等離子噴射技術課件

等離子噴射技術等離子噴射技術等離子噴射技術等離子體的基本概念◆等離子體由美國物理學家郎謬爾(Irvinglangmuir)首次溫度k命名,被稱為物質的第四態(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◆印度物理學家沙哈M.Saha)o。倉氣態(tài)計算:宇宙中99.9%的物質是等離子體狀態(tài)10!~10液態(tài)固態(tài)物質狀態(tài)與溫度之間的關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。只要當電離度大到定程度,使帶電粒子密度達到所產生的空間電荷足以限制其自身運動時,這樣的“電離氣體”才算轉變成等離子體。否則,體系中雖有少數(shù)粒子電離,仍不過是互不相關的各部分的簡單加和,而不具備作為物質的第四態(tài)的典型性和特征,仍屬于氣態(tài)?；瘜W是一門以實驗為基礎的科學，學習化學最主要的途徑是科學探究?？茖W探究也是九年級化學的重要內容，對發(fā)展學生的科學素養(yǎng)具有不可替代的作用，探究性學習是指在教學過程中創(chuàng)設一種類似科學研究的情境，讓學生通過自主參與、主動的探索，發(fā)現(xiàn)和體驗所學的內容，從而獲得新的知識。并由此培養(yǎng)學生的創(chuàng)造習性、終身學習等能力。一、設計探究性實驗要增強學生的興趣初中化學第六單元的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，并且增強學生的學習興趣，將這個實驗設計為五步：（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機加熱。通過現(xiàn)象的觀察不難得出結論。二、設計探究實驗要以問題為載體進行實驗探究的出發(fā)點是問題，學習只能是表層的和形式的，通過問題來進行學習，把問題看成學習的動力和起點，是貫穿學習過程的主線。通過學習來生成問題，把學習過程看成發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和解決問題的過程。1.首先，創(chuàng)設問題情境、指導探究。例如CO2的實驗室制法中，以下列實驗引導學生探究：（1）在三支試管中分別加入以下三種物質：①石灰石和稀鹽酸；②石灰石和稀硫酸；③碳酸鈉和稀鹽酸。以上三組實驗結果你認為哪一種最適合實驗室制取CO2？（2）若制取大量CO2氣體，應選用什么樣的裝置？（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？若使反應停止怎么操作？操作時應注意什么？教師發(fā)給每組同學不同的儀器，學生可以組合出十多種不同的裝置，讓每組學生介紹裝置的優(yōu)缺點，適當給予點撥，最后讓學生歸納實驗的思路和方法。在整個問題解決過程中，教師是引導者和發(fā)現(xiàn)者，問題的討論和分析、結論的得出都由學生來完成，學生既增長了知識，又培養(yǎng)了動手能力、交流能力和思維能力。2.激發(fā)學生的問題意識，讓學生自主探究。在教學中，教師不僅要以問題激發(fā)學生探究，更要培養(yǎng)學生大膽質疑、開放創(chuàng)新，培養(yǎng)學生的思維創(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，看不到石灰水變渾濁現(xiàn)象。有學生會提出問題：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，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。學生得到創(chuàng)新的喜悅，激發(fā)了學生的興趣。當學生思維較活躍時，鼓勵學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、設計探究性實驗要注意學生的終身學習在教學中立足于改變學生的學習方式，培養(yǎng)他們的獨立性、自主性，引導他們質疑、調查和研究，學會在實踐中學習，在合作中學習，逐步形成適合學生的有效學習策略。1.鼓勵學生在課堂內外自主探究，從生活的實際出發(fā)，提出探究性實驗。例如：學習CO2的實驗室制法之后，生活中的很多物質含有酸，如檸檬、醋，也有類似石灰石的物質，如家用堿面，它們之間能否反應，比較它們的現(xiàn)象。2.鼓勵學生自主學習，合作交流。在教學過程中放開手腳，讓學生動腦、動口、動手，主動積極的去學，并激活學生的思維，展現(xiàn)個性，拓寬知識領域。例如學習了“物質的構成”之后，讓學生自己寫出復習提綱，并上臺展示，和學生交流。這樣做，既掌握了復習方法，又培養(yǎng)了主體意識。四、探究性實驗要優(yōu)化教學方法提高實驗教學效果1.改進實驗，優(yōu)化實驗程序。