橡胶气球非线性特性的理论与实验研究

根据橡胶气球的热力学性能及门尼模型理论,推导出橡胶气球膜在充气与放气两个过程中受到的附加压强与气球半径的关系,并以此推导出不同半径气球内部的压强,以及两个相互连通的气球体积变化与内部压强的关系,理论结果与实验相吻合.将橡胶气球模型应用于简易气垫船研究,建立了气垫船运动模型,并利用实验结果对理论模型进行了修正.     

负压强机制的格子玻尔兹曼方法研究

采用格子玻尔兹曼方法(LBM)研究了气液相变动态演化过程,并揭示气液混合体系中负压强的产生机理.本文采用多相流模拟中的单-陈模型(Shan-Chen模型)研究相变问题,该模型通过一个伪势来表示不同相之间的相互作用,从而控制不同相的分离,结合粒子间的相互作用力可得到一个能够描述非理想气体的状态方程,通过研究此状态方程,确定了发生相变和产生负压强的临界条件.再结合LBM,对相变和负压强现象进行数值模拟,并在气液混合体系中对拉普拉斯定律进行了验证.从模拟结果中发现,当液滴与周围气体处于力平衡和热平衡时,液滴内外压强差与其半径之间的关系满足拉普拉斯定律;另外,在气液交界面处会产生负压强,为使得理论解释与数值模拟结果相符,对于此处负压强的起源问题,我们采用同样能够描述非理想气体的范德瓦尔斯方程结合分子动力学的方法,导出内压强的变化会导致负压强的出现,并通过解释内压强的产生原因,从而进一步了解了负压强产生的微观机制.     

共焦球面扫描干涉仪精细常数测量研究

提出了测量共焦球面扫描干涉仪精细常数实验方案.该方案利用示波器测量共焦球面扫描干涉仪扫描两相邻透射峰时间Δt_(2π)及扫描单个透射峰相位半宽度所需时间Δt_φ,共焦球面扫描干涉仪的精细常数为Δt_(2π)与Δt_φ比值.利用该方案,在不同扫描频率及不同电压下,测量了共焦球面扫描干涉仪精细常数.测量结果表明,在不同锯齿波扫描频率及不同驱动电压下,实验所测得精细常数与厂家所提供理论值趋于一致,实验结果证明该测量方案可靠可行.同时本文对测量数据中,Δt_(2π)及Δt_φ与扫描频率及扫描电压成反比这一实验现象进行了理论分析.     

电偶极子位于均匀介质球中时球外电场的研究

采用分离变量法求解了电偶极子位于均匀介质球中时复连通域的拉普拉斯方程和泊松方程,求出了球内外两种不同介质的电势分布和球面上的极化电荷分布;通过求解二阶非线性微分方程得到了球外的电场线函数;利用计算软件Math-ematica 5.0,作出了相应的相互正交的等势线簇图形和电场线簇图形,并且进行了必要的讨论.     

气膜汽笛的发声研究

在预实验的基础上建立了气膜汽笛发声的理论模型,实验验证了该理论模型并探究了影响气膜汽笛发声频率的因素.实验结果表明:气膜汽笛的发声频率与鼓风速度和容器长度无关,而与内管管长的倒数、气球膜半径的倒数呈线性关系,基频的平方与气球膜张力呈线性关系.     

光学一题

如题图,光轴上O1、O2处各有一个单一折射球面,分隔着折射率分别为 n= 1. 0、 n0= 1. 3和n’=1.7的三种均匀透明介质.已知实物点S对此两球面相继的近轴折射像点位于 S’.试用作图法求定两个球面的中心C1、C2,以及此组合系统的像方主点H’、像方焦点F’.“光学一题”解答 题中只给出了球面顶点位置和两侧折射率数值,所以可利用通过球面顶点O的共轭光线满足折射定律这一特性来求解,如解图,O1为中任意长作单位,作出半径为1.0和1.39的圆弧N和N0.延长SO1交N于A,作过A的轴平行线交N0于B,则O1B是满足折射定律的与入射线SO1共轭的第一折射…     

掺杂MgB_2体系超导电性的一个判据

提出一个计算原子半径差和电负性差的方法,研究了原子半径差Δd和电负性差Δe及它们之比△d/△e与掺杂MgB2体系超导转变温度Tc的关系,发现三者都与转变温度有良好的规律性,对它们进行数值模拟都获得开口向下的抛物线关系。由此,提出用原子半径差、电负性差、及它们之比△d/△e作为提高掺杂二硼化镁超导电性的一个新依据。     

