時間：2024-03-20 14:46:53
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以智能化、信息化為標志的智能電網、軌道交通等的迅速發展，對電氣工程人才的知識結構、思維方式、實踐手段、創新能力提出了新要求。浙江大學電氣工程學院基于“以學生為本的個性化”人才培養理念，以“強化辯證思維、促進研究探索、激發創新意識、提升實踐能力”為目標，率先在2006年提出了五位一體的“愛迪生班電氣工程創新人才培養”新模式，在成果第一完成人負責的6項國家質量工程等支撐下，實施“教學資源和培養方案開放式、學習計劃和教學模式個性化、課程體系系統化、工程能力教學實踐化、創新能力培養研究化”的五位一體改革思路，營造寬松自主的學習環境，教學內容體現前沿性與整體性，實踐與研究體現多樣性。
浙江大學電氣工程大類專業覆蓋電力、電機、電子、IC、控制等多個方向，具有培養強弱電有機融合人才的優勢。但是傳統專業化培養方案單一，電類課程多且相互獨立，內容繁、難、舊，強弱電知識體系相對分離，信息化滲透不足，創新性教學環節過于單調，導致人才綜合創新能力偏弱。為解決電氣工程大類學生共性與個性培養的融合問題，強電類專業的基礎電類課程強弱電融合問題，貫穿大學四年一貫制的實踐與研究教學融合問題，浙江大學電氣工程學院通過：（1）制度創新。制定柔性化的電氣工程本科生培養計劃，依托重點學科，在低年級學生中建立導師制，多樣化的創新研究平臺與學生成效激勵政策相結合，在學生中盡早建立創新學習意識。（2）課程創新?；谙到y觀整合關聯課程，構建內核寬泛精煉、外延交叉的課程體系。課程內容更新、實驗項目開發、實驗設備研制同步進行，并依托課程練習形成問題導向的啟發式、研究探索型教學新模式。強化強弱電的融合，將電工、電子、信號等課程進行整合，構建集成電子電氣的課程體系。（3）過程創新。貫穿四年一貫制的大學生創新學習理念，建立以探索性課程實驗、開拓性工程實踐、自主性學科競賽、創新性項目研究為主體的一條龍的創新實踐與創新能力培養體系，突出創造力的培養。
成果解決教學問題的方法
提出“愛迪生班”電氣工程創新人才培養新模式，在全過程教學中灌輸創造、創新的教學理念，以“教學資源和培養方案開放式、學習計劃和教學模式個性化、課程體系系統化、工程能力教學實踐化、創新能力培養研究化”五位一體的多元化培養新方法，實施培養計劃、課程內容、實踐環節、科學訓練等多方位的教學改革。
教學資源與培養方案開放式
提出“電氣工程-愛迪生班創新人才培養”新方案，從培養計劃源頭進行調整，精煉電氣大類的基礎課程、提高學生自主選課比例（達到總學分的40%）、加強實驗與實踐環節的訓練與考核。推進重點實驗室、示范中心、特色實驗平臺的全開放，滿足學生自主式、開放式培養的需求。
學習計劃和教學模式的個性化
電氣工程大類內制定電力、電機、電子、控制、IC設計等方向的貫穿4學年個性化、柔性化的培養計劃。學生在導師指導下，瞄準專業方向制定各異的個性化培養計劃，通過搭建校內科訓、校外實踐、國際交流等多種學習平臺，滿足學生的差異化學習，并通過多種自主學習的學分互換機制實現個性化培養目標。
電類課程體系的系統化
以提升拓展探索能力為目標，按照知識遞進和認知規律進行電類系列課程內容的整合，率先建設“內核+外延”式電路與電子技術系列課程，以關聯為中樞的信號分析與處理課程，強弱電知識融合的電力電子技術、電機學等專業核心課程，構成了系統關聯的課程體系。電路與電子技術基礎課程“內核”涉及電路、電子、信號系統、場與路的核心知識點的精煉與整合，“外延”則體現工程應用及專業課程銜接。課程體系既有“精、寬、新”的內容，又能使得強弱電核心知識按螺旋式遞增。
電氣工程能力教學的實踐化
以50余個創新性課堂實驗和自制6大類20余種先進教學設備為支撐，構建了“四階段（電氣認知、電氣基礎、電氣融合、電氣電子集成），三層次（基本技能、綜合能力、研究能力）”實驗教學平臺;與27個國際著名企業建有校內聯合實驗室，與國網浙江電力、飛利浦電子等26家電氣行業骨干企業建立校外學生長效實踐基地。既能適應低年級學生開展探究性實驗需求，又能滿足高年級學生工程實踐需求。
創新能力培養的研究化
除課程體系創新教學外，還依托電氣工程國家重點學科的優勢，構建開放式大學生智能汽車、智能電網、IC設計等大學生研究平臺，完善多種激勵與獎勵措施，激發學生參與科學研究的積極性，促進學生開展高水平研究、發明專利提煉等能力提升，并通過大量的SRTP、導師科研項目、學科競賽等環節得到充分體現。
成果的創新點
在培養方式上，提出了“開放式、個性化、系統化、實踐化、研究化”五位一體的培養體系，形成了電氣大類強弱電專業學生多樣化創新能力培養的新途徑。
率先創建了“愛迪生班”電氣工程拔尖創新人才培養實驗區，從教學計劃、課程體系、實驗與實踐環節、科技創新、教研互動等全方位改革原有的教學方式，體現微電子IC設計、功率器件設計、功率轉換裝置、復雜電子與電力系統等知識教學的全面性培養特色，有機地輻射到電氣工程大類專業學生的交叉培養與個性化培養。以開放式與個性化轉變知識的接受方式，以系統化轉變知識的傳授形式，以實踐與研究型學習轉變知識的遷移過程，最終達到“三個轉變”的教學效果。該項教改得到10個國家級質量工程項目支持，畢業生的培養質量明顯提升。
在課程體系上，強化電氣工程強弱電的緊密結合，建立了電類專業課程關聯性集成化的新穎教學體系
