物理模拟论文范文

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一、对象模拟

用放大或缩小了的，相似的，而又能反映事物某方面规律的客观实体来代替研究对象的方法叫对象模拟。

对象模拟的设计思想主要在于下述两种情况：其一是为了突出客观实体的主要矛盾和本质特征，摒弃次要的非本质因素，使研究对象从客观实体中直接抽象出来。如物理中的多种理想模型，以及天体运动模型，微观结构等几何相似模型。在研究二极管的单向导电性时，我在实验基础上，运用对象模拟法，用自行车气门和进水阀门来模拟单向门。如此，不但加深对“单向性”的认识，而且激发了兴趣，开阔了思路。其二是为了解释某些行为和特征而建立起来的模拟。如地球因自转而产生的科里奥利力比较抽象，在地理课中亦有提及。我们不妨取一只旧的橡皮蓝球（或地球仪）来模拟地球自转，然后将红墨水从上往下滴落在转动的“地球”表面。此时即可明显看到水痕西边呈扩散状，从而令人信服的说明北半球南流冲刷西岸这一自然现象。

二、物理相似模拟

在科学研究和工程技术的许多领域中，人们常常希望利用模拟试验来代替对实际现象的研究，以便使我们可能在一定程度上预言某些在目前尚无法达到的条件下出现的情况。例如用水代替石油研究其在管道中的运动，把设计好的收音机缩小成模型放在风洞中试验其特性等。其特点即模拟与原型遵循同样的物理规律，故称为物理相似模拟。

物理实验教学中的“失重和超重模拟实验”，“萝卜”马德堡半球，帕斯卡裂桶，用带电的肥皂泡在竖直电场中的平衡进行“密立根油滴实验”的模拟，以及十分壮观的“可乐瓶水火箭”等，均是物理相似模拟的范例。

海市蜃楼是一种罕见的自然现象，教学中一般只作介绍，至多不过看看录像，不能满足学生的好奇心和求知欲，如果能在实验室加以模拟，则不仅可激发学生探求自然奥秘的浓厚兴趣，还可加深对有关知识的理解。首先，我们可以在三面透明的玻璃箱中放入若干白糖而不加搅拌，使糖水造成折射率随深度而变化，而最大折射率出现在含糖较多的容器底部，以此来模拟大气折射率随高度而变化。（如图1）当用氦氖激光光束从侧面射入此溶液时，即可看到光束弯曲现象。然后再如图2作海市蜃楼模拟，使之起到突破时空限制，重视自然奇景之目的。图2中（1）液化汽灶，（2）铁板带沙，（3）半透明纸，（4）台灯，（5）小景物，（6）蜃景。

三、过程模拟

把具体物理过程纯粹化、理想化，并根据其本质特征而设计的一种模拟叫过程模拟。其特点是过程简化，易于控制。

气体压强的分子运动论观点，通常采用雨滴打伞面来类比。这种大量分子对器壁连续碰撞的过程，如果用豆（或沙）落在平衡天平一端倒扣着的托盘底上的现象来模拟，就显得直观生动了。布朗运动的模拟，伽尔顿板，装有铁屑的试管模拟铁棒的磁化和退磁等都是过程模拟的成功例子。

电子技术中半导体的导电机理，电子运动易理解，空穴导电则抽象，课堂教学中如用“空位置”的运动来作一现场过程模拟，无疑会使学生茅塞顿开。分析曲线运动的思想方法——运动的分解和合成是个难点，我以平抛运动为突破口，在演示有关实验后，用“慢镜头”的方法，手持粉笔头边走（模拟水平匀速直线运动）边沿自身前方，从上向下加速下移，以此模拟平抛运动，既简单明了，又便于分析。

