用电火花计时器“打印”简谐运动图像

"简谐运动"是人教版普通高中课程标准实验教科书<物理*选修3-4>中的第一节内容.简谐运动的图像作为本节课堂教学的重点,课上通过实验方法获得一个简谐运动的图像然后再加以分析研究更符合科学研究的原理;而演示试验是这节课教学的关键.教材中提供的利用描迹获得图像的方法,要么因设备条件限制难以实施,要么在实际操作过程中难以得到规范的正弦(余弦)曲线.本文介绍利用高中物理实验室里现有的常规实验仪器稍作改进而获得简谐运动图像的简洁方法.     

用光电计时器做简谐运动演示实验

利用光电计时器记录弹簧振子经过已知点的运动时间,由实验数据画出振子的位移-时间图像,即得到简谐运动的图像,并应用该原理制作了演示简谐运动图像的装置.     

描绘简谐运动图像实验的新方法

笔者在讲“简谐运动的图像”时感到描绘简谐运动图像的实验操作不够方便，描出的图像不便于分析，因而对实验装置进行了改进．     

用数码相机描绘简谐运动的图像

人民教育出版社出版的普通高中课程标准实验教科书《物理·选修3-4》(2010年4月第3版),关于描绘简谐运动的图像,提供了2种方法.方法一是在"做一做"中提到的"用传感器和计算机描绘简谐运动的图像",该方法主要利用位移传感器记录各个时刻滑块的位置,同时通过数据采集器输入计算机,由计算机对数据进行处理后,在屏幕上显示出滑块的     

自制单摆振动图像描绘实验仪

为获得简谐运动的清晰图像,自制了单摆振动图像描绘实验仪.实验将带有放电针的单摆与高压脉冲的电极相连,在单摆下方放置一匀速运动的纸带,当单摆振动时,由尖端放电原理可知,在纸带上将描绘出单摆振动的图像.     

应用A l g o d o o仿真物理实验辅助高中物理规律教学

以“ 开普勒三定律” 、 “ 简谐运动” 、 “ 动量守恒定律”为例, 示范如何应用 A l g o d o o仿真物理实验验证物 理规律. 最后对 A l g o d o o仿真实验在高中物理规律教学中的应用前景进行分析     

利用智能手机测量弹簧劲度系数与重力加速度

利用智能手机中多种传感器进行竖直方向弹簧振子实验.在振子上安装自制光源或弱小轻磁铁,将手机水平放置在弹簧振子正下方,利用手机光线传感器软件或磁传感器软件得到弹簧振子做简谐运动时手机所在位置的光强或磁场强度变化图像.通过分析简谐运动光强或磁场强度变化图像可分别得出弹簧的劲度系数与当地重力加速度.     

正弦波传播介质中的质点在做简谐运动吗——对人教版《物理·选修3-4》波动部分的一点看法

人民教育出版社2010年4月第3版《物理·选修3-4》认为,有正弦波传播的介质中的质点在做简谐运动.但笔者查阅了相关书籍后发现这一说法欠妥.本文将从平面简谐波的波动方程和介质波的能量出发,分析机械波能量在空间上的分布、随时间的变化与能量传递的实质,通过与简谐运动进行对比,对新教材中关于机械波传播过程中介质中质点的运动作新的描述,即"简谐波是简谐运动在介质中的传播,介质中各质点做的是运动规律满足正弦(或余弦)图像的受迫振动".     

一种基于先验模板的图像面积特征测量方法*

针对显微视觉中需要反复自动聚焦与自动照明调节以获取高质量图像,降低了微操作效率,提出一种图像特征测量方法.该方法建立在二值图像标准互相关计算模型的基础上.首先,通过设计特殊模板图像,简化该计算模型|通过反推该计算模型,可以在不作预处理基础上,得到目标图像的面积特征参量.利用误差补偿原理,设计两种模板求解两次面积参量,而后求平均值,提高了算法对比度及鲁棒性.强噪音仿真图像实验结果表明：改进方法的测量正确度比常规方法高约20倍|强离焦退化仿真实验表明：改进方法的测量正确度可提高一个数量级.实际图像实验中,改进方法可以在严重离焦以及弱照明条件下有效对图像面积特征进行测量,测量精密度比常规方法高3～5倍.结果表明,该方法在低质量图像面积特征测量中具有实用价值.     

一种基于先验模板的图像面积特征测量方法

针对显微视觉中需要反复自动聚焦与自动照明调节以获取高质量图像,降低了微操作效率,提出一种图像特征测量方法.该方法建立在二值图像标准互相关计算模型的基础上.首先,通过设计特殊模板图像,简化该计算模型;通过反推该计算模型,可以在不作预处理基础上,得到目标图像的面积特征参量.利用误差补偿原理,设计两种模板求解两次面积参量,而后求平均值,提高了算法对比度及鲁棒性.强噪音仿真图像实验结果表明:改进方法的测量正确度比常规方法高约20倍;强离焦退化仿真实验表明:改进方法的测量正确度可提高一个数量级.实际图像实验中,改进方法可以在严重离焦以及弱照明条件下有效对图像面积特征进行测量,测量精密度比常规方法高3～5倍.结果表明,该方法在低质量图像面积特征测量中具有实用价值.     

基于GoeGebra对简谐运动的振动图像进行拟合

借助GoeGebra软件对简谐运动的振动图像进行拟合,解决了中学物理教师难以根据振动图像(x-t图)利用拟合法获得振动规律的困境.     