面向新能源、智能電網、信息技術等現代科技的發展，強化強弱電融合、電氣與信息的交互，率先以系統觀整合優化了原有電路、電子、信號等基礎課程內容與結構，重新建立電子電氣課程教學體系。結合專業方向，構建了“層次化、模塊化、探究式”的專用IC設計、電能轉換、系統集成等整體化大類專業培養的課程體系，編寫完成了電氣新技術發展的立體化優秀教材73部，含“十二五”國家級規劃教材6部、“十一五”國家級規劃教材29部。
在培養過程中，提出了實驗―實踐―科訓一條龍的研究型學習方法
首先在低年級電類基礎課程學習中實施探索性實驗，建立了課程實驗-工程應用-科學研究的四年一貫制大學生研究實踐平臺，提出多樣化的學生科學訓練以及導師制的個性化教研結合學習方法，達到學生在合作研究與探究中獲取新知。從基礎到專業建有“十一五”“電工電子實驗教學”和首批“十二五”“機電類專業”國家級實驗教學示范中心，與國際500強等企業建立了26個工程實踐中心。學生的創新能力顯著提高。
成果的推廣應用效果
學生培養質量
該成果以“愛迪生班”為試點、輻射到電氣工程大類3個專業，受益學生數已達到2280名，已畢業人數1020名，其中繼續深造的學生獲得世界排名前100名高校研究生錄取率達到20%，實施前少于5%，55%應屆就業學生進入國際500強企業工作。本科生在國際頂級期刊IEEE Trans. On Power Electronics、Power System（導師第一、本科生第二）以及第一作者在《中國電機工程學報》《自動化學報》等國內頂級期刊上217篇，其中SCI、EI收錄89篇。
學生獲得國家專利233項，其中授權發明專利32項，公開發明專利45項，實用新型授權專利129項，獲得國際學科競賽一等獎18人次、二等獎11人次，國內特等獎6人次、一等獎56人次、二等獎35人次。
課程體系與教材獨具特色，有良好的示范效應
“電力電子技術”“信號分析與處理”“集成電子技術”等課程入選國家精品資源共享課程。出版了體現電類課程整合的教材73本，其中“十一五”國家級規劃教材29本，“十二五”國家級規劃教材6本，教材與課件已經被清華大學、上海交通大學、華中科技大學、西安交通大學等國內100多所高校參考使用，部分教材連續使用15年以上，同時也得到包括李衍達、馬偉明、韓英鐸、嚴陸光、臧克茂、唐任遠6位院士，電氣工程及其自動化教指委主任胡敏強教授，電子電氣基礎課程教指委主任王志功教授，自動化教指委主任周東華教授等35位專家的推薦與好評。
自主開發研究型實驗教學內容與設備廣泛應用
強化電類課程基礎實驗的啟發式與探究式，研制開發了模塊化、關聯性的實驗設備與組件，并列入由全國實驗示范中心電子組牽頭編寫的“電工電子創新實驗”教材，得到推廣。此外，相繼開發6大類20余種實驗教學設備，涵蓋電氣信息類所有基礎課程，通過與教學儀器公司合作，輻射包括清華大學、上海交通大學等350多所院校。
【關鍵詞】軌道交通；鋼花管；注漿
一、工程概況
根據巖土工程勘察報告，人民廣場站基坑施工中每天涌入基坑的水量為2100m?～6300 m?，車站排水系統采用基坑外設置截水溝，坑內采用明排降水法，明挖基坑臨近南明河部分，基巖中裂隙水與南明河有水力聯系，基坑開挖時，可能產生大量涌水，為保證基坑開挖安全，在小里程施做鋼花管注漿預加固措施。
二、工程地質及水文地質情況
（一）地形地貌
人民廣場站地處溶蝕中低山及貴陽溶蝕盆地北側、黔靈山溶蝕殘丘東面和貴陽溶蝕盆地核心地段，貴陽向斜北部揚起端西翼，屬于貴陽構造盆地中心區，位于貴陽市主城區核心區內。
（二）巖土分層及特性
根據鉆探及地質調查，第四系覆蓋層主要為砼、塊石層、雜填土和紅粘土，局部有粗砂及卵石層，紅粘土按塑性狀態主要為：硬塑紅粘土，其厚度受下伏基巖起伏控制有一定差異。
三、施工方法
1、壓力灌漿加固機理
壓力灌漿加固即是在軟弱層部位埋設注漿管，通過灌漿管向軟弱層高壓灌注雙液漿（水泥―水玻璃），使之對軟弱層進行滲透、擠密、切割和最終的膠結作用，形成膠狀水泥固結體，達到加固軟弱土層、防止透水及坍塌的目的。
2、鋼花管的布置
鋼花管注漿范圍為小里程端頭1軸-4軸，車站圍護樁采用鉆孔灌注樁Φ1000@1400mm，樁間距400mm采用鋼花管注漿預加固措施，保證基坑開挖安全，鋼花管注漿采用Φ159壁厚10mm的鋼管，鉆孔間距600mm，終孔直徑800mm，每個樁間布置三根鋼花管，成等邊三角形布設，共施做144根鋼花管，每根鋼花管入巖長度不小于1m，根據設計圖紙計算，鋼花管長10.076m（右線）和8.225m（左線）
3、施工技術要求
1）、鋼花管材料：鋼花管外徑采用?159、壁厚10mm的熱軋無縫鋼管加工制作成，鋼管前端呈尖錐狀150mm，尾部焊接?10加勁箍，管壁四周每15cm鉆4排?20mm注漿孔。
2）、注漿漿液采用水泥―水玻璃雙液漿，水泥―水玻璃雙液漿水灰比采用1：1，水泥漿：水玻璃液（體積比）采用1：0.6，水玻璃濃度采用40°Be'，施工前需進行注漿試驗，根據現場實際情況調整漿液參數。
3）、注漿速率范圍為：5～110L/min，施工時可根據現場情況進行調整。
4）、單孔注漿結束標準，以定量定壓相結合定量標準：注漿量根據類似地層空隙率，每米注漿量控制在1.0～1.2方，當注漿量達到設計注漿量的1.5～2倍。
5）、鋼花管進入巖石層厚度不小于1米。
4、壓漿終止標準
