原子力显微镜的原理及应用

原子力显微镜的原理及应用

北京大学生物医学工程05硕 喻敏

一、引言

1985年Binnig与斯坦福大学的C. F. Quate和IBM苏黎士实验室的Christoph Gerber合作推出了原子力显微镜(Atomic Force Microscopy ，简称AFM) ,[1]这是一种不需要导电试样的扫描探针型显微镜。 这种显微镜通过其粗细只有一个原子大小的探针在非常近的距离上探索物体表面的情况，便可以分辨出其他显微镜无法分辨的极小尺度上的表面细节与特征。由于它的出现，直接观测微观世界的大门被打开了。这种显微镜能以空前的高分辨率探测原子和分子的形状，确定物体的电、磁与机械特性，甚至能确定温度变化的情况。 使用这种显微镜时无需使试样发生变化，也无需使试样受破坏性的高能辐射作用。

1 AFM基本原理

总合起来讲，原子力显微镜的工作原理就是将探针装在一弹性微悬臂的一端，微悬臂的另一端固定，当探针在样品表面扫描时，探针与样品表面原子间的排斥力会使得微悬臂轻微变形，这样，微悬臂的轻微变形就可以作为探针和样品间排斥力的直接量度。一束激光经微悬臂的背面反射到光电检测器，可以精确测量微悬臂的微小变形，这样就实现了通过检测样品与探针之间的原子排斥力来反映样品表面形貌和其他表面结构。

在原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）的系统中，可分成三个部分：力检测部分、位置检测部分、反馈系统 （见图1）。

1．1 力检测部分

在原子力显微镜（AFM）的系统中，所要检测的力是原子与原子之间的范德华力。所以在本系统中是使用微小悬臂（cantilever）来检测原子之间力的变化量。微悬臂通常由一个一般100~500μm长和大约500nm~5μm厚的硅片或氮化硅片制成。微悬臂顶端有一个尖锐针尖，用来检测样品－针尖间的相互作用力。这微小悬臂有一定的规格，例如：长度、宽度、弹性系数以及针尖的形状，而这些规格的选择是依照样品的特性，以及操作模式的不同，而选择不同类型的探针。以下是一种典型的AFM悬臂和针尖：

1．2 位置检测部分

在原子力显微镜（AFM）的系统中，当针尖与样品之间有了交互作用之后，会使得悬臂cantilever摆动，所以当激光照射在微悬臂的末端时，其反射光的位置也会因为悬臂摆动而有所改变，这就造成偏移量的产生。在整个系统中是依靠激光光斑位置检测器将偏移量记录下并转换成电的信号，以供SPM控制器作信号处理。

上图是激光位置检测器的示意图。聚焦到微悬臂上面的激光反射到激光位置检测器，通过对落在检测器四个象限的光强进行计算，可以得到由于表面形貌引起的微悬臂形变量大小，从而得到样品表面的不同信息。

1．3 反馈系统

在原子力显微镜（AFM）的系统中，将信号经由激光检测器取入之后，在反馈系统中会将此信号当作反馈信号，作为内部的调整信号，并驱使通常由压电陶瓷管制作的扫描器做适当的移动，以保持样品与针尖保持一定的作用力。

AFM系统使用压电陶瓷管制作的扫描器精确控制微小的扫描移动。压电陶瓷是一种性能奇特的材料，当在压电陶瓷对称的两个端面加上电压时，压电陶瓷会按特定的方向伸长或缩短。而伸长或缩短的尺寸与所加的电压的大小成线性关系。也就是说，可以通过改变电压来控制压电陶瓷的微小伸缩。通常把三个分别代表X，Y，Z方向的压电陶瓷块组成三角架的形状，通过控制X，Y方向伸缩达到驱动探针在样品表面扫描的目的；通过控制Z方向压电陶瓷的伸缩达到控制探针与样品之间距离的目的。

原子力显微镜（AFM）便是结合以上三个部分来将样品的表面特性呈现出来的：在原子力显微镜（AFM）的系统中，使用微小悬臂（cantilever）来感测针尖与样品之间的相互作用，这作用力会使微悬臂摆动，再利用激光将光照射在悬臂的末端，当摆动形成时，会使反射光的位置改变而造成偏移量，此时激光检测器会记录此偏移量，也会把此时的信号给反馈系统，以利于系统做适当的调整，最后再将样品的表面特性以影像的方式给呈现出来。

2．原子力显微镜的工作模式

原子力显微镜的工作模式是以针尖与样品之间的作用力的形式来分类的。主要有以下3

种操作模式:接触模式(contact mode) ，非接触模式( non - contact mode) 和敲击模式( tapping mode) 。

2．1接触模式

从概念上来理解，接触模式是AFM 最直接的成像模式。 正如名字所描述的那样，AFM 在整个扫描成像过程之中，探针针尖始终与样品表面保持亲密的接触，而相互作用力是排斥力。 扫描时，悬臂施加在针尖上的力有可能破坏试样的表面结构，因此力的大小范围在10 - 10～10 - 6

N 。 若样品表面柔嫩而不能承受这样的力，便不宜选用接触模式对样品表面进行成像。

2．2非接触模式

非接触模式探测试样表面时悬臂在距离试样表面上方5～10 nm 的距离处振荡。 这时，样品与针尖之间的相互作用由范德华力控制，通常为10 - 12 N ，样品不会被破坏，而且针尖也不会被污染，特别适合于研究柔嫩物体的表面。 这种操作模式的不利之处在于要在室温大气环境下实现这种模式十分困难。因为样品表面不可避免地会积聚薄薄的一层水，它会在样品与针尖之间搭起一小小的毛细桥，将针尖与表面吸在一起，从而增加尖端对表面的压力。

2．3 敲击模式

敲击模式介于接触模式和非接触模式之间，是一个杂化的概念。 悬臂在试样表面上方以其共振频率振荡，针尖仅仅是周期性地短暂地接触/ 敲击样品表面。 这就意味着针尖接触样品时所产生的侧向力被明显地减小了。 因此当检测柔嫩的样品时，AFM 的敲击模式是最好的选择之一。一旦AFM 开始对样品进行成像扫描，装置随即将有关数据输入系统，如表面粗糙度、平均高度、峰谷峰顶之间的最大距离等，用于物体表面分析。 同时，AFM 还可以完成力的测量工作，测量悬臂的弯曲程度来确定针尖与样品之间的作用力大小。

2．4 三种模式的比较

接触模式（Contact Mode）：

优点：扫描速度快，是唯一能够获得“原子分辨率”图像的AFM垂直方向上有明显变化的质硬样品，有时更适于用Contact Mode扫描成像。

缺点：横向力影响图像质量在空气中，因为样品表面吸附液层的毛细作用使针尖与样品之间的粘这力很大横向力与粘着力的合力导致图像空间分辨率降低，而且针尖挂擦样品会损坏软质样品（如生物样品，聚合体等）。

非接触模式（Non-Contact Mode）：

优点：没有力作用于样品表面。

缺点：由于针尖与样品分离，横向分辨率低；为了避免接触吸附层而导致针尖胶粘，其扫描速度低于Tapping Mode和Contact Mode AFM。通常仅用于非常怕水的样品，吸附液层必须薄，如果太厚，针尖会陷入液层，引起反馈不稳，刮擦样品。由于上述缺点，on-contact Mode的使用受到限制。

轻敲模式（Tapping Mode）：

优点：很好的消除了横向力的影响。降低了由吸附液层引起的力，图像分辨率高，适于观测软、易碎、或胶粘性样品，不会损伤其表面。

缺点：比Contact Mode AFM 的扫描速度慢。 3 、AFM 在生物学研究中的应用

3．1 原子力显微镜对生物细胞表面形态观测.

