三变气压瓶

气压瓶是展示气体压强变化的一个常见教具,笔者通过实验改进,多次研发气压瓶的变式,为气压瓶赋予了探究大气压强与海拔高度的关系,探究气体压强与气体质量、体积、温度的关系,以气压瓶为模板制作简易饮水机模型等功能,在教学上实现一具多用,呈现出一以贯之的课堂风格.     

流体悬浮及其稳定性探究

研究了圆柱体、球体在射流柱中悬浮的现象,使用N-S方程、边界层理论等,对圆柱体侧面绕流建立模型,用数值计算的方法求解水流绕流和空气绕流的速度场,求解压强梯度力和黏滞力矩,建立平衡方程求解出物体的稳定悬浮高度和稳态转动速度.结果表明:物体的悬浮高度和稳态转动速度均与圆柱体直径近似呈二次函数关系.通过控制变量法,探究悬浮物体的稳定性,发现其受到物体厚度、直径、形状多个因素的影响.     

利用PASCO传感器探究气体等温变化规律

利用PASCO数字化传感器能够迅速、准确地测量气体的压强,并借助实验系统软件强大的数据处理功能,得到压强p和体积V之间的定量关系,验证了玻意耳定律.     

最大气泡压力法测液体表面张力系数的改进

对最大气泡压力法测定液体表面张力系数的实验原理、方法及仪器进行了研究,提出用螺旋活塞定量加压控制气泡的生成速度;用扩散硅气体压力传感器测量压强,测得值数字显示;用双毛细管制作实验探头,消除了毛细管插入液体一定深度产生的静压强及待测液体密度等对计算液体表面张力系数的影响,提高了液体表面张力系数的测量速度和精度.     

射流抛光中的流场特性研究

为了给出射流抛光系统的优化设计参数,从理论上分析了冲击射流流场的结构特点,建立了工件壁面上的速度、压强与冲击角度、射流出口速度以及冲击距离的数学关系。就不同参数对射流流场分布的影响进行了定量计算,结果表明,工件壁面上的压强和速度与出口压强和速度成线性正比关系。当冲击距离大于9.6d(d为射流喷口的直径)时,工件壁面压强和速度随冲击距离的增大而减小,冲击距离增加到15d时,壁面压强最大值减小到0.54p0(p0为射流出口处的压强)。工件壁面压强和速度随冲击角度的减小而减小,当入射角为90°、60°和45°时,分别得到壁面压强最大值ps=0.95 p0,0.74p0,0.475p0,上游速度最大值um02=0.96u0,0.8u0,0.67u0(u0为射流出口处的速度)。     

液体压强与流速关系实验演示仪

传统液体压强与流速关系实验中,通过横截面积判断液体流速,实验现象不直观.针对该问题,自制了液体压强与流速关系演示仪,该演示仪上设计了高压显示管、低压显示管、测压器和测速器,通过高压显示管和低压显示管中液体的高度直观地显示了液体的压强,同时通过测压器和测速器直接读出了对应的压强和速度,清晰显示液体压强和流速的关系.     

变质量冷却法测定油品比热容

电热法是油品比热容物理实验中一种常用的测量方法,实验中加热功率的不稳定因素导致输入总热量无法精确定量而给结果带来一定的误差.本文基于牛顿冷却定律,推导了不同质量油品测试样品的系统比热容与散热速度的关系,设计了通过改变被测油品的质量确定其比热容的测量方案.实验测量结果表明,冷却变质量法的测量相对误差可控制在3%以内,测量过程与数据处理简便且该方法完全不受加热功率不稳定因素的影响.     

状态参量相关性对实验数据不确定度的影响

 主要讨论了激光状态方程实验测量中，标准材料冲击波速度和粒子速度的线性关系式中物理量的相关性对待测材料粒子速度的影响，以及待测量材料冲击波速度和粒子速度的函数相关性对待测材料压强不确定度的影响。通过激光状态方程实验数据实例计算,定量地给出了它们对实验精度的影响。经多发次实验数据统计表明：标准材料冲击绝热参数的相关性对待测材料粒子速度相对不确定度的变化小于0.7‰，待测材料冲击波速度和粒子速度的相关性对待测材料压强相对不确定度的变化在0.5%左右。     

含气量测量仪的研制

利用压强差与液体中含气量间的关系,制作出液体中含气量的测量装置。     

基于光共振吸收测量铷泡内部的压强

将与铷原子基态和第一激发态共振的激光照射铷泡,通过测量入射前后的光强可计算出铷泡内部的压强,并且研究了入射光强、温度与压强的关系.实验结果表明:5~45℃的范围内样品的压强随温度的升高而近乎线性增大,没有发生突变,基本符合理想气体状态方程;取0.01~0.07mV平缓区所对应的入射光强作为该实验装置的工作光强,可以降低光强对压强测量的影响.     