本次壓漿終止標準為達到下列條件之一：
1）、每延米水泥用量達到設計值的2倍；
2）、壓力超過2MPa并繼續增高，走漿困難。
四、施工工藝
測放樁位引孔擊入Ф159鋼花管制備漿液綁設壓漿管壓漿
1、測放樁位
按設計圖紙由測量人員準確放出每一根鋼花管的位置，樁間距誤差±100mm。
2、引孔
成孔選用地質鉆XY-200鉆機進行引孔，鉆孔直徑為200mm，鉆孔中采用高壓氣流清洗孔道，深度達到設計長度后，停止鉆進，鉆孔偏斜尺寸不應大于總長度的1%。
3、擊入鋼花管
鋼花管采用Ф159無縫鋼管加工，壁厚10mm，鋼管長度6m，依據鋼花管入巖深度及施工藍圖剖面圖得出鋼花管長10.076m（右線）和8.225m（左線），現場焊接連接鋼花管，鋼管前端呈尖錐狀150mm，尾部焊接?10加勁箍，管壁四周每15cm鉆4排?20mm注漿孔，施工前安裝注漿堵板及閥門，見鋼花管大樣圖，桿件上制作好出漿孔后沿引孔位置擊入地層中。
4、制備漿液
注漿漿液采用水泥―水玻璃雙液漿，水泥―水玻璃雙液漿水灰比采用1：1，水泥漿：水玻璃液（體積比）采用1：0.6，水玻璃濃度采用40°Be'，施工前需進行注漿試驗，根據現場實際情況調整漿液參數，漿液應攪拌均勻，隨攪隨用，須在漿液達到初凝前用完。
5、綁設壓漿管
壓漿管采用高壓纏絲橡膠壓漿管，壓漿管的抗壓應大于5MPa。壓漿接頭應保持密閉，不漏漿、泄漿，綁設牢固，不脫落。
6、壓漿
采用UB3型壓漿泵進行壓漿，注漿量根據類似地層空隙率，每米注漿量控制在1.0～1.2方，當注漿量達到設計注漿量的1.5～2倍，壓力仍然不上升，可采取調整漿液配比縮短凝膠時間或進行間歇注漿等工藝，壓力達到設計終壓結束該孔注漿；定壓標準：注漿終壓暫定為1.0～2.0MPa，注漿過程根據漿液擴散情況并結合注漿量大小對注漿壓力終值進行驗證，確定合適的注漿終壓力。單孔注漿壓力達到設計終壓并維持10min以上可結束該孔，出現壓力急劇上升或壓漿管劇烈抖動應立即停止壓漿，并迅速打開回漿筏門，避免漏漿、爆管。
壓漿順序：為防止鋼花管間相互影響，采用間隔式施工，將沒兩根圍護樁間的3根鋼花管編號：1-2、1-2、1-3；2-2、2-2、2-3；……，間隔5根樁施工，施工順序：1-1、6-1、11-1、15-1、1-2、6-2、11-2、15-2、 1-3、6-3、11-3、15-3……，現場根據實際施工情況，進行具體調整。
五、質量保證措施
1）測量定位：根據數據放孔位，鉆孔孔位允許偏差≤50mm，在孔位上插上竹簽，并用油漆將孔號標注在框架上，以便施工時記錄該孔的準確位置。
2）鋼花管入孔：利用鉆機吊起鋼花管入孔，上端留0.4m管頭。為了保護管壁膠帶在吊裝過程中不被損壞，在套鋼絲繩的地方用棉紗或水泥袋包裹，吊裝時鋼管要勻速下放，避免損壞封眼膠帶，如果有損傷或者破洞，要重新封閉好再下管。
3）由于鉆孔底部有殘渣，為了避免鋼花管直接與殘渣接觸，鋼花管底上焊有支架。鋼花管底部焊接支架采用鋼筋類型為4根Φ10mm單根長度為300mm，并采用雙面焊接，焊接長度為50mm，支架總長250mm。焊接過程中不得澆水，焊接完后自然冷卻。
4）鋼管底蓋：由于一次注漿時，水泥漿不能進入鋼管內，加工時將最下一節鋼花管底部用鋼板焊接密封，鋼板厚5.0mm鋼板中心鉆一個Φ22mm的孔，一次注漿的PVC管將從此孔穿過。
5）鋼管除銹，用砂紙或鋼絲球將鋼管表面除銹以提高水泥漿與鋼管的粘聚力，除銹也有利于膠帶與鋼管粘結，防止水泥漿從孔眼冒漿。
6）鋼花管在注漿時要保證放在鉆孔中心，確保鋼花管周圍保護層厚度均勻，鋼花管在上部要焊接支撐鋼筋。鋼花管上部支撐鋼筋類型為4根Φ20mm，單根長度為340mm，采用雙面焊接，與鋼花管壁焊接長度為200mm，支撐與地面長度為140mm。焊接過程中不得澆水，焊接完后自然冷卻。
7）嚴格控制漿液配合比，水和水泥必須稱量后確定，漿液攪拌混合均勻，保證攪拌時間。
8）注漿過程中，貯漿池注意也要不斷攪動漿液，以防沉漿。
9）注漿時切實注意觀察注漿泵和孔口壓力值的變化及注漿量的變化。
10）嚴格雙液配比和按要求封填孔口，確保封孔質量。
11）要專人觀察溢漿、冒漿、串漿和其它異常情況。
探秘人工降雨的魔法
《西游記》里，東海龍王張開龍嘴，頓時烏云翻滾，大雨傾盆。這可不是人工降雨，這是神話。自然的降雨（降雪）是水蒸氣受冷凝結而形成的，而真正的人工降雨（降雪）是人們根據一定區域內大氣的溫度、濕度、云、風等的變化，向云里噴灑制冷劑，讓天空中的水蒸氣迅速凝結成水滴，使云層中的小水點增多、變大，從而形成降雨或降雪。其實，這項工作就是一項管理天氣的工作，氣象專家解釋說：“我們用一些技術去管理云層間的水，讓它發生變化，凝結或者升華。簡單地說，就是在云間播種，通過在云層間播撒不同催化劑的方式來收獲我們想要的天氣?！?/p>
看來，要人工降雨必須要在“云間播種”，而制冷催化劑就是降雨所需要的“種子”。我們現在所使用的“種子”一般是碘化銀催化劑。碘化銀只要受熱就會在空氣中形成數以億計的碘化銀粒子，它們非常小，成百上千個碘化銀粒子聚在一起才有頭發絲那么粗。因此，我們才選擇它擔當人工降雨的重任。
要把碘化銀“種子”播撒在云層間，可以使用空中作業和地面作業兩種辦法。空中作業就是用氣象飛機在云中播撒碘化銀，氣象飛機的好處在于能夠更好地掌控云層的變化，把握投放催化劑的最好時機。地面作業就是利用高炮、火箭從地面上發射碘化銀炮彈，炮彈在云層中爆炸，碘化銀也就播撒到了云層中。碘化銀微粒會隨氣流運動進入云中，在冷云中產生無數個冰晶，然后再借助一定的氣象條件，就能使降雨產生或使雨量加大。當然，在云層中播撒“種子”，必須選擇云層富含水汽的情況，如果水汽不足，“種子”發不了芽，也就不會形成降水。