一般认为 ，AFM能够在自然环境中直接观测生物样品的表面结构，而且避免复杂的制备过程，以及电子束辐射所带来的样品损伤。但实际情况并非完全如此。AFM对生物医学样品制备，同样也有一定的要求。包括:表面平整，高度起伏≤10一20μm;表面有一定的硬度;基

底面平滑，如用新鲜解离的云母片等;对于较大的颗粒、细胞，可用盖玻片、塑料片等;样品在基底表面要求相对均匀、分散等。客观地讲，相对于电镜复杂的生物样品制备过程来说，原子力显微镜的生物样品制备过程要简单一些。但遗憾的是，没有一种普遍适用的方法，能够解决原子力显微镜所有的生物医学样品的制备问题。因此，一般情况下，都需要科研人员自己动手制备符合AFM技术要求的样品，以获得满意的观察效果。游离细胞样品制备过程大致步骤如下:首先提取细胞，2.5%戊二醛固定;同时制备新鲜解离的云母片，用双面胶固定于基底表面;然后将固定细胞滴加于云母表面，用氮气吹干并展平;最后用接触式或轻敲式进行细胞的表面形态观测。活的培养细胞样品制备过程大致步骤如下:事先将培养皿或盖玻片用多聚赖氨酸进行处理，然后将细胞培养于培养皿或盖玻片上，检查前将培养皿或盖玻片制成小于1x1cm的小片;将指甲油滴加于AFM液体池底部，小片的无细胞面沾到指甲油上，而小片的有细胞面上滴加培养液;待指甲油干后，液体池中充人培养液，置于AFM 的扫描器上，即可进行细胞表面形态的成像观测。AFM对活体细胞的成像效果还很不理想，这主要是因为细胞膜表面比较柔软，与基底的固定较弱，探针的压力会使探针和细胞表面的接触面积大大增加，从而损伤细胞或造成细胞的漂移。0'Reily等利用AFM对一定数量的血红细胞表面形态及三维结构进行了观测和图像分析，从而得出细胞的厚度、宽度、表面积以及体积等量化数。对于活细胞，也可以在AFM的液体池中进行动态的观察。通过液体池的进液孔可随时注入不同的化合物溶液，改变活细胞的液体环境(如离子浓度、pH值、温度、湿度等)进行动态的观测。Jena等“利用AFM对感染病毒后细胞表面形态的改变、造骨细胞在加人底物(钻铬、钦、钦钒等)后细胞形态和细胞弹性的变化、GTP对胰腺外分泌细胞囊泡高度的影响进行研究。黄益民等7利用原子力显微镜对自由基损伤的红细胞膜表面精细结构研究，直接观察到了自由基的损伤，以及加女贞子保护后，对红细胞膜分子形貌学的影响。如果 要 对一些生物医学组织样品进行AFM表面形态成像观测，样品制备过程大致如下:选取组织表面较为平整的部位，剪成0.5 x 0.5 cm小块，观测面朝上，展平后贴在盖玻片上;滴加固定液于样品表面上，静置30min左右;用三蒸水冲洗去固定液中的溶质所形成的结晶;将盖玻片置于AFM的扫描器上，进行成像观测。一般来说，组织样品进行AFM的表面形态成像效果还比较满意。AFM观察细胞表面形态结构分辨率还不够理想。这主要是由于细胞膜表面太软，探针的压力(无论是接触式，还是轻敲式)会使探针和样品表面的接触面积增大，从而使分辨率降低。AFM观察细胞表面形态结构的分辨率一般只能维持在nm到μm之

间。如果样品制备不好，仪器状况调整不佳，操作人员技术不够熟练，那么AFM的分辨率还要低一些。

3.2原子力显微镜对生物大分子的结构及其它性质的观测研究

原子力显微镜目前已广泛应用于蛋白质、核酸、DNA,磷脂生物膜、多糖等生物大分子以及有机化合物在空气或溶液中的形态观测研究。张英鸽等“用AFM对乙酞胆碱醋酶分子进行显微成像。林璋、白春礼等[6]用AFM进行亚精胺诱导DNA凝聚有序性的研究。Rief等[7]用AFM 研究了不同大小的力对单个葡聚糖分子的影响，其中可逆的构象变化已经得到分子动力学计算的证实。胡钧等进行了人工操纵病毒的原子力显微镜研究，首次实现了复杂的体系— 一种线性噬菌体病毒的人工拉直与定向，并利用原子力显微镜对拉直前后的病毒进行了观察与测量。用AFM对生物大分子进行形态结构观察时，样品制备也很重要。蛋白质样品制备过程有两种方法，一种是蛋白质吸附固定法:首先将云母裁成lx1cm的小片，用双面胶固定于AFM基底上，制备新鲜裂解的云母表面;将一定浓度的蛋白溶液滴加于云母表面，用氮气将其展平，吹干，蛋白便可吸附于云母表面;将液体池置于AFM的扫描器上，即可进行细胞表面形态的成像观测。该方法简便易行，可满足一般成像的要求。缺点是蛋白质固定不一定牢固，可能会出现脱落或拖动现象。另一种是蛋白质共价固定法:利用蛋白质分子上的氨基与疏基丙酸的狡基形成肤键连接的原理，进行蛋白质的固定。该方法固定比较牢固。缺点是方法复杂，费时费力。固定好的样品置于AFM的扫描器上，即可进行生物大分子表面形态结构的成像观测。

如果是DNA类的样品，其制备过程大致如下:首先将根据实验目的，稀释原液;然后取适

量稀释液滴加于新鲜裂解云母表面，氮气展平，吹干。固定好的样品置于AFM的扫描器上，即可进行生物大分子表面形态结构的成像观测。目前,AFM已广泛应用于对生理生化反应中蛋白质、核酸等生物大分子的形态或功能的动态研究。在此基础上还可以进行分子水平的热力学和动力学的研究。研究生物大分子的生理生化过程，是目前AFM在生命科学中应用最多的领域之一。配备了环境气氛箱的AFM可以在样品箱内进行气氛控制，样品调整以及样品观察。这样可以对生物大分子在各种不同的气氛(包括大气、低真空、各种气体置换、不同湿度和温度等条件)下的形态结构等进行研究。在这个领域里研究较多的主要有:蛋白的聚合、纤维组装的过程[8]、胶原的超微结构和组装、蛋白三维晶体增长的研究、生物膜的结构和生物物理特性的变化[9],DNA的装配过程以及生物大分子之间的交互作用[10]等。

3.3 原子力显微镜对生物分子之间力谱曲线的观测

用AFM对生物大分子进行形态结构观察的同时，还可对大分子的其它性质进行研究，如配体一受体之间作用力[11]，抗原一抗体之间的作用力等。对生物分子表面的各种相互作用力进行测量是原子力显微镜的一个十分重要的功能。这对于了解生物分子的结构和物理特性是非常有意义的，因为这种作用力决定两种分子的相互吸引或者排斥，接近或者离开，化学键的形成或者断裂，生物分子立体构象的维持或者改变等等。在分子间作用力的支配下,还同时支配着生物体内的各种生理现象、生化现象、药物药理现象，以及离子通道的开放或关闭，受体与配体的结合或去结合，酶功能的激活或抑制等等。因此，生物分子间作用力的研究，在某种意义上说，就是对生命体功能活动中最根本原理的研究。这也为人们理解生命原理提供一个新的研究手段和工具，[12]将两种分子分别固定于AFM的基底和探针尖端上。然后使带有一种分子的探针尖端在垂直方向上不断地接近和离开基底上的另一种分子。这时，两种分子间的相互作用力，就是二者间的相对距离的函数。这种力与距离间的函数关系曲线，称之为力谱曲线。对于作用力的测定，AFM对生物医学样品的制备，同样也有一定的要求或必须具备一定的特点。即需要将研究的两种分子分别固定于基底和探针尖端表面，而且还要求固定相对牢固。因此，样品制备的难度比其他的要大的多。以链抗生物素对尖端进行功能化处理为例，其过程大致如下:将AFM悬臂浸入乙酮5 min，然后紫外线照射15 min;在37℃的湿润孵化器中，悬臂浸人一滴50KL生物素一BSA(牛血清白蛋)，孵育过夜;用PBS磷酸缓冲液(州7.4)洗三次，除去非结合蛋白;室温下悬臂浸入一滴501AL链抗生物素中，孵育10 min，在碱性环境中，使BSA吸附于悬臂;悬臂使用前，用PBS再冲洗三次即可。总之，将特定的配体或者受体固定于悬臂探针表面，将与之对应的

