等離子噴射技術(shù)課件

等離子噴射技術(shù)等離子噴射技術(shù)等離子噴射技術(shù)等離子體的基本概念◆等離子體由美國物理學(xué)家郎謬爾(Irvinglangmuir)首次溫度k命名,被稱為物質(zhì)的第四態(tài)e等離子◆等離子體的組分:電子,正離e⊕體子,中性粒子104~105◆印度物理學(xué)家沙哈M.Saha)o。倉氣態(tài)計算:宇宙中99.9%的物質(zhì)是等離子體狀態(tài)10!~10液態(tài)固態(tài)物質(zhì)狀態(tài)與溫度之間的關(guān)系等離子體的基本概念◆等離子體與氣體的區(qū)別等離子體是導(dǎo)電流體而又整體上保持電中性組成中帶電粒子間存在庫侖力◎等離子體的運(yùn)動行為受到電磁場的影響和制約◆并非任何電離氣體都是等離子體。只要當(dāng)電離度大到定程度,使帶電粒子密度達(dá)到所產(chǎn)生的空間電荷足以限制其自身運(yùn)動時,這樣的“電離氣體”才算轉(zhuǎn)變成等離子體。否則,體系中雖有少數(shù)粒子電離,仍不過是互不相關(guān)的各部分的簡單加和,而不具備作為物質(zhì)的第四態(tài)的典型性和特征,仍屬于氣態(tài)?；瘜W(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，學(xué)習(xí)化學(xué)最主要的途徑是科學(xué)探究?？茖W(xué)探究也是九年級化學(xué)的重要內(nèi)容，對發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)具有不可替代的作用，探究性學(xué)習(xí)是指在教學(xué)過程中創(chuàng)設(shè)一種類似科學(xué)研究的情境，讓學(xué)生通過自主參與、主動的探索，發(fā)現(xiàn)和體驗所學(xué)的內(nèi)容，從而獲得新的知識。并由此培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造習(xí)性、終身學(xué)習(xí)等能力。一、設(shè)計探究性實驗要增強(qiáng)學(xué)生的興趣初中化學(xué)第六單元的CO2能使紫色石蕊試液變紅實驗是難點，為了突破難點化難為易，并且增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將這個實驗設(shè)計為五步：（1）向干燥的紫色石蕊小花（紙）噴醋酸；（2）噴水；（3）把干燥的小花放入CO2中；（4）把噴水的小花放入CO2中；（5）將（4）步的小花取出后用吹風(fēng)機(jī)加熱。通過現(xiàn)象的觀察不難得出結(jié)論。二、設(shè)計探究實驗要以問題為載體進(jìn)行實驗探究的出發(fā)點是問題，學(xué)習(xí)只能是表層的和形式的，通過問題來進(jìn)行學(xué)習(xí)，把問題看成學(xué)習(xí)的動力和起點，是貫穿學(xué)習(xí)過程的主線。通過學(xué)習(xí)來生成問題，把學(xué)習(xí)過程看成發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和解決問題的過程。1.首先，創(chuàng)設(shè)問題情境、指導(dǎo)探究。例如CO2的實驗室制法中，以下列實驗引導(dǎo)學(xué)生探究：（1）在三支試管中分別加入以下三種物質(zhì)：①石灰石和稀鹽酸；②石灰石和稀硫酸；③碳酸鈉和稀鹽酸。以上三組實驗結(jié)果你認(rèn)為哪一種最適合實驗室制取CO2？（2）若制取大量CO2氣體，應(yīng)選用什么樣的裝置？（3）怎樣檢驗裝置的氣密性？如何向氣體發(fā)生器中裝藥品？加藥品時應(yīng)注意什么問題？（4）怎樣使制得到的氣體較純凈？怎樣去收集氣體？若使反應(yīng)停止怎么操作？操作時應(yīng)注意什么？教師發(fā)給每組同學(xué)不同的儀器，學(xué)生可以組合出十多種不同的裝置，讓每組學(xué)生介紹裝置的優(yōu)缺點，適當(dāng)給予點撥，最后讓學(xué)生歸納實驗的思路和方法。在整個問題解決過程中，教師是引導(dǎo)者和發(fā)現(xiàn)者，問題的討論和分析、結(jié)論的得出都由學(xué)生來完成，學(xué)生既增長了知識，又培養(yǎng)了動手能力、交流能力和思維能力。2.