双稳态压电悬臂梁发电系统的动力学建模及分析

针对双稳态压电悬臂梁发电系统进行了动力学建模与分析.首先建立了能引发系统双稳态现象的磁力模型,给出了两磁铁之间磁力的数学表达式;其次建立了压电悬臂梁发电系统的集中参数模型,得到了系统发生双稳态现象时磁铁之间的距离范围;通过数值计算分析了系统的响应特性,发现双稳态运动大大提高了系统的频率响应范围,并且系统在低激励频率和低激励幅值下能发生大幅运动,而激励幅值越大,系统具有越高的能量逃离势阱产生大幅运动;最后通过实验对数值计算结果进行了验证.研究结果为双稳态压电悬臂梁发电系统的设计与应用提供了理论依据.     

磁铁在无限大薄导体板上方低速运动的磁阻尼探究

本文基于麦克斯韦涡流镜像理论,定量计算了在无限大薄导体板上方低速运动的磁铁所受阻力的表达式,其正比于运动速度、磁矩的平方和导体板厚度,并以磁铁离导体板距离的4次方关系减小.用改进单摆法构建了磁单摆-铝箔系统进行实验,控制其他变量不变,改变磁铁离铝箔的最小距离并进行多次实验,发现理论与实验符合较好.     

问题解答

问:在同一节火车上的三个乘客约好各自观察火车的运动来确定它是不是匀速的。第一个乘客观察了火车在1/2小时内的运动,记录了每1/4小时内火车所通过的路程。第二个乘客观察了火车在1/4小时内的运动,记录了每5分钟内火车所通过的路程。第三个乘客观察火车在通过最初5千米中通过每1千米所     

一个全新的趣味物理演示实验——小球在旋转平台上的自由滚动

在一张匀角速自转的圆台面中心置一小球,并轻轻向外拨动一下,小球就在台面上作纯滚动且相对于大地作匀速率圆周运动.经精确测定,圆台面角速率与小球相对地的角速率之比为7;2。本文以实测结果,即小球在自转的台面上相对大地作匀速率圆周运动为前提,从理论上论证了两者角速率之比为7:2.     

电磁小火车运动原理分析

电磁小火车题目来自2016年IYPT中的一道题目,介绍了一个两端扣有纽扣磁铁的干电池可以在螺绕环中运动,吸引了很多中学生的注意,学生对此很感兴趣,迫切想要了解其中的物理知识.这个现象与高中所学的电磁学知识紧密相关,而且电磁学知识是高考中很重要的知识.本文介绍了电磁小火车的制作方法,并运用高中知识解释了小火车的运动原理,有助于学生理解电与磁之间的相互作用,加深对高中电磁学知识的理解,以期提高学生运用物理知识解决实际问题的能力.     

圆周运动向心加速度物理意义的理论分析

在高中阶段我们只讨论了匀速圆周运动.描述匀速圆周运动的物理量有角速度、线速度、周期、向心加速度.匀速圆周运动的"速"指的是速率,也就是速度的大小,那么,如果是速度大小改变的圆周运动呢?对于一般的曲线运动,可建立极坐标系来分析其运动规律,如图1.     

重离子的束内散射

本文在Bjorken和Mtingwa束内散射理论的基础上进一步推导出了束内散射率的普遍表达式,并将该表达式应用于HIRFL—CSR的磁铁结构(lattice),计算并得到了束流横向发射度和纵向动量散度随时间变化的规律,结果表明,束内散射不会成为CSRlattice设计的障碍.     

椭圆曲率半径的四个公式及两种力学推理方法

本文应用曲率半径的数学公式及部分椭圆知识推导出椭圆曲率半径的4个表达式;将斜面上的匀速率圆周运动在水平面内的投影,得到一变速率的椭圆运动;利用投影后的速度、加速度矢量及法向加速度分量公式,推算出椭圆上任一位置的曲率半径;利用行星椭圆轨道运动时的能量和角动量守恒,推算出行星的速率和法向加速度分量,进而从动力学的角度推算出椭圆上任一点的曲率半径。文章回顾了力学中曲率半径的由来,论证了它的几何定义式与代数表达式的等价性,显示出曲率半径这个数学量已经有机地融进牛顿力学体系,无论从运动学还是动力学的角度去推算轨迹的曲率半径均是可行的。文末给出用力学知识推算轨迹曲率半径的一般思路和建议。文中所提及的方法、建议及部分结论或可为相关内容的教学与研究提供一些参考。     

对“磁力小火车”的原理探究及实验验证

根据磁铁在不均匀磁场中受力公式和洛伦兹力公式推导出"磁力小火车"现象中,"小车"的平衡速度表达公式,并通过MATLAB和COMSOL等软件结合实验测量数据得出表达式中相关参数数值,利用MATLAB做出小车平衡速度v与电池电压U_0,v与线圈半径R,v与线圈匝数密度n,v与加入磁铁个数N的理论图像,并通过实验探究v与U_0,v与n,v与N的关系,得到的实验图像与理论图像趋势吻合程度较好.     

匀速圆周运动的小球向心力突变后的轨迹

详细讨论了当向心力突然增大后,原来作匀速圆周运动的小球其运动轨迹的变化情况,证明了小球将作螺线运动.     