受体或者配体固定于基底表面，在悬臂探针表面与基底表面相接近或者分离的过程中，悬臂受到偏折，从而测得两个功能化表面之间的作用力，即配体-受体之间的作用力。通过对AFM探针进行功能化修饰，使针尖的表面带有特殊的官能团，用以识别存在于同一表面内的不同官能团，进行表面组分成像。它可以实现纳

米范围内化学反应特性的研究。AFM还可以实现同时对生物分子表面结构、作用力等的动态实时观测。如生物大分子的弹力、细胞壁的膨胀压力以及各种微粒之间的各种相互作用力等。近年来，在AFM基础上各种扫描力显微术发展很快，主要有静电力、摩擦力、磁力、剪切力等显微术。力对样品的表面性质很敏感，根据检测力的变化可以获得样品表面丰富的信息。

4、1 结语

近年来国内外研究表明，原子力显微镜在生医学研究中的应用具有很大潜力，它是在纳米分辨率下研究生命科学的一个有力工具。如果我们将细胞学、免疫学、生物化学、分子生物学、生物物理学等与原子力显微技术有机地结合起来，将AFM和其他仪器设备(如透射电子显微镜、扫描电子显微镜、激光共聚焦扫描显微镜、生物质谱、核磁共振、X射线晶体衍射等)有机地结合起来，相互补充、取长补短，一定会获得很好的研究结果。可以预见，在不久的将来，AFM作为一项独立的研究方法将日臻成熟，应用范围也将日渐扩大，并将对生命科学的发展做出重大的贡献。

参考文献

[1]。 Binnig G， Quate C F， Gerber C。 Atomic force microscope。 Phys Rev Lett， 1986， 56; 930 ～934

[2] 候萌，基于原子力显微镜应用的生物医学的发展 .

[3] 张亦奕，牟建勋，邵志峰等.原子力显微镜在结构生物学中的应用，电子显微学报，1996,15(2--4):314一328

[4] 张德添，何昆，张飒等.原子力显微镜发展近况及其应用 ，现代仪器，2002,(3):6一9

[5] 黄益民，李稼，白春礼等.原子力显微镜对自由基损伤的红细胞膜表面精细结构的研究，北京生物医学工程，1999,18(1):18一23

[6] 林璋，王深，白春礼等.亚精胺诱导DNA凝聚的有序性的AFM研究〔J)，电子显微学报，1999,18(1):106一110

[7] RiefM ,O esterheltF ,H eymanB ,e tal .Single molecule force spectro scopy on polysaccharidesby atomic force microscopy(J).Science ,1997,275(5304):1295一1297 [8] KuznetsovY G,M alkinA L McPhersonA .S elf一repairof biological fibersc atalyzedb yth es urfaceo fa v irusc rystal( J).Pro tei ns 2 001，44(3):392一396 [9]Rinia HA, Snel MM, van der F.e

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[11] Florin E L,M oyV T,Gaub1 E.Ad hesion forces between in dividual ligand一receptor pairs.1994:Science264:415

[12] 张英鸽等.用原子力显微技术测定生物分子之间的相互作用力 ，生物医学工程学杂志1998,15(4):4 24一428

数据库原理及应用重点知识提纲

数据库原理与应用重点知识提纲 第一章数据库系统概述 (1)数据库、数据库管理系统、数据库应用系统的概念。 (2)数据描述与数据模型。 (3)理解层次模型、网状模型、关系模型的特点与优点。 (4)关系模型的基本概念：关系、元组、属性、属性值、值域、分量、关系的状态、关系模式、关系的键（候选键，主键、外键）与属性（主属性，非主属性）等。 (5)数据库内部体系结构中的三级模式结构。概念模式，外模式，内模式。 (6)数据库系统内部体系结构中的两级映像。 术语： 关系模式：是一种用于描述二维表格结构的表示方式，由关系模式和与该关系模式名相关联的属性名表组成。其形式为：关系模式名（属性名1，属性名2，…，属性名n）。 关系模型：是一种用二维表格结构表示数据及数据之间联系的数据模型。 候选键：如果一个属性集能唯一地标识一个关系中的元组而又不含有多余属性，则称该属性值为该关系的候选键。 主键：是指当某个关系模式有多个候选键时，被用户选用的那个候选键。 外键：如果关系模式R1中的某属性集是另一个关系模式R2的主键，则该属性在关系模式R1中称为外键。 概念模式：是对数据库中全部数据的整体逻辑结构的描述，体现了全局、整体的数据观点，所以称为数据库的整体逻辑结构。

外模式：是表达用户使用观点和用到的那部分数据的逻辑描述，体现了应用程序员对数据库的数据观点。 内模式：是数据库在物理结构和物理存储方面的描述，规定了数据的内部记录类型、记录建起技术、文件的组织方式和数据控制方面的细节等。 简述： 1．简述数据库与文件系统的区别。学习指导P7 2．关系的主键有哪些特性？（唯一性、非冗余性，有效性） 3．将数据库系统的体系结构设计成三级的意义是什么？ 第二章关系运算 (1)了解笛卡尔积、关系的数学定义。 (2)理解基于传统集合理论的关系运算：并、交、差、广义笛卡尔积。 (3)理解关系代数特有的关系运算：投影、选择、商、联接、自然连接。 (4)掌握使用基本关系运算表示4种非基本关系运算的方法。 (5)掌握关系代数运算在关系数据库查询操作中的应用。 术语： 关系的目或度：关系中的属性个数。 关系的基数：关系中元组的个数。 笛卡儿积运算：设关系R和S的目数分别为r和s，R和S的笛卡儿积是一个r+s 目的元组集合，每个元组的前r个分量来自R中的的一个元组，后s个分量来自S中的一个元组。 投影运算：投影运算是按照j1, 选择运算：从关系R中挑选出满足公式F的那些元组。

原子力显微镜的原理及使用

原子力显微镜的原理及使用 通过近代物理实验课的学习，了解了许多仪器的工作原理以及使用方法，对今后的科研学习有很大的 帮助。其中原子力显微镜就是其中之一，对于做材料方面的专业来说，原子力显微镜在表征物质的表面结 构及性质起着重要的作用。前段时间我们利用AFM对用RF磁控溅射制备的PZT薄膜进行了表征，通过对AFM的使用并查找相关文献，使我对原子力显微镜有了更加深刻的认识。 原子力显微镜，英文：Atomic Force Microscope ，简写： AFM。是一种利用原子,分子间的相互作用力来观察物体表面微观 形貌的新型实验技术.它有一根纳米级的探针,被固定在可灵敏操 控的微米级弹性悬臂上.当探针很靠近样品时,其顶端的原子与样 品表面原子间的作用力会使悬臂弯曲,偏离原来的位置.根据扫描 样品时探针的偏离量或振动频率重建三维图像.就能间接获得样品 表面的形貌或原子成分。 它主要由带针尖的微悬臂、微悬臂运动检测装置、监控其运 动的反馈回路、使样品进行扫描的压电陶瓷扫描器件、计算机控 制的图像采集、显示及处理系统组成。微悬臂运动可用如隧道电 流检测等电学方法或光束偏转法、干涉法等光学方法检测，当针 尖与样品充分接近相互之间存在短程相互斥力时，检测该斥力可获得表面原子级分辨图像，一般情况下分 辨率也在纳米级水平。AFM测量对样品无特殊要求，可测量固体表面、吸附体系等。 一、仪器结构： 在原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）的系统中，可分成三个部分：力检测部分、位置 检测部分、反馈系统。 1、力检测部分 在原子力显微镜（AFM）的系统中，所要检测的力是原子与原子之间的范德华力。所以在本系统中是 使用微小悬臂（cantilever）来检测原子之间力的变化量。微悬臂通常由一个一般100~500μm长和大约500nm~5μm厚的硅片或氮化硅片制成。微悬臂顶端有一个尖锐针尖，用来检测样品－针尖间的相互作用力。这微小悬臂有一定的规格，例如：长度、宽度、弹性系数以及针尖的形状，而这些规格的选择是依照样品 的特性，以及操作模式的不同，而选择不同类型的探针。 2、位置检测部分 在原子力显微镜（AFM）的系统中，当针尖与样品之间有了交互作用之后，会使得悬臂cantilever摆动，所以当激光照射在微悬臂的末端时，其反射光的位置也会因为悬臂摆动而有所改变，这就造成偏移量 的产生。在整个系统中是依靠激光光斑位置检测器将偏移量记录下并转换成电的信号，以供SPM控制器作 信号处理。 3、反馈系统 在原子力显微镜（AFM）的系统中，将信号经由激光检测器取入之后，在反馈系统中会将此信号当作 反馈信号，作为内部的调整信号，并驱使通常由压电陶瓷管制作的扫描器做适当的移动，以保持样品与针 尖保持一定的作用力。 AFM系统使用压电陶瓷管制作的扫描器精确控制微小的扫描移动。压电陶瓷是一种性能奇特的材料， 当在压电陶瓷对称的两个端面加上电压时，压电陶瓷会按特定的方向伸长或缩短。而伸长或缩短的尺寸与 所加的电压的大小成线性关系。也就是说，可以通过改变电压来控制压电陶瓷的微小伸缩。通常把三个分 别代表X，Y，Z方向的压电陶瓷块组成三角架的形状，通过控制X，Y方向伸缩达到驱动探针在样品表面 扫描的目的；通过控制Z方向压电陶瓷的伸缩达到控制探针与样品之间距离的目的。 原子力显微镜（AFM）便是结合以上三个部分来将样品的表面特性呈现出来的：在原子力显微镜（AFM）的系统中，使用微小悬臂（cantilever）来感测针尖与样品之间的相互作用，这作用力会使微悬臂摆动， 再利用激光将光照射在悬臂的末端，当摆动形成时，会使反射光的位置改变而造成偏移量，此时激光检测 器会记录此偏移量，也会把此时的信号给反馈系统，以利于系统做适当的调整，最后再将样品的表面特性 以影像的方式给呈现出来。 二、工作原理： 将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定，另一端有一微小的针尖，针尖与样品表面轻轻接触，由于 针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力，通过在扫描时控制这种力的恒定，带有针尖的微悬 臂将对应于针尖与样品表面原子间作用力的等位面而在垂直于样品的表面方向起伏运动。利用光学检测法