激發(fā)學(xué)生的問題意識，讓學(xué)生自主探究。在教學(xué)中，教師不僅要以問題激發(fā)學(xué)生探究，更要培養(yǎng)學(xué)生大膽質(zhì)疑、開放創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生的思維創(chuàng)新性和深刻性。例如，對“石蠟燃燒”的探究中，按課本的做法，燃燒放熱，且難以把握倒石灰水的時機(jī)，看不到石灰水變渾濁現(xiàn)象。有學(xué)生會提出問題：有沒有更好的檢驗方法？把實驗改為如下操作：a將蠟燭放在盛有石灰水的燒杯中點燃；b在三角架上放鐵絲網(wǎng)，放上蠟燭，旁邊放一小燒杯，在其上方罩一燒杯。兩種實驗都能看到現(xiàn)象。學(xué)生得到創(chuàng)新的喜悅，激發(fā)了學(xué)生的興趣。當(dāng)學(xué)生思維較活躍時，鼓勵學(xué)生提出更深層次的問題。有些問題給予回答，而對一些不能回答的問題，讓學(xué)生課后查資料，通過討論尋求答案從而培養(yǎng)了他們的問題意識。三、設(shè)計探究性實驗要注意學(xué)生的終身學(xué)習(xí)在教學(xué)中立足于改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)他們的獨(dú)立性、自主性，引導(dǎo)他們質(zhì)疑、調(diào)查和研究，學(xué)會在實踐中學(xué)習(xí)，在合作中學(xué)習(xí)，逐步形成適合學(xué)生的有效學(xué)習(xí)策略。1.鼓勵學(xué)生在課堂內(nèi)外自主探究，從生活的實際出發(fā)，提出探究性實驗。例如：學(xué)習(xí)CO2的實驗室制法之后，生活中的很多物質(zhì)含有酸，如檸檬、醋，也有類似石灰石的物質(zhì)，如家用堿面，它們之間能否反應(yīng)，比較它們的現(xiàn)象。2.鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)，合作交流。在教學(xué)過程中放開手腳，讓學(xué)生動腦、動口、動手，主動積極的去學(xué)，并激活學(xué)生的思維，展現(xiàn)個性，拓寬知識領(lǐng)域。例如學(xué)習(xí)了“物質(zhì)的構(gòu)成”之后，讓學(xué)生自己寫出復(fù)習(xí)提綱，并上臺展示，和學(xué)生交流。這樣做，既掌握了復(fù)習(xí)方法，又培養(yǎng)了主體意識。四、探究性實驗要優(yōu)化教學(xué)方法提高實驗教學(xué)效果1.改進(jìn)實驗，優(yōu)化實驗程序。例如初中化學(xué)中關(guān)于“催化劑”的教學(xué)中，可利用自制試管（彎曲約60度）把KClO3放在試管的底部，MnO2放在中部，試管口放上帶火星的火柴，加熱MnO2無現(xiàn)象，加熱KClO3一段時間后，火柴復(fù)燃。當(dāng)滑到試管的底部，火柴立即燃燒。本實驗通過改進(jìn)，操作方便，節(jié)省時間且效果明顯，對學(xué)生理解并掌握概念起到了良好的效果。2.開放實驗室，提供實驗場所。允許學(xué)生利用活動課時間自由進(jìn)入實驗室參觀討論，補(bǔ)做不成功的實驗，完成家庭小實驗，又組織地讓學(xué)生自行設(shè)計方案，繼續(xù)進(jìn)行探究活動，完成教材中設(shè)置的“選做實驗”“實驗習(xí)題”等。使學(xué)生在實驗中發(fā)現(xiàn)新知，培養(yǎng)能力。五、設(shè)計探究性實驗要培養(yǎng)創(chuàng)造態(tài)度、創(chuàng)造性思維和創(chuàng)造技能科學(xué)方法的培養(yǎng)，既要強(qiáng)調(diào)學(xué)會，更要強(qiáng)調(diào)會學(xué)?；瘜W(xué)實驗作為一種實踐性很強(qiáng)的活動，其中充滿了人類智慧的結(jié)晶，在化學(xué)實驗過程中，除包括觀察、實驗、分類等一般方法外，還包括收集和處理實驗數(shù)據(jù)、設(shè)計實驗并安裝實驗裝置、提出假設(shè)、得出結(jié)論、解釋實驗結(jié)果并應(yīng)用到新情境中、交流實驗研究成果等具體方法。在實驗教學(xué)中，以科學(xué)方法組織教學(xué)就是要讓學(xué)生按照科學(xué)家認(rèn)識世界的方法去從事學(xué)習(xí)，學(xué)會觀察、獨(dú)立提問、獨(dú)立思考、獨(dú)立判斷、獨(dú)立分析和解決問題。