热学中的统计方法和光本性的几率概念，由于受课堂教学时间的限制，怎样从个别事件的无规律过渡到大量事件的有规律，成了模拟实验的设计难点，在教学中采用全同等可能过程，在不同时刻的空间比较可以等效变换成同一时刻不同状态的比较的方法，让全班同学同时掷币若干次，然后统计比较下列情况“国徽”朝上的次数：（1）某同学，（2）某小组同学，（3）全班同学。从而使学生既突破了难点又受到一次生动的方法论教育。

四、模拟放大

在物理概念和规律教学中，学生往往对那些不易观察或不能从外部直接观察其内部状态的规律，因缺乏形象的感性材料而引起思维障碍。模拟放大正是采用空间放大和时间放大的方式，抓住本质特征，展现其生动直观形象，从而促进思维顺利进行。

液体表面张力实验中的“水面浮针”，学生感到新奇，但在分析受力时往往错误认为表面张力与重力平衡，经指出后又不理解沿液体表面作用的力并没有作用在针上。究其原因是学生在形成概念过程中缺乏直观材料。为此，我用一只较大的气球，充入少量气体，然后在上面放一根小铁棒，以此来模拟放大液面浮针，并指出液体表面张力同橡皮膜的张力，只作用在它们的表面，并没有作用在针（或棒）上，作用在针上的是因液体表面张力而产生的液面对针的支持力。通过令人信服的实验还使学生进一步明确：表面张力的作用是保持液面不分裂。

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（一）运用“阶梯式”的培养模式，拓展不同年级学生的能力为了鼓励学生参加物流沙盘模拟训练，成立物流沙盘协会，采取团队的方式参与。具体组队的方法采用的是“阶梯式”，即由不同年级的学生参与进来。在专业教师的指导下，通过“阶梯式”的组队方式，高年级的学生由于很早就接触，有丰富的经验和专业知识，帮助低年级的学生，其组织协调能力、领导能力和表达能力都能得到锻炼，而低年级的学生能够很早就接触到专业知识，大大提高了学习的兴趣。

（二）通过沙盘模拟系统学习专业知识并拓展学生的知识体系物流系统是一个庞大而复杂的系统，学生在学习的过程中理解起来比较抽象，怎样能够让枯燥的专业知识更加生动地深入到每个学生的心里，是每一位专业教师在教学的过程中需要不断摸索的。通过物流沙盘的模拟，教师在指导的过程中结合物流沙盘中的角色和各环节阐述相应的理论知识，能够让物流系统的专业知识连贯的串通起来，深刻理解物流管理中的各个角色，涉及的各个环节。不仅如此，传统教育将知识体系划分成不同的专业方向，学生只能择其一而修，产生的专业壁垒严重地禁锢了学生的思维方式和发展空间，而沙盘模拟是对企业经营与运作管理的全方位重现，通过模拟实战，可以使学生在战略管理、财务管理、营销管理、生产与运作管理、物流管理、人力资源管理以及信息管理等方面的管理知识体系得到一次全面的、系统的梳理与总结。

（三）通过小组间对抗，调动学生积极性，提高学习的趣味性物流沙盘模拟跟现实世界是一样的，同样存在企业间的激烈竞争。通常将学生分为6~12个组代表不同的企业，每个企业5~6个人担任企业运营过程中的各个角色。整个物流市场上的业务量是一定的，每个企业怎样运作来尽可能地争取市场份额，使得本企业的利润最大化是每个企业运营的目标。为了达成这一目标，每个企业相互对抗和竞争，通过物流网点的设施、运输路线的选择进行科学的决策，充分调动学习的积极性，即使企业在运营的过程中遇到瓶颈也不轻易放弃，而是积极寻求解决的办法。

（四）培养团队合作精神沙盘模拟涉及到企业运营过程中的各个环节，不同环节间需要密切地配合。比如，对市场上业务需求量的预测，关系到怎样规划物流的设施设备以及提供服务的价格等。另外，由于物流系统在运作的过程中存在效益背反现象，当不同环节的利益发生冲突时，企业的管理者要站在战略的角度统筹规划，使物流系统的整体达到最优。因此，在模拟实训的过程中能够培养学生的团队合作精神，在团队中各司其职，相互沟通协调解决问题。