数据库原理及应用(第2版)习题参考答案..

第1章数据概述 一．选择题 1．下列关于数据库管理系统的说法，错误的是C A．数据库管理系统与操作系统有关，操作系统的类型决定了能够运行的数据库管理系统的类型 B．数据库管理系统对数据库文件的访问必须经过操作系统实现才能实现 C．数据库应用程序可以不经过数据库管理系统而直接读取数据库文件 D．数据库管理系统对用户隐藏了数据库文件的存放位置和文件名 2．下列关于用文件管理数据的说法，错误的是D A．用文件管理数据，难以提供应用程序对数据的独立性 B．当存储数据的文件名发生变化时，必须修改访问数据文件的应用程序 C．用文件存储数据的方式难以实现数据访问的安全控制 D．将相关的数据存储在一个文件中，有利于用户对数据进行分类，因此也可以加快用户操作数据的效率 3．下列说法中，不属于数据库管理系统特征的是C A．提供了应用程序和数据的独立性 B．所有的数据作为一个整体考虑，因此是相互关联的数据的集合 C．用户访问数据时，需要知道存储数据的文件的物理信息 D．能够保证数据库数据的可靠性，即使在存储数据的硬盘出现故障时，也能防止数据丢失 5．在数据库系统中，数据库管理系统和操作系统之间的关系是D A．相互调用 B．数据库管理系统调用操作系统 C．操作系统调用数据库管理系统 D．并发运行 6．数据库系统的物理独立性是指D A．不会因为数据的变化而影响应用程序 B．不会因为数据存储结构的变化而影响应用程序 C．不会因为数据存储策略的变化而影响数据的存储结构 D．不会因为数据逻辑结构的变化而影响应用程序 7．数据库管理系统是数据库系统的核心，它负责有效地组织、存储和管理数据，它位于用户和操作系统之间，属于A A．系统软件B．工具软件 C．应用软件D．数据软件 8．数据库系统是由若干部分组成的。下列不属于数据库系统组成部分的是B A．数据库B．操作系统 C．应用程序D．数据库管理系统 9．下列关于客户/服务器结构和文件服务器结构的描述，错误的是D A．客户/服务器结构将数据库存储在服务器端，文件服务器结构将数据存储在客户端 B．客户/服务器结构返回给客户端的是处理后的结果数据，文件服务器结构返回给客户端的是包含客户所需数据的文件 C．客户/服务器结构比文件服务器结构的网络开销小 D．客户/服务器结构可以提供数据共享功能，而用文件服务器结构存储的数据不能共享

原子力显微镜

6-5 原子力显微镜 【实验简介】 扫描隧道显微镜工作时要检测针尖和样品之间隧道电流的变化，因此它只能用于导体和半导体的研究。而在研究非导电材料时必须在其表面覆盖一层导电膜。导电膜的存在往往掩盖了样品表面结构的细节。为了弥补扫描隧道显微镜的这一不足，1986年宾尼希等发明了第一台原子力显微镜AFM（atomic force microscopy）。原子力显微镜不仅可以在原子水平测量各种表面形貌，而且可用于表面弹性、塑性、硬度、摩擦力等性质的研究。 【实验目的】 1.学习和了解原子力显微镜的结构和原理； 2.学习扫描隧道显微镜的操作和调试过程，并以之来观察样品的表面形貌； 【实验原理】 1.原子力显微镜 与STM不同，原子力显微镜测量的是针尖与样品表面之间的力。将微小针尖放在悬臂的一端，当针尖与样品间距小到一定程度时，由于针尖与样品的相互作用（引力、斥力等），使悬臂发生弯曲形变。如图使样品与针尖之间作扫描运动，测量悬臂的形变位移，即可得到 图6-5-1 原子力显微镜示意图 样品表面的形貌信息。 由于微悬臂的位移很小，对它的测量是一个关键技术。最早发明者宾尼希等人利用隧道电流对间距的敏感性来测量悬臂的位移，但由于隧道效应对悬臂的功函数（由于污染等原因）变化同样敏感，所以稳定性较差。现在大多数均采用光学方法或电容检测法。本实验采用光

图6-5-2 原子力显微镜光路图 束偏转检测方法，如图2所示。激光束经微悬臂背面反射、再经平面反射镜至四相限接受器，当微悬臂弯曲时激光束在接受器上的位置将发生移动，由四象限接受器检测出悬臂弯曲位移，便可得到样品的表面形貌。 2.轻敲模式成象技术 常规的接触模式扫描由于针尖对样品的作用力较大，会在软样品表面形成划痕，或使样品变形，对粉体颗粒样品，会使样品移动，或将样品碎片吸附在针尖上，分辨率较差，而理想的非接触模式由于工作程短，又是难于有效实施的。 轻敲扫描模式的特点是在扫描过程中由压电驱动器将微悬臂激发到共振振荡状态，针尖随着悬臂的振荡，极其短暂地与样品表面进行接触，同时由于针尖与样品的接触时间非常短，因此剪切力引起的对样品的破坏几乎完全消失，可以清晰观测完好的表面结构而不受表面高度起伏的影响。AFM轻敲扫描模式，特别适用于检测生物样品及其它柔软、易碎、粘附性较强的样品。并对针尖损耗相对最少。 【实验装置】(见扫描隧道显微镜) 【实验内容及步骤】 1．扫描光栅样品 注意：所有插件栏的操作都应当是鼠标单击 1.1 放针尖。把针尖架插入探头； 1.2 放样品（用镊子操作，注意不要让镊子碰到样品表面）。 1.3打开电脑。开启控制箱电源。打开软件，切换到在线工作模式(此时仪器会自动识别当前针尖类型，软硬件自动切换到相应工作模式，头部液晶屏也会立即显示出当前工作模

《数据库原理》知识点总结 (3)

目录未找到目录项。 一数据库基础知识（第1、2章） 一、有关概念 1．数据 2．数据库（DB） 3．数据库管理系统（DBMS） Access 桌面DBMS VFP SQL Server Oracle 客户机/服务器型DBMS MySQL DB2 4．数据库系统（DBS） 数据库（DB） 数据库管理系统（DBMS） 开发工具 应用系统 二、数据管理技术的发展 1．数据管理的三个阶段 概念模型 一、模型的三个世界 1．现实世界 2．信息世界：即根据需求分析画概念模型（即E-R图），E-R图与DBMS无关。 3．机器世界：将E-R图转换为某一种数据模型，数据模型与DBMS相关。

