等离子喷射技术课件

等离子喷射技术等离子喷射技术等离子喷射技术等离子体的基本概念◆等离子体由美国物理学家郎谬尔(Irvinglangmuir)首次温度k命名,被称为物质的第四态e等离子◆等离子体的组分:电子,正离e⊕体子,中性粒子104~105◆印度物理学家沙哈M.Saha)o。仓气态计算:宇宙中99.9%的物质是等离子体状态10!~10液态固态物质状态与温度之间的关系等离子体的基本概念◆等离子体与气体的区别等离子体是导电流体而又整体上保持电中性组成中带电粒子间存在库仑力◎等离子体的运动行为受到电磁场的影响和制约◆并非任何电离气体都是等离子体。只要当电离度大到定程度,使带电粒子密度达到所产生的空间电荷足以限制其自身运动时,这样的“电离气体”才算转变成等离子体。否则,体系中虽有少数粒子电离,仍不过是互不相关的各部分的简单加和,而不具备作为物质的第四态的典型性和特征,仍属于气态。化学是一门以实验为基础的科学，学习化学最主要的途径是科学探究。科学探究也是九年级化学的重要内容，对发展学生的科学素养具有不可替代的作用，探究性学习是指在教学过程中创设一种类似科学研究的情境，让学生通过自主参与、主动的探索，发现和体验所学的内容，从而获得新的知识。并由此培养学生的创造习性、终身学习等能力。一、设计探究性实验要增强学生的兴趣初中化学第六单元的CO2能使紫色石蕊试液变红实验是难点，为了突破难点化难为易，并且增强学生的学习兴趣，将这个实验设计为五步：（1）向干燥的紫色石蕊小花（纸）喷醋酸；（2）喷水；（3）把干燥的小花放入CO2中；（4）把喷水的小花放入CO2中；（5）将（4）步的小花取出后用吹风机加热。通过现象的观察不难得出结论。二、设计探究实验要以问题为载体进行实验探究的出发点是问题，学习只能是表层的和形式的，通过问题来进行学习，把问题看成学习的动力和起点，是贯穿学习过程的主线。通过学习来生成问题，把学习过程看成发现问题、提出问题和解决问题的过程。1.首先，创设问题情境、指导探究。例如CO2的实验室制法中，以下列实验引导学生探究：（1）在三支试管中分别加入以下三种物质：①石灰石和稀盐酸；②石灰石和稀硫酸；③碳酸钠和稀盐酸。以上三组实验结果你认为哪一种最适合实验室制取CO2？（2）若制取大量CO2气体，应选用什么样的装置？（3）怎样检验装置的气密性？如何向气体发生器中装药品？加药品时应注意什么问题？（4）怎样使制得到的气体较纯净？怎样去收集气体？若使反应停止怎么操作？操作时应注意什么？教师发给每组同学不同的仪器，学生可以组合出十多种不同的装置，让每组学生介绍装置的优缺点，适当给予点拨，最后让学生归纳实验的思路和方法。在整个问题解决过程中，教师是引导者和发现者，问题的讨论和分析、结论的得出都由学生来完成，学生既增长了知识，又培养了动手能力、交流能力和思维能力。2.激发学生的问题意识，让学生自主探究。在教学中，教师不仅要以问题激发学生探究，更要培养学生大胆质疑、开放创新，培养学生的思维创新性和深刻性。例如，对“石蜡燃烧”的探究中，按课本的做法，燃烧放热，且难以把握倒石灰水的时机，看不到石灰水变浑浊现象。有学生会提出问题：有没有更好的检验方法？把实验改为如下操作：a将蜡烛放在盛有石灰水的烧杯中点燃；b在三角架上放铁丝网，放上蜡烛，旁边放一小烧杯，在其上方罩一烧杯。两种实验都能看到现象。学生得到创新的喜悦，激发了学生的兴趣。当学生思维较活跃时，鼓励学生提出更深层次的问题。有些问题给予回答，而对一些不能回答的问题，让学生课后查资料，通过讨论寻求答案从而培养了他们的问题意识。三、设计探究性实验要注意学生的终身学习在教学中立足于改变学生的学习方式，培养他们的独立性、自主性，引导他们质疑、调查和研究，学会在实践中学习，在合作中学习，逐步形成适合学生的有效学习策略。