學(xué)生一旦將科學(xué)方法內(nèi)化為自己的思維和行為方式，其學(xué)習(xí)會取得事半功倍的效果。綜上所述，實驗探究充分體現(xiàn)以學(xué)生為主體，以實驗為中心，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神為核心，是把教與學(xué)有機(jī)融為一體的培養(yǎng)高效學(xué)習(xí)能力的教學(xué)形式。在當(dāng)前新建本科院校向應(yīng)用型技術(shù)類大學(xué)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期，學(xué)生能力培養(yǎng)成為當(dāng)前新的教育理念。高校教師都知道“能力培養(yǎng)”，但在教學(xué)中，大都沿用“一言堂、一支筆、一講到底”的教學(xué)模式，甚至課堂教學(xué)不是針對學(xué)生講課，更不管學(xué)生能力的提升和學(xué)習(xí)成效，而是為了完成教學(xué)任務(wù)宣讀課件。因此，如何在高校轉(zhuǎn)型期落實學(xué)生能力培養(yǎng)的教育目標(biāo)，提高學(xué)生的動手實踐能力尤為重要。本文初步探討了線性代數(shù)教學(xué)中以能力培養(yǎng)為目標(biāo)的分層教學(xué)法。在教學(xué)過程中，針對不同層次的學(xué)生因材施教，讓學(xué)生逐漸增強(qiáng)自信心，自覺培養(yǎng)主動學(xué)習(xí)的好習(xí)慣。1學(xué)生現(xiàn)狀分析近年來，由于高校招生量的擴(kuò)充，除了985和211工程之外的本科高校，學(xué)生層次有不小的差異，特別是理工類?？粕?，成績相差較多，教學(xué)存在著一定難度，特別是高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)等課程，仍按照過去的教學(xué)模式，一把尺子衡量，效果欠佳，已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前的應(yīng)用型教學(xué)規(guī)律。為了將理工科學(xué)生的基礎(chǔ)課教好，根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)、特點、學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)目標(biāo)，采取分層教學(xué)，很有必要。2線性代數(shù)分層教學(xué)實施方案對于分層教學(xué)，教育界并沒有定論，但都意識到了學(xué)生在某學(xué)科學(xué)習(xí)上存在的差異。按照差異對學(xué)生進(jìn)行分層教學(xué)，主要包括班級分層、班內(nèi)分層、走班教學(xué)等多種分層方法。這里主要介紹班內(nèi)分層的教學(xué)模式。班內(nèi)分層是指保持原有班級制，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、智力水平、學(xué)習(xí)興趣等因素，并結(jié)合學(xué)生的選擇意愿，對學(xué)生進(jìn)行分層，分層結(jié)果向?qū)W生公布，這樣能夠形成比較清晰的競爭機(jī)制，使每個學(xué)生在適合自己的層次取得滿意的學(xué)習(xí)效果。班內(nèi)分層操作如下：首先，將全班學(xué)生按照數(shù)學(xué)成績由高到低排序，將前20%的學(xué)生分為一組，中間60%的學(xué)生為一組，后20%的學(xué)生為一組，即按照262的模式將學(xué)生分為三個層次。在日常教學(xué)過程中，教師無論是課前準(zhǔn)備、課堂講授，還是習(xí)題解答等，都要體現(xiàn)262模式，即前幾分鐘對上節(jié)課所學(xué)知識、遺留的問題、學(xué)生作業(yè)等進(jìn)行回顧和解答；中間半小時主要以啟發(fā)式教學(xué)模式對新知識進(jìn)行講解，尤其是基本知識要詳細(xì)講解，確保每層學(xué)生都能消化、理解；最后十幾分鐘主要針對第一層學(xué)生進(jìn)行知識擴(kuò)展。最后面向全體學(xué)生進(jìn)行知識小結(jié)，并留作業(yè)及預(yù)習(xí)任務(wù)。