科学出版社物理类新书推荐

比利时的物理学家使用高速摄像机首次观察到液体中“反气泡”的形成、运动和崩溃过程(DorboloSetal.NewJ.Phys .,2 0 0 4 ,5 :1 61 ) .众所周知,气泡是一球形的液体薄膜,里面包着空气,外面又被空气包围着.而反气泡,顾名思义,则是一球形的空气壳,里面包着液体,外面又为液体所包围.在液体中气泡会升到液面上来,而反气泡则沉到液体底部.比利时Liege大学的StephaneDorbolo等缓慢地将肥皂水倒入一个装有同样肥皂水的玻璃容器中.他们观察到在液面下产生了一注液体小球,然后,这注小球破裂成一系列反气泡.反气泡存在了两分钟之久.反气泡崩溃的方…     

稀奇的反泡!

肥皂泡是在空气中的球形液体薄膜,而所谓"反泡(Antibubble)",却是在液体中的球形薄壁气泡.20世纪30年代曾首次有人叙述过反泡但没有很好地研究下去.比利时里吉大学的多博洛(Stephane Dorbolo)说大多数科学家对反泡的存在感到惊奇.     

粘滞液体中落球运动的实验研究

一、引言对于粘滞液体中小球的自由下落运动,一般理论分析认为,小球进入液体之后最初一段做加速运动,经过一段路程l_0后呈现匀速运动。该匀速运动的速度(即收尾速度)v_0可由下式表述 v_0=2/9 (ρ-ρ′)/η gr~2 式中ρ——球体密度;ρ′——粘滞液体密度;r——小球半径;g——重力加速度;η——粘滞液体的粘滞系数。其中从液面至小球开始做匀速运动这段距离l_0是人们极为关注的。然而,粘滞液体中落球运动的整体规律,从液面至进入匀速段的距离l_0的确定,底     

液体表面现象的演示设计

介绍了有关液体表面层、单液膜和双面膜球形气泡内外压强差的比较以及毛细现象中液面高度随半径变化规律的演示设计和实验方法.     

弯液面处的附加压强

由实验可知,在弯液面处存在着附加压强.那么,弯液面处附加压强的规律是什么,它在实际问题中又如何应用呢? 对于平液面,根据静止液体内部的压强公式P=p0+ρgn,式中凡为平液面外的压强,ρ为液体的密度,g为重力加速度,h为液体内部某点的深度,在h→0处,即平液面处,则△p=p-p0→0,这说明压强在平液面处是连续变化的. 对于弯液面,在h→0处,△p=p-p0≠0.通常将弯液面处△p=p-p0称为附加压强,它是由于液体的表面张力产生的.其大小由液体的表面张力系数和液面的弯曲程度决定.这说明压强在弯液面处是不连续变化的.对于给定液体,其附加压强的大小就仅…     

关於中子磁矩的计算

中子对于电为中性,但是中子有磁矩。我们知道:一切磁性是和电荷运动分不开的。因此我们假设中子是由一个荷正电的小球,外面紧密包着一个荷负电的球壳所构成。正电荷均匀分布于小球体积之内,负电荷则均匀分布于球壳的表面上,它的绝对值相等,所以仍为中性。它们团结在一起,绕着通过球心的一     

液体薄层中环链状空化泡云结构稳定性分析

为分析超声空化的薄层液体中稳定的环状气泡链结构,本文考虑气泡间次级声辐射影响,得到了表征气泡间相互作用的气泡基本动力学方程以及次Bjerknes力的表达式,数值分析了气泡平衡半径、声波频率和声压对纯液体区可能出现的单气泡所受的次Bjerknes力,发现环形泡链能够吸引液体区内的新生的半径小于2μm的气泡,这可能是一定条件下环形气泡链能够稳定存在的原因.随着驱动声波压力增加,气泡数密度增加,气泡间的耦合作用增强,液体区内的环形泡链结构可能被液体区内出现的大气泡或者气泡团破坏,进而导致环形结构演变成柱状、雾状乃至整个液体区均充满空化泡的情况发生.通过高速摄影机观察了强声场作用下换能器辐射面外侧液体薄层内空化初生至形成空化云团簇的整个过程,在空化云团簇中发现了局部同步崩溃并形成类纯液体薄层的现象,该液体薄层边界随时间振荡持续约4个声周期后被空化云团簇吞没,局部类纯液体区出现的位置具有随机性.实验观察结果和理论预测具有很好的一致性.     