原來魔法的奧秘在此?。∧阋曹S躍欲試？絕對不行，人工降雨必須經過一定的審批程序并由有關部門來實施。
魔法的發現之路
如果從人類影響天氣的想法算起，神話傳說中的呼風喚雨應該可以說是人工降雨的最初幻想了。把這種幻想付諸實踐要從19世紀末說起：1890年，美國國會曾撥款支持科學家利用火炮、火箭和氣球在云中進行催云造雨實驗；1918年，法國科學家把裝滿制冷物質的炮彈發射到空中，試圖造雨；1921年，美國科學家又用飛機向云層播撒帶電物質，設法促使云層碰撞降雨。不過，這些人工造雨的實驗最終都以失敗而告終。
然而，人類探尋自然奧秘的腳步并不會停止。二戰期間，一個偶然的機會促使科學家歐文?蘭米爾博士和謝弗爾決心把雨雪形成的原因弄清楚。戰后，他們利用一些奇特的裝置開始實驗。1946年7月的一天，天氣異常炎熱，由于實驗裝置出了故障，裝有人工云的類似電冰箱的裝置里的溫度一直降不下來，他們只好用固態二氧化碳（干冰）來降溫。當他們把一塊干冰放進制冷裝置里，奇跡出現了――水蒸氣立即變成了許多小冰粒，在冰箱里盤旋飛舞，人工云化為了片片雪花。這一奇特現象令他們興奮不已，他們商定要在空中試試。于是，1948年11月的一天，天氣很冷，謝弗爾駕駛著一架飛機，在云層上方撒下大量干冰。留在地面觀察的歐文博士看見雪花紛紛揚揚從天而降，這些雪花落在他臉上，化成了水滴。他們成功實現了用干冰進行人工造雪，將“呼風喚雨”的古老神話變成了現實。人們興奮地把這一實驗稱為“給云層播種”。
從此以后，世界很多國家尤其是一些農業大國和缺水的國家紛紛對以增雨、增雪和消除冰雹為主要目的的人工影響天氣作業增加投入。
魔法并不能創造天氣
人工降雨的魔法也只是根據科學原理，基于自然規律對天氣現象的利用而已，人類并不能夠違背自然規律創造天氣。以人工降雨為代表的人工影響天氣技術實際上就是管理天氣的工作，它只有在接近自然的、正常的條件時，并且有合適的云來供催化時，催化劑才能起作用。人類不僅不能創造天氣，而且連云也創造不出來，在干旱的條件下，大氣條件不允許的時候，使用催化劑催化云來降雨也是困難的。所以，魔法并不是萬能的，尊重規律、愛護地球才是人類的最大福音。
從遠古時代起,能夠呼風喚雨就一直是人類社會的夢想。東方龍王的傳說、西方宗教的祈禱、美洲的原始祭祀,人類一直為了追求農業的豐收和自然的和諧而努力。直到1946年,美國通用電氣公司的科學家文森特•謝福(Vincent Schaefer)與歐文•朗繆爾(Irving Langmuir),因為偶然的原因發明了采用干冰人工降雨的方法,此后他的同事伯納德•馮內古特(Bernard Vonnegut,小說家柯特•馮內古特的兄弟)又發明了使用碘化銀人工降雨的方法。幾十年來,人工降雨技術趨于成熟,在云中撒播催化劑實施人工降雨的方法沿用至今,古代祖先耕云播雨的傳說成為現實。
激光也能產生凝結核
人工降雨的核心是通過人工播撒催化劑(如碘化銀)形成凝結核,促使水蒸氣凝結,形成微小的水滴,當水滴足夠大的時候形成降水。但不能自然降水的云所能供應的水分較少,人工催化的經濟價值有限,而且也需要一定的自然條件。自然降水過程和人工催化過程依然存有很多難于解決的問題,能否采用其他方式形成凝結核呢?瑞士日內瓦大學的杰羅姆•卡斯帕倫(JéromeKasparian)所在的研究小組使用了激光來實現這一目標。
卡斯帕倫和他的小組成員在實驗室里向一個濕度很大、溫度在-24℃的房間里發射極短的紅外激光脈沖。在激光軌跡上可以看到線狀云的形成,關掉激光后對這個房間里的空氣進行分析,結果顯示它內部的濃縮水珠總量增加了將近一半,而云團里的濃縮水總量增加了將近100倍。
該科研小組在秋季集中向60米的柏林上空發射激光脈沖時,雖然用裸眼什么也看不到,但是氣象激光雷達利用激光監測大氣里的光散射情況,發現當他們發射激光時,空氣里的水珠密度和大小都提高了。該科研小組計劃采用不同波長的激光器、改變激光光束直徑和發散角、不同的激光脈沖時間來獲得最佳的激光降雨方案,雖然目前還沒有形成真正的激光降雨,科學家相信,未來向天空掃射激光,就能夠在一個較廣闊的范圍內創造凝結物,最終形成大范圍的降水。
激光預報降雨已獲得成功
也有科學家對此有不同意見,以色列耶路撒冷希伯來大學的大氣學家丹尼爾•羅斯菲德表示,在濕度很大溫度較低的情況下,這種在實驗室進行的試驗,在大氣里不會產生相同的結果。他說:“進行的這種實驗與自然云團沒有任何關聯。”但卡斯帕倫小組宣稱向含有水蒸氣的實驗裝置中發射這種激光,可以馬上觀察到直徑約50微米的水滴形成,這些小水滴還會進一步合并為直徑約80微米的大水滴。戶外實驗也顯示,在空氣濕度較高的情況下,發射這種激光可以促使空氣中水滴的形成。
激光在降雨預報中的應用已經有成功案例,受海洋氣候影響的歐洲大陸,傳統的方法很難對氣候做出準確預報,德國與法國科學家進行合作研究,利用激光測量大氣中水蒸氣的飽和程度,以對局部地區的降雨做出準確預報。這一原理和激光降雨的原理一樣,科學家們首先向空中發射一束高頻高能的激光,激光脈沖穿過大氣形成獨特的凝結核,而后利用另外一束激光對凝結核上聚集水分的情況進行觀察,借此測量空氣中的水蒸氣飽和度,并最終對該地區的降雨做出預報。