子孔径范成法铣磨半球及超半球光学整流罩

为攻克高陡度球面光学零件成型技术，以半球及超半球红外光学整流罩为研究对像，提出了一种子孔径铣磨加工方法。对传统范成法铣磨成型理论进行拓展，将球面离散为一系列子孔径环带，砂轮沿环带“步进”运动，拼接成型得到完整的球面。分析了成型球面与三轴机床位置坐标之间的转换关系，对加工运动轨迹进行仿真，开展半径误差补偿验证实验及变速进给参数优化实验，提出变半径铣磨法解决超半球加工材料过切问题。对长径比分别为0.5（半球）和0.55（超半球）的热压硫化锌、镁铝尖晶石整流罩开展成型工艺试验，加工表面各点矢高差<4μm，表面粗糙度Ra<1.5μm。实验结果表明：该方法为高陡度球面加工提供了有效的解决方案。     

格子Boltzmann方法在相变过程中的应用

提出了一种新的描述气液相变过程的单组分格子Boltzmann模型,利用该模型模拟水以及氨分别在R-K,RKS和P-R状态方程控制下的相变过程,发现相对于R-K和RKS状态方程,水以及氨在P-R状态方程控制下模拟结果均与实验值更接近;特别地,P-R状态方程更适合描述氨.为验证该模型处理两相问题的能力,利用该模型模拟不同温度下水以及氨在P-R状态方程控制下的界面密度梯度,所得的结果与经典的界面理论相符.为此,进一步探讨了气泡(液滴)与周围液体(气体)处于力平衡和热平衡时,气泡(液滴)内外压力差在不同温度下与其半径之间的关系,所得的结果满足Laplace定律,并得到了不同温度下水以及氨的表面张力,发现均与实验值符合得很好,且与表面张力临界理论甚为相符.     

平端光纤与锥端球透镜光纤的耦合

建立了平端光纤与锥端球透镜光纤耦合的理论模型,得到耦合系数的计算公式,然后用几种不同锥角和球面半径的透镜光纤进行耦合实验,得到最大耦合效率,并验证了理论计算结果.     

玻璃-橡胶混合颗粒的力学响应研究

通过直剪实验和离散元模拟, 研究掺杂了橡胶软球的玻璃体系的力学响应. 改变颗粒固体中橡胶颗粒的含量, 研究体系剪切强度以及剪胀变化等特性, 发现随着橡胶颗粒的增加, 会出现剪胀到剪缩的相转变现象, 且混合颗粒固体的弹性有了很大的提高. 实验研究发现, 随着体系中橡胶颗粒含量的增加, 剪切屈服强度值逐渐减小, 体积发生从剪胀到剪缩的相转变现象, 但临界剪切强度在一定橡胶颗粒含量范围内保持一致; 实验所采取的剪切速率下, 应力应变曲线能较好重合, 即实验处于率无关区域; 混合样品的屈服强度值随正压力的增大而增大. 离散元模拟也得到了上述结果, 另外模拟还发现, 随着橡胶颗粒含量的增加, 颗粒的平均配位数增大; 橡胶颗粒含量和正压力对剪胀-剪缩相转变的位置有影响, 橡胶颗粒含量较小时, 在较大的正压力下易发生相转变现象, 且剪胀-剪缩相转变点对应的平均配位数在5.6-5.9之间; 在橡胶颗粒含量小于30%时, 混合颗粒样品的残剪强度与不掺杂的颗粒体系相近; 大于30%时, 残剪强度随橡胶颗粒含量的增加而减小; 残剪强度随正压力加大而增加.     

全固态激光器的热近半球面腔

理论与实验研究了激光二极管侧泵平-平非对称腔.理论分析表明,当谐振腔运行于热稳区边缘时,激光棒内基模半径随泵浦功率迅速增加,使光束质量快速提高并保持较高的输出功率.由于该谐振腔运行于热稳区边缘的特性与近半球面腔相近,所以将此设计称为热近半球面腔.与运行于稳区边缘的平-平对称腔相比,热近半球面腔设计有助于缩短谐振腔腔长.在对热近半球面腔实验研究中,光束质量随泵浦功率迅速增加以及输出功率饱和现象被观察,实验研究与理论分析吻合较好.     