毛细现象公式的导出

液体表面分子间的吸引力、液体表面的分子有一种使其面积缩成最小的力,或称一种抵抗表面积扩张的力,此力称“表面张力”．液体表面是指液体与空气或其他液体相接触的自由面．若不指明,即可认为相对于空气而言．表面张力的大小与接触面的物质有密切关系．此外,表面张力还与温度有关,温度越高,表面张力越小．表面张力的方向总是与液面相切,与分界线相垂直．若在液面作一长为L的直线,将液面分成两部分,这两部分之间的相互牵引力为F,即表面张力F=σL．其中σ为液体表面张力系数．单位为N/m．由于表面张力的作用,液滴表面有收缩到最小的趋势,而使液滴成近似球形的状态．     

非球形气泡的超声定量检测

超声是检测不透明液体中气泡的有效方法,声散射模型是超声反演技术的核心.经典气泡散射模型通常是基于球形假设及ka≤1 (a为气泡半径,k为入射波的波数),然而实际应用中这些假设并不总能得到满足.本研究针对非球形气泡及ka偏离假设情况,提出一种超声反演定量方案.建立不受ka约束的球形气泡级数背散射f模型,将其与经典Medwin (ka?1)和Anderson (ka≈1)散射f模型进行对比,发现ka偏离引发的散射截面效应仅体现在散射高阶共振峰位置及大小差异上.据此提出:可通过曲线拟合法解决散射截面σ_bs/(πa²)与ka间的多值问题,同时用当量半径a^*对非球形气泡尺寸进行量化.具体首先利用非球形气泡背散射信号的频域信息测定其散射截面σ_bs,再根据σ_bs与非球形当量半径a^*间拟合曲线进行反演,同时利用回波时域信息勾画气泡形状轮廓.反演结果通过高速摄影定量结果进行检验.结果表明:气泡沿之字形路径上升过程中产生非球形形变,当9≤kr₀≤35时,...     

关于扩散現象演示的改进

用高二物理课本图80的装置,演示液体的扩散现象时,有两方面的困难:(1)若先灌CuSO_4溶液,然后加水,水落到硫酸铜液面,由于水的冲击作用,使界面模糊。若先灌水,然后把一根玻璃管插到水底,通过玻璃管灌进CuSO_4溶液,但灌进时又往往难以克服空气泡的上升,一旦有空气泡上升,即就不能获得清晰的分界面,(2)CuSO_4溶液和水之间扩散很慢,要在大半节课时间内,学生看到从清晰的界面变成模糊界面是不可能的,在常温下从清晰界面变成模糊界面,非经2—3天不可,要是在上课前两三天作好一瓶,又不能使学生信服。我觉得可以这样改进: 1.两种液体改成水和墨水;     

衣物在潮湿时变暗的光学分析

通过理论推导和实验探究,从反射、折射、吸收方面阐述了衣物在潮湿时会变暗这一现象的产生机理.当衣物被浸湿后,由于光在浸湿液面内的不断反射和折射使得最后反射到人眼的光强大大减弱,同时由于光在液体内的吸收又使反射的光强减弱,从而看到衣物在潮湿时变暗.     

磁性液体中非磁性小球与磁性纳米颗粒的相互作用及磁组装

利用磁性液体与聚苯乙烯小球溶液混合得到的复合磁性液体, 研究了聚苯乙烯小球和磁性纳米颗粒在外加磁场作用下的动力学过程. 实验结果表明, 当外加磁场的方向平行于样品平面时, 聚苯乙烯小球在沿着磁场的方向上表现出相互吸引而形成链状结构, 其动力学过程可分为聚苯乙烯小球被反磁化产生相互吸引而形成短链的快过程以及短链间相互吸引形成长链的慢过程; 当外加磁场的方向垂直于样品平面时, 相邻聚苯乙烯小球表现出排斥的相互作用而形成短程有序的二维结构, 当磁场强度增加到一定的阈值时, 聚苯乙烯小球和磁性纳米颗粒形成的团簇会产生相互吸引而组装成复合式的花瓣结构. 关键词： 磁性液体 磁组装 非磁性颗粒     

物体在液体中悬浮位置的讨论

固态非溶性物体置入液体中时,其位置有三种情况,一是沉入液体底部;二是浮于液面也就是物体只有一部分浸入液体中,另有一部分露在液面之上;三是悬浮于液体中,即物体全部没入液体之中,但又不沉入底部.第一种情况,物体的位置一目了然,第二种情况物体的浸入深度很容易求得.下面仅对物体悬浮于液体中的第三种情况作一讨论,敬希同行专家批评指教.     

