撒克逊碗的下沉临界条件与沉没时间 被引量：1

1

作者 李佳泓 林蕴芊 +2 位作者 赵芸赫 黄敏 马宇翰 《物理与工程》 2023年第1期107-114,共8页

“撒克逊碗”是一种底部有孔的计时装置。本文以圆柱形撒克逊碗为例,建立了其在水中下沉的物理模型。首先,本文确定了撒克逊碗顺利下沉的临界条件,包括水能涌入碗的条件和碗初释放时出现倒灌现象的条件。然后,本文研究了水涌入碗后系统... “撒克逊碗”是一种底部有孔的计时装置。本文以圆柱形撒克逊碗为例,建立了其在水中下沉的物理模型。首先,本文确定了撒克逊碗顺利下沉的临界条件,包括水能涌入碗的条件和碗初释放时出现倒灌现象的条件。然后,本文研究了水涌入碗后系统的动力学过程,推导出碗的下沉时间与碗的几何特征间的定量关系。进一步,本文设计了实验以检验理论模型的正确性。与实验得到的碗下沉时间相比,相应的理论值普遍偏小。将碗下沉过程中受到的黏滞阻力和压差阻力、孔口处淹没射流及水头损失、碗完全浸没前受表面张力的影响考虑在内后,理论和实验的一致性明显增加。最后,本文还引入了壁面函数用于分析形状各异的撒克逊碗的下沉时间。 展开更多

关键词 撒克逊碗 临界条件 孔口射流 表面张力 壁面函数

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小孔成像的清晰度分析及其在单透镜望远镜中的应用 被引量：2

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作者 向柳嫒 杨运珊 +2 位作者 王俊豪 黄敏 赵芸赫 《物理通报》 2018年第A02期121-124,共4页

根据小孔成像的本质定义了小孔成像过程的清晰度和分辨率,同时进行了定量研究及数值模拟,得到小孔半径越小,成像清晰度及分辨率越高;小孔放大率越大,成像清晰度越高的结论.接着对由透镜做物镜和小孔做目镜组成的单透镜望远镜系统进行了... 根据小孔成像的本质定义了小孔成像过程的清晰度和分辨率,同时进行了定量研究及数值模拟,得到小孔半径越小,成像清晰度及分辨率越高;小孔放大率越大,成像清晰度越高的结论.接着对由透镜做物镜和小孔做目镜组成的单透镜望远镜系统进行了成像原理分析,对相关参数如何影响像高及角放大率进行了理论分析. 展开更多

关键词 小孔成像 成像清晰度 成像分辨率 单透镜望远镜 放大率

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用匀速圆周运动的分运动导出简谐运动的严格解 被引量：2

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作者 庄洋 雷家睿 +2 位作者 赵博涵 黄敏 赵芸赫 《科技与创新》 2018年第10期39-40,共2页

在高中物理教学中,简谐振动是振动与波部分重要的知识内容。例如弹簧一端连接的物体被拉离平衡位置后将会做简谐震动,这是力学中经典的弹簧振子模型。但是由于高中阶段数学工具的局限,我们无法直接求解弹簧振子的二阶常微分运动方程。... 在高中物理教学中,简谐振动是振动与波部分重要的知识内容。例如弹簧一端连接的物体被拉离平衡位置后将会做简谐震动,这是力学中经典的弹簧振子模型。但是由于高中阶段数学工具的局限,我们无法直接求解弹簧振子的二阶常微分运动方程。通过分析圆周运动在某一方向的分运动,证明了该运动满足和弹簧振子相同的动力学方程,进而直接利用圆周运动合成与分解得到了弹簧振子的运动方程。这一等效替代的思想,定量地阐述了圆周运动和简谐振动的关系,也可以让学生定量地了解简谐振动的运动规律与运动方程。 展开更多

关键词 简谐振动 微分方程求解 圆周运动 等效替代

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科里奥利力表达式的一种简单推导方法 被引量：2

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作者 黄敏 古学岽 +3 位作者 周子淇 张勋航 庄洋 赵芸赫 《物理通报》 2017年第9期27-28,共2页