表面张力的定性定量分析

通过自制实验装置演示镜子起雾现象证明了液体表面张力的存在,同时也证明了表面活性剂对表面张力的大小存在影响.对于表面张力系数的测量,该实验定量装置提出了基于大气压强原理测量液体表面张力系数的新方法.实验发现,该实验定性定量装置具有精度更高、成本更低、可操作性更强等优点.     

毛细管法测量液体黏度实验再设计

设计了简单的毛细管法测量液体黏度的实验装置,通过测量液面高度与时间的变化,拟合实验数据得到液体的黏度,省去了传统的恒压液槽的设计.通过毛细管外加恒温管的方法,可较准确地测量不同温度下液体黏度的变化.通过实验给出泊肃叶公式中液体流速与毛细管长度、内径以及两端压强差的关系.     

飞秒激光在铝膜中驱动冲击波的特性

为探索研究飞秒激光在材料中驱动冲击波的相关特性,采用激光脉冲频域干涉测试技术对脉冲宽度35fs、脉冲能量0.7mJ、功率密度1014W/cm2量级的飞秒激光脉冲在200nm厚铝膜中驱动冲击波的过程进行了实验测量。通过测量冲击波在铝膜中的渡越时间,获得激光脉冲在铝材料中驱动的冲击波平均速度约为6km/s;通过对不同时刻铝膜自由面频域干涉场测量结果的分析,获得铝材料自由表面速度达1km/s,根据平面冲击波的关系,推算其冲击压强达到9GPa。     

基于光电转换原理测量流体压强的微小变化

设计并制备了一种通过光电转换的方法测量流体压强微小变化的新装置.将被测量的流体压强变化量转化为弹簧的位移量,再通过硅光二极管将弹簧的位移量转变为可测量的电信号.利用胡克定律,光强与距离的关系式,以及硅光二极管的光电响应关系式推导出流体压强微小变化的关系式,通过集成运算放大电路实现装置转换成可视化读数,能满足对流体总压及其微小变化的测量.压强测量的最小精度为6 Pa,满足对流体压强微小变化测量的要求.     

流体压强演示装置

人教版"流体压强与流速关系"一节中,按教材提供的方法实验时实验现象不明显,且不容易操作成功,还容易误导学生.为此利用简易材料自制了流体压强演示仪,通过U型管中液柱高低呈现出压强的大小,通过发烟装置直观显示出空气的流动,再利用长气球供气,延长了演示实验时间,避免了烟气对人的伤害.     

血液中声参量测量值与混合定则的比较

本文测量了猪、羊、牛血液的声速和非线性声参量以及血液中水、蛋白质、脂肪的含量.把结果与Apfel和Sehgal声参量混合定则作了比较.指出两个混合定则能够反映血液声参量与其水、蛋白质、脂肪含量的关系,但在精确定量上与实验尚有距离.     

不同条件下颗粒物质的粘弹性响应

研制了能承受100 MPa压强的测量装置,并用该装置对加压下制备的紧密沙堆进行粘弹性响应测量,得球形镍颗粒沙堆在周期性竖直振荡下储能模量G′与压强p 的关系. 实验结果表明,反映沙堆整体弹性特征的储能模G′与压强p 的关系为G′~p0.45;不同形状颗粒体系的粘弹性响应行为不同.     

钻井气液两相流体溢流与分布特征研究

常规钻井返出管线敞口,钻井液在返出管线中流动为非满管流动,小气侵量时,泥浆池液面变化不明显,检测装置无法测量液面变化,钻井液返出流量无法测量或者测量误差较大,无法感知小流量差的变化。本文基于气液两相流理论建立了井筒气液两相流参数与井口溢流速度的关系模型,计算表明气侵速度越大,气泡运移距井口越近,井口溢流速度越大。并以空气和钻井液(非牛顿流体)为介质,基于VOF多相流模型,模拟了钻井液返出流量变化时气液界面变化情况,分析了纯钻井液和不同含气率钻井液在返出管线流动时液面变化特征,得出纯钻井液流动时喇叭口处液面变化最明显,优化液面检测装置安装在喇叭上,更能准确及时地检测液面变化早期发现溢流,进气速度影响返出管线钻井液液面稳定性。     

橡胶气球非线性特性的理论与实验研究

根据橡胶气球的热力学性能及门尼模型理论,推导出橡胶气球膜在充气与放气两个过程中受到的附加压强与气球半径的关系,并以此推导出不同半径气球内部的压强,以及两个相互连通的气球体积变化与内部压强的关系,理论结果与实验相吻合.将橡胶气球模型应用于简易气垫船研究,建立了气垫船运动模型,并利用实验结果对理论模型进行了修正.     

爆炸过程相关参量的计算机图像测量方法

提出了一种基于计算机图像学的爆炸速度和爆炸作用时间的图像测量方法.分析了爆炸速度测量图像和爆炸作用时间测量图像的特点,用计算机自动从爆炸图像中提取出特征点,并自动完成爆炸时间、爆炸速度的测量、计算.实验结果表明,该方法可以准确地实现自动判读测量.