（五）提高了学生自我认识和自我定位的能力绝大多数学生在学校期间缺乏对自己的正确认识，不能进行正确地职业生涯规划。看似不起眼的沙盘模拟对抗赛，不仅展示出每个学生的专业技能，而且使每个学生的性格真实地呈现出来。从组建团队，到人员分工，是根据每个人能力的不同采取学生自愿自发竞聘上岗的形式。在经营的过程中，如果发现某个成员不称职或者不适合某一岗位，团队可以民主地进行重新调整和定位，使得每个人都能够找到最合适自己的岗位。通过沙盘模拟对抗，在老师的指导下，学生们学会了如何自我定位，对自己的性格和能力都有了正确的认识，可以少走弯路，制定出适合自己的职业生涯规划。

二、沙盘模拟的实训课程的教学创新

（一）教学方法创新沙盘模拟实训课程真正体现了体验式创新教学法，即在老师的帮助和指导下，学生自主地进行体验式和研究式的学习，进而提高自身的创新能力，最终形成创新人才的教学方法。其特点包括：第一，相互支持的学习环境。实训课程所创造的学习环境能够让学生互相帮助，相互信任。学生不仅能在过程中正确地认识自己，同时也同他人建立了彼此支持和帮助的良性互动关系；第二，以学生为中心，自主学习，并使之内化成为一种习惯，带到以后的生活和工作中去；第三，快速学习。在实训的过程中在快乐中学习，在错误中反思，不断强化记忆并且记忆深刻；第四，自我认识和肯定，在实训的过程中遇到困难的时候，学生们自己想办法克服和解决，在自己的岗位上尽最大的努力去完成任务。学生们会体会到前所未有的成就感和自我肯定，同时也学会了如何自我定位，对自己的性格和能力都有了正确的认识，迎接未来真正的挑战。

（二）教学手段创新沙盘模拟实训课程采用传统教学手段和现代教学手段相结合，形成一套融角色实训、情景式教学、自主学习和互动学习为一体的教学体系。例如，市场竞单时，每个企业为了以尽可能少的广告投入获得大批量的市场订单，抢占市场份额，市场营销总监必须准确地预测市场发展趋势，并利用商业间谍想办法了解竞争对手的动向，制定本企业的市场开拓和产品研发计划，确立并维护企业的市场地位，在必要时可能还会做退出某个市场的决策。

（三）教学内容创新首先，教学活动从以“教”为主体转变成以“学”为主体；其次，学生获取知识的内容从仅仅来自课堂和教师转变成既来自课堂和教师，同时也来自于课外和其他学生；最后，沙盘模拟实训的教学内容在非常注重对学生理论知识的传授同时还注重其与实践能力的紧密结合。

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（江苏省东每县平明中学江苏连云港222342）

2010年南京市白下区中考物理模拟测试题第4题引发了我们物理组几位教师的激烈讨论，题目如下：

如图1所示，现有一个盛有适量水的透明玻璃杯和一只筷子。小名同学将一支筷子斜插入盛有适量水的透明玻璃杯中，若小名从杯子正面观察，可能观察到筷子和筷子在杯中水下部分的成像情况最可能的是（）

图1

答案为B，对题目及答案我们没有异义，只是对题目中的“最可能”产生了疑惑，难道除了B还有其他情况吗？对此笔者进行了实验及理论分析。

首先，我们来看两种常见的情况，并从理论上加以分析，找到筷子弯折（折断）的原因：

图2图3

为什么筷子向不同方向倾斜其弯折（折断）的方向也不同呢？现分析如下：

图甲图乙

我们从杯子的侧面沿水平方向观察，对照图2，如图甲所示，若我们取AA’截面的俯视图，由于光的折射，P’点为P点的像点（ON为法线），那么筷子的虚像确实向左折断。同样对照图3，若我们取BB’截面的俯视图，如图乙，由于光的折射，Q’点为Q点的像点（ON为法线），则筷子的虚像向右折断。通过以上分析可知，筷子之所以向不同方向折断是因为：筷子倾斜方向不同导致折射面不同。那么，使折射面发生改变的只有筷子的倾斜方向吗？显然不是，笔者又做了如图3、4所示的实验：