内外开槽同轴潘尼管波导传播特性

 推导了内外开槽同轴波导和外开槽圆波导的特征方程。数值模拟了内外开槽同轴波导及外开槽圆波导中2π模式的传播特性,研究了开槽深度与截止波数的关系及内外开槽潘尼管频率与各个半径之间的关系。结果表明：内外开槽同轴波导的特征值随内开槽深度的增加而增大,随外开槽深度的增加而减小;内槽半径对频率的影响很小,外槽半径起主要作用。     

泡膜半径法测量液体表面张力

根据泡膜半径与液体表面张力系数所满足的函数关系进而测量液体表面张力系数,实验中利用U型管测量泡膜相对内压并通过电脑对泡膜的图像采集来测量泡膜半径,实验设计新颖独特,实验结果准确,且有利于提高学生的物理思维及对电子设备的使用能力。     

原子半径和电负性与掺杂铁基砷化物超导电性的关系

本文提出一个计算原子半径差和电负性差的方法,研究了原子半径差Δd和电负性差Δe及它们之比△d/△e与掺杂铁基砷化物体系超导转变温度Tc的关系,发现三者都与转变温度有很好的规律性.由此,提出用原子半径差、电负性差及它们之比△d/△e作为提高掺杂铁基砷化物超导电性的一个新依据。     

物理学与现代医学

 现代医学与物理学有着密切的关系,可以说没有物理学就没有现代医学。物理学与现代医学的关系可以归结为以下三个方面。物理学的理论是揭示医学现象不可缺少的基础法国医生泊肃叶研究血液循环,得出泊肃叶定律Q=πr4Δp/8l。Q为流量,r为管子半径,为粘度,l为管子长度,Δp为管子两端的压力差。这个定律在医学上有什么指导意义呢?增大流量的一种办法是增大半径,对于冠心病的治疗,扩血管的药物十分显著,这是由于血管半径增加,流量增加的缘故。增大流量的第二种办法是降低粘度,即活血化淤的方法,每到季节变化时,有好多人去进行保健输液,输一些脉络宁、丹参之类的药物,主要是降低血液的粘度。     

浅谈广义相对论的创立之五 球对称引力场史瓦西解的得出与对黑洞的分析研究

简述了球对称引力场史瓦西解求出的过程;说明了史瓦西半径,即引力半径的物理意义;介绍了黑洞概念的发展;分析了引力半径球面上时空的非奇异性和引力半径内的时空结构.     

实验验证肥皂膜与肥皂泡的两个物理特性

为了验证对称双漏斗肥皂膜实验在肥皂膜腰部半径自动变细之前的整个过程中肥皂膜的形状始终满足最小表面能原理,采用了四对半径不同的漏斗分别进行验证,利用FastStone Capture[1]软件对每种情况下的腰部半径随漏斗间距变化关系进行测量。通过拟合理论曲线与构建四种情况下分别对应的离散点,从而验证了这样一个结论：肥皂膜的形状在稳定区以内均满足最小表面能原理。此外,为了验证大小肥皂泡连通前后的半径关系,使用简易三通管,并使用FastStone Capture软件,测量了五次独立重复实验的数据。最后得到与理论计算相比较低误差的实验结果,从而验证了大小肥皂泡连通前后满足体积相加性。     

角状明冰积冰过程中水膜流动与吹离的数值研究

机翼前缘角状冰下游会出现气流回流,导致冰层表面水膜堆积甚至吹离。为了研究水膜吹离对积冰的影响,在现有的三维积冰与薄水膜流动耦合模型的基础上,基于水膜的功平衡分析的方法,建立了水膜吹离的数学模型,发展了对应的计算方法,并给出了水膜吹离的判定依据:当气流曳力做的功大于黏附功时,角状冰附近的水膜会发生吹离。对圆柱、NACA0012翼型进行数值模拟,冰形的结果与实验吻合良好,从而验证了该模型的合理性。研究表明:积冰模型引入水膜吹离后,可以更好地模拟角状明冰积冰;随着积冰时间的推移,气流回流和水膜堆积逐渐加剧,水膜发生吹离的可能性增大。     

新型成膜法的SAW气体传感器聚合物膜的粘弹性分析

分析了一种基于自组装和分子印迹技术的声表面波气体传感器的响应模型。首先利用Martin理论和Auld的摄动方法分析金膜对于声表面波的扰动效应,然后将其扩展至覆盖于金膜上的聚合物膜对于声波的扰动分析。以剪切模量的实部为参量,可以将聚合物分为三种状态,即玻璃状膜、玻璃状-橡胶态膜和橡胶态膜。最后模拟分析了聚合物膜对于气体的吸附特性。结果表明由于聚合物膜的粘弹特性,传感器响应与其工作频率并不完全呈线性。通过实验获得了不同膜厚的采用新型成膜方法的聚合物对SAW的扰动效应并与理论计算结果进行对比,结果显示相对不考虑活性表面金膜的Martin理论,对于衰减扰动的分析与实验结果更加一致。但是对速度的扰动与实验结果有一定偏差。另外还模拟了基于新型成膜方式的气体传感器聚合物敏感膜对于气体的吸附效应,结果显示对于玻璃状膜,传感器的响应随着敏感膜厚的增加而递增,并与气体浓度呈现良好的线性特性,但是对于橡胶态膜,传感器灵敏度与膜厚之间的关系相对复杂。