物理学科教学论文第1篇(全文857字)
物理学科现代教育论文
一、定位在“辅助”：现代教育技术在物理“四环节循环”课堂的立足点是“辅助”，教师运用时应该适时适度
教学目标是教学活动的出发点和最终归宿，所以选取多媒体素材的整合应以“辅助”教学为立足点。调研发现，部分物理教师制作的多媒体课件只是在形式上符合“四环节循环教学模式”，课件结构非常完整，操作性强，但教师使用后教学效果不好。原因是教师在课堂中没有充分发挥主导作用，过于依赖现代教育技术，不能展现教师的主观能动课堂设计，“隶属”于课件，课件的“辅助”变成“统领”，自始至终处于被动状态，这就谈不上以学生为主体进行教学。
如把四个环节内容制作进课件，按顺序演示，教学中并没引导学生进行四个环节的学习活动；又如自学质疑环节不能充分运用现代教育技术资源创造问题环境；还有把自学指导的学案内容放入课件，分页播放时一带而过，学生无法记录自学需要解决的问题等。多媒体课件的结构可以做得比较松散，只提供导课资源、学习资源、知识点展示或课堂训练题，创设学习情境。内容比较多的自学指导的学案可以选取纸质媒介，如课堂练习册、印制学案等，不应制作入课件，因为不方便学生记录。课件内在的结构联系并不重要，这样的课件可能看起来没有成型，但教学是动态的过程，教学效果的好坏是以能否有效达到时教学目标为尺度衡量的，在使用时，把握住“度”，要给学生看、听、想、做留足发挥的空间，充分突出学生的主体地位，最终实现多媒体技术与物理教学的有效整合。
二、综合运用现代教育技术手段，打造四环节循环教学高效物理课堂
在现代教育技术手段中，除了应用多媒体课件外，还可以运用实物展台辅助教学。例如：
（1）不方便观察现象的演示实验，老师可以在展台上进行实验；
（2）在展示评价环节，对于学生问题处理结果展示，实物展台可以发挥很大优势，把学生自主合作学习得出的结论以文本、图片、实验等方式，通过实物展台展示给全班学生，引导全体学生进行评价，使得“四环节循环教学模式”更高效。
现代教育技术辅助教学促进了教育教学的发展，推动了传统的教学方式和手段的改革，为新课程改革提供了有利的辅助手段。如何提高我市现代教育技术在“四环节循环教学模式”中的应用水平，打造现代教育技术环境和新课程改革下的高效课堂，提高教育教学质量和效益，需要我们继续在实践中不断探索、改进和完善。
物理学科教学论文第2篇(全文1484字)
初中物理学科全息教学的运用论文
一、全息教学在初中物理教学中运用的策略
1.运用全息理论，对初中物理教学课型进行合理选择与搭配
新课改以后，物理课堂教学由传统的讲授内容方面转变到物理的过程方面，其核心是给学生提供机会、创造机会。因此，在物理教学中，教师要善于运用全息教学理论，并根据学生的生活经验和已有的知识背景，对课型合理地选择与搭配，带领学生运用多种方法对物理知识进行重演在现，激励学生发现并提出问题，进而激发学生学习物理的兴趣，培养学生创新和探究能力。例如：在讲静电屏蔽时，首先带领学生对静电屏蔽进行了实验，并得到了正确的结果。突然有一个学生提出问题“：用电吹风吹头时，电吹风其对电视信号有影响，那么是不是静电屏蔽不完全成立？”于是带领学生们又做了如下实验：将一个手机放在一个密闭的纸盒内，用另一部手机呼叫，学生们听到了响声。再让同学思考，如果将手机放在前面做过实验的金属笼内，是否能听到铃声？多数学生根据静电屏蔽原理猜测肯定不能。然而将手机放进铁笼后，仍能听到铃声。学生们都感到疑惑，难道静电平衡理论有误？针对这种现象让大家思考了“静电”二字，然后向学生们解释手机信号是一种电磁波而不是静电，其属一种交变的电磁场，遇到金属网时，金属网会感应出同频率的电磁波，只是强度变小，因此在仍能听到笼中手机铃声，也解释了，也就解释了为什么吹风机对电视信号有影响。这样通过对物理知识重演再现与对比的方式，加深了学生对物理知识的理解，从而提高了教学质量。
2.运用全息理论，根据物理教材和学情选择合适的教学方法
在进行物理教学时，物理教材中的安排的知识点难易程度不同，如果各个知识点都按照相同的教学方法去讲解，容易理解的知识点学生会掌握的相对熟练，而对于相对较难的知识点，就可能会导致学生对其似懂非懂，这样就会不利于学生的学习。这样物理教师在运用全息理论时，不要一味的按照一个教学方法进行讲解要注意对教学方法的改变，使学生能够熟练地掌握知识点。另外，每个学生对于知识点的掌握情况不同，有些学生可能掌握的好一些，有些学生掌握的差一些，因此物理教师要根据学情来选择教学方式，既要照顾那些掌握知识差的同学，也要让掌握较好的同学能够学到更多的知识。例如，在向同学讲解“测量”的知识点时，对与学生来说这个相对知识点相对容易，在日常生活中很容易接触到，因此教师在运用全息教学论时，可以先向学生对所要内容的主旨，主要思路进行讲解，然后对主要知识点进行仔细讲解，经过这样的讲解，学生会很容易对测量知识进行掌握。而在向学生讲解“光学规律”时，学生对其中的规律和容易混淆，如果物理教师还按照讲解“测量”方法向学生进行讲解，学生就很难掌握。因此，教师要改变教学方法，既要向学生进行理论讲解，也要带领学生对个规律进行实验，通过实验加深学生对光学规律的理解，使学生对知识点能够更好地掌握。3.运用全息理论，根据知识内容和特点选择合适的评价方式在物理教学中，物理教师对学生的评价方式非常重要，有的评价方式会激发学生学习物理的知识的兴趣，而有的。评价方式可能使学生受到打击，从而失去学习物理的兴趣。因此教师要合理的运用全息理论，并且根据知识内容和特点选择合适的评价方式，激发学生学习物理的兴趣。例如，在课堂上让学生回答问题时，学生回答对了要给与肯定的评价，而如果学生回答错了，要用积极的评价方式去评价，用全息理论去告诉他，其在探讨知识的过程中，没有选择正确的方式方法，让其用正确的方式再去进行探讨，这样既让学生知道了自己了不足，也对学生进行了鼓励学生，这样学生就会乐意去学习，从而大大地提高物理教学质量。
