基于手机Phyphox软件设计“共鸣管测声速”居家实验

为了让学生居家完成空气中声速的测量,基于手机Phyphox软件设计了"共鸣管测声速"实验。本实验根据共鸣管的原理,利用手机Phyphox软件测量一端封闭,一端开口的奶茶管发出共鸣音时的基频,理论上声速大小是基频与空气柱长度乘积的4倍,但实际上有效空气柱长度是实际空气柱长度加上"管口校正量"。通过公式变形,得出实际空气柱长度与基频的倒数成正比例的关系公式,采用线性拟合数据直接得出声速,从而巧妙避免了"管口校正量"的干扰,同时理论上也给出了一种得到"管口校正量"的方法,这是本实验的创新点。实验以内直径为12.0mm的奶茶管进行测量数据,通过线性拟合得到声速值,并进一步讨论了线性拟合得出的截距的物理意义和含义。     

基于简易装置的空气柱共鸣的声速测量实验

本文利用简易装置设计了空气柱共鸣实验,并将之用于测量声速.因为实验使用的简单器材所限,空气柱较短较粗,需要考虑共鸣时管口辐射导致的末端效应,在计算声速时管长应加上一个修正值,同时还需截断频率较高的数据点.实验易于实现,数据处理的过程对于学生的数学建模、数据发掘与提取等方面的能力也有很好的训练作用.     

基于气泵的声管实验及分析

为研究声管的发声频率，进行了实验设计和分析.声管转动发声是由于空气在声管中的流动，考虑实际的实验条件，设计了气泵吹气代替声管转动的实验方式，改变吹气速率并测量发声频率.通过对实验结果的分析发现，此时的声管不符合两端开口即两端为波腹的条件，而是一端波节、一端波腹.声管的发声频率取决于其长度，符合驻波特性，发声时吹气速率与波纹长度须满足共振条件.研究结果有助于对驻波的理解和相关内容的实验设计.     

用智能手机测开管中空气的声速

利用2部智能手机和1根两端开口的吸管等生活中易得的材料设计了简易声速测量装置.该实验利用吸管中的空气柱振动形成驻波,通过智能手机测量驻波的频率,再通过计算即可得出昆明当地的声速(v=337.26m/s),实验结果与理论值符合得较好.     

弦、杆、环的横振动理论与实验研究

本文对弦的横振动方程进行了严格推导,得出波速的解析解,并在共振时测量了波长和共振频率的实验值,理论与实验相吻合.本文对杆的横振动方程亦进行了严格推导,对一端卡住、另一端自由时进行了数值求解,得出共振时容许的前几个本征频率的表达式及相应共振波节位置,给出通解,实验中测出了不同长度时不锈钢薄细长条的基频及前几阶泛音共振频率,测出的波节位置与理论值一致,并求出不锈钢长条的杨氏模量,与标准值相符.进一步推广到圆形钢丝环的小振动情形,实验上测出了圆环共振时的频率及波长,求出截面为圆形的细钢丝的杨氏模量,与现有值基本符合.     

辐射器漫反射定向管表面热辐射方向性

为了得到辐射能的方向分布特性,利用蒙特卡罗法,研究了定向管内壁面为不等温灰体、其底部假想圆型辐射器为黑体时,管内壁发射率、管长与半径比、管内空气流速等参数的变化对管口表面当量定向发射率的影响,计算结果表明:管长与半径比增加,管口表面较大的当量定向发射率向小角度的天顶角方向移动,空气流速仅影响当量定向发射率数值大小。     

介绍我国最早的两篇物理学论文

在我国近代物理学史上,最早的物理学论文是什么内容,作者是谁,早在什么时候?本文对此作一简略介绍,以飨读者. 一、1881年徐寿的声学短文 最早在国外杂志上发表的有关物理学内容的文章,大概要算1881年徐寿(1818—1884)在英国《自然》(Nature)周刊上发表的声学短文. 管口校正问题是中国历史上音乐家和数学家争论的一大难题.两支成倍半关系的律管能否八度和谐,历代有关著述汗牛充栋.明代王子朱载■提出,两支成八度和谐的律管,其长度不能成倍半关系,而必需将半长管缩短长度或减少内径.徐寿对此作了实验验证,并且发现成八度和谐的同径律管,其长…     

反冲运动的演示

截取一段小楷毛笔杆,其长度约为3cm。通孔孔径一般3mm左右,将一只细长型气球(小号的气球,充气前约长16cm)咀用细线捆牢在杆的一端。杆的另一端与长约4cm的乳胶管紧紧套上。另外,再挑选一个能把乳胶管尾端封闭住的小药瓶塞。(如图1)     

用DIS数字化信息系统测量金属棒中声速的有效方法

本文设计了一种将驻波法与声波传感器相结合测定金属棒中声速的有效方法.将金属棒固定在中点,沿轴向摩擦激励纵振动并在棒中形成驻波而发声,用DIS数字化信息系统接收声波信号,得到波形图,由此测得棒中声波的基频和声速.本文分别测定了铝、钢、黄铜、紫铜4种不同金属材料棒中的声速.结果表明,同种材料、不同长度金属棒中声速的测量结果...     