3分層教學(xué)案例分析以線性方程組為例來說明分層教學(xué)的策略對學(xué)生學(xué)習(xí)的影響。證明：如果線性方程組①有解，則線性方程組②的任一解必滿足線性方程組③.證法1：利用以上三個線性方程組的系數(shù)矩陣與增廣矩陣的關(guān)系及矩陣的秩與解的關(guān)系證明。設(shè)方程組①為AY=b，其中，，則方程組②為A'X=θ，而方程組③為b′X=θ。由已知方程組①有解，即.此時把方程組②與③聯(lián)立得，即④，由得，即b′可以被A′的各行線性表出。說明線性方程組④的最后一個方程b′X=θ是多余方程，故方程組②的解都是b′X=θ的解。證法2：利用解的定義及二重和號的性質(zhì).將方程組①②③都用一重和式表達(dá)，分別有①，②，③.由已知①有解，故存在使①成立，將①代入③，并利用雙重和號有交換次序的性質(zhì)得當(dāng)是②的任一解時，則有，代入上式可化為.即證明了當(dāng)是②的任一解時，也能使③成立，即為③的解。證法3：利用矩陣運(yùn)算來證。例如證法1中所設(shè)方程組①為AY=b有解Y；方程組②為A′X=θ，有解X；方程組③為b′X=θ。由①兩邊轉(zhuǎn)置得Y′A=b′，再兩邊右乘以X得b′X=Y′A′X=Y′（A′X）=0.對以上例題分析：利用三個線性方程組的解的系數(shù)及常數(shù)列的關(guān)系，由線性方程組的不同形式出發(fā)，得到不同的證法。以上三種證法利用了線性方程組的矩陣表達(dá)形式及矩陣的運(yùn)算和秩的關(guān)系，如果全部掌握，需要對線性代數(shù)有較深的理解，才能運(yùn)用自如。在對第一、二層次學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)時，可全部向其講授這三種方法，?Ρ冉馓饉悸罰?找出他們之間的聯(lián)系。證法1對學(xué)生的能力要求高，必須能對問題進(jìn)行適當(dāng)轉(zhuǎn)化調(diào)整，這也是學(xué)生所欠缺的。證法3用的矩陣方程兩邊同乘以矩陣的方法，在解線性方程組中常用，即如果AX=θ，兩邊左乘以b，得bAX=bθ=θ，則得到滿足AX=θ的解都是bAX=θ的解。這種方法運(yùn)用基本的線性代數(shù)運(yùn)算方法，難度適宜，適合第三層次學(xué)生掌握。4線性代數(shù)分層教學(xué)的優(yōu)缺點從學(xué)生角度講，分層教學(xué)是按照學(xué)生學(xué)習(xí)能力進(jìn)行分層，有利于小組合作學(xué)習(xí)，有利于形成良性競爭機(jī)制，能充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)線性代數(shù)的積極性。同時，分層教學(xué)充分體現(xiàn)尊重學(xué)生個體差異，保證對每個學(xué)生因材施教。由于學(xué)習(xí)成就是學(xué)生自身努力的結(jié)果，通過自己的踏實學(xué)習(xí)、獨(dú)立分析問題和解決問題，能夠看到成績的提高，可以說分層教學(xué)也是一種變相激勵機(jī)制。從教師角度講，分層教學(xué)要求教師要充分了解學(xué)生的整體情況，不能再沿用以往“大面灌”的教學(xué)方式，在教案的設(shè)計中要充分體現(xiàn)不同層級學(xué)生所要達(dá)到的學(xué)習(xí)目標(biāo)，滿足各層次學(xué)生的需求。這就倒逼教師在新形勢下，要與時俱進(jìn)、有教學(xué)改革的意識，加強(qiáng)學(xué)習(xí)，努力實現(xiàn)專業(yè)化成長，有利于教師從“傳道授業(yè)”的普通身份向教學(xué)研究型轉(zhuǎn)變。但是，班內(nèi)分層教學(xué)最大弊端會出現(xiàn)“馬太效應(yīng)”，是對教育公平理論的直接挑戰(zhàn)，即有可能出現(xiàn)“讓線性代數(shù)學(xué)習(xí)好的更加好、差的更加差”，這就與分層教學(xué)的初衷相違背。這種弊端容易使第三層學(xué)生的自尊心受到傷害，從而更加導(dǎo)致自主學(xué)習(xí)能力的下降，使學(xué)習(xí)僅僅為了應(yīng)付考試。