流体的粘滞阻力对物体运动的影响

力学中有求解物体在流体介质（如空气和水）中运动的问题,如船在水中的运动,小球在空气或水中下落时的运动等．在这类问题中,什么情况下流体的粘滞阻力可以忽略,常使学生产生疑问,而教师又很少解释清楚．下面以小球在流体介质中下落力例,讨论粘滞阻力对物体运动的影响．     

初始状态对自组织演化过程的影响

从实验上系统研究了在强电场下处于介质中的大量金属小球从不同初始状态通过自组织演化为分形的过程;用Sandbox方法定量分析了最终形成的稳定树枝状分形的维数。结果表明:不同初始状态形成分形的过程完全不同,但最终的树枝状分形的维数基本相同。分析认为,小球之间的相互作用存在临界作用距离,不同初始状态相邻小球之间的平均间距不同,因而演化过程不同;而维数相同正是系统耗散相同的体现。     

探究落球法粘滞系数实验的最佳实验条件及误差修正

系统地探究了落球法测量蓖麻油粘滞系数实验中测量结果的影响因素,分析了小球从不同位置下落、不同小球直径和不同实验温度对蓖麻油粘滞系数测量的影响。通过绘制误差曲线并进行分析,提出了实验的改进方案,以提高实验精度,减小实验误差。     

浅谈“离心浮力”参与作用下小球的运动

流体在做匀速旋转运动时会产生与静止状态不同的动力学效应,主要体现在液体内部的压强变化以及由此带来的附加浮力,可形象地称之为"离心浮力".本文就V形管惯性离心力演示仪中的小球运动问题进行深入讨论,通过求解曲面积分求得小球所受"离心浮力"公式,进而求出小球的运动方程,并对实验中出现的现象进行定量分析解释.     

“实验”开路 进行概念教学

本文以“自由落体运动”概念教学为例,介绍这种教学方法: 教学开始,教师出示如图所示的实验装置,运用演示、观察、联想等方法,创设问题情境,激发学生学习兴趣. 教师提问:1 小球共受几个力,处于什么状态? 2 用剪刀剪断细线后,小球受什么力,从什么状态开始沿什么方向运动?(教师演示,指出这是一种常见的运动现象)     

小球在空气阻力下弹跳实验的建模与仿真

使用Matlab/Simulink软件,建立了小球在空气阻力下反复弹跳的实验模型,讨论了小球在不同空气阻尼系数下的位移和速度,加深了学生对质点落体运动以及碰撞问题的认识。     

一个自组织过程的演示实验及其在大学物理教学中的作用

实现了置于强电场下介质中的金属小球在一定条件下自组织演化过程,观察了实验中金属小球的各种运动行为.分析认为,系统自发地从无序向有序状态演化是由于此开放系统从外界取得的负熵流的绝对值大于系统内部的熵增加,系统的总熵减小所致.最后说明了此演示实验不仅可以使学生观察到有趣的电学现象,而且有助于使学生对热学有一个相对完整的认识...     

蓖麻油粘滞系数公式的Origin拟合

蓖麻油的粘度系数对温度变化很敏感,国际公认的标准值只有几个特定温度下的数值,这给实际应用及教学中实验测量结果准确性的评价带来了较大的困难。采用落球法研究了蓖麻油的粘滞系数与温度的关系,根据测量小球在不同温度的蓖麻油中下落速度,借助于origin软件,得出了蓖麻油的粘滞系数随温度变化的经验方程。     

电热式变温液体黏度测量装置的设计与应用

设计了基于"落球法"的电热式变温液体黏度测量装置.借助该装置,通过改变2个侧加热板的间距,在室温下研究了侧加热板以及容器壁对蓖麻油中小球下落速度的影响,并以此为基础,利用对称测量原理,对蓖麻油在不同温度下的黏度进行了测量,揭示出蓖麻油的黏度与温度的关系近似满足阿伦尼乌斯公式,活化能约为9.213×10-20 J.     

基于Matlab和VR场景的液体粘滞系数演示实验的制作与仿真

针对在＂落球法测量液体粘滞系数＂的实验中,小球在液体中开始匀速运动的时间和位置很难判定,我们使用Matlab/Simulink仿真软件的虚拟现实（VR）工具箱制作了＂落球法测量液体粘滞系数＂的演示实验,对蓖麻油中小球的运动规律进行了动态的仿真,并将仿真结果与真实的实验结果进行了比较和分析,这将有助于提高学生对实验结论的认识和理解。     

利用视频分析软件和分析天平改进落球法测液体黏度

通过对传统落球法进行改进,利用分析天平测量小球质量,利用视频分析软件Tracker分析测量小球位置,并利用其内置的最小二乘拟合功能获得小球的终极速度,由此测得出蓖麻油黏度.相比传统测量方法,测量精度提高近一个数量级.     