血管内超声图像的仿真

血管内超声(IVUS)图像的仿真有助于检验诸如图像分割等图像处理算法的性能.提出一种IVUS图像仿真的方法.该方法在极坐标图像生成模型中引入环晕、导丝伪影,并分别对粥样硬化斑块的纤维、脂质、钙化三个区域进行模拟,实现静态图像的仿真;运用血管随心脏搏动的变化规律,实现序列图像的仿真.通过对15例真实IVUS图像、每例各50次的实验表明,相对于传统的极坐标图像生成模型,该方法仿真的图像与真实图像的相关系数提高了56.9%,互信息提高了24.3%,其仿真效果更加接近真实图像.     

一种基于分级分块处理的背景估计算法

视频序列中连续两帧纯背景图像的帧间差服从高斯分布.利用高斯随机变量的峰态和偏态系数的有关性质构造了一种背景子块与目标子块的分块检测算法,并将多分辨率分析的思想引入其中.对帧差图像进行分级分块处理,构造并完善了分级分块背景重建算法,完成了相应的计算机仿真实验.实验结果表明,该算法能快速、有效的获得背景图像.     

用秒表测定液体的密度

介绍了利用秒表测定液体密度的方法.该方法通过秒表测量漂浮在待测液体中做简谐运动的试管的运动周期,经计算即可得到待测液体的密度.与传统测定液体密度的实验相比,该方法设计巧妙,操作简单.     

用数码相机和计算机绘制简谐运动的位移-时间图像

人教版《高中物理选修3-4》第十一章"机械振动"的第一节"简谐运动"中[做一做]用数码相机和计算机制作小球运动的x-t图像.书本上介绍的方法较简略,具体操作时还是遇到很多问题.下面是笔者制作这一图像的具体过程,供参考.(1)首先为气垫导轨上运动的弹簧振子拍摄一段录像.如图1,注意应使弹簧振子位于照片的上端.     

简谐运动图像描绘仪的改进

针对利用电火花打点计时器研究弹簧振子简谐运动中存在的问题,进行了逐一地分析和改进,改进后的实验仪通过霍尔继电器模块可以实时、直观、准确地描绘出4种典型振动图像,同时通过改变弹簧振子的质量获得不同振动周期的图像.     

利用视频分析软件Tracker分析弹簧振子的运动规律

弹簧振子的运动是典型的简谐运动,根据现有的实验条件,创设怎样的学习场景,帮助学生有效地进行实验观察、记录并描述其运动规律,尤其是弹簧振子位置随时间变化的关系是正弦函数,这既是重点也是难点.在课堂上用手机的高速摄影功能对实验过程进行记录,再用视频分析软件Tracker进行弹簧振子位置的跟踪、记录和图像拟合,是突破这一难点的有效方案.     

基于压电陶瓷迟滞特性模型的原子力显微镜仿真平台研究

将基于双二次拉格朗日插值方法的压电陶瓷迟滞非线性Preisach模型,加到原子力显微镜(AFM)仿真平台中,实现在任意加压情况下由于迟滞效应所产生的图像畸变的仿真,更准确地反映原子力显微镜的扫描结果,使得学生在仿真实验中能更好地掌握AFM实验的真实情况.为了校正样品图像的畸变,提出搜索求逆算法,并利用此算法对Preisach模型进行精确求逆,通过改变输入电压抵消了压电陶瓷迟滞效应带来的非线性特性.仿真结果表明,该方法有效地校正了样品图像的畸变.     

利用扭摆实验探究简谐运动规律

为了引导学生探究简谐运动规律,加深对力学相似性的理解和锻炼数据分析处理能力,设计了扭摆实验.推导了简谐运动的基本规律,融入了智能手机和视频软件的应用,测得了扭摆转动角度、角速度、角加速度和能量的时间演化曲线.     

基于背景最佳滤波尺度的红外图像复杂度评价准则

提出一种基于背景最佳滤波尺度的红外图像复杂度评价准则来解决传统方法评价背景效果较差的问题. 同时, 这种方法还可以为红外图像滤波提供最佳高通滤波尺度信息, 从而对红外图像进行性能最佳滤波. 首先, 生成高斯仿真目标并与红外图像进行融合, 获得包含仿真目标及真实红外背景的图像. 然后, 在不同高斯滤波尺度下对图像滤波, 并计算滤波后仿真目标的信噪比. 最后, 取滤波后目标信噪比最大时的滤波尺度作为背景最佳滤波尺度, 使用该尺度可评价红外图像的复杂度. 另外, 本文还使用数学模型推导了红外图像最佳滤波尺度, 得出最佳滤波尺度的数学表达式. 大量实验表明: 1) 本文推导的最佳滤波尺度数学表达式与实验曲线吻合. 2) 这种方法在评价红外图像复杂度方面比传统的基于信息熵的方法效果要好很多. 并且这种方法获取的红外背景复杂度为滤波最佳尺度, 可以直接利用这项指标对图像进行最佳滤波从而更好地检测弱小目标. 3) 仿真目标尺度越大, 最佳滤波尺度也会相应增大. 因此, 在评价图像复杂度时, 应使用相同尺度的仿真目标, 不同图像之间才具备可比性. 同时, 最佳滤波尺度与仿真目标的强度无关. 4) 本文算法使用的滤波器宜用高斯及Butterworth高通滤波器实现. 5) 本文提出的方法不仅可以有效分析红外视频的复杂度, 并且可以通过复杂度的变化分析图像内容的突变.