一流课程背景下大学物理课堂演示实验的实践及效果分析

近年来教育部提出实施一流课程建设。大学物理是理工科专业重要的基础课,在理论课堂上引入演示实验来辅以教学,对提高学生对物理的兴趣和重视程度及对人才培养质量的提升尤为重要。本文对大学物理课程旋转矢量法知识点教学中开展演示实验,通过讲解知识点之前、演示实验之后以及经过一周后三次测试数据分析,考查演示实验对学生学习成效的效果,探索演示实验跟大学物理教学有机融合的途径。     

旋转液体特性实验测量重力加速度不确定度研究

重力加速度测量实验是大学生物理实验必修课实验内容之一,在实验过程中由于仪器使用不当或操作不正确,在计算结果时存在不同的偏差。不确定度是衡量测量精度的重要指标,本文计算了三种不同情况测量重力加速度时的不确定度,主要考虑了激光照射透明挡板的角度r、激光垂直入射点的偏差Δx和激光垂直入射方向的偏差β对重力加速度的不确定度。通过计算,当透明挡板向上/下偏移的角度为5°时,不确定度为1.496 3 m/s~2;当激光向左/右偏移5 mm时,不确定度为1.0044 m/s~2;当激光向左和向右偏移的角度为5°时,不确定度分别为1.551 5 m/s~2和1.250 8 m/s~2。本文可为减小旋转液体测量重力加速度误差提供理论依据。     

旋转飞行器动稳定导数获取原理

旋转飞行器具有独特的周期性非定常气动现象，其动态特性更加复杂，气流与旋转高度非定常关联，俯仰阻尼导数和Magnus力矩导数同等重要.文章从飞行器气动力建模的理论基础出发，考虑飞行器自转角速度非零的事实，将其作为基态影响参数，重新构建了旋转飞行器气动力数学表达式，并借鉴成熟的常规动导数强迫振动法，采用Fourier级数表征旋转影响，沿用旋转飞行器周期气动等效概念，建立了基于基态旋转流场的周期气动等效平均俯仰动稳定导数、纵向洗流时差导数和滚转动稳定导数获取的原理表达式，并设计了相应的运动模式，可供数值计算和风洞实验使用.      

主动控制压电旋转悬臂梁的参数振动稳定性分析

在工程实际中旋转机械由于制造和加工误差,装配的不均匀性等原因,往往会脉动运行,这将使得机械系统发生参数振动. 当脉动参数满足一定关系时,这种参数振动将会失稳,进而影响机械结构的正常运转. 本文针对这一问题,引入压电材料对 脉动旋转悬臂梁系统的振动进行控制,研究主动控制悬臂梁系统的参数振动优化设计问题,采用 Hamilton 变分原理与一阶 Galerkin 离散相结合的方法,建立了受速度反馈传感器主动控制的压电旋转悬臂梁的一阶近似线性控制方程. 运用多尺度方法,得到了压电旋转悬臂梁系统在发生1/2亚谐波参数共振时稳定性边界的控制方程,并利用直接分析方法验证了解析摄动解的正确性. 将摄动解中临界阻尼比和轮毂角速度脉动幅值的无量纲参数作为评价系统稳定性能的指标. 通过数值算例,分析了轮毂半径、轮毂角速度平均值和脉动幅值、梁长以及速度传感器的反馈增益系数对系统稳定性区域的影响. 研究结果表明,梁长、轮毂半径、脉动幅值会降低系统稳定性,反馈增益系数可以提高系统稳定性,而轮毂角速度平均值与系统稳定性之间有非单调的关系. 为进一步设计压电旋转机械结构提供了理论依据.      

垂直旋转流场中单颗粒运动状态判别及受力分析

为研究单颗粒在旋转流场中的运动状态及受力情况,以毫米级球形颗粒为例,利用旋转流场颗粒运动装置,通过使用摄像机记录颗粒在流场中的运动轨迹以获取其运动参数,分析了不同转速和颗粒直径条件下颗粒的运动轨迹,拟合得到了颗粒运动状态判别公式以及颗粒运动轨迹公式,分析了颗粒在旋转流场中的受力情况。结果表明,颗粒在旋转流场平衡状态下运动状态主要分为两类,一类是未离开壁面保持静止,另一类是离开壁面保持稳定周向运动;颗粒进行周向运动的轨迹为椭圆形,并且圆心随着转速的增大靠近旋转中心,而随着粒径的增大靠近壁面;颗粒在旋转流场的运动过程中主要受到离心力和旋转科式力作用。     

Switchable Q-switched and laser operating mode-locked erbium-doped fiber in the L-band region

We demonstrate a switchable Q-switched and mode-locked erbium-doped fiber laser （EDFL） operating in the L-band region using the nonlinear polarization rotation effect. The switching operation is achieved by controlling intensity-dependent loss using a polarization controller. In Q-switching mode, the EDFL produces a pulse train with a repetition rate of 21.1 kHz, pulse width of 7.7 #s, and pulse energy of 13.6 nJ. The EDFL also generates a multi-wavelength comb with a very narrow and constant wavelength spacing of 0.045 nm and optical signal-to-noise ratio of at least l0 dB. During mode locking, the EDFL produces stretched pulses with 3-dB bandwidth of 26.2 nm, pulse width of 350 fs, repetition rate of 2.38 MHz, and pulse energy of 48.56 pJ.     

Geometry optimization in planetary rotation stage for thickness uniformity of films on spherical substrates

We report the simulation results on the thickness uniformity of optical coatings deposited on spherical substrates by optimizing the geometric configuration parameters, such as tilting angle of the substrate holder and position of the evaporation source in a 1 000-mm-diameter planetary rotation stage （PRS）. We reveal that good film uniformity on convex spherical surfaces or flat substrates, as well as concave surfaces with weak to moderate curvatures can be obtained through appropriate tilting of the substrate holder. For 300-mm-diameter substrates with clear aperture to radius of curvature （CA/RoC） between 0.3 and 0.7, the achievable film uniformity is above 99%. The source position is optimized to achieve good film uniformity.     

波尔共振实验中基于旋转矢量的相位差分析

在波尔共振实验中,通过引入两个旋转矢量分别描述受迫振动和强迫力,解决了实验中频闪法测相位差原理阐述不清的问题.针对有机玻璃转盘上白线与刻度盘零刻线分别成锐角和钝角的情况,由旋转矢量法分别给出了受迫振动与强迫力的相位差.研究发现,无论白线指向刻度盘的哪个区域,受迫振动与强迫力的相位差始终为-π/2与有机玻璃转盘的白线所指向角度之差.     

三维网络结构NiCo2S4@NiCo2O4复合电极的制备及其性能

超级电容器具有更大的功率密度、优秀的循环稳定性、极快的充放电速度、超长的循环寿命以及环境友好等突出特点,其性能与构件关系密切,其中最根本的就是组成它的电极材料。本研究主要采用传统的水热法制备出钴酸镍(NiCo₂O₄)电极材料,进而通过离子交换(二次水热)制得镍钴硫(NiCo₂S₄),最后利用化学浴沉积(CBD)法使其与钴酸镍复合,得到最终所需的三维网络结构NiCo₂S₄@NiCo₂O₄复合电极。经过表面形貌表征、循环伏安测试、恒电流充放电测试以及比电容计算分析等可以证明:三维网络结构NiCo₂S₄@NiCo₂O₄复合电极的比电容及循环稳定性等远远优于复合前单一的纯NiCo₂O₄电极材料,具有极大应用前景。