基于MATLAB中SIMULINK的准周期弹跳运动的仿真模拟

使用MATLAB/SIMULINK仿真软件建立了刚性小球在谐振桌面上做准周期性弹跳运动的动力学模型,对小球在不同倍频下的准周期运动进行了仿真模拟,并得到了小球运动的相图。结果表明：控制参数的选取对小球的动力学行为有着很大的影响。     

用变分法研究超短超强脉冲在介质中的成丝

利用变分法将非线性薛定谔方程在形式上简化,把光束成丝等价于粒子在势阱中的运动,直观反映了自聚焦、衍射和多光子电离等机制对光束成丝的影响.实验得到了不同入射功率、光束口径、波面曲率半径等初始条件下脉冲在空气介质中的成丝过程和时间波形变化.通过半解析方法得到的结论能够定性解释成丝和多次聚焦现象等实验结果.     

用打点记时器验证动量守恒定律

现用高中物理甲、乙种课本中,验证动量守恒定律的实验方法基本是一致的。通过实验操作,感到此方法有以下弊病:①固定斜槽时很难使斜槽的末端点的切线是水平的,这样,小球的运动就不能是平抛了;②螺旋柱很难调节得使入射小球和被碰小球处于同一高度,因此它们将不是正碰;③小球     

洛伦兹力做功假象

针对类似产生动生电动势的两类题型,对题中小球(粒子)的受力、运动、做功等进行分析,论证洛伦兹力不做功,以解决学习过程中的困扰.同时,通过对例题的分析,从侧面给大家展示"磁场不动金属棒切割"、"金属棒不动磁场运动"这两个不同情况下动生电动势产生的原理.     

树状分形结构的计算机模拟

运用扩散有限凝聚模型模拟在直角网格、正三角形网格、正六边形网格中的树状分形结构.此外,为消除运动方向所带来的影响,以金属小球在电场中运动来模拟树状分形结构的生成.对不同线电荷密度的模拟结果利用Sandbox方法计算相应的分维数,得到分维数随着线电荷密度的增加而减少的现象符合已有实验的结果.     

类克尔介质光腔中原子的纠缠动力学研究

初始处于纠缠的原子与附加类克尔介质的光腔相互作用,运用共生纠缠的度量方法对原子间的纠缠演化动力学进行研究,分析了腔场粒子数、介质非线性效应及原子与腔场的失谐量对纠缠演化的影响,发现处于腔场真空态下原子间的纠缠作周期性震荡演化,而处在腔场粒子数态下的原子在演化过程中发生纠缠突然死亡现象;在非线性克尔介质作用下,处于腔场粒子数较小范围内(n≤5)的原子间也会产生纠缠突然死亡现象;但随着腔场粒子数的增加纠缠突然死亡现象消失而且一定程度上可以达到纠缠初始值;当腔场处于任意粒子数态时,由于非线性效应的影响,均可抑制纠缠突然死亡现象的发生;当腔场在没有类克尔介质作用时,原子与腔场间的失谐量同样可以避免纠缠突然死亡现象的发生.     

基于COMSOL模拟的球形摩擦纳米发电机的发电特性

通过COMSOL Multiphysics有限元模拟软件,研究了以铝片和聚四氟乙烯(PTFE)小球为材料的球形摩擦纳米发电机的发电过程和发电特性.通过合理设置参量,模拟球形摩擦纳米发电机发电过程中空间电势的变化情况,显示了电荷被驱动的过程;通过控制变量法,研究了该球形摩擦纳米发电机的开路电压对PTFE小球的数目和尺寸、铝片的数目等因素的依赖关系.研究结果表明:三维球形摩擦发电机可以搜集全方位的机械能,小球在球壳内部空间位置的运动,导致连接不同铝片的电路中的电荷转移,从而引起空间电势的改变,产生交流电信号,即把小球运动的机械能转化为电能.不同铝片之间的开路电压随小球半径的增大、小球数目的增加或铝片数目的增加都呈现出先增加后减小的变化规律.     

运动物体在颗粒介质中的阻力形式

物体由重力驱动在颗粒介质中的运动过程，从动力学上可以用等效重力、颗粒床的黏性阻力及静压阻力来描述.通过求解此动力学模型，找到了一个能够控制颗粒系统处于不同阻尼状态的参量Γ，Γ的表达式直接反映了黏性阻力项和静压阻力项的竞争.这种竞争使得颗粒介质能够处于不同阻尼状态，表现出不同的表观阻力行为.根据理论分析结果设计实验，实现了对颗粒介质体系阻尼状态的调节，验证了理论模型给出的运动物体在颗粒介质中受到的阻力形式. 关键词： 颗粒体系 阻力 动力学过程     

散射介质成像中的时间门研究

研究了用蒙特卡罗方法模拟均匀散射介质中含有光学性质不同的小球时,漫反射信号随时间的变化,当小球和激励源的相对位置不同时随时间变化的漫反射曲线也不同,利用这种漫反射信号的差异同时结合时间门技术可以对散射介质中一定浓度的物体成像。结论表明成像对比度与时间门的开始时刻和时间门宽度有直接关系。针对小球投影位置漫反射信号的强和弱,分别用半宽度点和最大强度的80％点作为小球办界位置的判断。