图4

图5

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微生物原油采收率技术(microbialenhanancedoilrecovery，MEOR)

是利用微生物在油藏中的有益活动，微生物代谢作用及代谢产物作用于油藏残余油，并对原油/岩石／水界面性质的作用，改善原油的流动性，增加低渗透带的渗透率，提高采收率的一项高新生物技术。该项技术的关键是注入的微生物菌种能否在地层条件下生长繁殖和代谢产物能否有效地改善原油的流动性质及液固界面性质。与其它提高采收率技术相比，该技术具有适用范围广、操作简便、投资少、见效快、无污染地层和环境等优点。

一、微生物采油技术概况

1926年，美国科学家Mr.Beckman提出了细菌采油的设想。1946年Zobeu研究了厌氧的硫酸盐还原菌从砂体中释放原油的机理，获得微生物采油第一专利。I．D．shtum(前苏联)及其它国家等学者也分别作了大量的创新性工作，奠定了微生物采油的基础。美国的Coty等人首次进行了微生物采油的矿物试验。马来西亚应用微生物采油技术在Bokor油田做先导性矿物试验，采油量增加了47%。2002年至2003年，我国张卫艳等在文明寨油田进行了微生物矿场应用，累计增产原油1695t，累计少产水1943t，有效期达10个月。

美国和俄罗斯在微生物驱油研究和应用方面，处于世界领先地位。美国有1000多口井正在利用微生物采油技术增加油田产量，微生物采油项目在降低产水量和增加采油量方面取得了成功。1985年至1994年，俄罗斯在鞑靼、西西伯利亚、阿塞拜疆油田激活本源微生物，共增产原油13.49x10t，产量增加了10～46％。1988年至1996年，俄罗斯在11个油田44

个注水井组应用本源微生物驱油技术，共增产21x10t。

20世纪60年代我国开始对微生物采油技术进行研究，但发展缓慢。80年代末，大庆油田率先进行了两口井的微生物地下发酵试验(30℃)。大港、胜利、长庆、辽河、新疆等油田与美国Micro～Bac公司合作，分别进行了单井吞吐试验。1994年开始，大港油田与南开大学合作，成功培育了一系列采油微生物，该微生物以原油和无机盐为营养，具有降低蜡质和胶质含量功能，并在菌种选育与评价、菌剂产品的生产、矿场应用设计施工与检测等诸方面取得了成绩。1996年以来，吉林油田与13本石油公司合作，探究了微生物采油技术在扶余油田东189站的29口井进行的吞吐试验，21口井见效，见效率达70%。2000年底，大庆油田采油厂引进了美国NPC公司的耐高温菌种，在Y一16井组进行了耐高温微生物驱油提高采收率研究和现场试验，结果表明，采收率达43.41%，增加可采储量1.81×10t，施工后当年增油615.5t。胜利油田罗801区块外源微生物驱油技术现场试验提高采收率2.66%。

二、微生物采油技术机理

（一）微生物采油技术与油田化学剂

在大庆油田开发的各个阶段都会使用不同性质的化学剂，现以大庆油田为例。当大量化学剂进入油藏后，将发生物理变化和化学变化，对微生物采油过程可能产生不同的影响。化学剂既可引起微生物生存环境（渗透压、氧化还原电位、pH值）的改变，又可直接改变生物的生理（呼吸作用、蛋白质、核酸及影响微生物生长的大分子物质的合成）以及影响微生物细胞壁的功能，从而影响微生物的生长，降低采收率。