1.鼓励学生在课堂内外自主探究，从生活的实际出发，提出探究性实验。例如：学习CO2的实验室制法之后，生活中的很多物质含有酸，如柠檬、醋，也有类似石灰石的物质，如家用碱面，它们之间能否反应，比较它们的现象。2.鼓励学生自主学习，合作交流。在教学过程中放开手脚，让学生动脑、动口、动手，主动积极的去学，并激活学生的思维，展现个性，拓宽知识领域。例如学习了“物质的构成”之后，让学生自己写出复习提纲，并上台展示，和学生交流。这样做，既掌握了复习方法，又培养了主体意识。四、探究性实验要优化教学方法提高实验教学效果1.改进实验，优化实验程序。例如初中化学中关于“催化剂”的教学中，可利用自制试管（弯曲约60度）把KClO3放在试管的底部，MnO2放在中部，试管口放上带火星的火柴，加热MnO2无现象，加热KClO3一段时间后，火柴复燃。当滑到试管的底部，火柴立即燃烧。本实验通过改进，操作方便，节省时间且效果明显，对学生理解并掌握概念起到了良好的效果。2.开放实验室，提供实验场所。允许学生利用活动课时间自由进入实验室参观讨论，补做不成功的实验，完成家庭小实验，又组织地让学生自行设计方案，继续进行探究活动，完成教材中设置的“选做实验”“实验习题”等。使学生在实验中发现新知，培养能力。五、设计探究性实验要培养创造态度、创造性思维和创造技能科学方法的培养，既要强调学会，更要强调会学。化学实验作为一种实践性很强的活动，其中充满了人类智慧的结晶，在化学实验过程中，除包括观察、实验、分类等一般方法外，还包括收集和处理实验数据、设计实验并安装实验装置、提出假设、得出结论、解释实验结果并应用到新情境中、交流实验研究成果等具体方法。在实验教学中，以科学方法组织教学就是要让学生按照科学家认识世界的方法去从事学习，学会观察、独立提问、独立思考、独立判断、独立分析和解决问题。学生一旦将科学方法内化为自己的思维和行为方式，其学习会取得事半功倍的效果。综上所述，实验探究充分体现以学生为主体，以实验为中心，培养学生的创新精神为核心，是把教与学有机融为一体的培养高效学习能力的教学形式。在当前新建本科院校向应用型技术类大学转型的关键时期，学生能力培养成为当前新的教育理念。高校教师都知道“能力培养”，但在教学中，大都沿用“一言堂、一支笔、一讲到底”的教学模式，甚至课堂教学不是针对学生讲课，更不管学生能力的提升和学习成效，而是为了完成教学任务宣读课件。因此，如何在高校转型期落实学生能力培养的教育目标，提高学生的动手实践能力尤为重要。本文初步探讨了线性代数教学中以能力培养为目标的分层教学法。在教学过程中，针对不同层次的学生因材施教，让学生逐渐增强自信心，自觉培养主动学习的好习惯。1学生现状分析近年来，由于高校招生量的扩充，除了985和211工程之外的本科高校，学生层次有不小的差异，特别是理工类专科生，成绩相差较多，教学存在着一定难度，特别是高等数学、线性代数等课程，仍按照过去的教学模式，一把尺子衡量，效果欠佳，已经不适应当前的应用型教学规律。为了将理工科学生的基础课教好，根据学生的基础、特点、学习兴趣和学习目标，采取分层教学，很有必要。2线性代数分层教学实施方案对于分层教学，教育界并没有定论，但都意识到了学生在某学科学习上存在的差异。按照差异对学生进行分层教学，主要包括班级分层、班内分层、走班教学等多种分层方法。这里主要介绍班内分层的教学模式。班内分层是指保持原有班级制，根据学生的学习基础、智力水平、学习兴趣等因素，并结合学生的选择意愿，对学生进行分层，分层结果向学生公布，这样能够形成比较清晰的竞争机制，使每个学生在适合自己的层次取得满意的学习效果。