例如初中化學中關于“催化劑”的教學中，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，火柴復燃。當滑到試管的底部，火柴立即燃燒。本實驗通過改進，操作方便，節(jié)省時間且效果明顯，對學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。允許學生利用活動課時間自由進入實驗室參觀討論，補做不成功的實驗，完成家庭小實驗，又組織地讓學生自行設計方案，繼續(xù)進行探究活動，完成教材中設置的“選做實驗”“實驗習題”等。使學生在實驗中發(fā)現(xiàn)新知，培養(yǎng)能力。五、設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)造技能科學方法的培養(yǎng)，既要強調學會，更要強調會學?；瘜W實驗作為一種實踐性很強的活動，其中充滿了人類智慧的結晶，在化學實驗過程中，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)、設計實驗并安裝實驗裝置、提出假設、得出結論、解釋實驗結果并應用到新情境中、交流實驗研究成果等具體方法。在實驗教學中，以科學方法組織教學就是要讓學生按照科學家認識世界的方法去從事學習，學會觀察、獨立提問、獨立思考、獨立判斷、獨立分析和解決問題。學生一旦將科學方法內化為自己的思維和行為方式，其學習會取得事半功倍的效果。綜上所述，實驗探究充分體現(xiàn)以學生為主體，以實驗為中心，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神為核心，是把教與學有機融為一體的培養(yǎng)高效學習能力的教學形式。在當前新建本科院校向應用型技術類大學轉型的關鍵時期，學生能力培養(yǎng)成為當前新的教育理念。高校教師都知道“能力培養(yǎng)”，但在教學中，大都沿用“一言堂、一支筆、一講到底”的教學模式，甚至課堂教學不是針對學生講課，更不管學生能力的提升和學習成效，而是為了完成教學任務宣讀課件。因此，如何在高校轉型期落實學生能力培養(yǎng)的教育目標，提高學生的動手實踐能力尤為重要。本文初步探討了線性代數(shù)教學中以能力培養(yǎng)為目標的分層教學法。在教學過程中，針對不同層次的學生因材施教，讓學生逐漸增強自信心，自覺培養(yǎng)主動學習的好習慣。1學生現(xiàn)狀分析近年來，由于高校招生量的擴充，除了985和211工程之外的本科高校，學生層次有不小的差異，特別是理工類?？粕?，成績相差較多，教學存在著一定難度，特別是高等數(shù)學、線性代數(shù)等課程，仍按照過去的教學模式，一把尺子衡量，效果欠佳，已經不適應當前的應用型教學規(guī)律。為了將理工科學生的基礎課教好，根據(jù)學生的基礎、特點、學習興趣和學習目標，采取分層教學，很有必要。2線性代數(shù)分層教學實施方案對于分層教學，教育界并沒有定論，但都意識到了學生在某學科學習上存在的差異。按照差異對學生進行分層教學，主要包括班級分層、班內分層、走班教學等多種分層方法。這里主要介紹班內分層的教學模式。班內分層是指保持原有班級制，根據(jù)學生的學習基礎、智力水平、學習興趣等因素，并結合學生的選擇意愿，對學生進行分層，分層結果向學生公布，這樣能夠形成比較清晰的競爭機制，使每個學生在適合自己的層次取得滿意的學習效果。班內分層操作如下：首先，將全班學生按照數(shù)學成績由高到低排序，將前20%的學生分為一組，中間60%的學生為一組，后20%的學生為一組，即按照262的模式將學生分為三個層次。在日常教學過程中，教師無論是課前準備、課堂講授，還是習題解答等，都要體現(xiàn)262模式，即前幾分鐘對上節(jié)課所學知識、遺留的問題、學生作業(yè)等進行回顧和解答；中間半小時主要以啟發(fā)式教學模式對新知識進行講解，尤其是基本知識要詳細講解，確保每層學生都能消化、理解；最后十幾分鐘主要針對第一層學生進行知識擴展。最后面向全體學生進行知識小結，并留作業(yè)及預習任務。3分層教學案例分析以線性方程組為例來說明分層教學的策略對學生學習的影響。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系及矩陣的秩與解的關系證明。設方程組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.將方程組①②③都用一重和式表達，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得當是②的任一解時，則有，代入上式可化為.即證明了當是②的任一解時，也能使③成立，即為③的解。證法3：利用矩陣運算來證。