關鍵在秒激光器
不論是利用激光預報降雨還是希望能夠實現大面積的激光降雨,其中最關鍵的是高頻的脈沖激光器,這就是近幾年出現的飛秒激光器。飛秒激光是人類目前所能獲得最短脈沖的技術手段,飛秒激光是一種以脈沖形式運轉的激光,持續時間非常短,只有幾個飛秒,1飛秒是10-15秒,也就是1/1000萬億秒,它比利用電子學方法所獲得的最短脈沖要短幾千倍。
飛秒激光具有非常高的瞬時功率,可達到百萬億瓦,比目前全世界發電總功率還要多出百倍。它能聚焦到比頭發的直徑還小的空間區域,使電磁場的強度比原子核對其周圍電子的作用力還要高數倍。因此,物質在高強度飛秒激光的作用下會出現非常奇特的現象:氣態、液態、固態的物質瞬間變成等離子體,這種等離子體可以輻射出各種波長的射線的激光,離子化過程將改變激光束橫截面上電荷的分布。激光穿過大氣后這些微粒相互作用、交替變化的過程,使得這些離子化的空氣分子在最終達到穩定態后會生成天然的凝結核,促使水蒸氣凝結為水滴。
比傳統降雨手段更美好
傳統的人工降雨需要向云中撒播催化劑,如鹽粉、干冰或碘化銀等,這些催化劑本身會有一定的環境污染,制作和包裝這些催化劑成為適合播撒的狀態也需要消耗大量的能源和材料,撒播催化劑的方法有飛機在云中撒播;用高射炮或火箭,將碘化銀炮彈射入云中爆炸;在地面燃燒碘化銀焰劑等,這些播撒方法需要的設備和耗材都較多,十分不便。
激光降雨改變氣體分子狀態時間非常短,能夠更有效的快速形成降雨所需的凝結核。激光器消耗的能源只有電能,不會產生任何環境污染,而且只需要將激光器機載或是車載,便可以移動到任何需要的地方進行人工降雨。看起來激光降雨是一件挺美好的事情。
實現還有待時日
目前飛秒激光器的價格比較昂貴,激光降雨技術的理論和技術方法也處于探索和試驗研究階段,激光降雨技術的成熟還需要相當長的一段時間。
除了價格因素之外,激光在大氣中的傳輸和如何對大范圍的氣體分子發生作用是激光降雨面臨的兩大難題。雨云一般都離地面較遠,激光在大氣中傳輸的功率損耗是非常大的,所以如何有效的傳輸激光,使脈沖激光能量集中于雨云處的氣體分子而發生作用,是需要解決的難題之一。
此外激光的光束較細,能量集中,單束激光影響的范圍非常小,即使采用激光掃射的方式來發射激光,也和發生降雨需要影響到的空間范圍相差巨大,如何使非常小的激光對大范圍的大氣空間分子發生作用,是又一個技術難題。
【關鍵詞】水土保持；人工模擬降雨裝置
1、引言
早在1920 年美國就已開始應用人工模擬降雨方式對坡面產流和土壤侵蝕過程進行試驗研究。從50 年代開始， 我國首先應用人工模擬降雨進行入滲試驗，最早的國內降雨模擬裝置是淮委水文測驗室的蘇制人工模擬降雨裝置，此后，1959年華東水利學院的10m^2放瓦爾達依式降雨裝置，1963年黃委會水科所的側噴式降雨模擬裝置依次出現。近年來， 引進和研制了各種類型的人工降雨器并應用于室內與野外試驗。人工模擬降雨試驗是在徑流小區試驗的基礎上發展起來的。固定小區觀測雖是土壤侵蝕定量測定最準確的方法， 但有難以克服的弊病， 徑流小區試驗依賴于天然降雨。天然降雨是復雜多變的， 尤其在年平均降雨量少且分布不均勻的干旱、半干旱地區， 更易受到氣候的影響。因而在短期內不可能進行多項多次觀測試驗， 積累更多所需資料?；趯嶒炇页叨鹊难芯勘绕旅娉叨鹊难芯烤哂薪洕⒈憬?、可控等優點。因此， 利用模擬降雨裝置進行試驗已成為水土保持領域不可或缺的一個重要研究手段。模擬降雨裝置的應用主要涉及水土保持業、農業及林業等領域的研究。人工模擬降雨裝置的主要特點在于：
2.2.2國內降雨模擬裝置的發展
我國相關領域的科研人員已經研制出了適于室內與野外各種試驗要求和研究目的的人工模擬降雨裝置。其中主要有以下幾種：
（1）最早應用降雨模擬裝置：淮委水文測驗室，蘇制的人工模擬降雨裝置。
（2）1959年，華東水利學院，10m2仿瓦爾達依式降雨裝置。
（3）1963年，黃委會水科所，側噴式降雨模擬裝置。
（4）1983年，黃委會西峰水土保持學試驗站與陜西機械學院合作研制，活動輕便式降雨模擬裝置。
（5）1984年，黑龍江省水土保持科學研究所，PS3—15型移動式人工模擬降雨裝置。
最近幾年，國內降雨模擬裝置的研究不斷發展，又先后出現了多種新型的，應用更加廣泛的降雨模擬器。比較有代表性的有以下幾種：
（1）中科院地理所針頭式降雨模擬器
（2）清華大學水利系管網式降雨模擬器
（3）清華大學水利系組合噴頭式降雨模擬器
（4）大連理工大學組合噴頭式與管網式降雨模擬器
（5）西北水保所及河海大學的降雨模擬大廳
2.3模擬降雨裝置的發展趨
（1）根據雨滴發生基本原理搭建的手控、簡易的降雨模擬裝置仍有其強大的生命力。
（2）智能化、自動化、大型化的降雨模擬大廳很有發展潛力。
3小結
模擬降雨是水土保持試驗的重要手段；通過降雨模擬試驗，可以縮短試驗周期、嚴格控制試驗條件。人工模擬降雨裝置主要有噴嘴式、噴灑式（又稱管網式） 、懸線式和針頭式四種。現代化、自動化的大型人工模擬降雨大廳和手控、簡易的降雨模擬裝置都在積極地發展。
參考文獻：
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[2]王潔，胡少偉，周躍.人工模擬降雨裝置在水土保持方面的應用[J].水土保持研究，2005，12（4）：188-191