注意：信息世界又称概念模型，机器世界又称数据模型 二、实体及属性 1．实体：客观存在并可相互区别的事物。 2．属性： 3．关键词（码、key）：能唯一标识每个实体又不含多余属性的属性组合。 一个表的码可以有多个，但主码只能有一个。 例：借书表（学号，姓名，书号，书名，作者，定价，借期，还期） 规定：学生一次可以借多本书，同一种书只能借一本，但可以多次续借。 4．实体型：即二维表的结构 例student(no，name，sex，age，dept) 5．实体集：即整个二维表 三、实体间的联系： 1．两实体集间实体之间的联系 1：1联系 1：n联系 m：n联系 2．同一实体集内实体之间的联系 1：1联系 1：n联系 m：n联系 四、概念模型（常用E-R图表示） 属性： 联系： 说明：①E-R图作为用户与开发人员的中间语言。 ②E-R图可以等价转换为层次、网状、关系模型。 举例： 学校有若干个系，每个系有若干班级和教研室，每个教研室有若干教员，其中有的教授和副教授每人各带若干研究生。每个班有若干学生，每个学生选修若干课程，每门课程有若干学生选修。用E-R图画出概念模型。

原子力显微镜的工作原理及基本操作

2015年秋季学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目:原子力显微镜的工作原理及基本操作学生所在院（系）: 学生所在学科: 学生姓名: 学号: 学生类别:应用型 考核结果阅卷人

原子力显微镜的工作原理及基本操作 一、实验目的 1.了解原子力显微镜的工作原理 2.掌握用原子力显微镜进行表面观测的方法 二、原子力显微镜结构及工作原理 2.1 AFM的工作原理 AFM是用一个一端装有探针而另一端固定的弹性微悬臂来检测样品表面信息的，当探针扫描样品时，与样品和探针距离有关的相互作用力作用在针尖上，使微悬臂发生形变。AFM系统就是通过检测这个形变量，从而获得样品表面形貌及其他表面相关信息 1.原子力作用机制 当两个物体的距离小到一定程度的时候，它们之间将会有原子力作用．这个力主要与针尖和样品之间的距离有关．从对微悬臂形变的作用效果来分，可简单将其分为吸引力和排斥力，它们分别在不同的工作模式下、不同的作用距离起主导作用．探针与样品的距离不同，作用力的大小也不相同，针尖/样品距离曲线如图1所示． 图1 针尖/样品距离曲线 2.原子力显微镜的成像原理 AFM的微悬臂绵薄而修长，当对样品表面进行扫描时，针尖与样品之间力的作用会使微悬臂发生弹性形变，针尖碰到样品表面时，很容易弹起和起伏，它非常的灵敏，极小的力的作用也能反应出来．也就是说如果检测出这种形变，就可以知道针尖－样品间的相互作用力，从而得知样品的形貌。

图2 光束偏转法的原理图 微悬臂形变的检测方法一般有电容、隧道电流、外差、自差、激光二极管反馈、偏振、偏转方法。偏转方法是采用最多的方法，也是原子力显微镜批量生产所采用的方法．图2就是光束偏转法的原理图。 3.原子力显微镜的工作模式 AFM主要有三种工作模式:接触模式(ContactMode)、非接触模式(Non－contact Mode)和轻敲模式( Tapping Mode)，如图3． 图3 三种工作模式 接触模式中，针尖一直和样品接触并在其表面上简单地移动．针尖与样品间的相互作用力是两者相接触原子间的排斥力，其大小约为10-8～10-11N。 非接触模式是控制探针一直不与样品表面接触，让探针始终在样品上方5～20nm 距离内扫描．因为探针与样品始终不接触，故而避免了接触模式中遇到的破坏样品和污染针尖的问题，灵敏度也比接触式高，但分辨率相对接触式较低，且非接触模式不适合在液体中成像。 轻敲模式是介于接触模式和非接触模式之间新发展起来的成像技术，类似与非接触模式，但微悬臂的共振频率的振幅相对非接触模式较大，一般在0.01～1nm．分辨率几乎和接触模式一样好，同时对样品的破坏也几乎完全消失，克服了以往常规模式的局限。 4.原子力显微镜的构成 SPA－300HV型显微镜主要包括以下四个系统: 减震系统、头部系统、电子学控制系统、计算机软件系统(图4为结构图)。

数据库原理及应用--课后答案

数据库原理及应用 课后答案 第一章 选择题 1、A。 从数据库管理系统的角度看，数据库系统的结构通常分为三级模式的总体结构，在这种模式下，形成了二级映像，实现了数据的独立性。其中三级模式结构指的是外模式、模式和内模式，二级映像指的是外模式/模式映像、模式/内模式映像。对于外模式/模式映像，当模式改变时，相应的外模式/模式映像作相应的改变，以使外模式保持不变，而应用程序是依据数据的外模式来编写的，外模式不变，应用程序就没必要修改，这保证了数据与程序的逻辑独立性。对于模式/内模式映像，当数据库的存储结构变了，模式/内模式映像会作相应的改变，以使模式保持不变，而模式不变，与模式没有直接联系的应用程序也不会改变，这保证了数据与程序的物理独立性。 数据逻辑独立性指的就是当模式改变时，外模式和应用程序不需要改变，所以选项A正确。C选项的内模式改变，模式不变指的是数据的物理独立性，所以C选项不正确，B选项中前后两句与C选项相比顺序不符，所以B选项不正确。D选项中，应为“模式和应用程序不变”，不应为“外模式”，所以D选项不正确。 2、B。 DB指的是数据库（DataBase），DBMS指的是数据库管理系统（DataBase Management System），DBS指的是数据库系统（DataBase System），DBA指的是数据库管理员（Database Administrator），Data指的是数据。

由书中概念易得DBS（数据库系统）包括DBMS（数据库管理系统），DBMS管理和控制DB（数据库），而DB载入、存储、重组与恢复Data（数据）。所以B选项正确。 3、C。 数据库系统的特点有：⑴、实现数据共享；⑵、减少数据冗余度；⑶、保持数据的一致性； ⑷、数据的独立性；⑸、安全保密性；⑹、并发控制；⑺、故障恢复 由以上可得C选项错误，应改为数据冗余度“低”。 4、C。 DB是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据集合；DBS是实现有组织地、动态地存储大量关联数据，方便多用户访问计算机软件、硬件和数据资源组成的系统；DBMS 是把用户对数据的操作转化为对系统存储文件的操作，有效地实现数据库三级（外模式、模式和内模式）之间的转化；MIS指的是管理信息系统（Management Information System），是一个以人为主导，利用计算机硬件、软件及其他办公设备进行信息的收集、传递、存贮、加工、维护和使用的系统。由以上概念可知，位于用户和数据库之间的一层数据管理软件是DBMS。所以C选项正确。 5、C。 书中图1.6明确指出模式/内模式映像把概念数据库与物理数据库联系起来，所以C选项正确。 6、C。 数据库有这样三层关系，第一层和第三层不能直接发生关系，所以D选项不正确，内模式与外模式没有直接关系，应改为“模式与应用程序不变”。

数据库原理王珊知识点整理

目录 1.1.1 四个基本概念 (1) 数据(Data) (1) 数据库(Database,简称DB) (1) 长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合、 (1) 基本特征 (1) 数据库管理系统(DBMS) (1) 数据定义功能 (1) 数据组织、存储和管理 (1) 数据操纵功能 (2) 数据库的事务管理和运行管理 (2) 数据库的建立和维护功能(实用程序) (2) 其它功能 (2) 数据库系统(DBS) (2) 1.1.2 数据管理技术的产生和发展 (3) 数据管理 (3)

