在空气中声音传播的速度是每秒340米
教材评价: 你的耳朵有多灵敏萧山区宁围镇第一小学陈荣林《声音的传播》是教科版《科学》四上声音单元中的第五课。在这节课的"声音在不同物体中的传播"学习内容中这么一
个活动:准备一张铝箔,纵向折叠几次,做成挺直的铝箔尺;一根木制的米尺、棉线、尼龙绳等。这些材料的长度相同,比如都是 1 米长。预测一下, 声音能否通过铝箔、棉线、尼龙绳、木
制米尺等物体进行传播这些物体传播声音的能力一样吗声音通过哪种材料传播效果较好哪
种材料传播效果较差进行实验。注意每种材料的一端要分别与音叉连接,找一名同学在材料的另一端倾听。分别使振动的音叉通过铝箔、棉线、尼龙绳、木制米尺等物体。仔细倾听
和感受音叉的振动,比较这些物体传播声音的情况,并与我们的预测相对照。对于这个学生的探究活动的????行性、有效性我表示怀疑。我们都知道声音在空气中传播的速度是每秒340 米(每小时约1224 千米)。声音传播得如此之快,以至于在短距离内,声音对发出者与接受者
来说似乎是同时发生的。人们如果利用回声测定距离,因为人耳能分辨出原声与回声的时间
间隔要超过0.1 秒,所以在这个时候一般要求人距离被测量物体17 米以上。声音在空气中的传播速度是最慢的,在固体中的传播速度最快。教材探究活动中的材料都是固体,声音在它们中的传播速度远远大于在空气中的速度。利用回声测定尚且要17 米以上,那么在固体中传播,这个距离就应该远远大于17 米。但实际情况是怎样教材中讲"比如都是 1 米长",1 米长的传播距离让学生用耳朵去观察,可行吗他们的耳朵有这么灵敏吗这样的探究活动称得
上科学吗如果纯粹是让学生去感受体会一下,我想????是不可行的。声音在软木中的传播速
度大概是每秒500 米,在煤油中的传播速度是每秒1324 米,在蒸馏水中的传播速度是每秒1497 米, 在铝中的传播速度是每秒5000 米。假如我们把棉线相当于软木,尼龙绳相当于煤油,木尺相当于蒸馏水(实际声音在它们中的速度应该更快),那么在这个活动中声音的传播
时间分别只要0.002 秒、≈0.00076 秒、≈0.00067 秒、0.0002 秒,试问千分之 2 秒的差距普通人的耳朵能感受体会到吗"小学科学是以培养学生科学素养为宗旨的科学启蒙课程",学生科学素养的形成与科学的探究,科学的体验是分不开的。我想类似的科学活动对学生科学
素养的形成是毫无意义的。个人观点,不免偏颇,愿与大家共同讨论提高! 2009.3.9
空氣阻力實驗 [目的] 觀察物體在空氣中的運動，以決定空氣阻力與速度的關係。 [原理] 許多實驗顯示，空氣阻力與物體的運動方向相反，其大小與速度的關係可以表示如下： n KAV D =, (1) 其中D 是空氣阻力大小，A 是物體在運動方向上的有效截面積，V 是速度大小，K 是一常數(其數值大小取決於空氣的密度、溫度以及氣流等) ，n 是一由實驗決定的未知常數(其大小隨外在介質不同而改變)。我們將在本實驗測試並研究此一關係式。 從牛頓第二定律我們可以得到： ()a m mg KAV F n net -=-=, (2) 其中a 是物體加速度大小。因此, g m KAV a n +???? ??-= (3) 以上結果可以解讀如下：當一物體被釋放落下之初，其初速非常小，所以上式右邊第一項趨近於零，故加速度a 近似於重力加速度g ，g a ≈。但是隨著時間增加，此落體的速度增大，故空氣阻力隨之增加，而加速度a 減小。如果時間夠長，空氣阻力會增加到正好抵消作用在物體上的重力，因此加速度a 變成零。這時速度必然會是個常數－終端速度(terminal velocity)： n t KA mg V 1??? ??= (4) 本實驗將測試方程式(4) ，以決定最適當的n 值。我們將保持落體的形狀大小不變，以測量不同質量下之終端速度。因此在(4)中，不同質量的落體將對應到不同的終端速度。在我們的實驗室環境下，越小的終端速度越利於測量的準確性，因此我們採用咖啡濾紙。它們具備各項有利的條件(質量小、面積大)，因此終端速度將會很小。如果你認為在物理實驗中使用咖啡濾紙有些可笑和粗糙，別忘了它的原理和降落傘沒什麼差別。物體在流體介質中的運動是非常複雜的物理現象。
车辆空气动力学与车身造型 空气动力学（Aerodynamics）是研究物体在与周围空气作相对运动时两者之间相互作用力的关系及运动规律的科学，它属于流体力学的一个重要分支。长期以来，空气动力学成果的应用多侧重于航空及气象领域，特别是在航空领域内这门科学取得了巨大的进展，给汽车或路面车辆的空气动力学（Automotive Aerodynamics-Road Vehicle Aerodynamics）研究提供了借鉴。然而进一步的深入研究表明，汽车或车辆的空气动力学问题从理论到实际两方面都与航空等问题有本质的区别，汽车空气动力学已逐步发展成为了空气动力学的一个独立分支，在方程式赛车领域更是得到了极大的应用。下面就谈谈赛车中空气动力学的应用。 图1：行车阻力随车速的变化情况 我们从日常生活的经验知道，当风吹向一个物体时，就会产生作用在物体上的力。力的大小与风的方向和强弱有关。比如说轻风徐来，我们的感觉是轻柔舒适（力量很小）；飓风袭来，房倒屋塌，势不可挡（力量很大）。这说明当风速达到某种程度时，就不能忽视它的影响。对赛车来说，是车运动，大气可视为不动，相对运动的关系是一样的。一般大致在车速超过100公里/小时（km/h）时，气流对车辆产生的阻力就会超过车轮的滚动阻力。这时就必须考虑空气动力的影响。如图1所示。 其实气动力对赛车的影响，不只是行车阻力，还有对发动机的进、排气，车辆行驶的稳定性，过弯速度，以及刹车距离，甚至轮胎温度控制等等。 1．空气动力学的基本概念和基本方程 空气动力学，属流体力学的范畴，是研究以空气作介质的流场中，物体所受的力与流动特点的科学。