[3]程飛，徐向舟，高吉惠. 用于土壤侵蝕試驗的降雨模擬器研究進展[J]. 中國水土保持科學，2008，6（2）：107-112
作者簡介：
朱嘉嘉，男，大連理工大學 化工與環境生命學部2010級 化學工程與工藝專業。
關鍵詞：人工影響天氣；氣象要素；天氣預報；影響
中圖分類號：P48 文獻標識碼：A
1 人工影響天氣的概念及其發展
人工影響天氣，又稱人工控制天氣，是指為了達到防止或是減少氣象災害，增雨水、消霧、防霜等目的，在適當的條件下通過利用科技技術對局部地區大氣的化學、物理過程進行的人工影響的活動。其基本原理是利用云和物理學降水原理，采用向云中撒播催化劑的辦法，從而使某些局部天氣現象向著有利于人類生產生活的方向轉變的一種科學措施。人工影響天氣不僅是在抗旱、防霜、防雹等方面起到重要作用，還在增雨、消弱臺風、消霧、暴雨等方面有著巨大潛能。
人工影響天氣產生和發展規律和其他的新生事物一樣都有著由稚嫩到成熟，由弱到強，有不完善到逐步完善的過程。我國從50年代開始，在大多數省、市、自治區進行了人工防雹、人工消霧、人工防霜、人工降雨等試驗。以新疆為例，新疆位于我國西北部，屬于典型的溫帶大陸性干旱氣候，其氣候特點主要是晝夜溫差大、降水量少、氣候干燥，所以是我國遭受自然災害嚴重的地區之一，特別是干旱和冰雹嚴重阻礙了新疆農業的發展和進步，據調查顯示氣象災害造成新疆農業60%的損失。所以嚴重的氣象災害是新疆人工影響天氣發展較早的主要原因。早在1959年，新疆維吾爾族自治區氣象局就開始進行了土炮人工防雹和人工融冰化雪實驗作業，1960年成立人工控制天氣委員會，1983年成立自治區人工影響天氣辦公室，多年來在新疆抗旱防雹和改善生態壞境，促進當地經濟建設中起到巨大作用。
2 人工影響天氣對氣象要素的影響
2.1 氣象要素的內涵
氣象要素是指構成和反映大氣現象與大氣狀態的基本因素。主要包括氣溫、氣壓、降水、日照、蒸發等。那么人工影響天氣對氣象要素究竟有哪些影響呢？下面就來探討一下。人工影響天氣主要是通過改變局部的氣溫、氣壓、降水等來實現的。上文說干旱和冰雹是新疆最主要的氣候災害，下面就簡單的談一下人工影響天氣如何通過改變氣候要素來避免或減輕氣候災害的。
2.2 人工影響天氣對氣象要素的影響。
2.2.1 人工降雨對氣象要素的影響
眾所周知，氣候干旱就可以進行人工降雨，人工降雨通俗的講就是讓天上的水蒸汽跑到地面上來，人工降雨分為空中作業和地面作業，空中作業是利用飛機向云中播撒催化劑。地面作業是用火箭，高炮從地面上發射，炮彈在云中爆炸，把炮彈中的碘化銀燃成煙劑撒在云中。火箭在到達云中高度以后，碘化銀劑就開始點燃，隨著火箭的飛行，沿途拉煙播撒，這樣就能使水蒸汽附著在顆粒上，越來越大，最后形成雨滴。
2.2.2 人工防雹對氣象要素的影響
新疆的冬季冰雹是最常出現的氣候災害，嚴重影響新疆農業發展，所以我國就會使用人工防雹這一技術來避免或者減輕這一災害。人工防雹這一概念是指對還沒有形成冰雹的冰雹云施加一些人為的影響，使云中的冰雹胚胎不能夠正常發展，也就是說讓其在沒變成大冰雹之前就降落到地面。而產生冰雹的條件就是：在云中需要有上下強烈運動的氣流，并且這其中蘊涵有大量的水分，只有這樣，才有足夠的水分使云中小的冰雹胚胎發展成冰雹，并且不斷的擴大自己。知道形成冰雹的條件之后，只要設法不讓它形成這個條件就能很好的防止。所以 人工防雹的原理就是：要設法減少或切斷給小雹胚的水分供應，要想這樣就需要向冰雹云中播撒大量的催化劑，以讓其產生更多的冰晶，之后迅速形成更多的水滴或冰粒，這樣就需要大量的水分，從而造成同雹胚競爭水分的優勢，也就抑制了雹塊的增長。原理知道后，那么人工防雹的辦法就是：要用火箭或高炮將裝有碘化銀的彈頭發射到冰雹云的恰當部位，以爆炸或噴焰的方式來使碘化銀擴散開來，或用飛機在冰雹云云層下部播撒碘化銀焰劑。通過以上例子就可以清楚的明白人工影響對天氣候要素的影響，其主要目的是為人類生產生活服務。
3 人工影響天氣對天氣預報的影響
3.1 天氣預報的內涵
天氣預報是指依照最近的天氣形勢并運用大氣的變化規律，對某特定地區在將來一定時期內的天氣狀況的做出的預測，它是根據對天氣圖和衛星云圖的分析，結合特定地區的地形地貌和氣候特點，并根據當地群眾的經驗且依據氣象資料等做出的綜合性研究。
3.2 人工影響天氣對天氣預報的影響
天氣預報的預測主要是利用衛星，雷達等設備收集數據，然后運用超級計算機進行分析，再采用一定的計算方法得出短期內的天氣走勢。所以天氣預報一般都會采用分析天氣形勢和結合局部氣象條件相結合的辦法。而人工控制天氣則會影響天氣預報的精確度，如果是用進行過人工影響天氣后的氣象做記錄，慢慢將會影響天氣預報的精確度，此外，如果天氣預報的是小雨，而經過人工降雨后出現大雨，長期以往勢必將會導致民眾對天氣預報的懷疑。所以這將需要更為先進的人工影響天氣的技術，來為人們的生產生活服務。
4 結語
綜上所述，隨著科學技術的不斷發展，相信人工影響天氣的技術也會得到長足的發展，這將會為人們預防或減輕各種氣象災害提供更科學而又有效的手段，而且對天氣預報的精確度的影響也會相應的減少，這將會大大促進農業的發展，保障人民的生活，為促進經濟的發展做出突出的貢獻。
參考文獻
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[2] 康鳳琴.人工影響天氣展望[J].干旱氣象，2010（02）.
