指导下,让学生亲自参加应用物理知识的实践活动,并且参加对物理规律的验证性体验。学生可以通过亲自体验,印象深刻,这种感受在大脑皮层留下了深刻的记忆,并且学生将这种感受应用于广泛的分析思维和研究中,使感受与理论相结合得更完整,从而提高学生探究分析思维的能力,掌握分析问题的方法, 案例1、我曾经在教高中学生关于运动的合成与分解有关《小船度河》问题除利用“几何画板”程序中的动画、移动、分段函数等功能制作“小船过河”的课件系列外,让学生去模拟生活中真实的小船过河运动,实现了情境学习中互动技能的训练。“小船过河”系列课件包括(其中课件5、6、7留待学生课后探究)以下几部分。 [系列课件1]小船合运动与分运动(船相对于水的运动和船随水的运动)具有同时关系,位移与速度合成遵从平行四边形定则。 [系列课件2]小船分运动具有独立性,特别是小船船头正对河岸时,过河时间与水流速度无关,让学生体会运动的独立性。 [系列课件3]关于小船过河时间最短的条件的探究。 [系列课件4]关于小船过河位移最短的条件的探究(V船>V水)。 [系列课件5]关于小船过河位移最短的条件的探究(V船

气体展宽类型的物理机制研究

气体展宽类型的物理机制研究贺健河南科技大学理学院，471003，洛阳摘要：在大气风场探测中，在较高高度，探测源（极光）的展宽类型为高斯轮廓；而当压强比较高时，其展宽类型为洛伦兹轮廓；而当压强处于两者之间时，其展宽类型为高斯轮廓和洛伦兹轮廓的卷积－佛克脱轮廓。本文详细论述了三种轮廓产生的物理机制，这对于大气风场探测展宽类型的确认，从而提高探测精确度具有非常重要的意义。关键词：高斯轮廓，洛伦兹轮廓，佛克脱轮廓 1．引言根据高层大气风场探测原理，被探测源(极光)的谱线展宽类型对高层大气风场探测具有非常重要的意义[1]。在高层大气风场（80～300km ）探测中，被探测源的谱线展宽类型被认为是高斯轮廓。高斯展宽也称多普勒展宽，它是考虑到多普勒效应而产生的一种展宽类型；自然展宽和碰撞展宽产生的展宽类型为洛伦兹轮廓；最接近实际的谱线轮廓为佛克脱轮廓－高斯轮廓和洛伦兹轮廓的卷积[2]。目前国际上均假定被探测源的谱线展宽类型被认为是高斯轮廓，我们也对洛伦兹轮廓，佛克脱轮廓的大气风场探测原理进行了研究[3,4]。但对其产生的物理机制并不是很清楚，所以我们要对其产生的物理机制进行研究。 2．高斯轮廓的产生高斯展宽也叫多普勒展宽，它是由于作热运动的发光原子(分子)所发出的辐射的多普勒频移引起的[5]。我们首先简述多普勒效应的一些概念，然后给出多普勒展宽线型函数。设某一发光原子(分子)的中心频率为0ν，当原子相对于接收器以(在二者连线方向上)速度运动时，接收器测得的光波频率不再是v z ν，而是 (1) νν=这就是光学多普勒效应。当时，可取一级近似 v /1z c = (2) 0v (1)z c νν=+式中规定：当原子与接收器相互接近时，v ；当原子与接收器相互远离时，v 。 00z >z < 现在我们考虑包含大量发光原子中原子数按中心频率的分布。由于气体原子的无规则运动，各个原子具有不同方向、不同大小的热运动速度。设单位体积发光原子数为，根据分子运动论，它们的热运动速度服从麦克斯韦统计分布规律：在温度为的热平衡状态下， n T