赛车空气动力学属低速空气动力学。高速流和低速流在空气压缩性上有很大差别，通常用M数（也称为马赫）来划分。若定义流速V与大气中声音的传播速度a之比为M数，则M=V/a。大气中小扰动的传播速度是和声音的传播速度相同的，M=1后，会出现激波，气动特性发生很大变化。 一般M>>１为高超音速范围，主要是弹道导弹等的飞行；M>１为超音速，M在1.2-0.8左右为跨音速；M<0.8为亚音速范围，高速飞机的飞行跨越这三个范围。M<0.3是低速范围，汽车、滑翔伞，以及多种球类运动都属于这个范围。 空气的质量和粘性：当我们研究空气动力学时，必须要考虑空气的质量。按照牛顿第二定律F=ma，有了质量m，只要再有加速度a，就会产生力F。空气的质量密度r≈1.22千克/米3，即1立方米空气质量约1.22千克，约为水的1/800。同时空气还有粘性，它的粘性系数m为1.8*10-5牛秒/米2，约为水的1/55。
空气阻力 [编辑本段] 概述 空气阻力指空气对运动物体的阻碍力，是运动物体受到空气的弹力而产生的。 空气阻力是汽车在空气介质中行驶，汽车相对于空气运动时空气作用力在行驶方向形成的分力，空气阻力与汽车速度的平方成正比，车速越快阻力越大。如果空气阻力占汽车行驶阻力的比率很大，则会增加汽车燃油消耗量或严重影响汽车的动力性能。 在一级方程式赛车界中有这么一句话：“谁控制好空气，谁就能赢得比赛！”。追求最佳的空气动力是现代一级方程式赛车中最重要的部分之一。在时速达300km以上的赛车世界中，空气在很大程度上决定了赛车的速度。空气动力中，要考虑的要素简而言之有两点。1：减少空气阻力（drag）；2：增加把赛车下压的下压力（downf orce）。空气阻力越小赛车的速度越能越快，下压力越大赛车在弯道时的速度就越快。空气动力学简单说就是如何取决在某些时候这两个完全相反的力的最佳平衡。实际操作时要与环境因素造成的气流量的压强挂钩。否则你将区别不出什么是空气动力和空气阻力。 汽车、船舶、铁路机车等在运行时，由于前面的空气被压缩，两侧表面与空气的摩擦，以及尾部后面的空间成为部分真空，这些作用所引起的阻力。在逆风运行时，还要把风力附加在内。在现实生活中，自由落体也受空气阻力的影响，其速度，接触面积，空气密度等都会影响空气阻力的大小。英文为air resistance [编辑本段] 空气阻力构成 摩擦阻力：指空气粘度在车身表面产生的切向力在行驶方向的分力；该力仅占空气阻力总额的9％，在航空和航天中其作为重点考虑对象，在地面一般车辆中可予以忽略。 压力阻力：指汽车外表面大气作用的法向压力在行驶方向的分力；根据阻力源的不同，压力阻力又分为：形状阻力、干扰阻力、内循环阻力及诱导阻力。
在空气中声音传播的速度是每秒340米 教材评价: 你的耳朵有多灵敏萧山区宁围镇第一小学陈荣林《声音的传播》是教科版《科学》四上声音单元中的第五课。在这节课的"声音在不同物体中的传播"学习内容中这么一个活动:准备一张铝箔,纵向折叠几次,做成挺直的铝箔尺;一根木制的米尺、棉线、尼龙绳等。这些材料的长度相同,比如都是 1 米长。预测一下, 声音能否通过铝箔、棉线、尼龙绳、木制米尺等物体进行传播这些物体传播声音的能力一样吗声音通过哪种材料传播效果较好哪种材料传播效果较差进行实验。注意每种材料的一端要分别与音叉连接,找一名同学在材料的另一端倾听。分别使振动的音叉通过铝箔、棉线、尼龙绳、木制米尺等物体。仔细倾听和感受音叉的振动,比较这些物体传播声音的情况,并与我们的预测相对照。对于这个学生的探究活动的????行性、有效性我表示怀疑。我们都知道声音在空气中传播的速度是每秒340 米(每小时约1224 千米)。声音传播得如此之快,以至于在短距离内,声音对发出者与接受者来说似乎是同时发生的。人们如果利用回声测定距离,因为人耳能分辨出原声与回声的时间间隔要超过0.1 秒,所以在这个时候一般要求人距离被测量物体17 米以上。声音在空气中的传播速度是最慢的,在固体中的传播速度最快。教材探究活动中的材料都是固体,声音在它们中的传播速度远远大于在空气中的速度。利用回声测定尚且要17 米以上,那么在固体中传播,这个距离就应该远远大于17 米。但实际情况是怎样教材中讲"比如都是1 米长",1 米长的传播距离让学生用耳朵去观察,可行吗他们的耳朵有这么灵敏吗这样的探究活动称得上科学吗如果纯粹是让学生去感受体会一下,我想????是不可行的。声音在软木中的传播速度大概是每秒500 米,在煤油中的传播速度是每秒1324 米,在蒸馏水中的传播速度是每秒1497 米, 在铝中的传播速度是每秒5000 米。假如我们把棉线相当于软木,尼龙绳相当于煤油,木尺相当于蒸馏水(实际声音在它们中的速度应该更快),那么在这个活动中声音的传播时间分别只要0.002 秒、≈0.00076 秒、≈0.00067 秒、0.0002 秒,试问千分之2 秒的差距普通人的耳朵能感受体会到吗"小学科学是以培养学生科学素养为宗旨的科学启蒙课程",学生科学素养的形成与科学的探究,科学的体验是分不开的。我想类似的科学活动对学生科学素养的形成是毫无意义的。个人观点,不免偏颇,愿与大家共同讨论提高! 2009.3.9