可压缩液体中气泡的声空化特性

利用新提出的Gilmore-NASG模型,在考虑液体可压缩效应的边界条件下,研究了可压缩液体中气泡的声空化特性,并与利用原有KM-Vd W模型计算得到的结果进行了比较.结果表明,相比于KM-Vd W模型,由于Gilmore-NASG模型采用新的状态方程来描述气体、液体以及由可压缩性引起的液体密度变化及声速变化,所以用Gilmore-NASG模型得到的空化气泡的压缩比更大、崩溃深度更深、温度和压力峰值更高.随着驱动声压幅值的增大,两种模型给出的结果差别愈加明显,而随着驱动频率的增大,两种模型给出的结果差别逐渐减小.这表明,在充分考虑泡内气体、周围液体在不同温度和压强下共体积的变化所导致的介质可压缩特性下,气泡内的温度和压强可能达到更高值.同时, Gilmore-NASG模型还预测出了气泡壁处液体的密度变化、压力变化、温度变化以及液体中的声速变化.因此, Gilmore-NASG模型在研究高压状态下气泡的空化特性以及周围液体对气泡空化特性的影响方面具有优点.     

含气泡液体中的非线性声传播

考虑到分布在液体中的气泡是声波在含气泡液体中传播时引起非线性的一个很重要的因素,本文研究了声波在含气泡液体中的非线性传播.将气体含量的影响引入到声波在液体中传播的方程中,从而得到声波在气液混合物中传播的数学模型.通过对该模型进行数值模拟发现,气体含量、驱动声场声压幅值及驱动声场作用时间均会影响到气液混合物中的声场分布及声压幅值大小.液体中的气泡会"阻滞"液体中声场的传播并将能量"聚集"在声源附近.对于连续大功率的驱动声场来说,液体中的气泡会"阻滞"气液混合物中声场及其能量的传播.     

气泡在液态金属搅拌流场中运动与变形的影响因素分析

用"准三维"数值模拟方法研究吹气发泡法制备泡沫铝的过程中,单个气泡在铝熔液搅拌流场中的运动与变形.液体流场采用多重参考系法进行三维模拟,对气泡运动的二维模拟则在三维流场中的一个通过搅拌轴的特征平面上进行.这样既能捕获气泡在搅拌流场中运动的基本特征,又能大大降低计算成本.应用VOF方法对气液两相之间的界面进行追踪.通过改变过程中的转速,气泡初始速度、位置和尺寸.以及表面张力和液体粘度,分析了这些因素对于气泡运动与变形的影响.     

液体间扩散现象实验的改进

初中一册物理课本中的液体间扩散现象实验,是用小漏斗向水中加硫酸铜溶液,由于小漏斗管颈中有空气,且液位差较大,因而在加液时易产生气泡,造成加液后两液体界面不清晰。另外此实验要静置较长时间才能观察到结果,这就不利于在一节课时间内得出结论。鉴于上述原因,我们对此实验作了如下改进。     

双路Mie散射测量空化泡的非同步振荡

通过双路Mie散射方法,我们从不同方向测量了超声驱动声空化泡的表面脉动情况.结果显示,在低声压驱动下,两个方向测到的Mie散射信号是不同步,存在相位差.这表明不同方向的气泡表面的脉动是不同步的.作为一个推论,此时气泡的形状是非球形的.幸运的是,高声压驱动的声致发光气泡没有观察到相位差,没有证据显示它的运动是非球形的.     

人工影响降水的物理原理

我国旱涝灾害频繁,每年经济损失巨大,年年又防汛又抗旱,因此人工影响降水意义重大,本文结合物理教学,阐述人工影响降水的物理原理． 一、云的形成 云是漂浮在空中的小水滴、冰晶或者它们的混合物．由于大气压强随高度增加而降低,因此当地面暖湿空气上升时会发生绝热膨胀而冷却．又由于液体饱和蒸气压随温度的降低而降低,某温度下空气相对湿度等于空气中实际水蒸气分压强与该温度下饱和蒸气压的百分比,因此暖湿空气上升、绝热膨胀而冷却后相对湿度增加．另外,饱和蒸气压的大小还与液面形状有关,凸液面上方饱和蒸气压比平液面时大,…     

球形串型二维表面等离子体光栅光吸收器

本文设计了一种球形串型二维表面等离子体光栅光吸收器,采用二维时域有限差分法(2D-FDTD)分析了该吸收器的几何结构参数对其吸收特性的影响.结果表明,通过调整小球的半径、球形串之间的中心距离以及球形串上小球的层数,可以有效地降低反射率,从而提高对光的吸收率.从中心位置向左右两边使球形串之间的中心距离线性减小,可明显改善其吸收效果.当球形串上小球的层数超过50层时,基本达到了饱和吸收的状态.这种光吸收器在薄膜太阳能电池中具有一定的应用前景.