二、结束语
全息教学论是一门用全息理论来研究教学系统本身固有的全息规律的新学科，它将会开拓出教学理论研究的一片新天地。而全息教学论在初中物理科学中的应用，将会使教师对初中物理教学的本质和规律有更深层次的了解，完善物理教师对物理教学的认识，从而在很大程度上提高初中物理教学质量。
物理学科教学论文第3篇(全文2313字)
关于物理教学论文
教学方法一直是大家研究的，各位，大家可以一起看看下面的关于物理教学论文，欢迎各位借鉴哦！
关于物理教学论文
摘要：素质教育主要包括智能素质、品德素质、身体素质，以及专业美感素质等，素质教育的核心是培养学生的创造力，而创造力又包含了许多非智力因素，如个性和独立性等。教学实践表明，在物理学科教学中，除了传授物理基础知识和基本技能外，还应加强和改革实验教学，激发学生学习物理的兴趣，注意学生情感品质的培养和抽象思维能力的提高，特别是创造能力的发掘和培养，以期使其物理综合素质达到全面和谐发展。
关键词：物理教学物理素质创造力培养
素质教育是一种品质教育，这就要求在人的遗传素质基础之上，进一步提高人的综合素养，从而达到提高专业品质、道德素质和科学文化素质之目的。本文主要论述在物理学科中如何提高教学效率，实施物理素质教育。
一、在物理学科中应注意情感品质的培养
人们对未知事物的冲动与好奇，是科学发现和探究的开端，正是这种好奇心引导着人类打开了一扇扇科学的大门，而学生则天生具有这种情感和品质。所有学习和研究过程中的快乐和喜悦都是建立在自己的辛勤劳动和思维过程的基础上的，这种自身情感体验是学习和研究过程中的重要情感之一。人们在科学探究活动中，还可以造就自己的客观、公正、科学、无私的情感，因为任何学习和科学研究都要求人具有实事求是和严谨的治学态度。因此，学习和研究物理这门学科的过程，本身蕴含着各种积极的情感，这也正是进一步培养情感品质的过程。
物理学科要求学生具有较高的观察能力、动手能力和生活经验的积累等，这就使得一些学生在物理学习过程中会遇到各种各样的困难和产生畏难心理。对于这种情况，如果老师不加以及时的正确引导，就会使学生长期处在一种恐惧、胆怯和过度焦虑之中，这无疑会导致学生丧失学习主动性和积极性，甚至完全失去信心。
二、物理教学应以提高学生抽象思维能力为主
在高中阶段的物理教学中，培养学生抽象逻辑思维能力，特别是理论型逻辑思维能力，不仅是可能的，而且是必要的。首先，无论是升学还是就业，高中生都需要进一步深入学习，开拓思维领域，非常需要抽象逻辑思维。同时，高中物理更加严密，具有公理化逻辑体系，对于高中生抽象逻辑思维能力有了更高的要求。其次，高中生的心理年龄特征已从初中时的抽象逻辑思维由经验型向理论型水平的转化，并逐步完成。这就意味着他们思维逐步趋向成熟，可塑性逐步变小。因此，在高中初期阶段，教师应对这个问题有个清醒地认识，不失时机地培养和提高学生抽象逻辑思维能力，促使其顺利地完成从经验型向理论型水平的转化。
三、注意观察生活中的物理现象，从现象中感知物理意义
物理学科是以观察和实验为基础的科学，许多物理规律和定律都是从现实生活中注意观察发现的。比如，伽利略观察吊灯的。摆动发现了单摆的等时性，牛顿对苹果落地的思索发现了万有引力定律。通过列举生活中的事例，引导学生注意观察实际生活中的物理现象，是一种很好的激励和引导学习方法。比如，油罐车后面为什么要拖一条铁链尾巴呢？在干燥的季节里，在黑暗中我们把化纤衣服脱下来，通常会看到火星闪烁，这究竟是什么现象？通过教师引导和启发，学生往往会在生活中发现各种各样的物理现象。
四、创造成功机会，增强学生自信心
教育学和心理学研究表明，人们普遍都有一种自我实现、获取承认、取得成功的需要和渴望。成功时，会兴趣倍增，情绪高昂，干劲十足；失败时（特别是多次努力失败时），就会产生畏难情绪，兴趣全无，死气沉沉。实际上，有些学生感到物理难学并不都是因为他们的智力问题，相比而言，非智力因素占相当大的比重。因此，尽量给学生创造成功的机会，提高他们的学习兴趣，增强他们的自信心，不失为一种行之有效的促学方法。
在物理教学中，可以结合学生实际和教材内容，把教学内容设置成梯度和不同层次，开展内分层次教学，以适应学生不同知识水平和理解能力，使他们都能在原有水平上取得学习上的成功，获得心理上的满足。例如，在设置课堂提问时，可根据问题的内容选择不同程度的学生进行回答。在布置作业时，可根据不同班级、不同学习程度的学生布置不同层次的作业，使不同层次的学生都能有所收获，体验到成功的喜悦，从而增强他们的自信心。
五、物理素质教育中应注意的问题
在对学生进行物理素质教育中，其目标并不是侧重于促进和储存知识，而是侧重于向学生提供有助于创造力培养、开发、形成的教育和指导，进一步发掘和发展学生的创造力。从教育目标来看，学校教育不能只限于给学生一种专业的训练，而是要培养具有较高文化品格和文化素质的全面发展的人。目前，我国大部分学校毕业生实行毕业生和用人单位双向选择，这对学生专业素质和综合素质是一个全面的考验。从当前学校教育来看，由于应试教育根深蒂固且遗留问题众多，就全面推行素质教育来说，物理教育教学中应注意和妥善处理好以下两个问题：