光的传播颜色 ●教学目标 一、知识目标 1.了解光源，知道光源大致分为自然光源和人造光源两类. 2.理解光沿直线传播及其应用. 3.了解光在真空和空气中的传播速度c=3×108 m/s. 4.了解色散现象.知道色光的三原色和颜料三原色是不同的. 二、能力目标 1.观察光在空气中和水中传播的实验现象，了解实验是研究物理问题的重要方法. 2.阅读“科学世界我们看到了古老的光”的内容，了解光可以反映宇宙的信息，感悟宇宙之宏大. 3.探究色光的混合与颜色的混合，获得有关的知识，体验探究的过程与方法. 三、德育目标 1.观察、实验以及探究的学习活动，培养学生尊重客观事实、实事求是的科学态度. 2.通过亲身的体验和感悟，使学生获得感性认识，为后继学习打基础. 3.通过探究性物理学习活动，使学生获得成功的愉悦，乐于参与物理学习活动. ●教学重点 光的直线传播. ●教学难点 用光的直线传播来解释简单的光现象. ●教学方法 探究法、实验法、观察法. ●教学用具 演示用：激光演示器、盛有水的水槽、手电筒、白炽台灯、棱镜、带狭缝的屏、白屏 学生用：两块带有小孔的硬纸板、彩色蜡笔、陀螺、水彩、毛笔、水、白纸. ●课时安排 1.5课时 ●教学过程 一、创设问题情境，引入新课 ［师］在生活中有很多奇妙的现象：如打雷时，雷声和闪电在同时同地发生，但为什么我们总是先看到闪电后听到雷声？人的影子为什么早晚长中午短呢？在开凿大山隧道时，工程师们用什么办法才能使掘进机沿直线前进呢？神话中传说王母娘娘拆散了牛郎和织女的幸福家庭，他们化作天上的两颗星，只能在每年农历七月初七渡过银河相会一次，他们能否每年相会一次呢？大家想知道上述问题的答案吗？ 学生异口同声地回答：想. 教师紧接着进入新课教学. 二、新课教学 （一）光源
光在大气中传播及应用 大气激光通信、探测等技术应用通常以大气为信道。光波在大气中传播时，大气气体分子及气溶胶的吸收和散射会引起的光束能量衰减，空气折射率不均匀会引起的光波振幅和相位起伏；当光波功率足够大、持续时间极短时，非线性效应也会影响光束的特性。 1.大气衰减 激光辐射在大气中传播时，部分光辐射能量被吸收而转变为其他形式的能量（如热能等）部分能量被散射而偏离原来的传播方向（即辐射能量空间重新分配）。吸收和散射的总效果使传输光辐射强度的衰减。 （1）大气分子吸收 大气分子在光波电场的作用下产生极化，并以入射光的频率作受迫振动。所以为了克服大气分子内部阻力要消耗能量，表现为大气分子的吸收。 分子的固有吸收频率由分子内部的运动形态决定。极性分子的内部运动一般有分子内电子运动、组成分子的原子振动以及分子绕其质量中心的转动组成。相应的共振吸收频率分别与光波的紫外和可见光、近红外和中红外以及远红外区相对应。因此，分子的吸收特性强烈的依赖于光波的频率。 大气中N2、O2分子虽然含量最多（约90%），但它们在可见光和红外区几乎不表现吸收，对远红外和微波段才呈现出很大的吸收。因此，在可见光和近红外区，一般不考虑其吸收作用。 大气中除包含上述分子外，还包含有He，Ar，Xe，O3，Ne等，这些分子在可见光和近红外有可观的吸收谱线，但因它们在大气中的含量甚微，一般也不考虑其吸收作用。只是在高空处，其余衰减因素都已很弱，才考虑它们吸收作用。 H2O和CO2分子，特别是H2O分子在近红外区有宽广的振动-转动及纯振动结构，因此是可见光和近红外区最重要的吸收分子，是晴天大气光学衰减的主要因素，它们的一些主要吸收谱线的中心波长如表2-1所示。 表1中对某些特定的波长，大气呈现出极为强烈的吸收，光波几乎无法通过。根据大气的这种选择吸收特性，一般把近红外区分成八个区段，将透过率较高的波段称为“大气窗口”。在这些窗口之内，大气分子呈现弱吸收。目前常用的激光波长都处于这些窗口之内。
课题5 有空气阻力时的重力加速度测定 （本课题适用于高一物理必修课） 机型： TI —83Plus 图形计算器 其它器材准备： CBR 测距仪、专用联接线。排球。 教学过程： 由自由落体知识可得g=2h/t 2，而用CBR （测距仪）可以方便地测量h 和t 。问题是实际的落体运动都有空气阻力的影响，如何解决这一问题？ 一、有空气阻力下的（排球）竖直上抛运动 1．上升过程（如右上图）：设物体质量为m ，空气阻力为f 1，加速度为大小a 1。 由牛顿第二定律 mg + f 1=ma 1 （1） 2．下降过程（如右下图）：设空气阻力为f 2，加速度为大小a 2。同 理 mg - f 2=ma 2 （2） 3．在要求不高的情况下，我们可以认为上升与下降过程中的f 1= f 2， 则由式（1）+（2）得 2 2 1a a g += （3） 如果我们想更精确地测定重力加速度，必须考虑空气阻力与哪些因 数有关系。 二、空气阻力与哪些因数有关？ 1．可能与物体形状、大小、表面粗糙程度，物体的运动速度以及空气密度等有关。 除了速度外，其它因素我们可以控制在物体上、下运动中保持不变。由于速度的变化，f 1、f 2是变力，一般情况是不相同的。 2．在低速情况下，设空气阻力与速度大小成正比。既f=kv 。则公式（1）（2）改为： mg ＋kv 1=ma 1 （4） mg －kv 2=ma 2 （5） 显然，我们只要测定上、下过程中速度大小相等时的加速度大小a 1、a 2，代入公式（3）即可求出重力加速度大小。 1 v 1 a 1 2 v 2 a 2
3．为了减少CBR 中测得的加速度的偶然误差，可选择排球上、下过程中速度—时间图象上速度变化相同（ΔV=V 2—V 1）的两段线段，作函数拟合，求出平均值1a 、2a 。则 2 2 1a a g += （6） 三、实验过程 1.开机方法： ①用专用接线连接TI —83Plus 和CBR 。 TI —83Plus 电源。 Applications 界面（见图1）。 CBR/CBL 功能（见图2）。 CBR/CBL 主菜单（见图3）。 2.CBR 参数设定： ①在CBR/CBL 的主菜单上，按数字键RANGER 测距仪（见图4）。 MAIN MENU 测距仪主菜单（见图5）。 SETUP ，启动工作设定菜单MAIN MENU （见图6）。 REALTIME NO 到TIME(S)，用数字键设定时间为2—3DISPLAY 项按 图1 图2 图3 图4 图5 图6
