螺旋弹簧式纵波演示器

我们在试制的基础上,经改进而定型的纵波演示器能形象地演示纵波、纵波的反射、两列纵波互不干扰传播以及纵波的行波与其反射波形成的驻波等现象。这种纵波演示器具有结构简单、工艺合理和使用方便等优点。 在结构上,仪器的核心部分为螺旋形弹簧和作为振源的带金属小球的弹簧片,如图所示。螺旋弹簧是用φ0.4mm的钢丝绕制而成,经过热处理定型后使弹簧既可以任意伸长缩短。又富有弹性。这样就保证了仪器的显示效果,又扩大了演示范围。用轻而软的细线将弹簧均匀地吊装在套在支架上的小环上,小环可自动定位,这给使用和拆装带来方便 拨动弹簧片,…     

横波纵波波动演示仪

针对现有仪器演示横波和纵波的不足,自制了横波纵波波动演示仪.利用曲柄滑块机构将电机的旋转运动变成直线往复运动,以此带动橡皮筋和圆柱形弹簧振动得到横驻波与纵驻波,通过观察横波和纵波的振动图像、产生条件就能让学生直观感受横波与纵波的形成与产生过程.     

在大学物理中讲授纵波的一点尝试

采用小球弹簧链模型和相对形变,以便于理解纵波的基本性质.     

非均匀介质中波的传播的一维模拟：锥形弹簧中纵波的实验研究

一、引言普物实验中,对波的传播规律的研究,都是用驻波法在均匀介质中实现的。例如弦振动实验和测定空气中声速的实验。在演示实验中,还有纵波在圆柱形弹簧中传播的实验。但都未涉及非均匀介质的情况。笔者也用驻波法,对锥形弹簧中纵波的传播规律作了实验探讨,得到了传播速度的经验公式。作为研究非均匀介质中波的传播规律的实验,它可以安排到课堂演示和普物实验教学课程中去。     

固-固界面退化特性的超声反射评价方法

提出了一种基于有限宽超声束反射的固-固界面退化特性评价方法,从理论和数值仿真角度进行了分析和计算。将两固体界面间的薄层简化为界面弹簧模型,以界面法向和切向劲度系数表征界面的退化程度。通过数值计算求得有限宽超声纵波束在不同入射角和界面不同退化程度下的反射横波、反射纵波的镜面反射系数。进一步地,通过建立二维有限元模型,仿真研究了有限宽超声纵波束在给定入射角及界面不同退化程度下镜面反射系数的变化规律。结果表明,反射纵波和反射横波的镜面反射系数随有限宽超声纵波束的入射角及界面劲度系数的改变而变化,且存在镜面反射系数随界面劲度系数单调且敏感变化的入射角,据此可准确评价界面的退化程度。     

粘接界面的非线性弹簧模型及实验验证

研究了纵波及横波垂直入射时在粘接界面处的非线性边界条件。在二阶微扰近似及粘接界面层厚度远小于入射声波长的条件下,给出了严格的界面非线性弹簧模型的表达式。数值计算结果表明,利用该模型得到的透射二次谐波与利用连续性边界条件得到的精确解吻合良好。针对钢(铝)的楔形粘接结构,在纵波垂直入射的条件下对该非线性弹簧模型进行了实验验证。实际测量结果显示该模型具有较高的精度;且被粘物与胶层的阻抗比越大,该模型的误差越小。      

机械纵波的观察与波速测量实验的设计构思

为了进一步丰富大学物理实验课的教学内容,针对机械波特别是机械纵波实验较少的情况,我们设计了一种一维弹性介质链来演示机械纵波在弹性介质中的产生和传播过程,并验证机械波波速与频率无关,只决定于介质的性质。具体为采用轻质小弹簧连接的塑料小球链模拟质元之间的弹性力和一维弹性介质质元,采用带电小球在交变电场作用下的振动模拟波源的办法,设计了一个可观察机械纵波并测量波速的实验。这个实验既可以作为大学物理实验课的教学内容,也可以作为中学物理实验的演示实验,有助于学生直观形象地理解机械波的产生和机械波在弹性介质中的传播机理。     

