One-body electron dynamics in a free electron laser

The free electron laser is analyzed by solving the one-body classical Lorentz force equation in the presence of periodic magnetic field and a plane electromagnetic wave. Phase space paths for electrons are related to those of a simple pendulum and describe laser gain, saturation, and coherent electron beam modulation.     

Correlation method estimation of the modulation signal in the weak equivalence principle test

In a test of the weak equivalence principle(WEP) with a rotating torsion pendulum, it is important to estimate the amplitude of the modulation signal with high precision. We use a torsional filter to remove the free oscillation signal and employ the correlation method to estimate the amplitude of the modulation signal. The data analysis of an experiment shows that the uncertainties of amplitude components of the modulation signal obtained by the correlation method are in agreement with those due to white noise. The power spectral density of the modulation signal obtained by the correlation method is about one order higher than the thermal noise limit. It indicates that the correlation method is an effective way to estimate the amplitude of the modulation signal and it is instructive to conduct a high-accuracy WEP test.     

Parametric amplification of soliton steering in optical lattices

We report on the effect of parametric amplification of spatial soliton swinging in Kerr-type nonlinear media with longitudinal and transverse periodic modulation of the linear refractive index. The parameter areas are found where the soliton center motion is analogous to the motion of a parametrically driven pendulum. This effect has potential applications for controllable soliton steering.     

位移型无公度相的场论描叙

在此简讯中,我们用类似力学中处理单摆问题的方法,对一个简单模型导出了无公度相的多谐调制解。它在高温端退化为单谐调制;它在低温端转化为扭折解。它的基波波矢随温度而单调地下降,与实验观察到的现象一致。 关键词：     

Torsion pendulum revisited

We present an analysis of the motion of a simple torsion pendulum and we describe how, with straightforward extensions to the usual basic dynamical model, we succeed in explaining some unexpected features we found in our data, like the modulation of the torsion mode at a higher frequency and the frequency splitting of the swinging motion. Comparison with observed values yields estimates for the misalignment angles and other parameters of the model.     

An autoparametric energy harvester

This paper presents a numerical study of an autoparametric system composed of two elements: a pendulum and an excited nonlinear oscillator. Owing to an inertial coupling between the two elements, different types of motion are possible, from periodic to chaotic. This study examines a linear induction of an energy harvester depending on the pendulum motion. The harvester consists of a cylindrical permanent magnet mounted on a rotor and of four windings fixed to the housing as a stator. When the pendulum is rotating or swinging, the converter is generating energy due to magnetic induction. In this paper, a method utilizing parametrical resonance for harvesting energy from low frequency vibrations is studied. The authors compare energy induced by different types of pendulum motion: swinging, rotation and chaotic dynamics. Additionally, voltage values for different parameters of excitation are estimated.     

精密扭摆研究

本研究旨在提高扭摆精度。扭摆采用大理石——这取自地球的天然材料作摆盘;通过试验,挑选了Q值高、内耗小、剪切模量温度系数接近于零的恒弹性合金丝作为吊丝。特别是,我们把Saxl类型的每周期吸合一次的间断振荡摆回复到小阻尼情况下的自由振荡摆,减少对摆振动的人为干预;增加真空条件,以减少周围环境干扰,延长了阻尼时间;同时在摆盘中央安放多面反射镜环,增加测量点,变一周期仅测一次时间为同一周期测四次以上。这就提供了用计算机求阻尼振荡方程θi=Ae^-t_i/τsin(ωt_i+φ)数值解的条件,不但可直接测得周期T的变化,而且可望计算得振幅A、阻尼时间τ、初相角φ的变化。另外,在光电接收方面也作了一些改进。通过这些措施,我室的精密扭摆对周期的探测精度已比美国Saxl 1964年发表第一篇文章时的扭摆精度提高100倍;比其运转17年,经一再改进的扭摆精度提高10倍。测量有效数字6位至7位,周期相对误差一般达2×10^-6,最佳状况可达8×10^-7,基本达到预期设计要求,为将来探测引力异常,“区分长期间与短期间内频率起伏”提供了可能性。 关键词：     

高铬钢和高铬镍钢在高温下的几个内耗峰

本文报导用低频扭摆在四种高铬钢和八种高铬镍钢中在高温下观察到的几个内耗峯。在铁素体型的三种高铬钢中(27Cr、25CrTi和20Cr),从高温淬火后都在570℃附近观察到一个内耗峯,用27Cr和20Cr试样求出了这个内耗峯所包含的激活能,为87,000卡/克分子左右。上述三种高铬钢从高温炉冷后,还可以在640℃附近出现一个内耗峯,另一种13Cr试样从高温炉冷后,可以在610℃附近出现一个内耗峯。在奥氏体型的八种高铬镍钢中,都在730℃附近观察到一个内耗峯,用18Cr 18Ni试样求出了这个内耗峯所包含的激活能,为85,000卡/克分子左右。根据初步实验结果,讨论了引起这几个内耗峯的可能原因。     

求大摆角单摆周期近似解的"局部常化"方法

建构“局部常化”的近似处理方法,对一类非线性动力学方程进行了一种简洁的近似修正,得到大摆角单摆运动周期的一个新结论,并且给出了精确度很高的三个推论,同时得到了第一类完全椭圆积分的一种简洁的近似公式．     