（一）“基础知识”和“创造力”的关系。基础知识是人们从事生产和社会活动最基本的知识，是进行科学创造的基础。因此，要想开发、挖掘和发展学生的创造力，就必须加强基础知识教学，使学生牢固地掌握基础知识，只有掌握“熟”才能运用“活”。俗话说“熟能生巧”，就是这个道理。
（二）“智商”与“情商”的关系。由于我国传统和国情所致，一般都非常推崇早期智力开发。如教幼儿一岁学认字，两岁学算术，三岁背唐诗等。有一种错觉，以为给孩子加压加量是一种早期教育，是一种智力开发，并以为这种加压加量的智力开发与孩子的智力发展相挂钩。实际上，一味地加压加量的所谓“智力开发”带来的必然是“囫囵吞枣”或“学多悟少”的负重。
创造力是智力的最高表现形式，但创造力与智力并不完全成正比。许多科学研究表明创造力与智力并不绝对相关，即创造力高者智力一定高的，而高智力者不一定是高创造力者。因此，一个富有创造力的人，除了其高智商外，还有一个非常重要的因素，那就是情商。在学校教育中，如果不注意学生兴趣的培养，忽视创造性的挖掘、开发和发展，充其量也只能算是“高分底能”。
总之，学校开展素质教育，不仅要重视智力开发，而且要重视非智力因素，特别是创造力培养，激发学生的兴趣爱好，调动学生的求知欲望，培养学生的顽强意志和良好品质。使他们在个性发展和综合素质发展上达到高度的和谐统一。
物理学科教学论文第4篇(全文3380字)
尊敬的各位领导、老师们：
大家好！
很荣幸，我能被选中代表物理组在今天的经验交流会上发言。在开讲之前，请原谅我的出言不逊，我认为，既然选择了教师这个职业，就要有“西天取经”战胜一切困难的勇气。不管是班门弄斧也好，自我陶醉也罢，但我们的目的是分享教学心得，达到共同提高。下面就我在高三物理教学中的一些做法给大家作一下汇报，讲的不对的地方，敬请批评指正。
“迎来日出，送走晚霞”。这两年我有幸连续在高三担任教学工作，深知课堂就是主战场，课堂效率就是生命线。但长期以来，权威人士评价一堂课的质量高低，似乎通常是“讲得如何”，而不是“学生学得怎样”，因而我认为很容易在高三复习过程中走入两个误区：一是教师认为自己的水平高，不相信学生，每节课滔滔不绝，讲课时面面倶到。在高三物理复习阶段，常看到这样的现象：课堂上老师从来就没有闲过——嘴里不停地说，手在黑板上不停地写，一节课准备好几黑板的内容，灌输知识的密度大得惊人，常常是老师觉得津津有味，学生则是昏昏欲睡。二是为了弥补课内挤占学生自主学习和休息的时间，很多教师就在课外拼命地发练习和补课。不少教师认为，一节课讲这么多学生能接受吗？这好办，不能接受的学生，就等下课以后再给他们补。所以经常看到的是老师追着学生补课，不厌其烦地给他们讲练习。上述两个误区都有同样的一个结果：基础差的学生会感到物理知识高深莫测，分不清主次，而被动地被老师牵着鼻子走，久而久之，便逐渐丧失了学习物理的兴趣与信心；基础好的学生则由于失去了主动开动思维、进行自我开拓的锻炼，独立解决物理问题的能力得不到提高。到头来是事倍功半，即使出了点“成绩”，也是以牺牲师生的身心健康为代价的。
路就在脚下。
“一番番春秋冬夏，一场场酸甜苦辣”。提高高三复习效果的出路究竟在哪里？其实就在你我脚下。我认为，高三复习的效果最终要体现在学生身上。所以，必须结合学生的实际制定总体复习计划和目标，贯彻因材施教的原则，把学习内容分层落实到每个学生身上。具体体会如下：
一、立足课内，精讲精练。
物理复习课中，我反对“只讲不练”、“不讲只练”和“多讲多练”等教学模式，我坚持讲与练结合的原则，精讲精练，使学生能触类旁通、举一反三。这种做法包括三个方面：一是考虑到知识的梯度。我认为，选编的练习学生能否按时完成至关重要，它直接影响着复习的目标能否实现，而教师的精力有限，所以我坚持精心选编练习题和测试题，同时坚持讲练结合，使每一单元的基本知识和思维方法落实到位。二是考虑到学生的层次。选编练习要有一定的层次，对不同层次的学生提出不同的要求，我采用自己抽查和学生互查的方式检查练习的完成情况，一旦发现学生中普遍存在理解模糊的问题，我便对症下药，及时补救。三是考虑到学生的落实情况。每节课前，我都会针对上节课的内容原创两道题：第一道默写概念、定律、公式及其变形式；第二道是关于上节课所讲例题的改编题。这样，就可达到实实在在的把每堂课的内容都落实到位的目的。
二、试卷讲评，追求高效。
我一直认为，讲评课是高三物理课堂教学的重要组成部分。上好讲评课对及时纠正错误、扬优补缺、巩固双基、规范解题、开阔思路、提高学生解决物理问题的能力有很重要的作用。在试卷讲评课的教学过程中，我认为自己攻克了四大难题：
1、什么时候讲？
我常常是在发下试卷后留给学生一定的时间，让他们自己去思考、去更正，确实解决不了的我再去讲。因为学生做错了的题目并不一定不会，有的只是粗心大意，很可能学生看后就能迅速解决，有的甚至在刚刚交上试卷后就明白怎么回事了。像这样学生通过自己的思考、领悟就弄明白了的题目，我就不讲，也没有必要讲。
2、讲什么？
我在调查中发现有些讲评课学生收获不大，最主要的原因是教师不分轻重，面面俱到。其实试卷上大多数题目学生可以自行解决，如果讲评时再眉毛胡子一把抓，学生自然会厌烦，觉得是浪费时间。因此，我备课前尽可能多地了解学生对做错的题是怎么样思考的，多问几个“为什么学生会在这道题（这类问题）上出错？”找出学生在理解物理概念、物理规律上存在的问题，在思维方式上存在的缺陷，将课堂的主要精力、时间集中到学生答题出现失误的“关节”所在，透彻分析，击中要害，防止类似错误的再次发生，使讲解更具有针对性。
3、怎么讲？