数据管理技术的发展过程 (3) 人工管理特点 (3) 文件系统特点 (4) 1.1.3 数据库系统的特点 (4) 数据结构化 (4) 整体结构化 (4) 数据库中实现的是数据的真正结构化 (4) 数据的共享性高，冗余度低，易扩充、数据独立性高 (5) 数据独立性高 (5) 物理独立性 (5) 逻辑独立性 (5) 数据独立性是由DBMS的二级映像功能来保证的 (5) 数据由DBMS统一管理和控制 (5) 1.2.1 两大类数据模型：概念模型、逻辑模型和物理模型 (6) 1.2.2 数据模型的组成要素：数据结构、数据操作、数据的完整性约束条件. 7 数据的完整性约束条件: (7)

关系数据模型的优缺点 (8) 1.3.1 数据库系统模式的概念 (8) 型(Type)：对某一类数据的结构和属性的说明 (8) 值(Value)：是型的一个具体赋值 (8) 模式（Schema） (8) 实例（Instance） (8) 1.3.2 数据库系统的三级模式结构 (9) 外模式[External Schema]（也称子模式或用户模式）， (9) 模式[Schema]（也称逻辑模式） (9) 内模式[Internal Schema]（也称存储模式） (9) 1.3.3 数据库的二级映像功能与数据独立性 (9) 外模式/模式映像：保证数据的逻辑独立性 (10) 模式/内模式映象：保证数据的物理独立性 (10) 1.4 数据库系统的组成 (10) 数据库管理员(DBA)职责： (10)

数据库原理及应用

数据库原理及应用 数据库技术简介 数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支。 数据库技术是信息系统的核心和基础，它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透。 数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志。 第一章绪论 1.1 数据库系统概述 1.1.1 四个基本概念 数据(Data) 数据库（Database）数据库管理系统(DBMS) 数据库系统(DBS) 一、数据 数据(Data)的定义 数据是信息的具体表现形式 描述事物的符号记录 数据的表现形式——数字文字图形图像声音等 各类数据必须数字化后才能加工处理。 数据与其语义是不可分的 例如：93是一个数据 语义1：学生某门课的成绩 语义2：某人的体重 语义3：计算机系2007级学生人数 例如：学生档案中的一条记录：（李明男1982 江苏计算机系2000） 二、数据库(续) 数据库的定义 数据库(Database,简称DB)是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合。 三、数据库管理系统 什么是DBMS 数据库管理系统（Database Management System，简称DBMS）是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。 DBMS的用途 组织和存储好大量的数据，并提供方便、高效地检索数据和维护数据的手段。 DBMS的主要功能: 数据定义功能 数据组织 存储和管理 数据操纵功能 数据库的事务管理和运行管理 数据库的建立和维护功能 其它功能 四、数据库系统 什么是数据库系统

数据库系统（Database System，简称DBS）是指在计算机系统中引入数据库后的系统。 数据库系统的构成 数据库 数据库管理系统（及其开发工具） 应用系统 数据库管理员（DBA） 1.1.2 数据管理技术的产生和发展 数据管理：是指对数据的分类、组织、编码、存储、查询和维护等活动，是数据处理的中心环节。 数据处理：是指对数据进行收集、组织、存储、加工、抽取和传播等一系列活动的总和。其目的是从大量的、原始数据中抽取、推导出对人们有价值的信息。 数据管理技术的发展动力：应用需求的推动、计算机软/硬件的发展 数据管理技术的发展过程 人工管理阶段(40年代中--50年代中) 文件系统阶段(50年代末--60年代中) 数据库系统阶段(60年代末--现在) 一、人工管理 时期 40年代中--50年代中 产生的背景 应用需求科学计算 硬件水平纸带、卡片、磁带 软件水平没有操作系统 处理方式批处理 特点：数据不保存、数据由程序各自管理（逻辑结构、存储结构、存取方法、输入方式等） 数据不共享：一组数据只能对应一个程序 数据不具独立性：数据的结构发生变化后（物理或逻辑上），应用程序必须做相应的修改。 应用程序与数据的对应关系(人工管理阶段) .. 二、文件系统 时期

(完整word版)《数据库原理与应用》北师珠必备复习重点

第1章数据库系统概述 1.数据库的概念 1）数据库是存储在计算机存储设备上的: 数据库是存在于计算机存储设备上的一个或多个(数据库)文件组成的统一体，是可感知的数据库形体。 2）数据库是按一定的组织方式存储在一起的：数据库中的数据是 以结构化的形式存储的，这种结构化形式实质上就是数据库的数据模型，是不可感知的数据库形体。 3）数据库是相关的数据集合：数据库中的数据既有某特定应用领域涉及的各种基本数据，也有反映这些数据之间联系的数据，也是不可感知的数据库形体之一。 DBMS的概念 数据库管理系统（DBMS）是建立、管理和维护数据库的软件系统，是一种 位于应用软件和操作系统之间，实现数据库管理功能的系统软件。 2.DBMS的主要功能 定义、操纵、控制、维护数据库并有通信功能 3.数据库应用系统概念成 以计算机为开发和应用平台， 以OS、DBMS、某种程序语言和实用程序等为软件环境， 以某一应用领域的数据管理需求为应用背景， 采用数据库设计技术建立的一个可实际运行的， 按照数据库方法存储和维护数据的， 并为用户提供数据支持和管理功能的应用软件系统。

4.三个世界对数据的描述 现实世界是存在于人们头脑之外的客观世界。可狭义地将现实世界看作为各个事物、各个现象、各个单位的实际情况。 计算机世界——数据世界对数据和信息的处理 信息世界是现实世界在人们头脑中的反映和解释，是现实世界的概念化。 5.数据模型的概念及组成 数据模型是现实世界中的各种事物及各事物之间的联系用数据及数据间的联系来表示的一种方法。一个数据库的数据模型实际上给出了在计算机系统上进行描述和动态模拟现实世界信息结构及其变化的方法。 是一组面向计算机的概念集合， 由数据结构 、数据操作 、数据约束三部分组成 6.层次模型、是一种用树型（层次）结构来组织数据的数据模型。 树中的每个结点代表一种记录类型。 网状模型（1）至少有一个结点多于一个双亲结点； （2）至少有一个结点无双亲结点。

数据库原理及应用教学目的内容重点难点

《数据库原理及应用》课程授课目的、内容、方法、重点、难点及学时分配 一、课程的性质、目的与任务： 1 本课程的性质： 《数据库原理及应用》是信息管理专业开设的专业基础必修课之一。 2 本课程的目的： 本课程的主要目的是使学生掌握数据库的基本原理，应用规范化的方法进行数据库的开发和设计，并和具体的一种大型数据库管理系统相结合，熟练掌握数据库管理系统的管理、操作和开发方法。b5E2RGbCAP 3 本课程的任务： 通过本课程的学习，学生应能针对具体的案例进行数据调查分析、数据库逻辑结构设计、关系规范化及数据库物理结构设计，并能使用高级语言进行数据库应用程序开发。p1EanqFDPw 二、基本教案要求 了解数据库的基本概念、发展、结构体系及数据库新技术的发展方向等。 理解数据库的安全性、完整性、并发控制及数据恢复等概念。 掌握数据库的查询语言、关系理论及数据库的设计方法，掌握对数据库的安全性、完整性、并发控制及数据恢复的应用。DXDiTa9E3d

三、教案内容： <一）绪论4学时 1、数据库系统概述 （1）数据库的地位：数据库在信息领域的作用和地位 （2）四个基本概念：数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统四个概念及相互间的关系。 （3）据管理技术的产生和发展：数据管理技术发展的三个阶段及每个阶段的环境、特点。 2、数据模型 （1）数据模型的组成要素：数据结构、数据操作、数据的约束条件 （2）概念模型：信息世界中的基本概念、实体之间的联系、概念模型的表示方法E－R图。 常用数据模型：层次模型、网状模型、关系模型，每种 模型从数据结构、完整性结束、数据存储、优缺点及典 型的数据库系统几个方面介绍。RTCrpUDGiT 3、数据库系统结构 数据库系统内部的模式结构：模式结构的概念、三级模式结构、二级映象功能及数据独立性 4、数据库系统的组成 （1）硬件平台：数据库平台对硬件平台的要求。