数据缺失情况下的空气流动速度估计算法 陈 诚，陶建武，曾 宾 （空军航空大学飞行器控制系，吉林长春１３００２２） 摘 要： 本文研究了在输出数据缺失的情况下空气流动速度（简称空速）估计问题．根据声波在气流中传播原 理，给出了声矢量传感器线性阵列的输出模型．基于各个传感器输出信号幅值的差异，提出了两种空速估计算法，并给出了随机扰动补偿方法．在此基础上，针对阵列输出数据缺失的情况，提出了输出数据相关矩阵重构方法．此方法能够减少数据缺失对估计算法性能的影响，使得在某些传感器失效的情况下，估计算法仍能正常工作．仿真实验表明：在系统存在随机扰动时，两种算法具有较好的估计性能；在输出数据缺失情况下，经过对输出数据相关矩阵的重新构造，两种算法仍能保持较好的估计性能． 关键词： 阵列信号处理；空气流动速度估计；数据缺失；声矢量传感器 中图分类号： ＴＨ０６；Ｖ２１９ 文献标识码： Ａ 文章编号： ０３７２－２１１２（２０１４）０３－０４９１－０７电子学报ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｊｏｕｒｎａｌ．ｏｒｇ．ｃｎ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０３７２－２１１２．２０１４．０３．０１１ ＥｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆＡｉｒｓｐｅｅｄｉｎＣａｓｅｏｆＭｉｓｓｉｎｇＤａｔａ ＣＨＥＮＣｈｅｎｇ，ＴＡＯＪｉａｎ－ｗｕ，ＺＥＮＧＢｉｎ （ＦｌｉｇｈｔＶｅｈｉｃｌｅＣｏｎｔｒｏｌＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ＡｉｒＦｏｒｃｅＡｖｉａｔｉｏｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ，Ｊｉｌｉｎ１３００２２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅａｉｒｓｐｅｅｄｅｓｔｉｍａｔｅｐｒｏｂｌｅｍｉｎｃａｓｅｏｆｍｉｓｓｉｎｇｄａｔａｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆａｃｏｕｓｔｉｃｗａｖｅｉｎａｉｒｃｕｒｒｅｎｔ，ｔｈｅｏｕｔｐｕｔｍｏｄｅｌｏｆａｎａｃｏｕｓｔｉｃｖｅｃｔｏｒａｒｒａｙｉｓｇｉｖｅｎ．Ｔｗｏａｉｒｓｐｅｅｄｅｓｔｉｍａｔｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｏｕｔｐｕｔｓｉｇｎａｌｉｎａｍｐｌｉｔｕｄｅｏｆｅａｃｈｓｅｎｓｏｒ，ａｎｄａｍｅｔｈｏｄｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇｒａｎｄｏｍｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｉｓｇｉｖｅｎ．Ｉｎｃａｓｅｏｆｍｉｓｓｉｎｇａｒｒａｙ’ｓｏｕｔｐｕｔｄａｔａ，ａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｆｏｒｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｍａｔｒｉｘｏｆｏｕｔｐｕｔｄａｔａｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｕｓｉｎｇｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｍｉｓｓｉｎｇｄａｔａｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａｉｒｓｐｅｅｄｅｓｔｉｍａｔｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｃａｎｂｅｒｅｄｕｃｅｄ．Ｔｈｕｓ，ｔｈｅａｉｒｓｐｅｅｄｅｓｔｉ－ｍａｔｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｓａｒｅｓｔｉｌｌｖａｌｉｄｉｎｃａｓｅｔｈａｔｓｏｍｅｓｅｎｓｏｒｓｆａｉｌ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｗｏａｉｒｓｐｅｅｄｅｓｔｉｍａｔｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｈａｖｅｂｅｔｔｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｔｈｅｐｒｅｓｅｎｃｅｏｆｒａｎｄｏｍｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ．Ｂｙｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｍａｔｒｉｘｏｆｏｕｔｐｕｔｄａｔａ，ｔｗｏａｉｒｓｐｅｅｄｅｓｔｉｍａｔｅａｌｇｏ－ｒｉｔｈｍｓｃａｎｈｏｌｄｂｅｔｔｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｃａｓｅｏｆｍｉｓｓｉｎｇｄａｔａ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ａｒｒａｙｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ａｉｒｓｐｅｅｄｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ；ｄａｔａｍｉｓｓｉｎｇ；ａｃｏｕｓｔｉｃｖｅｃｔｏｒｓｅｎｓｏｒ １ 引言 随着航天航空技术的飞速发展，大气数据测量系统 越来越受重视；而以空速管形式实现的传统大气数据测量系统已经不适用于大马赫数，大攻角飞行条件的要求，而且一般存在安装、维护困难等问题．