描绘简谐运动图像实验的新方法

笔者在讲“简谐运动的图像”时感到描绘简谐运动图像的实验操作不够方便，描出的图像不便于分析，因而对实验装置进行了改进．     

弹簧参与的微小振动一定是简谐运动吗

振动和波动是生活中的一种非常普遍而重要的运动形式,其中简谐振动是最简单、最基本的运动,弹簧振子是研究简谐运动的最基本模型.在研究弹簧参与的微小振动时,部分学生不能很好的判定弹簧参与的微小振动是否为简谐运动.本文讨论了系统作简谐运动的充要条件,并通过4个具体例子详细分析了弹簧参与的微小振动.     

用数码相机描绘简谐运动的图像

人民教育出版社出版的普通高中课程标准实验教科书《物理·选修3-4》(2010年4月第3版),关于描绘简谐运动的图像,提供了2种方法.方法一是在"做一做"中提到的"用传感器和计算机描绘简谐运动的图像",该方法主要利用位移传感器记录各个时刻滑块的位置,同时通过数据采集器输入计算机,由计算机对数据进行处理后,在屏幕上显示出滑块的     

融入图像全局信息的局部图像拟合模型

为提高局部图像拟合(LIF)模型对初始轮廓的鲁棒性,提出了一种新的融合图像全局和局部信息的活动轮廓模型(LIF_GI模型)。针对灰度均匀图像,利用图像的全局均值构建了全局图像拟合(GIF)模型,结合GIF模型和LIF模型的优势,通过构造新的图像拟合函数构建了LIF_GI模型。为避免对水平集函数进行繁琐的重新初始化操作,使用反应扩散(RD)方法实现水平集演化。实验表明,所构建的GIF模型在灰度均匀图像上能够获得满意的分割结果,且容许灵活的轮廓初始化。在分割灰度不均匀图像时,LIF_GI模型有效地降低了LIF模型对初始轮廓的敏感性,与LIF模型相比,LIF_GI模型又表现出迭代次数少、检测速度快的优势。     

用电火花计时器“打印”简谐运动图像

"简谐运动"是人教版普通高中课程标准实验教科书<物理*选修3-4>中的第一节内容.简谐运动的图像作为本节课堂教学的重点,课上通过实验方法获得一个简谐运动的图像然后再加以分析研究更符合科学研究的原理;而演示试验是这节课教学的关键.教材中提供的利用描迹获得图像的方法,要么因设备条件限制难以实施,要么在实际操作过程中难以得到规范的正弦(余弦)曲线.本文介绍利用高中物理实验室里现有的常规实验仪器稍作改进而获得简谐运动图像的简洁方法.     

用光电计时器做简谐运动演示实验

利用光电计时器记录弹簧振子经过已知点的运动时间,由实验数据画出振子的位移-时间图像,即得到简谐运动的图像,并应用该原理制作了演示简谐运动图像的装置.     

SIMULINK在简谐运动图像教学中的应用

在简谐运动图像教学中,应用数学软件MATLAB中的SIMULINK作为工具,在仿真环境中完成实验并观察图像,分析简谐运动的性质.与动手做实物实验研究简谐运动性质的方法相比,该方法只需简单直观的鼠标操作,选取适当的库模块,就可以构造出系统的仿真模型,获得理想的实验结果.     

巧用折合质量求特殊简谐运动的周期

利用折合质量,求解几种不同类型的简谐运动问题.     

振动图像获得的普遍方法

利用自制电位传感器将振动的信息传递给示波器,即可在示波器屏幕上显示出振动图像,可进一步得到振动周期,从而达到对诸多物理量的间接测量.     

用数码相机和计算机绘制简谐运动的位移-时间图像

人教版《高中物理选修3-4》第十一章"机械振动"的第一节"简谐运动"中[做一做]用数码相机和计算机制作小球运动的x-t图像.书本上介绍的方法较简略,具体操作时还是遇到很多问题.下面是笔者制作这一图像的具体过程,供参考.(1)首先为气垫导轨上运动的弹簧振子拍摄一段录像.如图1,注意应使弹簧振子位于照片的上端.     

用激光扫描法演示简谐振动图像

针对传统探究简谐振动图像的实验存在的不足,重新设计了实验装置,该装置利用半导体激光为光源,巧妙地将竖直方向的简谐振动和水平方的往复运动进行合成得到了简谐振动图像。通过观察屏幕上光点振动展开后形成的正弦(或余弦)曲线的全过程,可方便学生更好地理解简谐振动图像的形成原理。     

Penning阱中离子运动的分析

根据Penning离子阱结构及电磁场分布特点,列出阱内离子运动方程并进行求解,对其中沿z轴运动和在xy平面上的运动进行详细分析,最后得到比荷为m/q的离子在Penning阱内的运动为沿磁场方向的简谐振动、绕磁感线旋转的回旋运动和垂直于z轴及径向绕z轴的漂移运动的叠加.     