含速率平方阻力项的一维相对论谐振子的Lagrange函数与守恒量

用Taylor级数展开的方法得到含速率平方阻力项的一维相对论谐振子的运动微分方程.从守恒量的性质及运动微分方程出发得到了系统的Lagrange函数和守恒量的表达式. 关键词： 相对论谐振子 Lagrange函数 守恒量     

炭黑非催化还原NO的实验研究

在石英管式炉固定床反应器上研究了程序升温条件下炭黑与NO反应的规律。实验表明:天然气炭黑比其它炭黑具有更高的脱除率、最低的起始反应温度;炭黑的起始反应温度随着NO反应气浓度增大而升高;升温速率越大,NO 的脱除率越大,起始反应温度越低;炭黑质量浓度越大,NO的脱除率越大,起始反应温度越低;反应气中氧存在可以降低炭黑-NO起始反应温度。     

永磁导向磁铁

给出了两种类型永磁导向磁铁的标量磁位解析表达式. 同相应场强的导向线圈作了比较.     

永磁波动磁铁的二维场形分析及其优化

分析了渐变磁化永磁波动磁铁(Undulator)的场形. 得到了二维解析表达式. 给出了减少高次谐波的条件. 具体计算并比较了渐变型、简易型及混合型三种不同类型波动磁铁的优缺点. 指出了它们各自最合理的适用范围.     

非对称量子阱中的二阶非线性光学极化率

本文主要研究了一个特殊非对称量子阱中的二阶非线性光学极化率,并且利用量子力学中的密度矩阵算符理论和迭代方法导出了二次谐波极化率的解析表达式.最后,以典型的GaAs/AlGaAs非对称量子阱为例作了数值计算.数值结果表明,较大的二次谐波极化率与系统的非对称性有关,系统的非对称性越大,二次谐波极化率越大.     

超临界点附近二氧化碳流体的声速

使用压缩蒸气模型,推导了超临界流体在超临界点附近区间的声速表达式,表达式揭示了声速和密度波动指数、等温压缩系数、定体摩尔热容量等参量的联系.在超临界点附近,二氧化碳流体的声速和密度波动指数呈减函数关系,密度波动指数越大,声速越小,在密度波动指数最小处,声速最大,此时,较小的密度波动会引起较大的声速波动.当压强逐渐增大并接近临界点时,定体热摩尔容量的迅速增大导致声速减小,当压强增大而远离临界点时,定体摩尔热容量的迅速减小导致声速增大.由表达式得到的计算值与由美国国家标准局提供的参考值符合较好. 关键词： 超临界二氧化碳 声速 密度波动 定体摩尔热容量     

磁铁/压电双晶片复合材料磁电耦合性能的优化设计

本文采用弹性力学的方法,基于压电方程,给出了磁铁/压电双晶片(Bimorph)复合材料磁电耦合系数的理论表达式,并选取不同的结构参数和材料参数对其磁电耦合系数进行了数值计算.研究表明:Bimorph存在最佳的压电层厚度,使得磁铁/Bimorph复合材料的磁电耦合系数达到最大;金属层材料和压电相材料也均会影响磁铁/Bimorph复合材料的磁电耦合系数.该研究结果为磁铁/Bimorph复合材料的优化设计、实际应用提供了有益的理论指导.     

居里点发动机的实验规律研究

本文对镍盘转动影响因素进行了理论与实验的探究,制作了一个可以绕轴自由转动的镍盘装置。研究的内容主要有磁铁个数、磁铁离轴心的距离、加热区域到轴心距离和轴心到磁铁的连线与轴心到加热区域连线的夹角对镍盘转动规律的影响;通过对受热镍盘的受力分析给出了居里点发动机转动模型,并优化设计了研究方案。研究结果表明,当磁场强度增大时,镍盘转动周期变小;当磁铁与轴心的距离增大时,镍盘转动周期变大;当加热区域到轴心距离越短时,镍盘转动周期越长;当轴心到磁铁连线与轴心到加热区域连线的夹角越大时(0°θ≤90°),镍盘转动周期越短。截至目前,该项研究在国内外鲜见报道。     

关于磁滞刹车问题的研究

介绍了2014年中国大学生物理学术竞赛中的"磁滞刹车"问题.通过磁荷及分子电流观点之间的转换,从受力和能量两个角度分析了磁铁的运动及受力.最后得出其运动状态与金属管及磁铁的几何性质、物理性质有关,并进行了实验验证.     

相对论时空观--"低速到高速"之二

1奇特的光速 牛顿力学的失效首先来源于光速的奇特性,即光速与光源的运动无关.例如,在匀速前进的车厢内,在中央吊一光源(图1),它向四外发光.在车厢内测量,光源是静止的,向各方向传播的光的速率是相等的.如果在地面上测量,光源是运动的.实测结果,不但各个方向光的速率相等,而且这一速率和在车厢内测得的光的速率也相等,都是3×108m/s.光速的这一特性也可以说成是光速与参考系无关.这一特性完全背离了伽利略速度变换,从而根本上动摇了牛顿力学的基础而使之失效.