（二）微生物驱油机理

因为，微生物提高原油采收率作用涉及到复杂的生物、化学和物理过程，除了具有化学驱提高原油采收率的机理外，微生物生命活动本身也具有提高采收率机理。虽然目前的研究不断深入，但仍然无法对微生物采油技术各个细节进行量化描述，据分析，主要包括以下几个方面：

1.原油乳化机理。微生物的代谢产物表面活性剂、有机酸及其它有机溶剂，能降低岩石一油一水系统的界面张力，形成油一水乳状液（水包油），并可以改变岩石表面润湿性、降低原油相对渗透率和粘度，使不可动原油随注入水一起流动[1引。有机酸能溶解岩石基质，提高孔隙度和渗透率，增加原油的流动性，并与钙质岩石产生二氧化碳，提高渗透率。其它溶剂能溶解孔隙中的原油，降低原油粘度。

2.微生物调剖增油机理。微生物代谢生成的生物聚合物与菌体一起形成微生物堵塞，堵塞高渗透层，调整吸水剖面，增大水驱扫油效率，降低水油比，起到宏观和微观的调剖作用，可以有选择地进行封堵，改变水的流向，达到提高采收率的效果。在较大多孔隙中，微生物易增殖，生长繁殖的菌体和代谢物与重金属形成沉淀物，具有高效堵塞作用。

3.生物气增油机理。代谢产生的CO、CO2、Nz、H、CH和C3H等气体，可以提高地层压力，并有效地融入原油中，形成气泡膜，降低原油粘度，并使原油膨胀，带动原油流动，还可以溶解岩石，挤出原油，提高渗透率。

4.中间代谢产物的作用。微生物及中间代谢产物如酶等，可以将石油中长链饱和烃分解为短链烃，降低原油的粘度，并可裂解石蜡，减少石蜡沉积，增加原油的流动性。脱硫脱氮细菌使原油中的硫、氮脱出，降低油水界面张力，改善原油的流动性。

5.界面效应。微生物粘附到岩石表面上而生成沉积膜，改善岩石孔隙壁面的表面性质，使岩石表面附着的油膜更容易脱落，并有利于细菌在孔隙中成活与延伸，扩大驱油面积，提高采收率。

（三）理论研究

1.国内外的数学模型。20世界80年代末，国外的Islam、Zhang和Chang等建立了微生物采油的数学模型并开展了相应的数值模拟研究。Zhang模型优于Islam模型在于可描述微生物在地层中的活动，却难于现场模拟。Chang模型是三维三相五组分，能描述微生物在地层中的行为，不能描述在油藏中的增产机理。

2.物理模拟。物理模拟研究基本上是应用化学驱的物理模型试验装置及试验过程。微生物驱油模型的核心是岩心管部分，其长度影响微生物的生长繁殖。应建立大型岩心模型，使微生物充分繁殖，便于分析研究微生物的驱油效果。通过物理模拟研究微生物驱油法，可获得微生物在岩心中的推进速度及浓度变化，对岩心渗透率的影响等信息。

（四）源微生物的采油工艺

国内油田（大庆等）已进人高含水开发期，是采用内源微生物驱油还是采用外源微生物驱油，要根据具体油藏内的微生物群落进行分析。若具体油藏中内存在有益微生物驱油的微生物群落，宜采用内源微生物驱油工艺，这是目前国内致力于运用最新微生物采油技术。

三、结语

综上所述，在我国油田中，特别是大庆油田，在微生物采油技术具有提高采收率的效果，对大多数的油藏都能充分发挥微生物采油的优势。制约微生物采油技术的主要因素在于油藏中微生物群落结构、现场试验工艺及物理模拟实验的局限性。外源菌种的选育和评价指标、特性，微生物的研究、菌液的生产和矿场试验等方面还需深化。