水循环的原理及其应用

小微专题

编写人：王海青

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小微专题（3）---水循环原理在防治城市内涝中的应用

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一、试题导入

雨水花园是自然形成的或人工挖掘的浅凹绿地，被用于汇聚并吸收来自屋顶或地面的雨水，并通过植物及各填充层的综合作用使渗漏的雨水得到净化。下图示意雨水花园结构。据此完成下列问题。

1．雨水花园主要影响的水循环环节是

A． 蒸发 B． 水汽输送 C． 降水 D． 径流

2．下列不是雨水花园功能的是

A． 能够有效地去除雨水污染物 B． 能够为昆虫与鸟类提供良好的栖息环境

C． 可以调节局地小气候 D． 增加地表径流量

【答案】DD

【解析】

1、雨水花园增加的雨水的下渗，减少了地表径流，增加了地下径流，影响了水循环的径流输送环节。选D正确。

2．雨水花园通过植被、土壤等截留能够有效地去除雨水污染物，A正确；增加了水域和绿地，能够为昆虫与鸟类提供良好的栖息环境，B正确；绿地和水域面积增加，可以调节局地小气候，C正确；减少了地表径流量，D错，故选D。

二、知识链接

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三、举一反三

2017年4月开始，海绵城市建设在我国有56个城市开始试点。海绵城市通过一系列的“绿色”措施滞水、蓄水、净水和排水，将有望缓解一系列城市问题。读海绵城市简图，完成下面小题。

1．海绵城市建设对水循环的影响是( )

A． 增加下渗量 B． 减少蒸发量 C． 增加地表径流 D． 减少地下径流

帕斯卡原理及其应用

 帕斯卡原理:

加在密闭液体上的压强，能够大小不变地被液体向各个方向传递，这个规律被称为帕斯卡原理。帕斯卡原理揭示了液体压强的传递规律，是许多液压系统和液压机工作的基础。如用于维修汽车的液压千斤顶 (如图)，汽车的液压刹车系统，铲车等部用了液压技术。

液压机的工作原理如图所示，两个活塞，与同一容器的液体相接触。施加于小活塞的压强被液体传递给大活塞，大活塞便可以产生一个与其表面面积成正比的力。

 帕斯卡:

帕斯卡发现了液体传递压强的基本规律，这就是著名的帕斯卡定律．所有的液压机械都是根据帕斯卡定律设计的，所以帕斯卡被称为“液压机之父”．

通过观察，帕斯卡设计了“帕斯卡球”实验，帕斯卡球是一个壁上有许多小孔的空心球，球上连接一个圆筒，筒里有可以移动的活塞．把水灌进球和筒里，向里压活塞，水便从各个小孔里喷射出来了，成了一支“多孔水枪” 帕斯卡球的实验证明，液体能够把它所受到的压强向各个方向．通过观察发现每个孔喷出去水的距离差不多，这说明，每个孔所受到的压强都相同。

在初中阶段，液体压强原理可表述为：“液体内部向各个方向都有压强，压强随液体深度的增加而增大，同种液体在同一深度的各处，各个方向的压强大小相等；不同的液体，在同一深度产生的压强大小与液体的密度有关，密度越大，液体的压强越大。”

特点：加在封闭液体上的压强能够大小不变地被液体向各个方向传递。同种液体在同一深度液体向各个方向的压强都相等。

裂桶实验：

帕斯卡在1648年表演了用一个著名的实验：他用一个密闭的装满水的桶，在桶盖上插入一根细长的管子，从楼房的阳台上向细管子里灌水。结果只到了几杯水，桶就裂了，桶里的水就从裂缝中流了出来。原来由于细管子的容积较小，几杯水灌进去，其深度h很大。一个容器里的液体，对容器底部(或侧壁)产生的压力远大于液体自身所受的重力。

光镊原理及其应用

摘 要：激光的发明使得光的力学效应走向了实际应用。本文介绍了光镊技术的基本原理及其在生物科学方面的一些应用。

关键词：光镊；光的力学效应；生物科学；应用

1 引 言

光镊是A. Ashkin[1]在关于光与微粒子相互作用实验的基础上于1986年发明的。光镊在问世之初被看作是微小宏观粒子的操控手段，并渐渐成了光的力学效应的研究和应用最活跃的领域之一。近20年来光镊技术的研究和应用得到了迅速的发展，特别是在生命科学领域，光镊已成为研究单个细胞和生物大分子行为不可或缺的有效工具。