班内分层操作如下：首先，将全班学生按照数学成绩由高到低排序，将前20%的学生分为一组，中间60%的学生为一组，后20%的学生为一组，即按照262的模式将学生分为三个层次。在日常教学过程中，教师无论是课前准备、课堂讲授，还是习题解答等，都要体现262模式，即前几分钟对上节课所学知识、遗留的问题、学生作业等进行回顾和解答；中间半小时主要以启发式教学模式对新知识进行讲解，尤其是基本知识要详细讲解，确保每层学生都能消化、理解；最后十几分钟主要针对第一层学生进行知识扩展。最后面向全体学生进行知识小结，并留作业及预习任务。3分层教学案例分析以线性方程组为例来说明分层教学的策略对学生学习的影响。证明：如果线性方程组①有解，则线性方程组②的任一解必满足线性方程组③.证法1：利用以上三个线性方程组的系数矩阵与增广矩阵的关系及矩阵的秩与解的关系证明。设方程组①为AY=b，其中，，则方程组②为A'X=θ，而方程组③为b′X=θ。由已知方程组①有解，即.此时把方程组②与③联立得，即④，由得，即b′可以被A′的各行线性表出。说明线性方程组④的最后一个方程b′X=θ是多余方程，故方程组②的解都是b′X=θ的解。证法2：利用解的定义及二重和号的性质.将方程组①②③都用一重和式表达，分别有①，②，③.由已知①有解，故存在使①成立，将①代入③，并利用双重和号有交换次序的性质得当是②的任一解时，则有，代入上式可化为.即证明了当是②的任一解时，也能使③成立，即为③的解。证法3：利用矩阵运算来证。例如证法1中所设方程组①为AY=b有解Y；方程组②为A′X=θ，有解X；方程组③为b′X=θ。由①两边转置得Y′A=b′，再两边右乘以X得b′X=Y′A′X=Y′（A′X）=0.对以上例题分析：利用三个线性方程组的解的系数及常数列的关系，由线性方程组的不同形式出发，得到不同的证法。以上三种证法利用了线性方程组的矩阵表达形式及矩阵的运算和秩的关系，如果全部掌握，需要对线性代数有较深的理解，才能运用自如。在对第一、二层次学生进行辅导时，可全部向其讲授这三种方法，?Ρ冉馓馑悸罚?找出他们之间的联系。证法1对学生的能力要求高，必须能对问题进行适当转化调整，这也是学生所欠缺的。证法3用的矩阵方程两边同乘以矩阵的方法，在解线性方程组中常用，即如果AX=θ，两边左乘以b，得bAX=bθ=θ，则得到满足AX=θ的解都是bAX=θ的解。这种方法运用基本的线性代数运算方法，难度适宜，适合第三层次学生掌握。4线性代数分层教学的优缺点从学生角度讲，分层教学是按照学生学习能力进行分层，有利于小组合作学习，有利于形成良性竞争机制，能充分调动学生学习线性代数的积极性。同时，分层教学充分体现尊重学生个体差异，保证对每个学生因材施教。由于学习成就是学生自身努力的结果，通过自己的踏实学习、独立分析问题和解决问题，能够看到成绩的提高，可以说分层教学也是一种变相激励机制。从教师角度讲，分层教学要求教师要充分了解学生的整体情况，不能再沿用以往“大面灌”的教学方式，在教案的设计中要充分体现不同层级学生所要达到的学习目标，满足各层次学生的需求。这就倒逼教师在新形势下，要与时俱进、有教学改革的意识，加强学习，努力实现专业化成长，有利于教师从“传道授业”的普通身份向教学研究型转变。但是，班内分层教学最大弊端会出现“马太效应”，是对教育公平理论的直接挑战，即有可能出现“让线性代数学习好的更加好、差的更加差”，这就与分层教学的初衷相违背。这种弊端容易使第三层学生的自尊心受到伤害，从而更加导致自主学习能力的下降，使学习仅仅为了应付考试。