物理教学研究读书心得三篇

物理教学研究读书心得三篇物理教学研究读书心得范文1 今天，有空静下心来细读《中学物理教学参考》第10期。读完之后，发现很多文章都跟课堂教学密切相关，很是受益。最欣赏戴金平老师的《关注物理概念教学的盲区》，戴老师的研究方法很是独特，但非常具有说服力。他给上完课后的学生进行无记名的调查问卷，从数据中看学生对概念的理解和掌握程度，从一系列的调查数据反思概念教学。第一次看完，我觉得这是一种非常好的研究方法，也是一种非常需要进行的研究。之所以是一种非常好的研究方法，是因为他关注了课堂，关注了学生，而这正是新课程理念的体现。细想，往常我们觉得课上得好不好，大多都是看老师的。之所以是一种非常需要进行的研究，是因为我们日常给学生上完课后，靠的是作业反馈学生掌握情况的好坏，而很少反馈教师教学的好坏。我们太多时候关注学生学习的好坏，而忽视了教师自己教学的好坏，忽视了教师自身的成长！张主方老师的《课堂实验探究有效性的思考和实践》写得非常详细，一看就是与真实的课堂观察，其中有非常多课堂案例，值得我们一线教师好好研读。从这篇文章中，我们可以发现，张老师的案例于平时的积累。可见，一线教师课后做好教学反思，多写写成功的或是失败的案例，那么迟早可以写出一篇有着丰富案例支撑的好文章。张曦老师的《新课程背景下物理教学的“3I”原则》颇有新意，内容非常精细，特别欣赏他的观点：物理教学中倡导提高趣味性、拓

展信息量和增强影响力。其中，他提到拓展信息量，让我产生了共鸣，因为我最近一直在写一篇关于这方面的文章。可见，好文章可以使自己的想法更成熟。司德平老师擅长于比较研究，我看过一些他的比较研究的文章。这次他写的是《高中物理人教版课标教材与大纲教材内容的比较研究》。一看到这个题目，我就在想，身处河南的他是从xx年才实施新课程的。而有些省从xx年就实施新课程了，但关于这两套教材的对比研究的文章为什么那么少。可见，好的文章立意到处都是，只是我们缺少发现的眼光！虽然我喜欢解题，但我更喜欢课堂和学生。非常喜欢《中学物理教学参考》关注课堂和学生的文章！希望《中学物理教学参考》越办越好！物理教学研究读书心得范文2 《物理学史》由金刚主编，哈尔滨工程大学出版社出版。本书主要介绍了自然科学的基础科学——物理学——发展的梗概，分为古代物理学、经典物理学、近代物理学，对于现代物理学的两个基础领域天体物理和粒子物理也做了概要的介绍。本书较为突出地介绍了中国古代科学技术取得的成就及其对于世界科学进步的贡献。此外，部分章节后还附有阅读材料，主要介绍在物理学发展过程中有代表性得人物和重大事件。几百年前，物理学叫自然科学，被人们看成是哲学的一部分。牛顿的一部经典物理学著作就取名为《自然哲学的数学原理》，这是

物理教学研究

《物理教学论》（第二版）李新乡张军朋编著科学出版社湖南师范大学————卢宇梦第十三章物理教学研究 1. 物理教学研究的意义 1.1促进教师专业发辰的有效手段 1.2培养研究型教师的重要措施 1.3顺利实施祈课程的基本保证 2 物理教学研究的基本过程 2.1确定研究课题 2.2 制定研究计划 2.3实施研究计划 2.4 撰写研究报告 3 物理教育研究的基本方法 3.1 教育文献法’ 3.2 教育观察法 3.3 教育调查法 3.4教育实验研究法