我认为，教师讲评应突出重点，重在指导，而不是重复、重演一遍，不能以题论题，不能只按题号顺序讲评，而是要善于引导学生对试卷上涉及到的物理情景进行分析归类，让学生对试卷上的同一类问题有一个完整感，这样才有利于学生总结提高。我通常的做法有如下3种归类方式：
（1）按知识点归类。就是把试卷上同一知识点的题目归在一起进行分析讲评。这种归类方式可让学生在我的指导下进行，我再从其中选择重点知识、典型题目进行分析讲评。
（2）按解题方法归类。就是把试卷中涉及同一解题方法、技巧的题归类到一起进行分析讲评。如把一份综合试卷分为整体法的应用、隔离法的应用、等效法的应用、函数图像在物理解题中的应用等类型。
（3）按错误类别归类。就是按答卷中出现的错误类型进行归类。
按以上三种方法归好类后，我再进行讲评。讲评时，要透过题中物理情景的表面现象，抓住物理问题的本质特征进行开放、发散式讲解。我一般从3个方面进行发散引导：
一是对物理解题思路发散——“一题多解”；
二是对物理情景发散——“一题多联”；
三是对物理问题发散——“一题多变”。
4、讲后怎么办？
讲评后，让学生更正试卷，并作好答错原因的分析和说明，或者是及时根据讲评情况，再精心设计一份针对性的练习题，我再重改试卷，并要求每一个学生第二次能拿满分，第二次改卷后，再与学生个别交流，帮助他们切实掌握知识。这一做法，我称之为“评后110分”。当然，由于学生在基础、能力等方面存在差异，这“评后110分”并不真的能让每一个学生的卷面成绩都是110分，但它对我和学生都提供了一个努力的方向。即便是考试拿不到满分，若事后能获得满分，其收获是相同的。而对我来说，这也是一个反思过程，通过这一过程可以了解教学效果，及时调整教学进度和教学方法。
三、强化实验，紧扣特色。
物理是所有学科中最具有科学性的学科，每一个概念和规律、公式，都是通过物理实验得出的。但是由于高三学生对实验重视不够，再加上高考评卷中对实验作答要求较高，每年的高考实验题基本上成了考生失分的大户，随着现行的一小带一大实验命题的改革，此种状况稍有改观，但仍然很难解决这一困难户，实验题也成为制约考生的一个“瓶颈”，实验复习时我是这样来把握的：
1、亲手做一做。
凡是带过高三的物理老师都有如此的经历：有关游标卡尺与螺旋侧微器的读数，老师在课堂上一而再，再而三，反反复复，一讲再讲，可效果呢？总是不尽人意，而高考中每年都会考到该内容，有位学生家长知道此事后，特意买了游标卡尺与螺旋测微器给他孩子练习读数，结果我相信不说大家都应知道，我的意思并不是每套仪器学生都得准备，只是想说实践的重要性。在复习的过程中，重要的演示实验和考纲要求的学生实验，我都亲手做一做，演示给学生看，激发学生的兴趣，提高学生的实验技能；对于一些抽象的物理过程，我还自制一些教具，使抽象的过程具体化、生动化，例如：我们现在正在复习带电粒子在匀强磁场中的运动，我便自制了这样一个圆圈来教学，使带电粒子的轨迹生动化，降低了学生理解的难度，教学效果如何呢？要等到我们24、25号月考后才能知道。对于一些不易观察到的物理现象或物理过程，我也利用flash动画课件展现给学生看，例如：电场中的等势面，天体的运动等都可以通过课件起到很好的教学效果。
2、动脑想一想。
高考实验题来源于课本实验，但更多的是高于课本实验，只有真正理解实验原理，掌握操作方法，才能在实验技能与技巧方面有所提高与突破。在实验复习的过程中，我特别注意让学生养成多角度思考问题的习惯，如实验仪器的选择、分压与限流、内接与外接，我会多问几个为什么，加强发散和求异思维的训练，做到举一反三，由此及彼，将实验的原理和方法运用到相同或相似的实验中去，设计出新实验，完成新实验，如正宗伏安法、另类伏安法。
3、结果算一算。
物理实验的过程很重要，但最终的结果更加重要。对最终结果的处理，我是从三个方面来进行的：一是各仪器的读数必须符合高中物理实验读数规则，主要是有效数字方面，如刻度尺，秒表，电流表，电压表等的读数规则；二是实验数据的处理方法，包括平均值法，图像法，处理结果，以及处理过程中出现的问题：偏差或误差；三是由实验结果推想改进方法，设计更科学的实验方案，如测电阻、测电源的电动势与内阻等都可创新出多种实验方案。可以说，大实验题是要边算边想的，不能一蹴而就。
总之，学生是学习的主体，我们要多探寻学生学习的规律及影响学生学习的可变因素，主动让自己的教学去适应学生，以学法定教法，真正落实学生在教学过程中的主体地位，使课堂教学成为提高高三物理复习效率的支点。只有提高高三物理课的复习效率，才能真正实现高三物理成绩的有效提升，今年高考我所教两个班理科综合都考的比较理想，特别是1015班高考理综200分以上的20人，位列全年级平行班第一。
各位领导，各位老师，教学质量没有最好，只有更好。“踏平坎坷成大道，斗罢艰险又出发”。在未来的日子里，我将以一中人特有的豪情，一如既往的在教学路上披荆斩棘，不断探索。我坚信，只要有“敢问路在何方”的勇气，就会收获“路在脚下”的喜悦！
谢谢大家。
物理学科教学论文第5篇(全文3386字)
物理学科研究论文
【摘要】
嵌入式系统、计算机技术、网络通信技术的快速发展使构建未来智能电网成为了可能，基于信息物理系统(CPS)技术构建电力信息物理融合系统(CPPS)为实现未来智能电网提供了新的思路。本文对CPPS平台进行了初步研究分析，介绍了应用于CPPS中的同步PMU技术、开放式通信网络、分布式控制。
【关键词】
CPPS;同步PMU;开放式通信；分布式控制
引言
受能源危机、环保压力的推动，以及用户对电能质量(QoS)要求的不断提高，当代电力系统不再符合社会的发展需求，智能电网(SmartGrid)成为未来电力系统的发展方向。智能电网的发展原因主要有以下几个方面：