构造了一种简单的模型,在圆周运动的基础上通过简单的相对运动分析,从受力平衡的角度导出了该情景下的科里奥利力.该推导过程可以直观地让学生理解惯性系和非惯性系中对物体进行受力分析的不同方式,以及科氏力为何是一种在非惯性系中才... 构造了一种简单的模型,在圆周运动的基础上通过简单的相对运动分析,从受力平衡的角度导出了该情景下的科里奥利力.该推导过程可以直观地让学生理解惯性系和非惯性系中对物体进行受力分析的不同方式,以及科氏力为何是一种在非惯性系中才存在的＂等效力＂.本文所构建的情景和证明方式可以让学生加深对于非惯性系中存在的物理现象的理解. 展开更多

关键词 科里奥利力 非惯性系 圆周运动 证明

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一个有趣的热力学问题:硬币何时“翩翩起舞”? 被引量：2

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作者 陶封邑 庄洋 +2 位作者 黄敏 赵芸赫 马宇翰 《大学物理》 2019年第11期58-61,65,共5页

从热力学的角度,本文对2018年国际青年物理学家锦标赛(IYPT2018)的第三个课题"跳舞的硬币(Dancing Coin)"进行了理论分析.该现象与生活密切相关,描述了一个温度非常低的瓶子上一枚硬币所发生的运动,且这样一个热力学系统可作... 从热力学的角度,本文对2018年国际青年物理学家锦标赛(IYPT2018)的第三个课题"跳舞的硬币(Dancing Coin)"进行了理论分析.该现象与生活密切相关,描述了一个温度非常低的瓶子上一枚硬币所发生的运动,且这样一个热力学系统可作为一个很好的教学案例,让学生对气体的热化、绝热膨胀等相关热力学过程有直观深入的了解.本文的研究得到硬币弹起时间和系统的热力学量的关系,同时发现,硬币"跳舞"的时间间隔与系统与环境的温差呈负相关,即硬币跳舞的时间间隔随着系统被环境加热而越来越长,直至无法跳起.进一步研究表明,瓶内气体的初始温度与环境温差越大,最大弹起次数越大;临界压强与大气压越接近,最大弹起次数越大.本文最后通过实验验证了所给理论模型中的假设及其预言的正确性. 展开更多

关键词 IYPT 跳舞的硬币 等容升温 绝热膨胀

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盛水玻璃杯共振频率的研究 被引量：2

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作者 戴诗琪 邓欣 +2 位作者 林美妤 黄敏 赵芸赫 《物理通报》 2018年第5期46-49,56,共5页

对圆柱形玻璃杯模式数为2的低阶振动进行了模型建构及定量分析，给出了共振频率的定量表达式，并得到了未盛水的圆柱形玻璃杯的共振频率正比于圆柱的壁厚度、反比于圆柱的横截面积；当加入少量水时候，杯子的发声频率与空杯大体一致；... 对圆柱形玻璃杯模式数为2的低阶振动进行了模型建构及定量分析，给出了共振频率的定量表达式，并得到了未盛水的圆柱形玻璃杯的共振频率正比于圆柱的壁厚度、反比于圆柱的横截面积；当加入少量水时候，杯子的发声频率与空杯大体一致；水较满时，发声频率随着空腔体积的增大而线性增大等结论．最后通过定量实验对该理论进行了验证． 展开更多

关键词 玻璃杯 共振频率 FFT变换

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刚性球体在转动环形凹槽内的动力学行为 被引量：1

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作者 雷家睿 韩润泽 +3 位作者 王柯人 黄敏 赵芸赫 马宇翰 《大学物理》 2022年第10期55-58,66,共5页

