橡皮筋热缩性质的定量表示及应用

利用热力学知识解释了橡皮筋受热收缩的原因.使用电子秤测量橡皮筋所受的熵力,并用温度拟合的结果得出橡皮筋定长时熵力与温度的关系,研究了橡皮筋伸长时内能的变化和熵的变化对张力的贡献.实验结果表明:常温下橡皮筋的弹力主要由构像熵引起.利用橡皮筋热缩性质制作了橡皮筋热机,当光照角度为-30°时热机平均转动速率最大,热机转动最为顺畅.     

橡皮筋的滞后现象实验研究

用实验研究了普通橡皮筋膜中的滞后现象,结果表明橡皮筋的伸长量和外力的关系不完全满足胡克定律,在外力作用下橡皮筋也存在滞后回著名的磁滞回线有相似的几何形状。     

对“探究功与速度变化的关系”实验的分析及改进

人教版普通高中课程标准实验教科书《物理.必修2》在"探究功与速度变化的关系"的实验中,采用的是橡皮筋的弹力做功使小车获得动能,以探究橡皮筋弹力做功与小车速度的关系,如图1.该实验精妙之处就在于回避了功的计算.橡皮筋的弹力做功是变力做功,不能用功的公式W=Fscosα计算.但在位移相同的情况下,如果一条橡皮     

橡皮筋发动机

研究了通过扭转橡皮筋作为驱动力的"发动机"的能量存储与输出.根据观察定义了橡皮筋形变的多阶缠绕,在此基础上建立模型模拟了橡皮筋解旋的能量输出过程.定义了该发动机的各项参量,包括总的旋转时间、有效旋转时间、效率等,探究了能量的分布情况.实验结果表明:橡皮筋发动机的大部分能量转化为螺旋桨的动能和空气动能.     

橡皮筋热力学性质的教学探讨

本文基于热力学第一、二定律及麦克斯韦关系，系统讨论了橡皮筋的热力学性质，并简单介绍了橡皮筋弹性的微观模型.与传统热学教学中以理想气体为例相比，这些方法与结论既有利于学生理解与掌握热力学基本知识与研究方法，又有利于学生自主设计实验去验证这些结论的正确性.     

探究弹簧劲度系数实验改进与创新

利用自制实验装置探究胡克定律以及弹簧串并联劲度系数关系,新实验装置能直接在坐标纸上绘出弹簧弹力与弹簧伸长量之间的对应关系、弹簧串并联劲度系数关系等。     

Elastic Behavior of Polymer Chains

在三维非格子模型中研究了高分子链的弹性行为. 使用蒙特卡罗方法在构相空间中对高分子链抽样,每种链都得到了超过109个样本,然后使用类橡胶弹力的非高斯理论对这些样本进行数值分析并进行统计分析. 通过观测链柔性以及伸长量对高分子链的均方末端距、平均能量、平均赫尔姆霍兹自由能、弹力、能量对弹力的贡献和熵对弹力的贡献等性质的影响,发现刚性链比柔性链更加容易被拉伸. 而由于熵的作用,当拉伸长度大到一定程度时,刚性链的拉伸难度会大大增加.     

“橡皮筋上的球”运动规律的研究

本文对2022年IYPT的一道题目“橡皮筋上的球”进行了研究,在对橡皮筋扭转力和阻尼作线性假设的条件下,建立了二自由度线性阻尼自由扭振模型描述双球橡皮筋运动规律,建立了弹性圆轴的剪切形变力学模型描述橡皮筋的力学性质,并给出解析解。本文解释了双球橡皮筋系统的“钟摆”行为,定量探究了此行为与相关参数的依赖关系;通过Tracker软件得到了相关实验数据,验证了模型的正确性,并对实验中的等时性破缺现象进行了半定量解释,对非线性公转半径r随时间t的变化进行了定性分析。     

泊松比对拉伸法测材料杨氏模量的影响

用拉伸法测杨氏模量较小的圆形材料杨氏模量实验时,伴随材料的拉长,其直径将明显减小.此时,实验必须考虑材料直径的变化.以拉伸法测圆形硅胶的杨氏模量为例,将材料直径的变化通过泊松比转为材料伸长量,实验结果表明引入泊松比所测杨氏模量精确度提高,不确定度减小.     

基于位移光栅尺的拉伸法弹性模量测量

基于光栅光学原理,利用位移光栅尺测量了弹性模量,建立了位移光栅尺拉伸法测量系统,通过实验获得金属丝在拉伸过程中的微小形变量数据,再利用拉伸法测量弹性模量与微小形变量之间的关系,最终实现弹性模量的测量.     