用智能手机测量圆柱形管中的声速

基于驻波形成原理,在智能手机上安装频谱软件作为频谱分析仪,测量声音在圆柱形管中共振时的固有频率,并计算出声速.通过两端开口的圆柱形管和一端开口的圆柱形管所测声速分别为341.19 m/s、339.25 m/s,相对误差分别为0.46%和1.1%.与昆明当地声速的理论值相当一致,并实现了声波共振的可视化.这一研究对于开发现代化的教具,促进教学质量和教学水平的提高具有重要意义.     

多管PDE爆轰噪声传播过程物理特性实验研究

为研究多管脉冲爆轰发动机爆轰噪声传播过程及声波物理特性,对单管至四管脉冲爆轰发动机爆轰噪声物理特性开展实验研究,获得了多管脉冲爆轰发动机爆轰噪声的波形、声压衰减规律、辐射特性、持续时间和频谱特性等物理参数.结果表明,在管口区域,爆轰噪声峰值衰减较快,在远离管口区域,衰减速率逐渐放缓.随着爆轰管数量的增加,爆轰峰值噪声在...     

内外流场耦合法数值研究Rijke管声学特性

基于流体力学、传热学和声学研究成果,采用内外流场耦合建模的方法研究Rijke管脉动内流场,解决了大振幅驻波热声场管口边界条件的处理和出现数值发散的问题。从能量平衡的角度出发,提出非定常的热流量与声压、质点振速之间关系的假设。依靠自身参量,如气体的脉动压力、脉动流速和温度波动,来激发Rijke管振荡.模拟了Rijke管的声学特性,分析了Rijke管自激励振荡的机理。运用该模拟方法对不同尺寸、不同管口形状的Rijke管进行了数值实验,模拟结果与实验结果较好吻合,能捕捉Rijke管的管口声学特征量。     

利用群速度匹配的级联二阶非线性实现超短激光脉冲压缩

提出了一种采用倾斜脉冲的级联二阶非线性来实现超短激光脉冲压缩的方法. 对基于单块BBO晶体中基频光与倍频光群速度匹配的级联二阶非线性的脉冲压缩方案进行了理论分析. 对比研究了群速度匹配与失配情况下利用级联二阶非线性进行脉冲压缩的效果, 并模拟分析了基频光与倍频光的位相失配量、非线性晶体长度、 基频光初始峰值光强和初始脉宽等因素对脉冲压缩效果的影响. 结果表明, 基频光与倍频光的群速度匹配将会大幅度改善压缩脉冲的时间波形和频谱分布. 通过对位相失配量、晶体长度、初始光强等参数的优化和选取可获得较理想的压缩效果. 采用倾斜脉冲的级联二阶非线性的脉宽压缩方法, 针对中心波长800 nm、脉宽100 fs, 峰值光强为50 GW/cm²的基频光脉冲, 采用25 mm厚BBO晶体, 当基频光与倍频光位相失配量Δk=60 mm^-1(对应失谐角1.98°), 晶体外部脉冲前沿倾斜角γ₀=74°时, 计算获得了质量较好的20 fs剩余基频光, 并同时产生了14 fs的倍频光. 关键词： 倾斜波 级联二阶非线性 群速度失配 脉冲压缩     

垂直纵槽管强化膜状冷凝换热研究

用数值方法对饱和蒸汽在纵槽管表面的冷凝换热性能进行了研究。以发展段为主要研究对象,对模型进行了适当的简化,建立了液膜的基本方程,并与二维导热方程耦合,用Runge-Kutta法和有限元法解方程,通过迭代,分别得到了传热量以及最大液膜厚度与坐标z的关系式。最后用文中的分析方法,研究了制冷剂R-113在余弦形纵槽管上的冷凝,并与文献中的实验值做了对比。结果表明,纵槽管的长度(无除液盘时)或除液盘间距应小于最大有效管长,以便纵槽管在温差较大时仍具有较好的换热效果;在温差较小时,数值分析结果与文献中的实验数据吻合较好,证明本文的分析方法具有可行性。     