5线性代数分层教学应注意的问题实行分层次教学，考核方式是一个值得探讨的复杂问题，不同层次不同类别不同专业采用不同的考核方式和内容显然是合理的，但这种方式合理性对于成绩较差的学生显然有些宽泛和迁就，对于高层次的较弱生显然又有些苛刻和欠合理，导致学生情绪的波动和成绩的两极分化，不利于不同层次学生的共同发展，也会阻碍学生的参与度，影响教学质量的提高，因此，这些问题应继续探索。等离子体的基本概念◆等离子体由美国物理学家郎谬尔(Irvinglangmuir)首次温度k命名,被称为物质的第四态e等离子◆等离子体的组分:电子,正离e⊕体子,中性粒子104~105◆印度物理学家沙哈M.Saha)o。仓气态计算:宇宙中99.9%的物质是等离子体状态10!~10液态固态物质状态与温度之间的关系等离子体的基本概念◆等离子体与气体的区别等离子体是导电流体而又整体上保持电中性组成中带电粒子间存在库仑力◎等离子体的运动行为受到电磁场的影响和制约◆并非任何电离气体都是等离子体。只要当电离度大到定程度,使带电粒子密度达到所产生的空间电荷足以限制其自身运动时,这样的“电离气体”才算转变成等离子体。否则,体系中虽有少数粒子电离,仍不过是互不相关的各部分的简单加和,而不具备作为物质的第四态的典型性和特征,仍属于气态。等离子体的基本概念◆等离子体分类高温等离子体(热等离子体):压力大于1.33×104Pa时,气体密度大,电子撞击气体分子,能量转移,电子温度和气体温度几乎相等低温等离子体(冷等离子体):压力小于1.33×104Pa时,气体密度小,电子撞击气体概率小,气体吸收电子的能量少,气体温度与电子温度分离,电子温度~104K,气体温度102~103K气体压力越小,电子和气体的温差就越大等离子体的基本概念◆等离子体产生的方法:光照,燃烧,电场激发,放射线,与高温介质接触等分子—→原子—电子+带电的离子◆等离子体的电离度,假定电子,离子和中性粒子的密度分别外na,n;及n/(n;+n)◎n<0.1%,低温等离子体n》1%,高温等离子体气体温度是分子平均动能的量度等离子体的基本概念◆等离子体的表征方法等离子体的密度n或ne等离子体的温度◆等离子体中的粒子碰撞问题◎原子-原子弹性碰撞原子电离°原子-电子:原子电离离子-电子:中性原子φ离子-原子离子-离子:弹性碰撞改变方向和速度电子-电子等离子放电烧结◆等离子体烧结技术SPS(SparkPlasmaSintering)在粉末间直接通入脉冲电流进行加热烧结,也被称为等离子活化烧结或等离子体辅助烧结◆等离子体烧结发展始:

1930年,美国科学家提出利用等离子体脉冲烧结原理●1965年,脉冲电流烧结技术在美国和日本等国得到应用◎1988年,日本研制出笫一台工业型等离子体烧结装置●1996年,日本组织了等离子体烧结研讨会,每年召开一次◆1998年,瑞典购进等离子体烧结系统,对碳化物、氧化物及生物陶瓷等进行较多研究工作2006年6月武汉理工大学购置了国内首台等离子体烧结装置,此后国内多所高校及研究所相继引进该装置,成为材料制备的全新技术等离子放电烧结◆等离子体放电烧结原理:机理尚无统一认识SPS的制造商Sumi0m0公司的M.Tokita最早提出放电等离子烧结的观点:粉末颗粒微区存在电场诱导的正负极,在脉冲电流作用下颗粒间发生放电,激发等离子体,由放电产生的高能粒子撞击颗粒间的接触部分,使物质产生蒸发作用而起到净化和活化作用,电能贮存在颗粒团的介电层中,介电层发生间歇式快速放电等离子放电烧结◆SPS等离子烧结机理示意图粉末粒径(A放电等离子综融层B真空4+一电子气化层一物放电柱(艘电空气4b等离子离子化气化层离子阴极粉未粒径()ON-CFH脉冲能量的初级第步放电等离子阶段的火花放电颗粒表面的气化熔壁压,月