1)分布式电源(DistributedGeneration，DG)大量接入电网导致的系统稳定性问题。由于DG的大量接入使电网变成一个故障电流和运行功率双向流动的有源网络，增加了系统的复杂度和脆弱度，因此亟需发展智能电网以解决DG大量接入电网导致的系统稳定性问题。
2)电力用户对电能质量(QoS)要求的不断提高。现代社会短时间的停电也会给高科技产业带来巨额的经济损失，近年来发生的大停电事故更是给社会带来了难以估量的经济损失。因此，亟需建立坚强自愈的智能电网以提供优质的电力服务。
论文主体结构如下：第1部分介绍了近年来信息物理系统(CyberPhysicalSystem，CPS)技术的发展以及CPS与智能电网的相互关系；第2部分介绍了电力信息物理融合系统(Cyber-PhysicalPowerSystem，CPPS)的硬件平台模型；第3部分介绍了同步相量测量装置(PhasorMeasurementUnits，PMU)技术；第4部分对CPPS中的开放式通信网络进行了初步分析；第5部分对CPPS的分布式控制技术进行了简单介绍；最后第6部分做出全文总结。
1CPS与智能电网的相互关系
CPS技术的发展得益于近年来嵌入式系统技术、计算机技术以及网络通信技术等的高速发展，其最终目标是实现对物理世界随时随地的控制。CPS通过嵌入数量巨大、种类繁多的无线传感器而实现对物理世界的环境感知，通过高性能、开放式的通信网络实现系统内部安全、及时、可靠地通信，通过高精度、可靠的数据处理系统实现自主协调、远程精确控制的目标[1]。
CPS技术已经在仓储物流、自主导航汽车、无人飞机、智能交通管理、智能楼宇以及智能电网等领域得以初步研究应用[2]。
将CPS技术引入到智能电网中，可以得到电力信息物理融合系统(Cyber-PhysicalPowerSystem，CPPS)的概念。为了分析CPPS与智能电网的相互关系，首先简单回顾一下智能电网的概念。目前关于智能电网的概念较多，并且未达成一致结论。IBM中国公司高级电力专家MartinHauske认为智能电网有3个层面的含义：首先利用传感器对发电、输电、配电、供电等环节的关键设备的运行状况进行实时监控；然后把获得的数据通过网络系统进行传输、收集、整合；最后通过对实时数据的分析、挖掘，达到对整个电力系统运行进行优化管理的目的[3-4]。
从上文关于CPS和智能电网的介绍中可以看出，CPS与智能电网在概念上有相通之处，它们均强调利用前沿通信技术和高端控制技术增强对系统的环境感知和控制能力。因此，在CPS基础上建立的CPPS为促进电力一次系统与电力信息系统的深度融合，最终实现构建完整的智能电网提供了新的思路和实现途径。
2CPPS的硬件平台架构
基于分布式能源广泛接入电网所引起的系统稳定性问题以及建立坚强自愈智能电网的总体目标，建立安全、稳定、可靠的智能电网成为未来电力系统研究的重要方向，同时也是CPPS研究的主要内容。
传统的电力系统监测手段主要有基于电力系统稳态监测的SCADA/EMS系统和侧重于电磁暂态过程监测的各种故障录波仪，保护控制方式主要有基于SCADA主站的集中控制方式和基于保护控制装置安装处的就地控制方式[5]。就地控制方式易于实现，并且响应速度快，但是由于利用的信息有限，控制性能不够完善，不能预测和解决系统未知故障，对于电力系统多重反应故障更不能准确动作。集中控制方式利用系统全局信息，能够优化系统控制性能，但是计算数据庞大、通信环节多，系统响应速度慢，并且现有SCADA系统主要对电力系统进行稳态分析，不能对电力系统的动态运行进行有效地控制。
针对目前电力系统监测、控制手段的不足，要建立坚强自愈的未来智能电网，必须建立相应的广域保护的实时动态监控系统，CPPS的硬件平台就是在此基础上建立起来的。
CPPS的硬件平台6层体系架构如图1所示，主要包括：物理层(电力一次设备)、传感驱动层(同步PMU)、分布式控制层(智能终端单元STU、智能电子装置IED等)、过程控制层(控制子站PLC)、高级优化控制层(SCADA主站控制中心)和信息层(开放式通信网络)。
其中，底层的`物理层是指电力系统的一次设备，如发电厂、输配电网等。传感驱动层主要用于对电力系统的动态运行参数进行实时监控，测量参数包括电流、电压、相角等，在CPPS中广泛使用的测量装置是同步PMU。分布式控制层主要包括各STU/IED，为广域保护的分布式就地控制提供反馈控制回路。过程控制层主要指枢纽发电厂和变电站的控制子站，是CPPS的重要组成部分，通过收集多个测量节点的数据信息，建立系统层面的控制回路，并做出相应的控制决策。高级优化控制层是指调度中心控制主站，主要为电力系统的动态运行提供人工辅助优化控制。顶层的信息层即智能电网的开放式通信网络，注意信息层并不是单独的一层，而是重叠搭接CPPS的各个分层，为CPPS内部各组件提供安全、及时、可靠的通信。
上文给出了CPPS的硬件平台模型，但要在电力系统中具体实现CPPS，涉及诸多方面的技术难题，下面对CPPS中的同步PMU、开放式通信网络以及分布式控制等分别加以简单介绍。
3同步PMU测量技术
同步PMU是构建CPPS的基础，它为CPPS中广域保护的动态监测提供了丰富的测量数据。同步PMU装置主要对电力系统内部的同步相量进行测量和输出，装设点包括大型发电厂、联络线落点、重要负荷连接点以及HVDC、SVC等控制系统，测量数据包括线路的三相电压、三相电流、开关量以及发电机端的三相电压、三相电流、开关量、励磁电流、励磁电压、励磁信号、气门开度信号、AGC、AVC、PSS等控制信号[6]。利用测得的数据可以进行系统的稳定裕度分析，为电力系统的动态控制提供依据。