在这种背景下产生了嵌入式大气数据传感系统（ＦｌｕｓｈＡｉｒＤａｔａＳｅｎｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ，ＦＡＤＳ）［１，２］ ．与传统的大气数据测量系统相比，它在精度、可靠性上都有更大的优势．由于没有突出的空速管，飞机的隐身性能变得更好．目前在ＦＡＤＳ系统中，采用静压和动压测量模型测量大气数据，使用的空速估计算法有三点迭代法、加权最小二乘法、ＢＰ神经网络法等［３～５］．三点迭代法最为常用，精度较高，但其完全依赖 于系统的空气动力学模型，运算复杂；且测压孔的选择 对计算结果会产生很大的影响，甚至导致系统病态．加权最小二乘法较为简单，算法性能与测压孔的位置无关且失效处理也比较简单，但存在迭代发散问题．ＢＰ神经网络法，虽然实现了压力与大气参数的非线性映射，但需要大量的前期数据对网络进行训练．ＦＡＤＳ系统在计算飞机的空速时，需要的动压数据是由迭代算法得到的，而动压测量模型是非线性的，且计算过程中的校正参数需要通过风洞试验来标定． 声传感器或超声传感器作为常用的测量器件，广泛 地应用于各种运动物体的速度测量［６～８］ ．文献［６］利用声传感器提出了一个测量低空飞行飞机的速度和高度方法．文献［７］研究了测量流体速度的声相关测速理 收稿日期：２０１２－１１－１６；修回日期：２０１３－０７－０１；责任编辑：梅志强基金项目：国家自然科学基金（Ｎｏ．６１１７２１２６） 第３期２０１４年３月 电 子 学 报ＡＣＴＡＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＡＳＩＮＩＣＡ Ｖｏｌ．４２ Ｎｏ．３ Ｍａｒ． ２０１４
热点48 光在棱镜中的传播 高考真题 1. （2020年1月浙江选考）如图所示，波长为a λ和b λ的两种单色光射人三棱镜，经折射后射出两束单色光a 和b ，则这两束光 A.照射同一种金属均有光电子逸出，光电子最大初动能E Ka >E Kb B.射向同一双缝干涉装置，其干涉条纹间距a x ?>b x ? C.在水中的传播速度v a 高速列车空气阻力 [1]秦淼.高速列车空气动力学性能的研究[硕士论文].北京交通大学，2011,6 列车空气动力学性能 （1）气动阻力 列车运行时的表面压力和切应力沿列车运动反方向形成的合力，即列车空气压差阻力和列车空气摩擦阻力之和，称之为列车空气阻力F。也就是说列车空气阻力由列车空气摩擦阻力F shear 和列车气压差阻力F pressur 两部分组成，即： F=F shear +F pressur 当空气沿列车表面流动时，由于空气的粘性，在列车壁面将形成一层由流速为零并且沿着壁面法线迅速升高到与来流速度基本一致的流体层，称之为边界层，其厚度在驻点处为零，然后逐渐向下游增加。边界层内的气流，因眼厚度方向位置不同，其流速也迅速变化，各不同速度层间将产生切向力，从而形成列车表面的粘性切应力。列车运行时的粘性切应力沿列车运动反方向形成的合理，是阻挡列车运行的阻力，被称为列车空气摩擦阻力。 列车表面压力沿列车运动反方向形成的合力，也是阻挡列车运行的阻力，该阻力是由于各组成列车的车辆前后部压力差引起，被称为列车空气气压差阻力。 随着高速列车运行速度的提高，空气阻力越来越显著，研究结果表明，列车运行的空气阻力与运行速度的平方成正比，当传统列车速度为120km/h时，空气阻力约占总阻力的40％；当其速度为300km/h时，空气阻力可以达到总阻力的80%；当其速度为350km/h时，空气阻力可以达到总阻力的90%。 1、列车阻力计算公式 [1]姚拴宝，郭迪龙.高速列车气动阻力分布特性研究[J].铁道科学，2012,34（7） 对于列车阻力的研究，一直以来人们都沿用1926年发表的Dvise公式及后来的修正形式。这些公式的统一形式为 R=A+(B 1+B 2)V+CV 2 式中： R —为列车运动总阻力； V —为列车相对于静止空气的速度； A —为滚动机械阻力； B 1—为其他机械阻力，包括传递损耗和制动阻力； B 2—为空气动量阻力； CV 2代表的是空气阻力，与列车速度的平方成正比，系数C 可表达为： 2 1)(321S C C C C ρ++=式中： C 1—首车的空气动力学阻力系数； C 2—除了首车和尾车之外的列车的空气动力学阻力系数； C 3—尾车的空气动力学阻力系数； S —列车横截面面积，m 2； ρ—空气密度，kg/m 3。 通用型工业用空气速度／温度变送器／指示器 OMEGA FMA1000系列 ?可测量空气速度最高达60.9 m/sec (12,000 FPM) ?可测量空气温度高达121°C (250°F) ?高温型号可测量空气温度高达171°C (340°F) ?精度为满量程的1.5%（速度） ?精度为满量程的0.5%（温度） ?3种不同的传感器探头配置：带顶部安装的固定式探头、带背部直角安装的固定式探头或者带4.5 m (15in)电缆的远程探头 ?热线式空气速度传感器设计 ?250 msec响应时间，最多可编程为2秒 ?经济实惠的6（外径）x 305 mm（长）(?x 12")插入式探头设计 ?背光LCD可同时显示空气速度和空气温度 ?空气速度和空气温度能以不同工程单位显示 ?追踪最高和最低空气速度及空气温度 ?空气速度和温度的双线性模拟输出 ?高速和低速报警电压输出 ?USB PC接口，带基于Windows的PC软件 ?NEMA 4 (IP65)工业级外壳 FMA1000系列工业用空气速度／温度变送器／指示器在研发实验室、HVAC应用以及其它制造过程中测量和显示空气速度及空气温度。