天空中像棉絮一樣飄浮著的云彩是人們最熟悉不過的自然景象了。那么，哪一朵云會下雨呢？這是關于天氣的一個最大的謎題。
眾多的科學家（普拉瑟就是其中之一）致力于回答“哪一朵云會下雨”這一個看似簡單，實則很難回答的問題。
長期以來，科學家一直認為煙塵和粉塵是水分子的最佳附著微粒。但最新研究發現，天空中充滿了各種細菌，而其中一些細菌攜帶的基因能令它們形成冰晶。
這引起了研究人員極大的興趣，他們著手對漂浮在天空中的數千種微生物進行研究，在相對較高的溫度條件下成核的云滴中究竟含有什么樣的奧秘呢？幾十年來，科學家們一直都在尋找能夠讓大氣中的云滴在較暖條件下形成冰晶的神秘粒子。
促使冰晶形成的神秘粒子
回到本文開頭，普拉瑟在10千米以上的高空發現了碳、氮和磷。我們知道，碳、氮和磷都是構成生命的基本元素，因此它們的存在暗示生命的存在。在普拉瑟的眼中，天空并非沒有生命的世界，天空中充滿肉眼看不見的生命。
在過去20年中，遺傳技術取得了很大進展，幫助研究人員更方便地從云中的成千上萬種微生物中找出隱藏其中的少數像丁香假單胞菌這樣的成核微生物。美國路易斯安那州立大學的克里斯特納的實驗最終證明，細菌的確能促使水凍結。
對地球生態影響巨大的空中生命
在天空中尋找微生物生命，還有可能讓我們重新認識已知的細菌種類。
科學家認為，空中微生物對生態的巨大影響力，使得人類活動與天氣和氣候之間的密切關系變得更加錯綜復雜。森林可以通過將細菌和其他有機成分釋放到空中，形成局部降雨；沙漠里的灰塵和細菌飄到遠處，在與濕潤空氣相遇碰撞后，甚至可促成千里之外的降雨。這就帶來一個新的問題：森林砍伐和荒漠化會對地球氣候和環境產生什么樣的影響？
研究人員對沙漠沙塵的研究已持續了幾十年，他們追蹤著它們蜿蜒盤旋在世界各地的軌跡，試圖了解其對環境的影響。現在看來，塵埃顆粒只不過是一種載體，隱藏在其中的細菌可能才是對我們星球的氣候產生極大影響的掌控者。每年以各種方式進入大氣層中的細菌總計多達200萬噸，更別說還有5500萬噸的真菌孢子和難計其數的藻類，人們之前一直沒有注意到它們的存在，但如今科學家們終于意識到，地球大氣生態系統是一個生命多樣化的系統，高空生態系統對明天的天氣或明年的收成有著十分重要的影響。云中存在著一個完整的生態系統，我們對這個生態系統在很大程度上還不了解。
微生物人工降雨的設想
早在40前就有研究者提出，某些“制冰”微生物有可能在云中產生冰晶促成降雨。雖然目前仍不清楚大氣中的微生物是否真的能夠影響天氣，但這并沒能阻止一些樂觀的科學家進行這方面的研究——將細菌作為一種工具來增加雨雪天氣。事實上，這方面的需要十分緊迫。有科學家預計，受全球變暖影響，到2050年，地球上大約1/4的冰川將消失。
關鍵詞：水資源；實時監測；分析
水資源監測就是對水資源實施實時監測工作，提高水資源的保護和管理質量[1]。過去傳統的水文監測是對水電工程以及防洪抗旱工作服務。對水資源進行實時動態監測，主要是對地下水資源量，地表水資源量和水分以及水質進行監測。通過對水資源開展實時監測，對所轄地區的水資源現狀和分布情況以及水質進行全面的了解，收集大量原始數據，對數據進行合理分析，制定科學的水資源管理計劃。實施水資源監測能夠及時掌握水資源利用情況，實現對水資源合理調控。
1水資源監測工作的實施
水資源監測工作是水資源保護、防洪抗災和社會經濟建設的基礎性工作之一。特別是在每年的防洪抗災方面，水資源監測工作發揮著不可替代的作用。在全新的歷史時期，水資源監測工作和過去傳統的水資源監測發生了顯著的改變。我國地表水源量逐年銳減，地下水源被過度開發，環境污染日趨嚴重，如何高效利用現有的水資源是水資源監測工作人員需要重點解決的難題。
1.1地下水源監測
在過去地下水源監測主要依靠人工觀測開展，主觀因素影響十分大。最近幾年，自動觀測技術的普及和應用改變了人工觀測存在的種種不足。在自動觀測技術不斷應用的大背景下，必須對自動監測的各個方面進行綜合考慮，結合必要要求進行改正。地下水源監測要加強對大型地下水源地、礦山以及地下超采區的監測和測量[2]。
1.2地表水資源水量監測
地表水量檢監測按照河道中水量的多少將其劃分為3種監測方法：在河道枯水時期開展監測；對渠道的實際流量進行監測；對整個管道的的流量進行監測。第1種監測手段主要是在河道流量最小的時期開展的一種監測工作。最近幾年，由于不科學開采，地表水呈現逐年下降的趨勢，有些地方的水資源已經到了無水可用的局面。在這樣的情況，需要結合實際情況，強化對河道枯水期的流量監測就顯得格外重要。在河道枯水期開展監測主要是采用流速計對河道內的流水速度進行測量。在測量過程中如果測量的設備無法正確測量流速還需要借助其他方法開展監測，一般情況下，應用比較廣泛的方法主要標記法、稀釋法和超聲波探測等方法而渠道流量監測方法主要是利用流速計和已選擇好的建筑物進行監測。對于渠道中含沙量少，雜質較少的渠道一般采用超聲波監測方法進行自動監測。管道流量監測采用超聲波流量計和電磁波流量計對水量進行監測。
1.3空中監測