同步PMU的硬件结构框图如图2所示。
其中，GPS接收模块将精度在±1微秒之内的秒脉冲对时脉冲与标准时间信号送入A/D转换器和CPU单元，作为数据采集和向量计算的标准时间源。由电压、电流互感器测得的三相电流、电压经过滤波整形和A/D转换后，送到CPU单元进行离散傅里叶计算，求出同步相量后再进行输出。注意，发电机PMU除了测量机端电压、电流和励磁电压、电流以外，还需接入键相脉冲信号用以测量发电机功角[7]。
4CPPS的开放式通信网络
建立CPPS的开放式通信网络，应该在保证安全、及时、可靠的通信的基础上，使系统具有高度的开放性，支持自动化设备与应用软件的即插即用，支持分布式控制与集中控制的结合。对于建立的开放式通信网络，需要进行通信实时性分析、网络安全性和可靠性分析。
4.1IEC61850标准的应用
IEC61850标准作为新一代的网络通信标准而运用于智能变电站中，支持设备的即插即用和互操作，使智能变电站具有高度的开放性。IEC61850标准是智能变电站的网络通信标准，同时正在进一步发展成为智能电网的通信标准[8]，因此，使用IEC61850作为CPPS通信网路的通信标准是最佳选择。
IEC61850的核心技术[9]包括面向对象建模技术、XML(可扩展标记语言)技术、软件复用技术、嵌入式操作系统技术以及高速以太网技术等。
4.2通信网络配置与分析
对于CPPS开放式通信网络的网络配置，可参考智能变电站的三层二网式网络结构配置，构建CPPS的3层式通信网络，如图3所示。
其中，底层为位于发电厂、变电站和重要负荷处的大量PMU、STU/IED，分别负责采集实时信息和执行保护控制功能。中间层为控制子站(过程控制单元PLC)，每个控制子站与多个PMU、STU/IED相连，以完成该分区系统层面的保护控制，并根据需要将数据上传到SCADA主站控制中心。SCADA主站控制中心接收各控制子站的上传数据，处理以后将控制信息下发到各控制子站，以实现CPPS的广域保护控制功能。注意，各层设备均嵌入GPS实现精确对时，保证全系统的同步数据采样。
5CPPS的分布式控制机理
要建立坚强自愈的智能电网，必须利用新型控制机理建立可靠的电力控制系统。根据电力故障扩大的路径和范围以及故障的时间演变过程，文献中提出建立时空协调的大停电防御框架，建立了电力系统的3道防线，为实现智能电网的广域动态保护控制奠定了良好的基础。
电力系统的分布式控制(DistributedControl，DC)是相对于传统的SCADA主站集中控制方式而言的，指的是多机系统，即用多台计算机(指嵌入式系统，包括PLC控制子站和STU/IED等)分别控制不同的设备和对象(如发电机、负荷、保护装置等)，各自构成独立的子系统，各子系统之间通过通信网络互联，通过对任务的相互协调和分配而完成系统的整体控制目标[12]。分布式控制的核心特征就是“分散控制，集中管理”。在电力系统的3道防线的基础上，结合分布式控制技术，建立CPPS的3层控制架构，如图4所示。
其中，分布式控制层主要是在故障发生的起始阶段(缓慢开断阶段)采取的控制措施，其控制目标应该是保证系统在不严重故障下的稳定性，防止故障的蔓延。过程控制层是在系统已经发生严重故障时(级联崩溃开始阶段)所采取的广域紧急控制措施，需要付出较大的代价。通常针对可能会使系统失稳的特定故障，往往需要投切非故障设备以保证系统的稳定性。广域的紧急控制措施应该在故障被识别出的第一时间立即实施，控制措施实施越晚，控制效果越差。优化控制层是在前两层控制均拒动或欠控制而没有取得控制效果，同时在检测到各种不稳定现象后所采取的控制措施，通常需要进行多轮次的切负荷和振荡解列。在电力恢复阶段，要有自适应的黑启动和自痊愈的控制方案。
6结语
将CPS方法引入到电力系统中，建立CPPS的模型平台，为建立坚强自愈的智能电网提供新的思路。文中对CPPS中的同步PMU测量技术、开放式通信网络技术、分布式控制技术分别进行了简单介绍。
物理学科教学论文第6篇(全文4911字)
物理学科探究论文
在物理学看来，能量从一种形式转换成另外一种形式时它的总能并没有发生变化，其中所蕴含的能量既不会增加也不会减少，既不会自行产生也不会凭空消失。这就是热力学第一定律的基本思想———能量守恒定律，但是这一定律只规定了能量的数量关系，并没有涉及到能量的转换过程。热力学第二定律———能量不能自发地从低温物体转移到高温物体，就解释了能量转换的基本方向。热力学第二定律表明，只会做功而不消耗能量的永动机是永远不可能制成的，孤立系统中实际发生的过程必然会导致其中的熵不断增加，它永远没有减少的可能。最早提出热力学第二定律的学者是麦克斯韦，后期有许多学者试图证明这一理论的错误性，但终究还是没有成功，直到1951年法国物理学家布里渊将信息论与统计物理联合起来进行研究，才证实了麦克斯韦的这一假设。这一假设中的事物交换与信息交换存在本质的区别，在事物交换中不可能出现两者共同拥有的情况，一方的增加势必导致另一方的减少，但是信息交换则不同，它不必遵循热力学定律。
可以说信息替代能源是建筑节能的基础，从布里渊的研究可以看出，信息的传递不遵循热力学定律，可以利用这一规律在热力学允许的范围内做许多事情，例如通过技术手段降低孤立系统中熵的增长速率，在生产消费过程中用信息替代能源。能源是有限的，但是信息资源却是取之不尽用之不竭的，当前社会面临的问题是社会发展导致能源在不断减少，能源消耗造成的环境污染问题也在不断增加，而环境污染反过来又会严重阻碍社会的发展，如果一直纠结于物质系统，很难找出解决矛盾的方法，而用信息资源代替物质能源就难很好地解决这一问题。