传感器设计基于三个RTD元件，一个RTD元件测量空气温度，另外两个通过测量在空气流冷却RTD传感器时该传感器的热量损失来测量空气速度。FMA1000系列提供许多标准功能，例如空气速度及温度的显示、对应于空气速度及温度的两个模拟输出、高电压和低电压报警输出、PC串行接口以及基于Windows?的PC应用软件等等。FMA1000可用不同工程单位显示空气速度，包括FPM、m/sec、英里/小时和公里/小时。空气温度以°C或°F显示。 光的传播（导学案） 一、学习目标： 1、明确什么是光源； 2：知道光在均匀介质中的传播特征，并能用其解释生活实例；（重点、难点） 3、知道光在真空中的传播速度； 二、预习检测（自学教材98---100页，完成下列填空与课本99页填空） 1、正在的物体叫光源，例如在太阳、月亮、蜡烛、白炽灯中，不是光源的是__________. 2、光在中是沿直线传播的，如等都是光沿直线传播形成的；光在真空中的传播速度是____km/s.在其他透明介质的传播速度____这个速度 3、闪电和雷声是同时发生的.我们先看到闪电，后听到雷声的原因是_________________. 4为了表示光的传播情况，通常用一条带箭头的直线表示光的和，这样的直线叫。 三、析疑解难 1、什么是光源，举出天然光源和人造光源的例子。 2、探究光的传播特征。（小组合作探究） 3、使用举例：生活中那些现象可用光的直线传播解释，试解释说明。 4、区分光和光线。 5、了解光速：记忆光在真空中的传播速度。 四、当堂检测 1、能够＿＿＿＿的物体叫光源。①太阳②月亮③星星④碎玻璃片⑤蜡烛的火焰⑥钻石萤火虫⑦小彩灯。上述物体中一定是光源的是＿＿＿＿＿＿，一定不是光源的是＿＿＿＿＿，可能是光源也可能不是光源的是＿＿＿＿＿＿ 2、太阳光照到月球上经过1.28s后反射到地面，则地球到月球间的距离为（） A、3.84×108m B、3.84×105m C、1.92×108m D、1.92×105m 3．1光年表示，是（选填）的单位。A．时间B．质量C．长度D．速度 4、下列现象不能用光沿直线传播解释的是 A.栽小树时用眼检查可栽成一条直线 B.日食现象 C.在岸边可看见水中的月亮 D.灯光下物体的影子 5、.晚上，人在马路上走过一盏路灯的过程中，其影子的长度变化情况是 空气阻力的计算 空气阻力的计算公式是什么？ 空气阻力Fw是空气对前进中的汽车形成的一种反向作用力，它的计算公式是：Fw=1/16·A·Cw·v2(kg) 其中：v为行车速度，单位：m／s；A为汽车横截面面积，单位：m2：Cw为风阻系数。 空气阻力跟速度成平方正比关系，也就是说：速度增加1倍，汽车受到的阻力会增加3倍。因此高速行车对空气阻力的影响非常明显，车速高，发动机就要将相当一部分的动力，或者说燃油能量用于克服空气阻力。换句话讲，空气阻力小不仅能节约燃油，在发动机功率相同的条件下，还能达到更高的车速。空气阻力的大小除了取决于车的速度外，还跟汽车的截面积A和风阻系数Cw有关。 风阻系数Cw是一个无单位的数值。它描述的是车身的形状。根据车的外形不同，Cw值一般在0．3(好)—0．6(差)之间。光滑的车身造型(最理想为水滴型)使气流流过车身后的速度变化小，不会形成旋涡，Cw值就低；相反，如果车身外形有棱有角又有缝，Cw值就高。一般赛车将车轮设计在车身之外，自成一体。理论上每一辆车的Cw可以在模型制作阶段测得，但准确的Cw值都必须在出了成品之后，通过做风洞实验来获得。 通过改善汽车的空气动力学性能，比如变化尾翼、底盘罩、前部进风口和轮毂帽，都能降低风阻系数。而降低车身高度，等于减小了截面积，或使车身更多地盖住轮子，也有利于降低空气阻力。 == 空气阻力. 空气阻力是与物体运动的速率成正比的,即：f=kv k是空气摩擦系数,和空气密度有关,在我们能找到的丢东西的地方,一般可以认为是一个常数. 当物体从空中开始下落的时候,v很小,f很小,mg>f,所以物体逐渐加速.随着速度 的增加,f增加,最终会达到mg=f的平衡点.此时,物体就开始了匀速下落.并且我们知道下落的速率便是v=mg/k在一般意义上我们说的重量,指的便是mg. 冬季奥林匹克运动会向我们展示了一幅幅完美的气体动力学画面。不管是速滑、雪橇还是跳台滑雪运动员，他们在风洞中的轮廓看上去都几近完美。由于百分之一秒就可能决定胜负，所以尽可能地减小风阻就是迫在眉睫的事情了。 一个移动物体所受的风阻取决于许多因素，例如它的速度，速度增加一倍，物体所受的阻力就会是原阻力的四倍。重要的还有风阻系数，通常它只取决于移动物体的形状。风阻系数缩写为“Cw”，是一个无单位的数。我们在汽车目录的参数一栏中也可以看到。一辆车（滑 【目的】 用停表计时在户外测定声速；练习使用停表；进一步掌握用数步法测量距离。 【器材】 停表2只，径赛用发令枪（或爆竹），皮卷尺（或米尺、标好刻度的长绳）等。 【步骤】 （1）三人为一组，在学校附近的马路或公路上选择400米左右的平直地段进行实验。两人在起点，其中一人用发令枪发送信号，另一人在发令时跟着启动手中的停表。还有一人位于终点，当听到发令枪声时立即启动手中的停表。然后把两只走动的停表交给发令者，由他同时按停停表，两表计时的读数差即为枪声的传播时间。三人轮换担任发令者，分别测出时间三次。 （2）三人各自用数步法测出两地之间的距离。可在轮换时，分别数出行走的步效，再乘以自己每走一步的平均跨距。 （3）每人把测出的数据分别填入上表，并用速度公式算出声速。然后，根据三次测得的时间和距离的数据，分别求出这两个量的平均值，再算一次声速，作为小组的实验结果。 【注意事项】 （1）两只停表应经过校准。为了比较客观地测量声音的传播时间，在终点的学生宜将眼睛闭起，只根据听声音启动停表。 （2）实验前，小组的每个人都应借助皮卷尺测出自己每走一步的平均跨距，而在实验中还应力求以相同的步伐行走。 （3）应在无风或风力小的情况下测定声速。测量的起点和终点也宜交换一次。在马路或公路上进行实验，还要注意交通安全。 【备注】 （1）两个启动停表的人也可同在终点。这时观察发烟信号的人宜将耳朵暂时堵塞。但由于路远，一般发烟信号不易看清。 （2）本实验是测量短时间与长距离的综合实验。要鼓励学生发挥主动性和创造精神。由于初次使用停表，各人的反应快慢又有差异，因而对于测定结果不宜作过高的要求，主要注重在思路和方法上的训练。 【想想议议】 （1）实验中产生误差的原因有哪些？根据自己的实践和体会，提出操作上的改进方案。 （2）怎样识别停表上的刻度值？用停表计时应注意什么？测量两地间的距离，还有哪些办法？怎样测量？ （3）在空旷处对着较远的高墙、山崖击掌或喊话，常能听到。一般在相距50米以上利用回声也可以较好地来测定声速。请你利用击掌产生的回声和手表计时设计一种测定声速的方案，并具体做一做（当年物理学家牛顿在英国剑桥三一学院就曾经做过利用回声测定声速的实验）。 空气阻力的计算公式是什么？ 空气阻力Fw是空气对前进中的汽车形成的一种反向作用力，它的计算公式是：Fw=1/16·A·Cw·v2(kg) 其中：v为行车速度，单位：m／s；A为汽车横截面面积，单位：m2：Cw为风阻系数。 空气阻力跟速度成平方正比关系，也就是说：速度增加1倍，汽车受到的阻力会增加3倍。因此高速行车对空气阻力的影响非常明显，车速高，发动机就要将相当一部分的动力，或者说燃油能量用于克服空气阻力。换句话讲，空气阻力小不仅能节约燃油，在发动机功率相同的条件下，还能达到更高的车速。空气阻力的大小除了取决于车的速度外，还跟汽车的截面积A和风阻系数Cw有关。 风阻系数Cw是一个无单位的数值。它描述的是车身的形状。根据车的外形不同，Cw值一般在0．3(好)—0．6(差)之间。光滑的车身造型(最理想为水滴型)使气流流过车身后的速度变化小，不会形成旋涡，Cw值就低；相反，如果车身外形有棱有角又有缝，Cw值就高。一般赛车将车轮设计在车身之外，自成一体。理论上每一辆车的Cw可以在模型制作阶段测得，但准确的Cw值都必须在出了成品之后，通过做风洞实验来获得。 通过改善汽车的空气动力学性能，比如变化尾翼、底盘罩、前部进风口和轮毂帽，都能降低风阻系数。而降低车身高度，等于减小了截面积，或使车身更多地盖住轮子，也有利于降低空气阻力。 == 空气阻力. 空气阻力是与物体运动的速率成正比的,即：f=kv k是空气摩擦系数,和空气密度有关,在我们能找到的丢东西的地方,一般可以认为是一个常数. 当物体从空中开始下落的时候,v很小,f很小,mg>f,所以物体逐渐加速.随着速度 的增加,f增加,最终会达到mg=f的平衡点.此时,物体就开始了匀速下落.并且我们知道下落的速率便是v=mg/k在一般意义上我们说的重量,指的便是mg. 冬季奥林匹克运动会向我们展示了一幅幅完美的气体动力学画面。不管是速滑、雪橇还是跳台滑雪运动员，他们在风洞中的轮廓看上去都几近完美。由于百分之一秒就可能决定胜负，所以尽可能地减小风阻就是迫在眉睫的事情了。 一个移动物体所受的风阻取决于许多因素，例如它的速度，速度增加一倍，物体所受的阻力就会是原阻力的四倍。重要的还有风阻系数，通常它只取决于移动物体的形状。风阻系数缩写为“Cw”，是一个无单位的数。我们在汽车目录的参数一栏中也可以看到。一辆车（滑冰运动员也是同样）的Cw值越小，它的流线型就越标准。小的Cw值在汽车驾驶中意味着低油耗，在体育运动中则意味着在同样的用力下能够达到更高的速度。Cw值可用传感器在风洞中进行测量。 影响空气滤清器进气阻力的因素 国防科技工业颗粒度一级计量站李刚 摘要：空气滤清器进气阻力是评定其性能优劣的一个重要指标，从其产品特征、试验参数、测试结果等方面进行了对比分析，总结了一些技术要点。本文归纳了其中的主要影响因素，讨论了阻力的变化规律。 关键词：过滤材料透气度厚度进气阻力 引言 在汽车的千千万万个零部件中，空气滤清器是一个极不起眼的部件，因为它不直接关系到汽车的技术性能，但在汽车的实际使用中，空气滤清器却对发动机的使用寿命起着决定性的作用。如果没有空气滤清器的过滤作用，发动机就会吸入大量含有尘埃、颗粒的空气，导致发动机气缸磨损严重。空气滤清器的进气阻力直接影响发动机的功率和经济性。现代汽车发动机的近期发展主要表现在高速化、轻量化、低污染，因此进气阻力的升高构成了发动机高速化的一大障碍。降低空气滤清器的进气阻力，可以明显降低燃油消耗率，提高发动机功率。目前，各国都在努力研究阻力更小、更经济实用的高效滤清器，以便产生更高的社会价值。 针对这种情况，本文就对空气滤清器的产品特征、试验参数、测试结果等方面进行了对比分析，总结了一些技术要点，归纳了其中的主要影响因素，讨论了阻力的变化规律。 分析 空气滤清器的进气阻力主要由两部分组成，即滤芯材料的阻力与空滤器的结构阻力之和。所以对于本文的空滤器而言，全阻力可表达为： ΔP＝ΔP1＋ΔP2（1）式中： ΔP1—滤材的阻力，Pa； ΔP2—空滤器的结构阻力，Pa； 下面分别介绍这两部分对其阻力产生的影响。 图1空气滤清器总成试验台示意图 1—灰尘喷射器；2—进口测压管；3—被试滤清器总成；4—出口测压管； 5—绝对滤清器；6—空气流量计；7—空气流量控制装置；8—抽气机；9—压差测量装置。 （一）滤芯材料 空气滤清器滤芯材料的种类繁多，其中最广泛应用的是树脂处理的微孔滤纸，这种滤纸经过树脂浸渍热固化处理，不但增强了滤纸本身的机械强度和挺度， 测量超声波在空气中的传播速度 【实验目的】 1. 学会使用共振干涉法和相位法测定超声波在空气中的传播速度。 2. 学会用逐差法进行数据处理。 3. 了解声速与气体参数的关系。 【实验原理】 由于超声波具有波长短，易于定向发射等优点，所以在超声波段进行声速测量是比较方便的。