列车外圆弹簧疲劳损伤的非线性超声测试

进行了列车外圆弹簧在疲劳载荷作用下所产生损伤的非线性超声测试。对列车外圆弹簧进行疲劳加载,利用专门的非线性超声测试系统激发和接收透过弹簧的超声纵波。在相应的信号处理后,建立了声学非线性系数与弹簧疲劳次数之间的关系。实验结果表明,当疲劳次数小于150万次时,由于弹簧材料内部位错、滑移带等微观缺陷还没有形成足以产生显著非线性的积累,该非线性系数增长不明显;当疲劳次数达到150万次至300万次之间的疲劳响应期时,非线性系数增加明显,表明弹簧材料的内部损伤快速增加;当疲劳次数超过300万次时,弹簧材料的内部损伤积累速度减缓,非线性系数增加放缓。该研究表明列车外圆弹簧的疲劳损伤程度与其声学非线性系数直接相关,利用该方法可以为材料和结构早期力学性能退化的检测和评价提供一种有效的途径。      

纵波传播演示仪的制作介绍

纵波传播演示仪主要由三个部件组成,这三个部件是:轻弹簧、木支架、振动源.组装好的外貌如图1所示.仪器中的轻弹簧的制作,在技术上此较困难.我们用普通的漆包线,经过热处理克服了这个困难,并且获得了良好的效果.下面就将各部分     

纵波演示仪器的制作

很多教师介绍过用弹簧演示纵波,这的确是一个较好的课堂演示实验,本文准备谈谈在制作这一演示仪器方面的点滴体会,供同志们参考。一、选择材料有些中学教师介绍用普通铁丝繞制,这在制作上比较容易,但是铁丝弹性     

杨木径切面准纵波传播路径追踪及速度变化试验研究

为了研究准纵波在木材中的传播规律,测试并模拟了准纵波在完好杨木径切而的传播轨迹,分析了木材各向异性对准纵波速度的影响。首先将径切面离散网格化,测试准纵波在径切面内的传播时间,绘制传播时间等值线;然后对比木材纵向、径向以及心材、边材中准纵波速度差异,探讨纹理角与速度之间的关系;最后采用二次抛物线模型和Hankinson公式对径切面内准纵波速度进行预测,对两个模型进行比较和校验。研究结果表明,木材的各向异性对准纵波传播轨迹及速度都有显著影响,准纵波在木材纵向传播速度大大高于径向传播速度。      

对2-2型压电复合材料横波换能器产生的纵波特性的研究

在固体测量中，横波换能器所产生的波列中常伴随有纵波，认识纵波产生的原因可以解释横波测试中出现的现象，以及抑制纵波提供有效的方法，本文利用实验研究的方法，用一对纵波偶极子换能器的对比实验，分析了２－２型压电复合材料厚度切变换能器产生纵波的机理，发现这是一种伴随着晶片厚度切变振动而产生的“偶极子”纵波，并由此解释了这种纵波的伴随性，频率特性及其首波与横波首波位相相反等问题。     

纵波演示仪器的制作

很多教师介紹过用弹簧演示纵波,这的确是一个較好的課堂演示实驗.本文准备談談在制作这一演示仪器方面的点滴体会,供同志們参考。一、选择材料有些中学教师介紹用普通铁丝繞制,这在制作上比較容易,但是鉄絲弹性     

