运动声源的多普勒效应——第22届亚洲物理奥林匹克竞赛实验试题第二题介绍与解析

第22届亚洲物理奥林匹克竞赛实验试题共两道，其中第二道是声学黑匣子。该题目是一道虚拟实验题目，在二维平面上通过探测器对于运动声源的频率信号探测，判断声源的初始位置以及相关运动学参数等。该题目设计新颖，解法巧妙，综合了声波的传播与测量、声学多普勒效应等相关知识。在疫情形势下，非常适合物理专业学生进行线上虚拟实验学习。本文详细介绍了竞赛试题的内容，并给出试题的分析和解答。     

一道变力做功问题两种方法的比较及分析

对于一道经典的大学物理变力做功问题,学生中出现了两种解法,一种沿用高中物理间接方法——功能原理求解,另一种采用大学物理中关于变力做功定义法,两种解法思路不同,但是结果相同.通过对比两种解法,得出了中学物理解题方法的局限性,并进一步分析了学生在解答问题过程中所暴露出的问题.     

用半波带法推导单缝夫琅禾费衍射暗纹条件的相关讨论

在大学物理教学中,半波带法是一种处理单缝夫琅禾费衍射的简单方法. 半波带法可以推导出单缝夫 琅禾费衍射的暗纹条件,但是,学生容易对这个推导过程产生误解,从而把暗纹位置判断成明纹位置. 为了让学生 更好地理解半波带法和衍射现象的实质,分析了对暗纹条件产生的两种误解,并得出误解产生的原因,即学生计算 半波带或者波带间的干涉叠加时,未考虑它们之间的相位关系     

多面体模具角参数自动测量方法的研究

多平面冷反光镜模具质量的好坏直接影响着出射光束照度的均匀度和出射光束的定向性，目前使用的检测方法存在测量过程繁琐费时，测量精度低等缺点。本文介绍了一种利用ＣＣＤ线阵光电探测器研制的多面体模具角参数自动测量系统。该装置采用光学方法，将待测的几何参数——两相邻平面间夹角α转化为测量该两平面反射光聚焦光斑的距离，然后用ＣＣＤ图像数据采集系统处理数据。使整个系统简单、紧凑，适用范围广，对不能接触测量或因面形太小或因形状复杂而难以测量的平面夹角均可进行测量。本文亦讨论了实验数据处理，并根据实际情况，采用重心法计算光斑中心位置，使测量精度有了很大提高。最后给出了利用该系统测量的结果。     

无衍射光莫尔条纹的中心定位方法

无衍射光莫尔条纹被广泛应用在精密测量领域中，实现无衍射光莫尔条纹中心的精确定位是高精度测量的关键。通过对无衍射光莫尔条纹图像特征进行分析，提出了一种无衍射光莫尔条纹的中心定位方法。该方法首先根据光强分布特征，提取莫尔条纹图像中两光斑中心局部同心圆区域；然后进行局部同心圆环检测，确定初始圆心集；再对初始圆心集进行聚类分析确定两光斑中心的初始位置；最后删除异常点并迭代求取两光斑中心较精确的位置，实现无衍射光莫尔条纹两光斑中心的定位目的。理论和实验结果表明该方法能快速、准确地同时确定两光斑中心位置，且误差小于1 pixel。     

关于《一道习题的两种解法》的补充

《物理通报》1998年第7期刊登了邓文清同志《一道习题的两种解法》的文章，原文给出了两种解法．作为该文的补充，笔者再给出一种解法．     

飞行目标姿态测量中测量站点布设方案研究

研究一种基于计算机视觉原理获取飞行目标姿态方法在实施过程中地面测量站点的布设问题，提出目标贴近地面和在高空飞行两种情况下测量站点的布设方案，指出测量站点布设时需要考虑目标像长、两交会平面之间夹角等影响因素，并要避免发生奇异情况．     