超声波的发射与接收一般是通过电磁振动与机械振动的相互转换来实现，最常见的是利用压电效应和磁致伸缩效应。 声波在空气中是以纵波传播的，其传播速度v和声源的振动频率f以及波长λ有如下关系： νf λ =( 1 ) 测出声波波长λ和声源的振动频率f就可以由式（1）求出声波的传播速度。声波频率f可通过频率计测得，本实验的主要任务是测出声波波长λ。 1.共振干涉法 实验装置如图 图1 共振干涉实验装置 图2 图中s1和s2为压电晶体换能器，s1作为声波源，它被振荡频率可以调节的低频信号发生器输出的电信号激励后，由于逆压电效应发生受迫振动，并向周围空气定向发出一近似平面声波；s2为超声波接收器，声波传至它的接收面上时，再被反射。当s1和s2的表面互相平行时，声波就在两个平面间反射，相互干涉。 经数学运算可知，在接收器s2表面，从振动位移来说是波节，从声压来说是波腹；在发射器s1表面，则情况较为复杂，其振幅与两个表面的间距有关，所以其振幅随s1和s2表面的间距L 而变，当 ?+=2 λn L ,n=0,1,2,3,....,λ≤?, 振幅为极大值，称为共振。这是接收器s2接收到的声压也是极大值，经接收器转换成的电信号也是极大值（参见图2）。 图中各极大值之间的距离均为λ/2,由于衍射和其他消耗，各极大值幅值随距离增大而逐渐减少。我们只要测出与各极大值对应的接收器s2的位置，就可以测出波长λ。 若用游标卡尺测出20个极大值的位置，并依次算出每经10个λ/2的距离： 2 10 111111λ =-=?-L L L , 210 212212λ =-=?-L L L , ............................................ 210 10201020λ =-=?-L L L 把等式两边各自相加，得 光的传播速度 真空中电磁波的传播速度。真空中电磁波的传播速度是一个重要的物理量，人们最初通过测量可见光的传播速度得到它的数值，因此称为光速。 目前，国际公认的真空中光速c 的数值为：с＝299792458米/秒。 17世纪前，天文学家和物理学家以为光速为无限大，宇宙中恒星的光都是瞬时到达地球的。意大利物理学家伽利略首先对上述论点提出怀疑，为了证明光速的有限性，他在1600年左右曾做过粗糙的实验，但未获得成功。 1676年，丹麦天文学家O ．C ．罗默利用观测木星第一个卫星的星食到达时间的变化，首次测量了光速。因为木星和地球的轨道运动周期不同，木星和地球两者之间的距离在不断变化，最大距离与最小距离之差等于地球轨道的直径。罗默发现星食变化周期为13个月，角度起伏约为20秒。这个周期正是地球从距离木星的一个最近位置运行到下一个最近位置的时间。从上述一个位置出发可以估计六个半月后地球到达与木星最远距离时发生星食的时间。罗默发现，在最远距离时比最近距离处星食发生的时间延迟了22分钟，他认为这是因为光飞行需要有限速度引起的。但这个解释当时并未被人们接受。 1727年，英国天文学家J ．布拉得雷观测到光行差现 象，即星的表观位置在地球轨道速度方向上的位移。根据 光行差角α＝v /c (v 是地球轨道速度)，可以估算光速值， 这项独立观测使科学家确认了罗默当年所观测的木星卫 星食的延迟就是光速有限的有力论据。 1849年，法国物理学家菲索用齿轮法首次在地面实验 室中成功地进行了光速测量。他的实验装置如图所示。图 中光源S 发出的光束在半镀银的镜子G 上反射，经透镜 L 1聚焦到O 点，从O 点发出的光束再经透镜L 2变成平行 光束。经过8.633千米后通过透镜L 3会聚到镜子M 上， 再由M 返回原光路达G 后进入观测者的眼睛。置于O 点 的齿轮旋转时把光束切割成许多短脉冲，他用的齿轮有 720个齿，转速为25转／秒时达到最大光强，这相当于每 个光脉冲往返所需时间为1/18000秒，往返距离为17．34千米，由此可得с＝312000千米／秒。 1926年，美国实验物理学家迈克尔逊用旋转镜法改进了斐索实验，他用了一个八面体的转镜，测量的光速平均值为299796±4千米／秒。1929年，他又在真空中重复了上述实验，平均值为299774千米／秒。后来，有人用光电开关代替齿轮转动来改进斐索实验，称为克尔盒法。这种方法比旋转镜法的准确度 (10-5量级)又有所提高，达到了10-7量级。 1952年，英国实验物理学家K ．D ．弗罗姆用微波干涉仪法测量光速值，得到数值为 c ＝299792．50±0．10（千米/秒）。 1957年，国际无线电科学协会(URSI)、国际大地测量学和地球物理学协会(IUGG)分别推荐上述结果作为国际推荐值使用，一直沿用到1973年为止。 1972年，美国标准局的K ．M ．埃文森等人采用直接测量激光频率和真空波长值的方法，用两者的乘积得出真空中光速值，即c =f λ。他们建立了从铯频率基准经过一系列激光器直至由甲烷稳定的氦氖激光器的激光频率链，经过逐级倍频和差频的检测，最终测得甲烷谱线 v 3带P(7)支) 2(2F 分量的频率值为 f (CH 4)=88376181627±50（千赫）， 测量不确定度为±6×10-10;用干涉法测得甲烷谱线的真空波长值为 λ(CH 4)＝3392231．40×10-15(米)， 不确定度为±4×10-9。由此可得 с＝=299792458±1．2（米/秒）。 1973年召开的第 5届米定义咨询委员会和1975年召开的第15 届国际计量大会先后确认上述光速值高速列空气阻力
通用型工业用空气速度／温度变送器／指示器
光的传播导学案
空气阻力的计算
测定声音在空气中的传播速度
空气阻力的计算公式是什么
影响空气阻力因素
测量超声波在空气中的传播速度
光的传播速度
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