本文研究了刚性球体在绕竖直轴旋转的圆环形槽中的运动情况,发现球体的自转与公转通过摩擦力相互耦合.理论上,给出了球平衡位置随圆环角速度增加的具体关系,并得到了球在环中具有阻尼振荡特征的动力学行为.实验上,本文通过3D打印搭建了... 本文研究了刚性球体在绕竖直轴旋转的圆环形槽中的运动情况,发现球体的自转与公转通过摩擦力相互耦合.理论上,给出了球平衡位置随圆环角速度增加的具体关系,并得到了球在环中具有阻尼振荡特征的动力学行为.实验上,本文通过3D打印搭建了实验装置,结合所提出的一种测量圆弧面与物体摩擦系数的方法,定量验证了理论的若干预言. 展开更多

关键词 刚性球体 转动圆环 摩擦力 动力学过程 IYPT

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一种居里点发动机的设计及其动力学研究

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作者 黄翔宇 杨天一 +2 位作者 赵博涵 黄敏 赵芸赫 《大学物理实验》 2019年第3期33-37,共5页

居里点发动机是基于磁性材料相变制成的能量转化器件。本文设计并搭建了一种转动式的居里点发动机并对其动力学行为进行了研究。在给定外磁场中,当本来处于受力平衡的磁性材料(如镍)被加热至其居里点附近时,材料的磁性变化将导致其获得... 居里点发动机是基于磁性材料相变制成的能量转化器件。本文设计并搭建了一种转动式的居里点发动机并对其动力学行为进行了研究。在给定外磁场中,当本来处于受力平衡的磁性材料(如镍)被加热至其居里点附近时,材料的磁性变化将导致其获得力矩转动起来。本文首先根据镍在加热情况下的磁性变化,对不同种类的镍盘的运动进行了理论分析。进而利用自主搭建的居里点发动机进行实验,验证了理论的预测。经过对所观测到居里点发动机运动规律的总结,给出了使发动机转动更稳定的优化设计方案。 展开更多

关键词 居里点 磁性材料 居里点发动机 运动状态 优化设计

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从能量守恒的角度来理解细胞膜内物质的逃逸行为

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作者 林美妤 张乾桢 +4 位作者 兰鑫 冉雪莹 赵博涵 黄敏 赵芸赫 《科技与创新》 2018年第11期24-26,共3页

基于被细胞膜吞噬的无机颗粒由于热运动而逃逸的问题,利用高中物理所涉及的弹簧弹性势能和机械能守恒的知识分析了这一"逃逸"过程,建立了一个"细胞膜弹性势能模型",并给出了关于细胞内物质逃逸判别标准的公式,定性... 基于被细胞膜吞噬的无机颗粒由于热运动而逃逸的问题,利用高中物理所涉及的弹簧弹性势能和机械能守恒的知识分析了这一"逃逸"过程,建立了一个"细胞膜弹性势能模型",并给出了关于细胞内物质逃逸判别标准的公式,定性解释了胞内微粒的逃逸现象以及逃逸难易与微粒形状的关系。该问题的模型建立过程和解决思路,为学生利用能量观念分析跨学科的实际问题提供了教学示例,对培养学生核心素养有着积极的作用。 展开更多

关键词 细胞膜 物质逃逸 弹性势能 能量守恒 生物物理

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非惯性系中小球在液体管内运动的研究

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作者 张航凡 古学岽 +2 位作者 杨陈明浩 黄敏 赵芸赫 《科技与创新》 2018年第17期34-36,39,共4页

讨论了一个做锥形运动的充满液体的管子中球的运动,通过理论研究,在分析了非惯性系中液体压强的基础上,得到了球在沿任意倾角运动的液体管中的运动方程,并重点讨论了系统不转动时、管子竖直放置时和小球密度与液体密度相同时3种特殊情... 讨论了一个做锥形运动的充满液体的管子中球的运动,通过理论研究,在分析了非惯性系中液体压强的基础上,得到了球在沿任意倾角运动的液体管中的运动方程,并重点讨论了系统不转动时、管子竖直放置时和小球密度与液体密度相同时3种特殊情况下小球的运动情况。通过定量实验,利用管子竖直放置时的实验曲线得到修正后的黏滞系数,最后基于此对不同角度放置的管子中球的运动进行了实验验证。 展开更多