日常生活中有许多利用信息来降低能耗的实例：出行前预先在地图上标明线路，既能节省时间又可以降低汽车的能耗；在房间安装温控设施，随时了解房间的温度可以降低取暖能耗；新信息技术应用于机械设备中可以提高机械设备的工作效率，降低设备的能耗。信息的使用能够有效降低能耗，同时信息在建筑节能方面也有着十分重要的意义，当前我国引起我国建筑界普遍关注的高层建筑节能问题，就是因为对建筑节能信息了解的缺乏，才导致了设计不合理现象频繁出现，忽视信息的建筑工程必然会对整个建筑造成极坏的影响。
物理学知识在建筑节能中的运用
(一)以物理手段实现太阳光照明
经医学专家研究证明，太阳光可以降低诸如忧郁症、慢性疲劳综合征之类疾病产生的几率，采用物理方法将太阳光引进室内不仅可以增加晒太阳的机会，更有利于人的身体健康。在没有机会到户外享受阳光的时候，采用导光管装置就能将阳光引入室内，它主要是通过物理学中的反射原理传递光线，但是光线的每一次传递都会造成能量的损失，这种导光管装置不适合长距离的光线传递。物理学家爱德曼兹发明了一种神奇的装置，这个装置的主体是一个塑料控板，控板上安装了许多由激光切割而成的镜片，这些镜片按照一定的规律进行排列，当太阳光照射到塑料控板上时亮度便会增强，然后传递到每一个角落。许多科学家开始将研究的重点放在彩色荧光塑料上，他们试图采用荧光塑料来采集阳光，这项研究的原理是：白色是由红、绿、蓝三个颜色组合而成，科学家们尝试将由这三种颜色的塑料收集到的阳光进行重新组合，然后就形成了人类生活中所需要的白色太阳光。通过这种物理手段形成的太阳光所发出的亮度相当于两个75瓦灯泡所发出的亮度。
(二)利用太阳能取暖
要利用太阳能进行取暖就必须选用热阻和吸热系数较大的材料，热阻是指材阻挡能量进行传递的能力，吸热系数是指物体本身吸取热量的能力。在传统热学工艺中这种方式较为常见，为了满足工艺需求一般使用热阻与吸热系数较高的材料，在减缓热量传递的同时最大限度地吸收热量。太阳能是取之不尽用之不竭的，充分利用太阳能不仅有利于节能，更有利于降低环境污染，建筑选址最好是选择阳光充足的地方，有利于阳光的接受。建筑中的玻璃选用热阻与吸热系数较大的材料能够有效地进行能量储存，这些材料在白天吸收大量的热量，然后使用储热墙或者其他储热工具将热量储存起来，在夜间温度降低时这些储热工具便可释放出热量，增加室内温度。对于冬冷夏热地区的建筑，要组织调温，窗外应当设有可以操控的遮阳设备，夏日温度较高时这些遮阳设备可以阻挡高角度阳光的照射，冬季温度较高时这些遮阳设备又可以将低角度阳光引进室内；也可以在遮阳装置中安装双层玻璃，在冬季档有日照的时候双层玻璃的吸热作用能够提升室内温度，晚上关闭反射膜或者百叶窗，能够有效的组织热量的散失，起到保温节能的作用。
(三)纳米技术在建筑材料中的应用
纳米原本只是一种计量单位，当某种材料的粒径小于100nm时，它便可以称作是纳米材料。纳米技术是上世纪八十年代兴起的新兴技术，制作具有小粒径材料的技术就是所谓的纳米技术，纳米科学是原子物理、量子物理等多种学科的聚集点，纳米材料具有体积尺寸小的特性，从而就成就了它不同于一般材料的特质，如纳米材料具有表面效应、体积效应、宏观量子隧道效应等特殊性质。纳米技术在混凝土生产中的应用能够有效地提高混凝土的强度，通过对碱骨反应的抑制能够有效地提高混凝土材料的耐久性。由于纳米材料具有量子尺寸、光催化效应等性质，因此采用纳米技术制作而成的混凝土具有分解有毒物质、净化空气的功效。纳米材料的其它功能能够制成不同功能的混凝土材料，如能够进行智能报警与自我修复的纳米材料。纳米材料的特殊性能能够使材料的刚度、强度、韧度等发生变化，利用这些特殊的性能就可以生产出各种不同的材料，如弹性水泥、延性水泥，抗菌陶瓷、保温隔热玻璃、抗菌塑料等具有高性能的材料，这些材料不仅能够提高建筑物的使用性能，更能降低建筑物的能耗，有效的降低因能源消耗而造成的环境污染。
(四)毛细现象在建筑设计中的应用
当液体接触到具有细微裂缝的物体或者具有较小管径的细管时，就会沿着裂缝与细管上升或下降，这种现象就被称作是毛细现象。毛细现象是由于分子间相互作用而产生的结果，纸张吸水、地下水沿着细缝上升等都属于毛细现象，这种现象在建筑中的应用能够解决许多难题。例如在装有空调的室内，无论是夏天的冷风还是冬天的热风都会使人感觉不舒适，这主要是由于空调吹出的“风”会带走人体的水分，从而引发脱水等“空调病”，而新型建筑中的温控装置则用水这一传热载体取代了传统建筑中的空气，这种新型技术能够有效的降低人体的不适感。这一技术正是使用了毛细现象的原理，建筑物的天花板上布满了网栅，它是由一根根细小的毛细管组成，这些毛细管纵横交错形成一张网，毛细管中流通着水，冬季温度较低时发电所产生的余热使管中的热水不断流动，热水的流动使室内温度上升，发电所产生的余热又使管中的冷水不断流动，从而降低室内温度。采用毛细现象制成的制冷系统大大优于传统的制冷模式，不仅能够降低能耗，更能降低身体的不舒适感。
(五)太阳墙技术的应用