高分辨率CMOS相机沿轨长条带钟摆式搜索成像设计

为实现面阵相机对沿轨方向长条带区域一定重叠率的推凝视成像,设计了高分辨CMOS传感器的钟摆式搜索成像模型.通过长条带逐层区域划分和成像重叠率渐近变化构建,计算了钟摆式搜索成像参量和卫星实时推凝指向姿态,并利用多次小幅逼近的PD控制器分析了搜索成像姿态控制精度与成像像移失配量.利用高分CMOS原理样机和小卫星姿控仿真平台对P5型曲面LED靶标系统进行地面等比缩放的长条带钟摆式搜索成像仿真试验.结果表明:帧间重叠率大于85%的钟摆式搜索成像比全凝视成像区域扩大了4倍;控制周期为10 Hz时,其姿态控制精度优于0.05°,姿态稳定度优于0.003°/s,搜索成像对应的图像传递函数能够达到0.141 1.     

用微元法推导无阻尼单摆运动任意角度下的周期公式

对单摆运动进行了讨论。通过对单摆进行能量分析,得出了单摆角频率与角度的关系式,然后运用微元法,推导出了单摆的理论周期公式。计算结果表明,所得到的单摆运动周期的理论公式与展开公式符合得很好。     

基于编码器的复摆设计与实验研究

针对复摆实验,设计了一种基于编码器的复摆实验装置。该装置将摆锤和多孔摆结合起来,可以采用多种方式对重力加速度、转动惯量进行求解,并验证了刚体的平行轴定理。在实验过程中,采用Matlab进行最小二乘法线性拟合,创新性地完成了对重力加速度的求解和平行轴定理的验证。实验结果表明,相比于传统的复摆,该装置更为简便,精度更高。     

组合式摆动实验仪的研制

介绍一种组合式摆动实验仪,它可以将三线摆、两线摆、扭摆和单摆这四种实验仪器巧妙组合在一起,成为一种新的实验仪,具有一台实验仪测量多种摆动的功能,可以实现多种物理量的测量以及对不同摆动规律的研究,有效节约购置仪器成本。     

用改进的单摆实验系统与Spss标定重力加速度

对传统的单摆实验系统进行改进及调试,用电磁铁控制摆球起始状态的一致性,调节光电门至摆球所处最低平衡位置的正下端,用记时记数测速仪精准测定摆球振动的周期。通过对测量原理、不确定度的分析,引入Spss的曲线估计功能分析实验数据,得出实验系统的有效摆长复合量与摆球振动周期平方的定标曲线,并验证出有效摆长复合量与摆球振动周期的平方存在线性关系,由此标定出重力加速度,并用置信概率为95%的不确定度,对测量数据及其实验结果进行合理的分析和估算,最终得出较为合理的实验结果。     

多普勒振镜正弦调制多光束激光外差二次谐波测量微冲量

提出了一种正弦调制多光束激光外差二次谐波测量微冲量的新方法,将激光与工质靶作用产生的微冲量转化为扭摆的转动角度测量,基于激光外差技术和多普勒效应,把待测转角信息加载到外差信号的频率差中,经信号解调后可以得到待测转角值,通过多次测量取平均值的方法可以提高待测转角的测量精度,从而提高微冲量的测量精度。利用这种新方法,以PVC+2%C为工质靶,利用MATLAB仿真测量了激光与工质靶作用产生的微冲量,结果表明:该测量的最大相对误差小于0.8%。     

一种非线性动力学系统混沌现象的深入研究

本文在实验教学中引入一种非线性混沌摆系统,通过调节混沌摆的驱动力周期演示了该非线性动力学系统出现混沌现象的过程,从而让学生了解混沌现象的参数敏感性、相图特点、频谱特性等基本特性.为了进一步了解该混沌摆的特性,本文建立了该非线性摆系统的简化动力学方程,在数值上对其进行了研究.基于动力学方程的数值模拟,克服了实验上相关参数定量改变困难、摆动稳定性不易控制、实验时间周期长等问题.在数值模拟中,通过改变不同参数得到了相图、频谱图以及分岔图,比较深入详细地对这种混沌摆的相关特性进行了描述,也有利于学生加深对混沌摆的理解.     

单摆测重力加速度实验的改进

在单摆测重力加速度实验中,很难对摆长进行非常精确的测量,在较好的测量条件下其测量精度一般也只能达到毫米量级,所测得重力加速度的相对误差一般在1％左右.针对这一问题,本文通过对单摆实验装置进行改进,利用与摆线连接在一起的游标卡尺精确测量摆长的改变量而不直接测量单摆摆长,可将测量精度提高到0.02毫米.同时利用光电门测量摆...     

单摆运动的实时测量

对传统单摆装置进行改进,在摆球上安装小金属探针,用软导线做摆线,在单摆下方放置带电水槽,使单摆摆动时探针在水面划动,将振动量转化为电位量,实现了单摆振动的实时测量.     

摆球运动的仿真设计

物体的摆动是自然界最基本的运动形式之一,同时也是力学课程中的基础内容之一.在牛顿力学与拉格朗日力学原理指导下本文利用数学软件Maple强大的计算与图形制作功能对大角度单摆、双摆、有阻力情况下的傅科摆运动问题进行了分析计算,并制作其运动的仿真动画,以精确、生动、形象的动画反映摆球运动的物理规律,实现了可视化教学的目的.