改进“ 探究弹力和弹簧伸长的关系”实验

传统教学上的“ 探究弹力和弹簧伸长的关系”实验所得到的弹力与弹簧伸长的关系图像不够准确, 得 到的结论牵强附会. 本文介绍利用力和位移传感器改进实验, 方便准确, 结论具有说服力     

一种改进型单分子操纵装置及其应用

改进了单分子横向磁镊装置,可以直接用于观察单个DNA分子的伸长和扭转并随时更换样品池内的溶液,还可以同时操纵多个DNA分子,大大提高实验效率.此方法可以提供01到40pN范围的拉力,足以满足大部分单分子DNA实验的要求.用该装置实时观测到了DNA分子在拉力作用下的伸长以及在旋转磁场作用下的扭转,并成功地观察到了分子马达拉动DNA的动力学过程,从而验证了该装置的实用性. 关键词： 横向磁镊 单分子操纵 DNA拉伸 DNA扭转     

生物材料黏弹性教学实验仪的设计

在传统的伸长法测量钢丝杨氏模量实验仪器的基础上,将力传感器的使用与伸长法测量杨氏模量的原理相结合,使用力传感器测量头发等生物材料黏弹性.通过千分尺拉伸头发等生物材料,再利用力传感器测出材料产生的弹力,进而导出应力,得出应力-应变曲线.通过测定其应力松弛曲线的下降程度和加载-卸载曲线中间区域的面积,可以得到生物材料的黏弹性.     

拉伸法制备微纳光纤的设计与研究

微纳光纤通常采用光纤拉锥法制备.对原有装置进行改进,增加电机和控制器搭建火焰加热电机拉伸法制备微纳光纤的实验平台,实现了微纳光纤的自动化制备.探究了光纤直径与拉伸距离、拉伸速度、火焰高度等的关系.理论推导出单侧拉伸过程中锥区直径与拉伸长度的关系,通过对不同速度下锥区形状的测量,解释了拉伸速度影响光纤直径的原因.     

固体杨氏模量实验光学系统的改进

测量杨氏模量的方法很多,如静态拉伸法、梁的弯曲法等.通常当采用静态拉伸法测量金属丝做小的伸长量时,应用了光杠杆的放大原理.测量装置如图1所示.     

“橡皮筋振子组”的演示

除弹簧之外,橡皮筋的弹性是比较好的。把橡皮筋绳与一定质量的小球连接起来,可制成“橡皮筋振子”。在橡皮筋绳的弹性限度内,在要求不很高时,振子离开平衡位置后所受到的回复力,亦可视为与它的位移成正比,方向相反,振子做简谐振动。     

镁合金疲劳早期非线性超声在线检测实验研究

材料力学性能早期退化在微观结构上表现为位错和晶带滑移等缺陷的变化,在超声波检测中表现为高次谐波的产生.发展了一套在材料疲劳实验机上直接在线测量超声非线性系数的实验系统,在相同条件下测量了同一试件在不同输入电压下的二次谐波和基波幅度,二次谐波幅度和基波幅度平方的线性相关系数r=0.9996,表明实验系统是可靠的.同时利用该系统进行了三组不同加载应力的镁合金试件疲劳在线非线性超声检测实验.实验结果表明,在疲劳寿命的55％之前,超声非线性系数对疲劳加载周数具有很高的灵敏度.因此,利用超声非线性系数可以很好地表征镁合金的疲劳早期退化.另外在中低周疲劳范围内,加载应力的大小以及拉-拉和拉-压疲劳模式的变化对实验结果没有明显的影响.     

胡克定律探究实验装置的改进

利用自制胡克定律探究实验装置对新课标中"探究弹簧弹力与形变量之间的关系"实验进行了改进,改进后的实验装置能直接在坐标纸上绘出弹簧弹力与形变量之间的对应关系点,通过拟合可得到F-x曲线,求拟合直线的斜率可求出被测弹簧的劲度系数.改进后的实验装置得出的实验结果与新课标教材中描述的现象一致.     

利用激光杠杆测定杨氏弹性模量

将半导体激光器做成激光杠杆,用于拉伸法测定杨氏弹性模量的实验,可以简化实验装置,并提高微小伸长量的放大倍数.     

循环温度疲劳作用下粘接界面损伤的非线性超声评价

材料损伤以及性能退化与超声波的非线性效应密切相关.为研究循环温度疲劳作用下粘接界面的损伤情况,本文采用超声波透射法,研究了6061型铝合金/改性丙烯酸酯胶粘接界面的声学非线性系数随高温、低温循环次数的变化情况.结果表明,在高温循环疲劳作用的初始阶段,试件的非线性系数变化不明显,但随着高温循环次数的不断增加,非线性系数随循环次数的变化十分明显;对于低温循环疲劳作用的初始阶段,试件的非线性系数迅速增大,随着循环次数的增加,其值增速减缓.在低温循环疲劳寿命的后期,试件的非线性系数随循环次数的增加而继续增大.进一步的讨论结果表明,胶层三阶弹性常数的变化是造成高温循环疲劳时非线性系数变化的主要原因,而对于低温循环疲劳,粘接界面拉伸刚度的变化是引起非线性系数变化的主要原因.