关键词 离心力 浮力 相对密度 单位质量黏滞力系数 等效黏滞系数

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基于开放性实验问题解决的探究活动的设计与实践 被引量：10

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作者 赵芸赫 李春密 +1 位作者 赵博涵 黄敏 《物理教师》 CAS 北大核心 2021年第8期7-13,共7页

科学教育应使学生具备科学能力以应对未来工作环境.为了帮助他们发展科学能力,本文设计并实施了基于开放性实验问题解决的探究活动,让学生在所创设的真实的、无标准答案的问题情境中进行科学实践,并考察了学生在活动中的能力变化.实践... 科学教育应使学生具备科学能力以应对未来工作环境.为了帮助他们发展科学能力,本文设计并实施了基于开放性实验问题解决的探究活动,让学生在所创设的真实的、无标准答案的问题情境中进行科学实践,并考察了学生在活动中的能力变化.实践数据分析显示:这种探究活动提高了学生的科学能力,且每种类型的探究活动对学生科学能力的提升各有侧重,在一定程度上解决了当前中学物理实践活动中的问题.为促进开放性实验问题解决与探究活动的深度融合提供了研究和实践的参考依据. 展开更多

关键词 科学能力 开放性实验问题解决 探究活动 认知学徒制

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中学生实验问题解决过程中科学能力的表现研究 被引量：1

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作者 赵芸赫 李春密 +1 位作者 马宇翰 黄敏 《物理教师》 北大核心 2022年第12期2-7,13,共7页

为了解中学生在实验问题解决过程中科学能力的表现现状,以及学生在接受相应探究活动后科学能力的发展情况,本文利用PAER科学能力评价量规对学生在已开展的基于开放性实验问题解决的探究活动中的表现进行了评价.基于研究数据利用SPSS软... 为了解中学生在实验问题解决过程中科学能力的表现现状,以及学生在接受相应探究活动后科学能力的发展情况,本文利用PAER科学能力评价量规对学生在已开展的基于开放性实验问题解决的探究活动中的表现进行了评价.基于研究数据利用SPSS软件对众多的科学能力要素进行因子分析的结果表明,得到的科学能力主因子与PAER科学能力维度基本一致,验证了测评工具的有效性.通过对学生各科学能力要素的分数均值进行差异性检验得到学生在各类实验活动中科学能力的提升情况;基于Rasch模型得到科学能力要素的3个难度水平分布情况;同时通过相关性分析得到各科学能力要素的相关性情况.最后针对科学能力评价时实验问题的选择与制定、评价的形式及内容等方面提出了建议. 展开更多

关键词 科学能力 实验问题解决 探究活动 科学能力评价

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由对日偏食的简单观测估计日月直径

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作者 赵芸赫 兰鑫 +1 位作者 黄敏 马宇翰 《物理教师》 北大核心 2020年第8期64-66,69,共4页

利用搭建的小孔成像装置观测了2019年12月26日在北京上空出现的日偏食现象,并依据观测结果估算出了太阳和月球的直径分别为1.5×10^9 m和3.575×10^6 m.观测结果与真实值的相对误差在5%左右.同时,也从月球与太阳对地球形成的视... 利用搭建的小孔成像装置观测了2019年12月26日在北京上空出现的日偏食现象,并依据观测结果估算出了太阳和月球的直径分别为1.5×10^9 m和3.575×10^6 m.观测结果与真实值的相对误差在5%左右.同时,也从月球与太阳对地球形成的视张角之比的角度分析了在地球上恰好能观测到日环食和日全食两种不同天象的原因.简单计算表明,当日食发生时的地月距离小于L_(月c)=3.746×10^8 m时,能观测到日全食;反之当地月距离大于L月c=3.746×10^8 m,看到的是日环食. 展开更多

关键词 日食 小孔成像 视张角 太阳直径 月球直径

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