進入21世紀以來，隨著現代科學技術不斷向前發展，人工降雨、降雪技術不斷應用成熟，使得人類能夠對高空中的水資源進行利用。在全新的歷史時期，在繼續做好上述水資源監測工作的基礎上，還要重視對空中水資源的監測。要不斷加強對空中水資源監測的重視程度，主要加強云層監測和人工降雨監測。通過利用我國的氣象衛星、雷達定位系統等技術設備對一個地區的實際降雨量、分布情況和降雨的酸堿度進行全面的監測，對空中水資源分布和質量進行全面的評價。目前，針對人工降雨和降雪，不同研究領域的學者持不同觀點，人工降雨這種方式對環境和人類生產生活影響到底如何，可以通過對降雨資源進行監測所得到的各種數據進行分析和研究，從而解決不同研究領域的爭議。
2水資源實時監測分析
水源實時監測分析是指由計算機技術和網絡技術構成的一個決策系統，其主要作用是在水資源監測的基礎上，對特定流域的水源信息進行采集、整理、分析、決策、管理以及遠程控制等，利用網絡技術和計算機技術方便、快捷、網絡化和數字化的功能，給決策者提供一個正確、科學的決策，解決水資源調度、保護和管理等問題。
2.1實時監測
水源實時監測是水資源實時監測分析系統的主要構成，通過對特定水域的水資源進行實時信息監測和信息傳輸，達到對水資源進行監測分析的目的。水資源實時監測信息包含了地下水資源信息、地表水資源信息、空氣水資源信息，系統通過對這些信息進行全面的調整和分析，從而對降雨量、災情進行預測。
2.2信息管理
水資源實時監測分析系統中的信息管理系統能夠對采集來的信息進行接收、傳輸、處理、預警和分析，通過對信息管理系統進行設置，能夠針對不同的分析要求對信息進行處理，做到對信息各個層面進行分析的目的，同時還能夠避免信息丟失。
2.3遠程控制
在遠程控制系統中水資源監控是通過實時監控管理、遠程管理控制和監控命令等幾個部分共同完成的，這個系統能夠有效解決數據信息不能夠遠程傳輸的問題，能夠實現不同地區水資源信息的交流、共享，對水資源信息傳輸有著十分重要的意義。在水資源實時監測分析系統中，遠程控制系統主要是通過互聯網技術、自動化監控技術對水資源信息進行遠程監控，保證整個系統能夠順利完成監測任務。
參考文獻
[1]武選民,史生勝,黎志恒,郝愛兵,喬文光,余志山,張順寶.西北黑河下游額濟納盆地地下水系統研究(下)[J].水文地質工程地質,2002(02).
一、教學目標
首先要求學生能夠認識CO2的主要化學性質以及物理性質，知道相關的化學反應，讓學生知道這種氣體的性質能夠決定它的用途，使二氧化碳在生產生活中得到了廣泛的運用，這樣能夠提升學生分析、解決實際問題的意識和能力，更好地把握CO2在自然界中的碳循環。
二、教學難點和重點
CO2的性質決定了它的用途以及它在生產、生活中的運用。
三、講解過程
1.綜合敘述
教師要先向學生展示集滿CO2氣體的集氣瓶，向學生講明CO2是一種非常神奇的氣體。向集氣瓶里加點水后，集氣瓶能夠吸住玻璃片，指出它是氣體CO2。教師要求學生閱讀書中材料，查看空氣中的CO2含量，而且它與空氣的各成分有著非常穩定的比例。教師可用多媒體向學生展示CO2在自然界中的循環的相關圖片。要求學生回顧如何產生以及消耗CO2。在此過程中，讓學生認識到最近若干年工業快速發展，空氣中的CO2日益增多，產生了溫室效應，而且要向學生展示溫室效應的危害。教師讓學生閱讀課本關于CO2的性質概述。首先是它的物理性質：通常狀況下是無色、無味的氣體，密度大于空氣，而且能夠溶于水。CO2固體也被叫做干冰，干冰加熱易升華，出現“吞云吐霧”現象，可以用作舞臺云霧，也能夠用來人工降雨以及致冷劑等。
2.二氧化碳在生產汽水中的運用
它能夠溶于水，能與水反應，從而用來制作汽水，例如，我們所熟知的可口可樂、百事可樂等里面均含有一定數量的CO2。教師向學生展示“雪碧汽水”，并將汽水瓶蓋打開，學生會聽到一定的聲音，這是其中的二氧化碳從汽水中逸出。二氧化碳溶于水的同時會有極少部分二氧化碳與水反應生成碳酸，所以汽水也叫碳酸型飲料。教師要向學生講解：通常都會采取加壓方式將更多的二氧化碳溶解在汽水中。在打開瓶蓋后，瓶內的壓力減小，原本溶解在汽水中的二氧化碳氣體會從汽水中逸出。在人們喝過汽水以后，通常還會打嗝，說明原本溶解在汽水中的二氧化碳氣體逸出來了。這是因為，汽水在進入肚子后，它周圍的溫度升高，因此會逸出更多的二氧化碳。在這種情況下，要讓學生認識到，增大壓強或者降低溫度可以在水中溶解更多的二氧化碳。在通常情況下，1L水中只能夠溶解1L二氧化碳，因此學生要意識到，二氧化碳能溶于水。但是，打開瓶蓋壓強減小或者汽水喝進肚子溫度升高，原本溶解在汽水中的二氧化碳就會從汽水中逸出。
3.干冰在舞臺以及人工降雨中的運用
從干冰來看，它在升華的過程中伴隨著吸熱，假如在舞臺上撒干冰后，干冰就會升華吸熱，從而使它周圍的環境溫度降低，出現云霧現象。此外，在人工降雨的過程中，干冰升華，周圍溫度降低，空氣中水蒸氣凝結成小水滴，甚至形成降水，這是往天空中撒干冰人工降雨的原理。
4.二氧化碳的不可燃性
可以向燒杯內以階梯狀形式燃燒的蠟燭倒入一定數量的二氧化碳。可以看到蠟燭會逐漸熄滅，能夠得到二氧化碳“不能燃燒，不支持燃燒”的性質。此外，二氧化碳的密度大于空氣，能夠將燃燒物和空氣隔絕開來，從而終止火勢，它也被形象地稱作奇妙的“滅火勇士”。此外，二氧化碳能夠參加光合作用，因此也被用來制作肥料等。
從上述材料來看，二氧化碳的性質決定了它的用途，因為它能夠在不同溫度下以不同形式存在，所以也被廣泛地運用在生產、生活中，希望通過這個案例能夠讓學生更好地把握二氧化碳的性質，更好地掌握相關知識。