5線性代數(shù)分層教學(xué)應(yīng)注意的問題實行分層次教學(xué)，考核方式是一個值得探討的復(fù)雜問題，不同層次不同類別不同專業(yè)采用不同的考核方式和內(nèi)容顯然是合理的，但這種方式合理性對于成績較差的學(xué)生顯然有些寬泛和遷就，對于高層次的較弱生顯然又有些苛刻和欠合理，導(dǎo)致學(xué)生情緒的波動和成績的兩極分化，不利于不同層次學(xué)生的共同發(fā)展，也會阻礙學(xué)生的參與度，影響教學(xué)質(zhì)量的提高，因此，這些問題應(yīng)繼續(xù)探索。等離子體的基本概念◆等離子體由美國物理學(xué)家郎謬爾(Irvinglangmuir)首次溫度k命名,被稱為物質(zhì)的第四態(tài)e等離子◆等離子體的組分:電子,正離e⊕體子,中性粒子104~105◆印度物理學(xué)家沙哈M.Saha)o。倉氣態(tài)計算:宇宙中99.9%的物質(zhì)是等離子體狀態(tài)10!~10液態(tài)固態(tài)物質(zhì)狀態(tài)與溫度之間的關(guān)系等離子體的基本概念◆等離子體與氣體的區(qū)別等離子體是導(dǎo)電流體而又整體上保持電中性組成中帶電粒子間存在庫侖力◎等離子體的運(yùn)動行為受到電磁場的影響和制約◆并非任何電離氣體都是等離子體。只要當(dāng)電離度大到定程度,使帶電粒子密度達(dá)到所產(chǎn)生的空間電荷足以限制其自身運(yùn)動時,這樣的“電離氣體”才算轉(zhuǎn)變成等離子體。否則,體系中雖有少數(shù)粒子電離,仍不過是互不相關(guān)的各部分的簡單加和,而不具備作為物質(zhì)的第四態(tài)的典型性和特征,仍屬于氣態(tài)。等離子體的基本概念◆等離子體分類高溫等離子體(熱等離子體):壓力大于1.33×104Pa時,氣體密度大,電子撞擊氣體分子,能量轉(zhuǎn)移,電子溫度和氣體溫度幾乎相等低溫等離子體(冷等離子體):壓力小于1.33×104Pa時,氣體密度小,電子撞擊氣體概率小,氣體吸收電子的能量少,氣體溫度與電子溫度分離,電子溫度~104K,氣體溫度102~103K氣體壓力越小,電子和氣體的溫差就越大等離子體的基本概念◆等離子體產(chǎn)生的方法:光照,燃燒,電場激發(fā),放射線,與高溫介質(zhì)接觸等分子—→原子—電子+帶電的離子◆等離子體的電離度,假定電子,離子和中性粒子的密度分別外na,n;及n/(n;+n)◎n<0.1%,低溫等離子體n》1%,高溫等離子體氣體溫度是分子平均動能的量度等離子體的基本概念◆等離子體的表征方法等離子體的密度n或ne等離子體的溫度◆等離子體中的粒子碰撞問題◎原子-原子彈性碰撞原子電離°原子-電子:原子電離離子-電子:中性原子φ離子-原子離子-離子:彈性碰撞改變方向和速度電子-電子等離子放電燒結(jié)◆等離子體燒結(jié)技術(shù)SPS(SparkPlasmaSintering)在粉末間直接通入脈沖電流進(jìn)行加熱燒結(jié),也被稱為等離子活化燒結(jié)或等離子體輔助燒結(jié)◆等離子體燒結(jié)發(fā)展始:

1930年,美國科學(xué)家提出利用等離子體脈沖燒結(jié)原理●1965年,脈沖電流燒結(jié)技術(shù)在美國和日本等國得到應(yīng)用◎1988年,日本研制出笫一臺工業(yè)型等離子體燒結(jié)裝置●1996年,日本組織了等離子體燒結(jié)研討會,每年召開一次◆1998年,瑞典購進(jìn)等離子體燒結(jié)系統(tǒng),對碳化物、氧化物及生物陶瓷等進(jìn)行較多研究工作2006年6月武漢理工大學(xué)購置了國內(nèi)首臺等離子體燒結(jié)裝置,此后國內(nèi)多所高校及研究所相繼引進(jìn)該裝置,成為材料制備的全新技術(shù)等離子放電燒結(jié)◆等離子體放電燒結(jié)原理:機(jī)理尚無統(tǒng)一認(rèn)識SPS的制造商Sumi0m0公司的M.Tokita最早提出放電等離子燒結(jié)的觀點:粉末顆粒微區(qū)存在電場誘導(dǎo)的正負(fù)極,在脈沖電流作用下顆粒間發(fā)生放電,激發(fā)等離子體,由放電產(chǎn)生的高能粒子撞擊顆粒間的接觸部分,使物質(zhì)產(chǎn)生蒸發(fā)作用而起到凈化和活化作用,電能貯存在顆粒團(tuán)的介電層中,介電層發(fā)生間歇式快速放電等離子放電燒結(jié)◆SPS等離子燒結(jié)機(jī)理示意圖粉末粒徑(A放電等離子綜融層B真空4+一電子氣化層一物放電柱(艘電空氣4b等離子離子化氣化層離子陰極粉未粒徑()ON-CFH脈沖能量的初級第步放電等離子階段的火花放電顆粒表面的氣化熔壁壓,月