数据库原理与应用复习重点讲述

忠告：要认真看一看，否则连考试题目都看不懂。 15-16-1数据库复习 分数分布：1、简答；2、填空；3、问答----70分；///// 4、应用30分 答题须知：评分原则：没有错误，才可得分。简化的答案0分。 简单事实 （对应：简答and填空///分色对应于A卷和B卷） 数据库理论部分 *在系统分析阶段中，业务流程的分析结果一般用数据流图表示 * E-R模型转换成关系模型是在数据库设计阶段中的逻辑设计阶段。 *概念模型独立于DBMS *概念模型 概念模型可以看成是现实世界到机器世界的一个过渡的中间层次。概念模型是一种高度抽象的模型，与具体的数据模型无关。 *物理设计 在数据库设计的各个阶段中，与存储结构与存取方法有关的部分是物理设计。用户对性能的需求以及技术的具体发展都会对物理设计产生强烈的影响。 *A数据模型（B数据模型及其种类） 具有联系的相关数据按一定的方式组织排列，并构成一定的结构，这种结构即数据模型。常见的数据模型有层次模型、网状模型和关系模型。 *A数据库（B数据库的定义） 数据库是以—定的组织结构保存在辅助存储器（如：硬盘）中的数据的集合。数据的组织结构包含两个方面，一个是数据模型，另一个是在数据模型基础上所表达的逻辑相关性。 *A关系数据库（B关系数据库及其形态） 关系数据库是以关系模型为基本结构而形成的数据集合。关系数据库最终要建立在具体的关系数据库管理系统上，完成从逻辑结构到物理结构的转换。 *A逻辑设计（B逻辑设计及其特点） 在数据库设计中，将E-R图转换成关系数据模型的过程属于逻辑设计阶段。逻辑设计的特点是平台无关性或者跨平台性。（解释：ORACLE、SQL、ACCESS的关系模型是一致的） *A表关系（B数据表之间的关系） 关系数据库中的数据表既相对独立，又相互联系。一个表对应着一个关系且依从于一个主键而独立。表之间的关系则对应着现实世界中实体之间的联系。

数据库原理及应用

数据库原理及应用 1：ER图是表示概念模型的有效工具之一，在ER图中的菱形框表示 1.联系 2.实体 3.实体的属性 4.联系的属性 2：（）完成对数据库数据的查询与更新 1.DCL 2.DDL 3.DML 4.DQL 3：如果关系模式R中的每一个非主属性既不部分依赖也不传递依赖于键，则称这个关系模式属于 1.第一范式 2.第二范式 3.第三范式 4.BC范式 4：SQL语言中，删除记录的命令是 1.DELETE 2.DROP

4.REMORE 5：数据库三级模式体系结构的划分，有利于保持数据库的 1.结构规范化 2.数据安全性 3.数据独立性 4.操作可行性 6：数据的管理方法主要有 1.文件系统和分布式系统 2.批处理系统和实时处理系统 3.数据库系统和文件系统 4.数据库系统和实时处理系统 7：下列哪一个不是数据库开发的可选数据库。 1.mysql 2. DB2 3.Oracle 4.Excel 8：绝大多数数据库系统的总体结构，都具有外模式、模式和内模式三级模式结构。描述数据库中全体数据的全局逻辑结构和特征的是 1.模式和内模式

3.模式 4.外模式 9：如果在关系的分片过程中使用了选择操作，则不可能是 1.水平分片 2.垂直分片 3.导出分片 4.混合分片 10：以下关于E-R图的叙述正确的是 1. E-R图建立在关系数据库的假设上 2. E-R图使用过程和数据的关系清晰，实体间的关系可导出应用过程的表示。 3. E-R图可将现实世界（应用）中的信息抽象地表示为实体以及实体间的联系 4. E-R图能表示数据生命周期。 11：SQL语言中，创建一个表的命令是 1.View 2.DROP 3.CLEAR 4.Create 12：位于用户和操作系统之间的一层数据管理软件是 1.DBS

(完整版)数据库原理与应用重要知识点总结.docx

数据库原理与应用重要知识点总结 三级模式 模式：模式又称逻辑模式，是数据库中全体数据的整体逻辑结构和特征的描述。是所有用户的公共数据视图。 外模式：外模式又称为子模式或用户模式，是数据库用户能看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述。是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。 内模式：内模式又称存储模式，是数据物理结构和存储方式的描述。是数据在数据库内部的表示方式。 两级映像 外模式 / 模式映像：对于每一个外模式，数据库系统都有一个外模式/ 模式映像，它定义了该外模式与模式的对应关 系。当模式改变时，由数据库管理员对各个外模式/ 模式映像做相应的修改，可以使外模式不变，保证了数据与程 序的逻辑独立性——数据的逻辑独立性。 模式 / 内模式映像：一个数据库只有一个模式，也只有一个内模式。 这一映像是唯一的，用于定义数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。当数据库存储结构改变时，由数据库管理员对模式 / 内模式映像做相应的修改即可，可以使模式保持不变，从而应用程序也不必改变，保证了数据 与程序的物理独立性——数据的物理独立性。 存取控制机制： 定义用户权限，并将用户权限存入数据字典中(这些定义被称为安全规则或授权规则)。 权限即用户对某一数据对象的操作权力。 合法性检查，当用户发出存取数据库操作的请求后， DBMS 查找数据字典，根据安全规则进行合法性检查，若用户的 请求超出了定义的权限 / 密级 / 角色，系统将拒绝执行此操作。 视图机制： 视图 --虚表 --导出表 为不同用户定义不同的视图，把数据对象限制在一定的范围。 通过视图机制把要保密的数据对无权操作的用户隐藏起来。 审计 系统提供的一种事后检查的安全机制。 建立审计日志，用以记录用户对数据库的所有操作。 检查审计日志，找出非法存取数据的人、时间和内容。 审计很浪费时间和空间，主要用于安全性要求较高的部门。 RBAC（基于角色的存取控制）role-based access control 特点： 由于角色 / 权限之间的变化比角色/ 用户关系之间的变化相对要慢得多，减小了授权管理的复杂性，降低管理开 销。 灵活地支持企业的安全策略，并对企业的变化有很大的伸缩性。 强制存取控制MAC mandatory access control 强制存取控制是通过对敏感度标记进行控制的。 定义：每一个数据对象都被标以一定的密级，每一个用户也被授予某一级别的许可证，对于任意一个对象，只有具 有合法许可证的用户才可以存取。 特点 :严格，不是用户能够直接感知或进行控制的。 适用性：对数据有严格而固定密级分类的部门——军事部门，政府部门。 敏感度标记：绝密、机密、可信、公开

各种仪器分析及原理

化学专业学生必备：各种仪器分析的基本原理及谱图表示方法 紫外吸收光谱 UV 分析原理：吸收紫外光能量，引起分子中电子能级的跃迁 谱图的表示方法：相对吸收光能量随吸收光波长的变化 提供的信息：吸收峰的位置、强度和形状，提供分子中不同电子结构的信息荧光光谱法 FS 分析原理：被电磁辐射激发后，从最低单线激发态回到单线基态，发射荧光谱图的表示方法：发射的荧光能量随光波长的变化 提供的信息：荧光效率和寿命，提供分子中不同电子结构的信息 红外吸收光谱法 IR 分析原理：吸收红外光能量，引起具有偶极矩变化的分子的振动、转动能级跃迁 谱图的表示方法：相对透射光能量随透射光频率变化 提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率拉曼光谱法 Ram 分析原理：吸收光能后，引起具有极化率变化的分子振动，产生拉曼散射 谱图的表示方法：散射光能量随拉曼位移的变化 提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率核磁共振波谱法 NMR 分析原理：在外磁场中，具有核磁矩的原子核，吸收射频能量，产生核自旋能级的跃迁 谱图的表示方法：吸收光能量随化学位移的变化 提供的信息：峰的化学位移、强度、裂分数和偶合常数，提供核的数目、所处化学环境和几何构型的信息 电子顺磁共振波谱法 ESR 分析原理：在外磁场中，分子中未成对电子吸收射频能量，产生电子自旋能级跃迁 谱图的表示方法：吸收光能量或微分能量随磁场强度变化 提供的信息：谱线位置、强度、裂分数目和超精细分裂常数，提供未成对电子密度、分子键特性及几何构型信息 质谱分析法 MS 分析原理：分子在真空中被电子轰击，形成离子，通过电磁场按不同m/e分离谱图的表示方法：以棒图形式表示离子的相对峰度随m/e的变化 提供的信息：分子离子及碎片离子的质量数及其相对峰度，提供分子量，元素组成及结构的信息 气相色谱法 GC 分析原理：样品中各组分在流动相和固定相之间，由于分配系数不同而分离谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化 提供的信息：峰的保留值与组分热力学参数有关，是定性依据；峰面积与组分含量有关 反气相色谱法 IGC 分析原理：探针分子保留值的变化取决于它和作为固定相的聚合物样品之间的相互作用力 谱图的表示方法：探针分子比保留体积的对数值随柱温倒数的变化曲线