教学研究是有目的、有计划、主动地探索关于教学过程中的原则、规律、方法及有关具体教学问题的一种研究活动。在实施新课程的背景下，大力开展教学研究，建立以教师为研究主体、学校为研究中心的教学研究新机制，是落实和促进课程改革的必经之路。 1.物理教学研究的意义新一轮基础教育课程改革不仅涉及课程内容、结构、体系等表层的问题，更涉及课程理念、价值观、行为习惯、教学方式等深层次的问题，所以在新课程实施的过程中，必然会遇到各种各样的问题，而这些问题都是教师现有的经验和理论难于应付和解释的。由此，建立与新课程体系相造应的教学研究制度，确立教师即教学研究者的理念，具有重要的现实意义。 1.1促进教师专业发辰的有效手段教师只有把开展自己的教研、发表自己的见解、解决自己的问题、改进自己的教学作为自己的教学研究目的，才能完成“在教育中研究，在研究中学习，在学习中发展”，亲身体验“研——做——思——提升”这样一个循环往复、螺旋式上升的过程，完成从经验性知识向理论性知识转化，才能把教学研究与教师的日常教学实践、在职培训融为一体，使之成为教师的一种职业生活方式，促进教师的专业化发展。 1.2培养研究型教师的重要措施教学研究是滋养教师学术精神、提升教师专业能力的大众化的职业活动，教师通过研究更深刻认识、理解、掌握现代教育教学规律和学习规律，从而自觉的运用到教学活动中去。经过不断探索、反思、质疑和总结，改进教学弊端，使得教学更有效。事实上，我们的很多教师，正事通过教学研究，使得自己实现了由“教书匠”向“研究性”教师的转变。 1.3顺利实施祈课程的基本保证以教学研究来推动教学改革，以教学来推动新课程的改革。由此可见，扎实而有效的教学研究是实施新课程的保证。由于课程标准重视对学生所应该达到的基本标准的刻画，而对实现目标的手段和过程，特别是知识前后顺序的安排和时

中学物理教学研究论文

中学物理教学研究论文【摘要】当前CAI课件在物理教学中主要运用于辅助演示、技能操练、实验模拟等，文章主要分析了演示型CAI在中学物理教学中的必要性，提出了在中学物理教学中合理有效地使用演示型CAI课件的优化原则。【关键词】多媒体信息；CAI；优化设计物理学是以实验为基础的自然科学，它的理论、规律的建立和发现都离不开实验，并且要不断地受到实验的检验。因此在传统教学中，学生在课堂上边看演示实验边听讲是比较常见的一种教学形式。教师普遍认为演示实验可以使复杂的概念、规律形象直观化，便于重点、难点的学习，还可以节约课时，活跃课堂，启发引导学生积极思维，引起学习兴趣。可是实际教学中由于实验仪器的限制以及教师操作能力等问题，有的演示实验教学效果并不理想，但是随着计算机以及网络技术的不断发展，CAI的介入，这种现象有所改观。一、演示型CAI在中学物理教学中的运用物理学作为以实验为基础的学科，在教学中需要用大量的演示实验来向学生传递直观知识，但由于时空、环境的限制，有许多演示实验在课堂上利用传统的教学媒体和教学方法进行教学时效果不理想或难以实现，这就需要演示型CAI 来进行教学，以达到优化教学效果。通常主要用于以下几类

演示实验： 1．定理、规律的推导实验。定理、规律是物理学中最重要的一部分学习内容，他们绝大多数都是在“理想状态”下推导出来的。这在传统课堂教学中是难以实现的，教师在进行演示实验时，实验过程以及实验结果不可避免的会与定理规律有所偏差，容易使学生造成误解，影响教学效果。而借助多媒体技术运用演示实验CAI课件制作就可以很容易的模拟出“理想状态”，使实验过程以及实验结果与定理规律很好的吻合，避免了实验误差对学生学习效果的影响，使其更清晰准确的接受、理解，达到良好的教学效果。 2．实验对象涉及宏观微观物体的实验。物理学中有许多微观结构和微观现象是看不见、摸不着的演示实验是无法实现的。另外，还有一些关于宏观物体的现象的学习，由于时空、环境的限制也是不可能进行演示的。传统课堂教学只是靠挂图、板书以及教师讲授来进行，学生学习时枯燥无味，学完后印象不深，抽象空洞，难以达到规定的教学目标。运用演示实验的CAI课件可以很逼真的模拟这些宏观和微观物体的现象与结构，使学生将抽象的内容具体化，给以深刻的印象，实现教学目标，优化教学效果。 3．实验过程不可控的实验。自然界中有很多物理想象的过程过快、过慢或者过于抽象，但在教学过程中它们要通过细致的观察才能学习掌握。如：“碰撞”是一个极短时间内