2 基本原理

光镊的基本原理在于光与物质微粒之间的动量传递的力学效应。对于直径大于波长的米氏散射粒子来说，光镊的势阱原理可以用几何光学来解释[1~3]。如图1（a）所示。入射光线A将光子的动量以辐射压的形式作用于粒子小球，力的作用方向与光线入射方向相同。A经过若干反射、折射后，以光线A’出射。入射光线的辐射压减去出射光线的辐射压为粒子小球所受的净剩力FA。图1（b）为作用力简图，实际力的作用过程较此复杂，A’应为所有（包括反射光透射光）出射光线辐射压的合力，但结果与此相似，小球受轴向指向焦点的力。

对于直径小于激光波长的瑞利散射颗粒，适用于波动光学理论[1]和电磁模型。波动光学理论（也是光镊的基本理论）认为，在光轴方向有一对作用力：与入射光同向正比于光强的散射力和与光强梯度同向正比与强度梯度的梯度力。在折射率为nm的介质中，折射率为np的瑞利粒子所受的背离焦点的散射力为[1]

Fscat =nmPscat / c （1）

这里Pscat为被散射的光功率。或用光强I0和有效折射率m = np / nm表示为

（2）

对于极化率为α的球形瑞利粒子所受的指向焦点的梯度力为 （3）

这样，在焦点处形成势阱的标准为指向焦点的梯度力与背离焦点的散射力之比大于1，即两者的合力指向焦点，即有

示波器原理及其应用

示波器介绍

示波器的作用

示波器属于通用的仪器，任一个硬件工程师都应该了解示波器的工作原理并能够熟练使用示波器，掌握示波器是对每个硬件工程师的基本要求。

示波器是用来显示波形的仪器，显示的是信号电压随时间的变化。因此，示波器可以用来测量信号的频率，周期，信号的上升沿/下降沿，信号的过冲，信号的噪声，信号间的时序关系等等。

在示波器显示屏上，横坐标（X）代表时间，纵坐标（Y）代表电压，（注，如果示波器有测量电流的功能，纵坐标还代表电流。）还有就是比较少被关注的-亮度（Z），在TEK的DPO示波器中，亮度还表示了出现概率（它用16阶灰度来表示出现概率）。

1．1． 示波器的分类

示波器一般分为模拟示波器和数字示波器；在很多情况下，模拟示波器和数字示波器都可以用来测试，不过我们一般使用模拟示波器测试那些要求实时显示并且变化很快的信号，或者很复杂的信号。而使用数字示波器来显示周期性相对来说比较强的信号，另外由于是数字信号，数字示波器内置的CPU或者专门的数字信号处理器可以处理分析信号，并可以保存波形等，对分析处理有很大的方便。

1.2.1 模拟示波器

模拟示波器使用电子枪扫描示波器的屏幕，偏转电压使电子束从上到下均匀扫描，将波形显示到屏幕上，它的优点在于实时显示图像。

模拟示波器的原理框图如下：

见上图所示，被测试信号经过垂直系统处理（比如衰减或放大，即我们拧垂直按钮－volts/div），然后送到垂直偏转控制中去。而触发系统会根据触发设置情况，控制产生水平扫描电压（锯齿波），送到水平偏转控制中。

信号到达触发系统，开始或者触发“水平扫描”，水平扫描是一个是锯齿波，使亮点在水平方向扫描。触发水平系统产生一个水平时基，使亮点在一个精确的时间内从屏幕的左边扫描到右边。在快速扫描过程中，将会使亮点的运动看起来象一条平滑的曲线。而信号电压加到垂直偏转电压的电极上，效果也是产生了一个移动的亮点，电压为正将使点向上移动，电压为负则向下移动，水平偏转和垂直偏转电压配合在一起，就能够在屏幕上显示信号的波形。在比较高的速度上，亮点能够扫描过屏幕达50,0000次/秒，目前最好的通用示波器也不过每秒捕捉40,0000个波形，因此说模拟示波器比数字示波器的实时性要高，是有货真价实的。