太阳墙技术的应用实际上是太阳能技术应用的一个范畴，太阳能可再生、环保、便宜等特性一直是能源研究专家观众的焦点，人们不断开发探索新的途径来实现对太阳能的利用。采用太阳墙空气集热器可以回收墙体的散热，解决新风的预热问题，在增强室内空气供给量的同时能够有效的节省能源。制作太阳墙主要采用镀锌钢薄板或铝制薄板，这些薄板外拥有许多褶皱和小孔，薄板的表面颜色较深，这些板材一般安装在距离建筑外墙20厘米的地方，并和建筑物顶部的遮雨板连接在一起形成太阳墙即热系统一个组成部分，另外一个部分由室内风机与管道组成，这两大部分就构成太阳集热系统的整体。其中薄板上的褶皱主要是用来增加板材的强度，褶皱可以根据需要的不同而设计不同的形状，板材上孔洞的数量以及分布规律则是根据实际需求确定，这主要要考虑到建筑物的功能、特点、所处地理位置、阳光充足程度等。冬季，空气通过板材上的孔洞进入集热墙，空气在流动的过程中汲取板材上吸收的热量，随后空腔的温度上升，空气就受到气压的作用进入沿着管道进入各个房间，为房间供暖；在夜间可以用风扇将由室内散失到空腔中的热空气重新扇回室内，这样既能为房间供暖，又能够为房间不断输入新鲜空气。在夏季则停止风扇的运作，室外的热空气从孔洞中进入空腔，然后又沿着空腔上端和周围的空隙流出，空气源源不断的在空腔内流动，不仅带走了室内的热量，也阻挡了热量进入室内。
物理学知识在世博馆建设中的应用
随着传统能源的日益枯竭，环境的日益恶化，人们将更多的目光集中到节能型建筑上，中国第41届上海世博会上低碳节能型场馆成为了全世界瞩目的焦点，其场馆建设中许多技术与知识都和物理学息息相关。
(一)马德里竹屋和空气生态树
从名称上就可以知道马德里竹屋建筑材料同其它场馆的不同之处，其外墙用一层厚厚的竹窗进行覆盖，竹窗由纵横交织的竹子编制，在空气清新的早晨将竹窗打开既可以更新室内的空气又能降低温度，在中午将竹窗关上能够抵挡热量的进入但又不会闭塞阻挡室内的空气流通，竹子由于其空心的特质能够起到很好的隔热与保温效果。空气生态树整体是由钢铁构建而成，其外观为十边形，整个场馆的直径为12米，空气生态树内部安装有可以自动开合的百叶窗与直径为7米的大型“引风机”，建筑物顶端安装有太阳能电池板，整个建筑可以实现能源自给，不必消耗额外的能源。生态树外围用黑色遮阳网遮挡阳光，虽然白色遮阳网能有有效地反射太阳光，但由于遮阳网表面不平整，太阳光在其表面会形成漫反射，白色遮阳网不利于散热，而黑色遮阳网则能吸收太阳光，同时遮阳网的结构又能有效阻挡热量的扩散。
(二)伦敦零碳馆
伦敦零碳馆最为特别的就是安装在建筑物顶端的可以自由转动的风帽，由于夏天上海的温度较高，空气很难进入室内，风帽的自由转动就能将室外的新鲜空气引入场馆中。另外工作人员将黄浦江底层的`水通过管道引入场馆下方，底层的江水温度较低，用于对空气降温再好不过，由风帽采集而来的新鲜空气经过江水的降温后就被输入场馆中。热空气中的水蒸气较多，会使人感到沉闷，经过江水冷却后空气中的部分水蒸气会液化，空气湿度相对较低。零碳馆还采用了许多技术用于节能减排：屋顶铺设的太阳能电池与热水器能够有效的将太阳能转化成热能，供给室内的能量需求；场馆玻璃上安装的太阳能电池不仅能够增加室内的光亮度，又能为室内提供必要的电能；场馆外墙上涂有荧光材料，白天墙壁能够吸收太阳能并将其储存起来，到了夜间就能发出光亮用于照明。这些节能技术基本上都是建立在物理学的基础上，诸如太阳能电池、荧光涂料等能够有效降低场馆的能源消耗。
(三)汉堡之家馆
汉堡之家馆外形就如同是四个打开的抽屉，这个场馆的神奇之处就在于它能够不消耗任何的能源而使场馆的温度永远维持在25℃左右。汉堡之家之所以具备如此生气的功能主要就在于其建筑中使用热传递与新能源。汉堡馆的朝向同一般建筑物有很大区别，它的整体设计是坐北朝南。设计师为了扩大北面墙体的面积，将北边一大部分墙体向抽屉一样向外延伸，而南向则采用了百叶窗与遮阳网的设计，这样的设计既能保证场馆内的光亮程度，又能有效地避免阳光直射，减少场馆的受热面积。汉堡馆的墙体有三层结构组成，其中设有很好的保温层，能够有效地阻挡室外的热量进入场馆内部；汉堡馆的每一块玻璃都是双层结构，其中充满了惰性气体，不仅能够进行保温，同时还能有效地隔绝室外噪音；汉堡馆只要能量来源就是太阳能和地热，地热所采用的就是地下水冬暖夏凉的原理，冬季温暖的地下水能够给场馆供暖，夏季凉爽的地下水又能降低室内温度，而其中地下水的抽取与输送则完全有场馆顶部的太阳能电池提供。汉堡馆拥有完整的能源系统，完全不需要额外供电。
(四)新加坡馆
新加坡馆最为显著的特征就是场馆表面拥有许多开缝，这些开缝朝着不同方向延伸，场馆顶端一个横向的360度的大口子特别显眼。新加坡馆整体向内倾斜，下方的阴影带中不仅设有水池还有绿色植被，风从场馆上方的大口子吹入场馆内部，场馆顶端的空气流通速度同场馆内部形成极大的反差，由物理学知识可以知道空气流动迅速的地方具有较大的压强，这样场馆内部的热空气就从顶端的口子流向室外，而场馆外部的空气则经过阴影带流入场馆；空气流经阴影带时会使得阴影带中水分蒸发，变成水蒸气，而水分蒸发需要吸收热量，场馆内部的热量就这样被阴影带降低，所以场馆内部即使没有开设空调也可以很凉爽。
总结
在中国的能源消耗排行榜中，建筑耗能位居榜首，而且随着经济发展的加剧，能源的消耗与日俱增，我国每年建成的房屋总共有16-20亿平方米，超过了所有发达国家年建筑面积的综合，这些建筑物95%以上属于高能耗建筑，且建筑单位面积的能耗差不多是发达国家能耗的三倍。在这种形式下，相关部门迫切需要采取必要手段降低建筑物的能耗，以低能耗作为建筑设计的核心思想。建筑与物理学有着密不可分的关系，建筑学的理论与思想基本上都来源于物理学知识，物理科学在环保建筑中的应用能够有效的降低能耗，20中国世博会的成功也证明了这一点，世博会建筑的核心思想就是低碳、低能耗，而物理知识的应用恰恰就帮助其实现了这一目标，相信物理技术在今后势必会更多的应用与建筑节能，为社会的可持续发展做出巨大贡献。