二次谐波转换对激光脉宽影响的实验研究

 实验研究了KDP晶体二次谐波转换非线性效应对脉宽测量精度的影响。结果表明：在小信号近似下,长度为1～3cm的KDPⅡ类晶体,对于近高斯脉冲,其基频脉宽与倍频脉宽存在21/2的关系;对于非近高斯脉冲,基频脉冲半宽与倍频脉冲波形的1/4高宽相等;在输入功率密度和能量转换效率较高时,基频与倍频脉宽无固定关系。     

基于四水听器的充水弹性管声速测量方法*

实验室中水声材料声学参数的测量主要在水声声管中进行。管内平面波声速是正确测量这些参数的基础。该文提出一种基于四水听器结合不同边界的测量充水弹性管中声速的新方法。该方法利用4个固定位置处的水听器,采用最小二乘的方法,使得两组水听器分别得到的声管末端入射波声压差值的平方最小的声速即为管内平面波声速。该方法利用单频信号,在每一频率点均可测得声速,可以在任一种声管末端边界下进行测量,同时无需知道各水听器到边界的精确距离,在文中的3种边界下声速测量结果具有很好的一致性,实验操作简单、误差很小。该方法的仿真结果与管内声速的理论值吻合得很好,同时实验测量结果与仿真值之间的误差很小,证明了方法的准确性以及鲁棒性,为声管声速测量提供一个很好的思路。     

大口径KDP晶体高效率串接倍频

本文给出了串接倍频的原理及两块晶体相对取向的要求.利用两块1.4cm厚的Ⅱ类KDP晶体串接,入射基频激光强度为0.33～0.67GW/cm~2,外转换效率达到60%以上,激光束口径为φ42mm.实验结果与计算值符合很好.本文将L_1=L_2=1.4cm的串接倍频器与厚度分别为3cm和1.4cm的单块晶体倍频器的实验特性作了比较,表明串接倍频器同时兼有单块厚晶体倍频器和单块薄晶体倍频器的优点.     

四分之一波长锥形谐振管共振频率的研究

在热声发动机系统中,谐振管用来调节系统的超振频率.通常的四分之一波长谐振管由一段谐振管后面连接一个比较大的气体容积构成,与二分之一波长谐振管相比,在相同的起振频率下前者可以有相对短的管长.锥形谐振管除了调节频率外,还可以提高热声发动机输出压力波的压比.本文通过数值计算软件Fluent6.0中的K-ε湍流模型模拟了不同长度、不同的进出口直径的一系列锥形谐振管,得出了近似四分之一波长锥形谐振管的共振频率与其长度、锥度之间的关系,并初步与实验进行了对照.     

检测法布里-珀罗滤波器传输时延的谐振腔方法

提出一种谐振腔方案用于测量法布里-珀罗滤波器的光传输时延.将法布里-珀罗滤波器置于谐振腔中,根据谐振腔长与谐振频率的关系,将滤波器的传输延时量转化为谐振基频的减小量进行测量.实验测得谐振基频的变化量为0.167MHz,对应谐振腔长的变化量为3.570m.除去器件的尾纤等包装长度,滤波器的传输延时为1.542m.该方案不依赖于镜面反射系数、精细度等滤波器参数,可顺利测得光信号经过高精细度法布里-珀罗滤波器的传输时延,甚至可实现很小尺寸的滤波器时延测量.通过谱分析法测量得到延时量为1.581m,验证了实验结果的正确性.     

低孔隙度疏松锡的高压声速与相变

为研究微孔洞对锡的高压相变的影响, 对含亚微米孔洞的疏松锡(疏松度m=1.01)进行了冲击加载-卸载实验. 利用DPS(Doppler pins system)测得了31.8-66.1 GPa冲击压力下疏松锡/LiF界面粒子的速度剖面, 获得了各压力下的纵波声速与体波声速, 给出了该疏松锡的冲击熔化起始压力约为49.1 GPa, 获得了各压力下的剪切模量与泊松比. 结合密实锡与疏松锡的高压纵波声速、体波声速与剪切模量, 界定密实锡的冲击熔化压力在53.5-62.3 GPa之间, 高于疏松锡的值, 表明微孔洞明显降低了冲击熔化压力. 对密实锡准确的冲击熔化压力值还需要进一步的实验数据. 测试的固态压力范围内的声速数据没有明显奇异点, 表明疏松锡没有类似密实锡的固态bcc 相变发生.