数据库原理与应用答案

《数据库原理与应用》（第三版）习题参考答案 第 1 章数据库概述 1．试说明数据、数据库、数据库管理系统和数据库系统的概念。 答：数据是描述事物的符号记录。 数据库是长期存储在计算机中的有组织的、可共享的大量数据的集合。 数据库管理系统是一个专门用于实现对数据进行管理和维护的系统软件。 数据库系统是指在计算机中引入数据库后的系统，一般由数据库、数据库管理系统（及相关的实用工具）、应用程序、数据库管理员组成。 2．数据管理技术的发展主要经历了哪几个阶段？ 答：文件管理和数据库管理。 3．与文件管理相比，数据库管理有哪些优点？ 答：与文件系统管理数据相比，数据库系统管理数据带来了如下好处：将相互关联的数据集成在一起，较少的数据冗余，程序与数据相互独立，保证数据的安全可靠，最大限度地保证数据的正确性，数据可以共享并能保证数据的一致性。 4．在数据库管理方式中，应用程序是否需要关心数据的存储位置和存储结构？为什么？ 答：不需要。因为数据库管理系统提供了逻辑独立性和物理独立性。 5．在数据库系统中，数据库的作用是什么？ 答：数据库是数据的汇集，它以一定的组织形式保存在存储介质上。 6．在数据库系统中，应用程序可以不通过数据库管理系统而直接访问数据文件吗？ 答：不能 7．数据独立性指的是什么？它能带来哪些好处？ 答：数据独立性是指应用程序不会因数据的物理表示方式和访问技术的改变而改变，即应用程序不依赖于任何特定的物理表示方式和访问技术，它包含两个方面：逻辑独立性和物理独立性。 物理独立性是指当数据的存储位置或存储结构发生变化时，不影响应用程序的特性； 逻辑独立性是指当表达现实世界的信息内容发生变化时，不影响应用程序的特性。 8．数据库系统由哪几部分组成，每一部分在数据库系统中的作用大致是什么？ 答：数据库系统一般包括数据库、数据库管理系统（及相应的实用工具）、应用程序和数据库管理员四个部分。数据库是数据的汇集，它以一定的组织形式保存在存储介质上；数据库管理系统是管理数据库的系统软件，它可以实现数据库系统的各种功能；应用程序专指以数据库数据为基础的程序，数据库管理员负责整个数据库系统的正常运行。 第2章数据模型与数据库结构 1．解释数据模型的概念，为什么要将数据模型分成两个层次？ 答：答：数据模型是对现实世界数据特征的抽象。数据模型一般要满足三个条件：第一是数

《数据库原理与应用》课后习题参考答案

《数据库原理与应用》课后习题参考答案 第一章作业参考答案 1、单选题C C D B C 2、判断题对错错错对 3填空题网状模型用户商业智能数据挖掘系统设计 4简答题 1）数据模型就是指描述事物对象得数据组成、数据关系、数据约束得抽象结构及其说明。数据模型就是指描述事物对象得数据组成、数据关系、数据约束得抽 象结构及其说明。数据模型就是指描述事物对象得数据组成、数据关系、数据约束 得抽象结构及其说明。3）数据约束：用于描述数据结构中数据之间得语义联系、数据之间得制约与依存关系，以及数据动态变化得规则。主流数据库采用关系图模 型。数据库典型数据模型：层次数据模型网状数据模型关系数据模型其它数据模 型（如对象数据模型、键值对数据模型、列式数据模型。。。） 2）数据库——就是一种依照特定数据模型组织、存储与管理数据得文件，数据库文件一般存放在辅助存储器以便长久保存。数据库具有如下特点：数据不重复 存放；提供给多种应用程序访问；数据结构独立于使用它得应用程序；对数据 增、删、改、检索由统一软件进行管理与控制。 3）数据库(Database)就是一种依照特定模型组织、存储与管理数据得数据结构。在数据库中，不仅存放了数据，而且还存放了数据与数据之间得关系。数据库 内部元素：用户表：用户在数据库中创建得数据库表；系统表：数据库中系统自带 得数据库表；视图：数据库中用于对数据进行查询得虚拟表；索引：数据库中用于 加快数据查询得索引项；约束：数据库中对数据、数据关系施加得规则；存储过 程：数据库内部完成特定功能处理得程序；触发器：数据库内部因数据变化自动执 行得一类存储过程等等 4）数据库系统包括：用户、数据库应用程序、数据库管理系统与数据库四个组成要素。 5）数据库管理系统（Database Manage System，DBMS ）——就是一种专门用来创建数据库、管理数据库、维护数据库，并提供对数据库访问得系统软件。数 据库管理系统（DBMS）主要功能：创建数据库与表; 创建支持结构,如索引等; 读取 数据库数据; 修改数据库数据; 维护数据库结构; 执行规则; 并发控制; 提供安全性; 执行备份与恢复等等 第二章作业参考答案 1 单选题C B D A A 2、判断题对对错对错 3填空题全外连接数据约束候选键用户定义完整性4简答题外码键 1）在关系模型中，使用“关系”来存储“实体”中得数据。关系（relation）——就是指存放实体数据得二维表。关系特征：行存储实体得个体数

(AFM)原子力显微镜原理介绍

原子力显微镜(AFM)原理 一、原理 原子力显微镜(Atomic Force Microscopy, AFM)是由IBM公司的Binnig与史丹佛大学的Quate于一九八五年所发明的，其目的是为了使非导体也可以采用扫描探针显微镜（SPM）进行观测。 图1、原子与原子之间的交互作用力因为彼此之间的距离 的不同而有所不同，其之间的能量表示也会不同。 原子力显微镜（AFM）与扫描隧道显微镜（STM）最大的差别在于并非利用电子隧道效应，而是利用原子之间的范德华力（Van Der Waals Force）作用来呈现样品的表面特性。假设两个原子中，一个是在悬臂（cantilever）的探针尖端，另一个是在样本的表面，它们之间的作用力会随距离的改变而变化，其作用力与距离的关系如“图1”所示，当原子与原子很接近时，彼此电子云斥力的作用大于原子核与电子云之间的吸引力作用，所以整个合力表现为斥力的作用，反之若两原子分开有一定距离时，其电子云斥力的作

用小于彼此原子核与电子云之间的吸引力作用，故整个合力表现为引力的作用。若以能量的角度来看，这种原子与原子之间的距离与彼此之间能量的大小也可从Lennard –Jones的公式中到另一种印证。 为原子的直径为原子之间的距离 从公式中知道，当r降低到某一程度时其能量为+E，也代表了在空间中两个原子是相当接近且能量为正值，若假设r增加到某一程度时，其能量就会为-E同时也说明了空间中两个原子之间距离相当远的且能量为负值。不管从空间上去看两个原子之间的距离与其所导致的吸引力和斥力或是从当中能量的关系来看，原子力显微镜就是利用原子之间那奇妙的关系来把原子样子给呈现出来，让微观的世界不再神秘。 在原子力显微镜的系统中，是利用微小探针与待测物之间交互作用力，来呈现待测物的表面之物理特性。所以在原子力显微镜中也利用斥力与吸引力的方式发展出两种操作模式： （1）利用原子斥力的变化而产生表面轮廓为接触式原子力显微镜（contact AFM），探针与试片的距离约数个?。 （2）利用原子吸引力的变化而产生表面轮廓为非接触式原子力显微镜（non-contact AFM），探针与试片的距离约数十到数百?。 二、原子力显微镜的硬件架构： 在原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）的系统中，可分成三个部分：力检测部分、位置检测部分、反馈系统。