度量算符对Gauss编织态的本征作用及自旋几何

对圈量子引力中标架度量矩阵算符对Gauss编织态的作用为本征作用，提供了完整的证明.求得了全部标架度量矩阵算符的表示矩阵，及其期望值.利用自旋几何定理，在内腿颜色k=0和k=2两种情况下，算得了Gauss编织态顶角毗邻的4条腿(P=1)的相位位形切方向间的全部夹角，以及切矢量的长度. 关键词： 度量算符的表示矩阵 度量期望值 切方向间夹角 切矢量长度     

多层电介质中的静电场

研究了多层电介质中的电场和电荷分布。首先讨论了三层电介质问题,发现求解该问题的关键在于找到带电介质层中零电场面的位置,提出了两种方法:直接求解法和间接求解法,给出了两种方法的共同依据。由此可以将三层电介质问题推广到多层电介质问题,该类问题一般都可以统一到最外层为无限厚介质的情况之中。指出了带电层中零电场面的位置仅由两最外层电介质决定并解释了该特性的物理机理。     

"广义芝诺悖论"的探讨

两辆相向匀速运动的车之间有一只小鸟,在两车间来回飞行.小鸟运动速率比车的要大,其初始位置是x0.当两车最终相遇时,相遇位置就是小鸟的最终位置.现在逆向演示(回放)该过程,即小鸟从两辆车相遇位置出发而两车作相背运动.当两车回到它们的初始位置时,小鸟将回到x0点.然而,在正过程中,由于两车相遇位置(即小鸟的最终位置)实际上和小鸟的初始位置无关,因此在逆过程中,小鸟最终可以处在任意位置而未必回到x0点.由此产生悖论,称做“广义芝诺悖论”.通过建立适当的物理模型,利用运动定律,分析并最终解决了这个悖论问题.     

光学观测中太阳夹角的分析与计算

对影响光学观测效果的太阳夹角计算方法进行了研究。首先给出了太阳夹角的定义及计算公式。然后重点研究了太阳视位置的计算方法,比较了几种赤纬角计算方法,给出了一种改进的时角计算方法,实现了高精度的太阳视位置计算,并对其计算精度进行了分析。最后提出了在实际光学观测应用中的太阳夹角计算算法。实验表明,太阳视位置计算精度比传统数值近似方法高一个数量级,能够满足光学观测中太阳光照分析的需要。     

究竟能成多少个像

在物理教学杂志、课外辅导习题册上常会遇到这样一道光学选择题：两相交平面镜反射面间夹角恰为６０°,在其中任一位置放置一点光源Ｓ．那么,它所成的像共有［Ｃ］ Ａ．３个 　Ｂ．４个 　Ｃ．５个 　Ｄ．６个 答案是 Ｃ．５个．有些竞赛辅导书上还给出了特殊角（如９０°、６０°、４５°、３０°等）成像个数计算式：（３６０°／θ）－１（θ为两相交平面镜反射面特殊夹角度数）． 如果两相交平面镜反射面间夹角θ是任意角,如 ５５°、４０°、３６°……,能成多少个像哪？究竟有没有规律哪？我进行了实验研究,得到了如下结论： １…     

系统-环境初始关联对纠缠动力学的影响

研究了存在偶偶相互作用的两个二能级原子与共同单洛伦兹热库相互作用模型下的两体间的纠缠动力学行为。主要考虑了原子系统与环境存在初始关联时,两原子间的偶偶相互作用对纠缠动力学的影响,可以发现:偶偶相互作用一定时,马尔科夫环境下初始关联使原子与热库间的纠缠比原子间的纠缠衰减得慢,非马尔科夫环境下初始关联使原子间的振荡减弱;另外在马尔科夫热库中,随着偶偶相互作用的增强,两原子纠缠可以得到提升,而在非马尔科夫热库中,随着偶偶相互作用的增强,原子间及原子与热库间最终保持较大纠缠值。     

用质心速度图解法分析粒子分裂问题

本文介绍一种作留法，可由两质点的速度求得其质心速度及两质点相对于质心的速度．利用这种方法很容易实现质心参照系和实验室参照系间的相互转变，具有很强的直观性，适宜用以讨论粒子分裂和碰撞之类问题．本文着重讨论了粒子分裂时两子粒子飞行夹角在各种情况下的取值范围．     