基于空间相机时间延迟积分传感器拼接区图像的像移测量

为了对由飞船姿态不稳或隔振装置的振动抑制残余量等因素产生的宽频带像移进行测量,提出了基于时间延迟积分(TDI)传感器拼接区所成图像的像移测量方法。定义了偏移系数,用以衡量成像期间像移速度与TDI传感器积分时间之间的失配度,以调制传递函数(MTF)为相机成像质量评价指标,分析了失配度与成像质量之间的关系,确定了满足成像质量的像移测量方法的精度范围;利用两片TDI传感器拼接区所拍图像存在相同内容、拍摄时刻不同的特点,阐述了基于TDI传感器拼接区图像的像移测量原理。实验结果表明测量精度达到0.2377pixel,测量频带达到228Hz,证明该方法能够对宽频带、高精度的像移进行有效测量。     

基于MATLABGUI的拍频实现方法的研究

在对简谐振动合成“拍”现象理论分析的基础上,介绍了一种基于MatlabGUI的拍频合成方法,并有针对性的设计了Matlab程序,输入一些基本的设计参数,即可获得两个或多个简谐振动合成“拍”现象的图形.     

关于简谐运动定义的思考

在高中物理教学中,对简谐运动的定义往往会使学生产生一些模糊的认识,只要回复力与位移成正比,即满足F=-kx,系统的振动就是简谐运动.只要周期性策动力满足上述条件,就会产生受迫的简谐运动,因此,简谐运动的周期不一定就是系统的固有周期,简谐运动的机械能也不一定守恒.一些参考书也有类似说法,例如,《新编高中新教材同步测控优化设计》高一物理下册教师用书中就解释说:简谐运动的机械能不一定守恒,书本上说机械能守恒是有前提的,是指像单摆和弹簧振子这样的理想化振动.     

数字图像相关中基于位移场局部最小二乘拟合的全场应变测量

为了从含噪声的位移场中计算得到可靠的应变场,提出一种基于位移场局部最小二乘拟合的全场应变求解方法。介绍了数字图像相关方法的原理,阐述了基于位移场局部最小二乘拟合的全场应变求解方法,并讨论了计算区域边界、孔洞及裂纹附近区域等情况下的应变计算。对均匀变形和中心带圆孔的薄铝板拉伸实验的计算结果表明,该方法能有效地从原始位移场数据中提取全场应变信息。在均匀变形情况下应选择大的应变计算窗口,计算结果更逼近真值;在非均匀变形情况下,如果位移场中包含较强的噪声,则应选择较大的应变计算窗口,而位移场精度很高时可选择更小的应变计算窗口。     

基于LSSVM的色散曲线拟合

本文利用最小二乘支持向量机对三棱镜色散实验数据进行拟合,结果表明在小样本数据的情况下,支持向量机拟合比多项式拟合的效果好.     

光速处理的高精度光电混合相关探测图像运动位移

为测量航天遥感相机因姿态不稳定以及各种扰动引起的图像运动,提出了基于光速处理的高精度光电混合相关探测测量方法.利用高速CCD和主CCD对同一目标进行成像,在曝光时间内高速CCD获取序列图像,利用联合变换相关器对所采集的图像序列进行光学运算,测量出相邻序列图像的运动位移.阐述了光学相关方法测量图像运动的原理,并模拟分析了噪声和不同运动条件下的测量精度.建立了相应的测量像移的实验系统,实验数字模拟及实验结果都证实了该方法的有效性,测量精度优于0.1像元,满足卫星遥感相机的使用要求.     

Velocity Quantization Approach of the One-Dimensional Dissipative Harmonic Oscillator

Given a constant of motion for the one-dimensional harmonic oscillator with linear dissipation in the velocity, the problem to get the Hamiltonian for this system is pointed out, and the quantization up to second order in the perturbation approach is used to determine the modification on the eigenvalues when dissipation is taken into consideration. This quantization is realized using the constant of motion instead of the Hamiltonian. PACS: 03.20.+i, 03.30.+p, 03.65.−w,03.65.Ca     

含扫描反射镜的星载相机异速像移分析

在星载相机中,扫描反射镜通常会带来异速像移,导致时间延迟积分(TDI)CCD上像移分布不均,不同摆角下,这种分布情况均不同,给像移补偿造成困难,难以获得清晰的成像效果。为此进行分析,建立了含扫描反射镜的像移模型。针对某一低轨卫星参数进行仿真,得到了在不同摆角下,不同视场对应的像面像移量和偏流角。若以像面中心像移量和偏流角作为补偿标准,补偿后,CCD各点的偏流角残差较小,当像移量残差小于1/3pixel时,即可认为补偿有效。不同摆角下,这种补偿效果是不同的。通过分析,当摆角在(-20℃,-0.12℃)和(0.17℃,20℃)内时,异速像移明显,成像效果不佳;在(20℃,35℃)、(-35℃,-20℃)和(-0.12℃,0.17℃)范围内时,补偿效果好,利于成像;摆角为0,即对星下点拍照时,成像效果较好,此时摆角的控制精度应在(-0.12℃,0.17℃)范围内。以上研究可为稳像机构设计提供一定参考。