緃波演示实驗的改进

高中物理課本第二册第24頁图15及师范学校物理学(試用本)第一册第182頁图8—20,都載有关于纵波的演示装置图,同时都指出用手推拉弹簧的一端,会看到密部和疏部沿弹簧向另一端移动。这个实驗实际做起来有困难,效果也不好。在实践中我們曾改进了它,現将改进后的装置和做法介紹出来,以供参考。用直径d为0.65毫米的铁絲,繞成直径D約为5厘米、螺距/約为0.4厘米、长L約为60厘米的弹簧(繞制时,可先繞在一个腊紙筒上,然后取下,再在弹簧某端的一环中交連上三条鉄絲)。繞妥后用棉綫把弹簧悬掛在一根横杆上,大約每隔6厘米掛一根綫,全部装置如图所     

斜入射激光支持燃烧波时纵波声场的指向性

利用理论推导及实验验证的方法研究了激光倾斜入射支持燃烧波时纵波声场的指向性。根据激光超声的产生机理, 在喷溅物质垂直作用于工件表面的前提条件下, 推导了椭圆形声源作用时远场质点的法向位移。获得了纵波声场的指向性函数, 分析了影响纵波声场指向性的因素, 并进行了实验验证。利用功率密度低于爆轰波点燃阈值的激光烧蚀工件, 使用峰值频率为5 MHz压电探头接收纵波, 进而获得纵波声场的指向性实验数据, 结果表明, 实验数据与理论数据能够较好地进行吻合。在光斑短轴长度恒定时, 与激光垂直入射相比, 各倾斜入射角度下纵波声场的声束轴线指向均保持不变, 并且指向性图形随倾斜角度的增加而变得细窄, 纵波声场的能量也更加集中。     

平面简谐纵波动能和势能的有关讨论

以在弹性介质中传播的平面简谐纵波为研究对象,从数学表达、图像、力学原理等方面对平面简谐纵波动能和势能进行探讨,通过分析介质中质元受力、形变情况和运动过程,揭示了平面简谐纵波在弹性介质中传播能量的本质和规律。     

孔隙介质中快纵波的衰减特性和动力协调现象

依据Biot理论并采用前人的骨架模量孔隙度关系,计算了弹性波在孔隙介质中的衰减曲线,发现快纵波存在零衰减点.为解释这种现象,分析了孔隙流体相对于骨架运动的特点.结果表明,存在快纵波动力协调介质,快纵波在这种介质中传播时,流体和骨架之间无宏观相对位移,因此无论频率多高,流体粘滞系数多大,快纵波都不衰减.一个引申的结论是,在动力协调的渗透性孔隙介质中,即使存在双电层,快纵波也不产生流动电势.     

各向同性媒质中球体声散射的共振模式缺损

以有机玻璃中铁球的共振散射为例，研究了各向同性媒质中球状散射体的共振模式缺损问题 . 通过对纵波和横波散射系数的数值分析，指出在纵波入射时的散射纵波（简称p→p散射） 中零阶分波会出现共振模式缺损，导致共振模式缺损的数值原因是纵波散射系数分式中分子 和分母零点位置几乎相同. 关键词： 共振散射 模式缺损     

利用PowerPoint简单实现振动和波动

在课堂演示振动和波动是经常要采用编程的方法则是一件麻烦的事.即使用Flash,Authorware等专用软件,对于教师来说也是相当费时费力的.而PowerPoint XP版中的自定义动画已具备相当的动画编辑功能,只要设置合理,中学的大多数物理演示都可以交给它完成,并且操作非常简单,可以轻而易举地推广应用,真正实现“傻瓜型“操作.本文就以横波、纵波、弹簧振子的实现来作一下简单的介绍.……     

多层介质的转移矩阵及其在声子晶体中的应用

引入四维波矢的概念,推导出弹性波斜入射到多层介质系统时的转移矩阵以及透射系数和反射系数。利用这些公式计算了纵波和横波正入射到一维掺杂声子晶体时纵波和横波的透射系数。得出:当纵波正入射时,透射波中纵波在一定频率范围内出现了禁带,并且在禁带的中心频率处出现了缺陷模。当横波正入射时也有相同的结果。