声子库的量子态对介观电路量子特性影响的研究

考虑电子与声子间相互作用，研究了两种声子库纯初始态(正则系综与粒子数态)下耗散介观电路的动力学特性.长时间极限下(t→∞)：当环境处于热平衡态时，电路系统中的电流和电荷的平均值只与电路所处初始量子态中的平均值有关，与环境无关；环境初态为粒子数态时，电荷与电流平均值随时间的演化特性与环境初始处于热平衡态下时完全一样，表明介观电路中的电荷与电流的平均值与环境量子态的某组占有数无关.电路中电流和电荷的量子涨落不仅与系统的初态有关，还与系统所处环境的量子态及温度有关.一般地说，电路系统与环境的纠缠会     

孤立子及其相互作用的初等分析

用较简捷而直观的试探解法几种典型的孤立子方程（ＫｄＶ方程，Ｔｏｄａ晶格波方程，ＳＧ方程与ＮＬＳ方程）求得单孤子解和两孤子解，以说明孤子及孤立子间相互作用的特点，并讨论了物理意义。     

两个平面镜成像的规律

对两个有一定夹角的平面镜成像问题的研究,是单个平面镜成像知识的扩展和延伸,两个平面镜成像的现象存在于我们生活中,只要我们稍加留意就不难发现它.因此,研究这一现象,发现它的规律也具有实际意义.先对成像过程及相关名称作简单介绍.如图1所示,设M,N两平面镜镜面夹角为θ(0<θ<180°),两镜面被纸面所截,且均垂直于纸面.AA′和BB′是两镜及其延展面跟纸面的交线,O点是这两直线的交点(也是三面交点).今在两镜面间的纸面上任一位置放一个小物体S(可视为一个点),线段SO跟M镜面的夹角∠SOA=α,跟N镜     

深光晶格势阱中凝聚体的扭结包络隙孤子

发展准离散多尺度法结合紧束缚近似,解析地研究了局陷于光晶格势阱中凝聚体的非线性动力学性质.结果发现,系统中出现稳定的对称包络孤子外,还可观察到一种新的非线性元激发:扭结包络隙孤子.有趣的是,该隙孤子并不传播且局域在初始位置,其幅度可通过光晶格势阱的晶格常数和势阱深度来调控.相应的实验方案是:通过改变形成光晶格势阱的两交叉耦合激光束之间的夹角和(或)激光光强来调控扭结包络隙孤子的幅度.     

开放系统中量子比特与环境纠缠特性的研究

研究了由两个二能级原子与一个零温热库所组成的系统的纠缠动力学过程.考虑原子间的偶偶相互作用及原子与热库之间的失谐,对于初始原子间有纠缠与无纠缠两种情况,研究了不同的参数条件对系统纠缠的影响.计算了两原子间、原子与热库之间的对纠缠以及整个系统的三体纠缠,结果表明在两原子初始处于最大纠缠态时,所有的对纠缠最终都趋于零.增大原子间的偶偶相互作用强度,原子与热库之间的纠缠会被减弱,而原子间的纠缠以及系统三体间的纠缠被增强.增大原子与热库之间的失谐量,两原子之间的纠缠会增大,原子与热库以及三体间的纠缠会减弱.     

腔场初始态对两量子比特空间退相干的影响

研究了两个二能级原子与一个单模腔场的相互作用中,腔场的不同初始态对原子间相对位置退相干的影响。从描述原子间相对位置状态的约化密度矩阵出发,假设原子间相对位置为两个高斯波包的叠加态,讨论了当腔场初始态分别为热态、Fock态和压缩态情况下,原子与光场的相互作用对两原子间相对位置相干性的影响。发现腔场的初始态不同,原子间相对位置的退相干情况有所不同。当腔场初始态为热态或Fock态时,原子间相对位置的相干性会周期性的衰减和回复,而当腔场初始态为压缩态时,原子间相对位置会出现部分退相干,且退相干程度与原子间相对位置的大小成余弦变化关系。