例如證法1中所設方程組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形式及矩陣的運算和秩的關系，如果全部掌握，需要對線性代數(shù)有較深的理解，才能運用自如。在對第一、二層次學生進行輔導時，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對學生的能力要求高，必須能對問題進行適當轉化調整，這也是學生所欠缺的。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。這種方法運用基本的線性代數(shù)運算方法，難度適宜，適合第三層次學生掌握。4線性代數(shù)分層教學的優(yōu)缺點從學生角度講，分層教學是按照學生學習能力進行分層，有利于小組合作學習，有利于形成良性競爭機制，能充分調動學生學習線性代數(shù)的積極性。同時，分層教學充分體現(xiàn)尊重學生個體差異，保證對每個學生因材施教。由于學習成就是學生自身努力的結果，通過自己的踏實學習、獨立分析問題和解決問題，能夠看到成績的提高，可以說分層教學也是一種變相激勵機制。從教師角度講，分層教學要求教師要充分了解學生的整體情況，不能再沿用以往“大面灌”的教學方式，在教案的設計中要充分體現(xiàn)不同層級學生所要達到的學習目標，滿足各層次學生的需求。這就倒逼教師在新形勢下，要與時俱進、有教學改革的意識，加強學習，努力實現(xiàn)專業(yè)化成長，有利于教師從“傳道授業(yè)”的普通身份向教學研究型轉變。但是，班內分層教學最大弊端會出現(xiàn)“馬太效應”，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)學習好的更加好、差的更加差”，這就與分層教學的初衷相違背。這種弊端容易使第三層學生的自尊心受到傷害，從而更加導致自主學習能力的下降，使學習僅僅為了應付考試。5線性代數(shù)分層教學應注意的問題實行分層次教學，考核方式是一個值得探討的復雜問題，不同層次不同類別不同專業(yè)采用不同的考核方式和內容顯然是合理的，但這種方式合理性對于成績較差的學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，導致學生情緒的波動和成績的兩極分化，不利于不同層次學生的共同發(fā)展，也會阻礙學生的參與度，影響教學質量的提高，因此，這些問題應繼續(xù)探索。等離子體的基本概念◆等離子體由美國物理學家郎謬爾(Irvinglangmuir)首次溫度k命名,被稱為物質的第四態(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◆印度物理學家沙哈M.Saha)o。倉氣態(tài)計算:宇宙中99.9%的物質是等離子體狀態(tài)10!~10液態(tài)固態(tài)物質狀態(tài)與溫度之間的關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。只要當電離度大到定程度,使帶電粒子密度達到所產生的空間電荷足以限制其自身運動時,這樣的“電離氣體”才算轉變成等離子體。否則,體系中雖有少數(shù)粒子電離,仍不過是互不相關的各部分的簡單加和,而不具備作為物質的第四態(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◆等離子體產生的方法:光照,燃燒,電場激發(fā),放射線,與高溫介質接觸等分子—→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◆等離子體燒結技術SPS(SparkPlasmaSintering)在粉末間直接通入脈沖電流進行加熱燒結,也被稱為等離子活化燒結或等離子體輔助燒結◆等離子體燒結發(fā)展始:

1930年,美國科學家提出利用等離子體脈沖燒結原理●1965年,脈沖電流燒結技術在美國和日本等國得到應用◎1988年,日本研制出笫一臺工業(yè)型等離子體燒結裝置●1996年,日本組織了等離子體燒結研討會,每年召開一次◆1998年,瑞典購進等離子體燒結系統(tǒng),對碳化物、氧化物及生物陶瓷等進行較多研究工作2006年6月武漢理工大學購置了國內首臺等離子體燒結裝置,此后國內多所高校及研究所相繼引進該裝置,成為材料制備的全新技術等離子放電燒結◆等離子體放電燒結原理:機理尚無統(tǒng)一認識SPS的制造商Sumi0m0公司的M.Tokita最早提出放電等離子燒結的觀點:粉末顆粒微區(qū)存在電場誘導的正負極,在脈沖電流作用下顆粒間發(fā)生放電,激發(fā)等離子體,由放電產生的高能粒子撞擊顆粒間的接觸部分,使物質產生蒸發(fā)作用而起到凈化和活化作用,電能貯存在顆粒團的介電層中,介電層發(fā)生間歇式快速放電等離子放電燒結◆SPS等離子燒結機理示意圖粉末粒徑(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