边界对颗粒物质与探测棒间静摩擦力的影响
流道边界层附近颗粒运动规律仿真研究
拉强度与其交联密度成正比。
纳米氧化锌的加入加深了胶料的硫化程度，使得单位体积内交联点的数目增多，提升了胶料的交联密度，因此提高了胶料的抗拉强度。
抗拉强度/M P a图2 不同氧化锌胶料的抗拉强度2.3 胶料的摩擦系数图3为不同氧化锌胶料的摩擦系数。
由图3可见，添加纳米氧化锌胶料摩擦系数稳定值为0.57，而含普通氧化锌胶料的为0.66，纳米氧化锌的加入使得胶料摩擦系数下降了13.6%，添加纳米氧化锌胶料的摩擦磨损性能优异。
分析认为：纳米氧化锌由于粒径小，具有极高的活性，提高了胶料交联密度，使得承载外界机械载荷的有效分子链数目增多[5]，分子链不易被外界应力破坏，因此具有较佳的耐磨损性能。
摩擦系数时间/s图3 不同氧化锌NBR摩擦系数随时间变化曲线3 结论(1)与普通氧化锌胶料相比，丁腈橡胶氧化锌纳米复合材料具有更高的交联密度，抗拉强度提升了9.5%，摩擦系数下降了13.6%，表现出优异的力学性能与耐磨损性能。
(2)由于纳米氧化锌粒径小、活性大，使得其在硫磺硫化体系中的活化作用得到大大增强，硫化胶的使用性能得到全面改善。
(3)丁腈橡胶氧化锌纳米复合材料交联程度得到显著提高，致密的交联网络将有效抵御外界液体介质如原油等对胶料基体的溶胀，这在一定程度上将进一步提升原有丁腈橡胶的耐介质溶胀性能，拓宽了丁腈橡胶在石油化工领域中的应用范围。
参考文献：[1]王世杰，李勤.潜油螺杆泵采油技术及系统设计[M].北京：冶金工业出版社，2006.[2]唐黎明,王世杰,吕晓仁,等.硫化温度对丁腈橡胶力学及摩擦学性能的影响[J].润滑与密封,2017,42(4):70-73.[3]唐黎明,王世杰,吕晓仁，等.干摩擦条件下氧化锌对丁腈橡胶摩擦磨损行为的影响[J].高分子材料科学与工程，2016,32(11):98-101.[4]杨清芝.现代橡胶工艺学[M].北京:中国石化出版社,1997.[5]Majid Delpassand.Progressing cavity pump design optimization for abrasive applications[J].Journal of Petroleum Technology,1997，(7):731-732.流道边界层附近颗粒运动规律仿真研究彭阳生 胡艳娇 韦陈子炜 王真阳 冯莹(中国民航大学，机场学院， 300300)摘要：颗粒在湍流边界层中的运动和分布是典型的两相流问题，广泛存在于各种自然现象中和工程实际中，与运输和工业技术领域有广泛的联系，比如化学工程的流体输送等。
2023-2024学年广东省江门市创新班九年级(上)联考物理试卷(10月份)+答案解析
2023-2024学年广东省江门市创新班九年级（上）联考物理试卷（10月份）一、单选题：本大题共10小题，共30分。
1.如图所示是摄影爱好者捕捉到的“乌鸦骑乘老鹰”的精彩画面，下列能描述图中两者相对静止的成语是()A.分道扬镳B.背道而驰C.并驾齐驱D.各奔东西2.英国科学家切断番茄植株的茎，用人耳倾听没有引起任何听觉.但在靠近茎的切口处放置录音机录音，然后用超大音量、超低速度播放，居然能清晰地听到“尖叫”声。
这说明，番茄植株遭受伤害后，会发出()A.响度很大的次声B.响度很大的超声C.响度很小的次声D.响度很小的超声3.在一个密闭的屋子里，有人建议用正在工作的电冰箱降低室内平均温度，正确的做法是()A.打开电冰箱的门B.降低制冷温度后，再打开电冰箱的门C.升高制冷温度后，再打开电冰箱的门D.拔掉电源，打开电冰箱的门4.如图所示，取两个相同的验电器A和B，使A带负电，B不带电，用带有绝缘手柄的金属棒把A和B连接起来。
下列说法正确的是()A.金属棒中瞬间电流的方向从A流向B，B金属箔的张角增大B.B中负电荷通过金属棒流向A，B金属箔的张角减小C.A中正电荷通过金属棒流向B，同时B中负电荷通过金属棒流向AD.A中负电荷通过金属棒流向B，A金属箔的张角减小5.一艘科考船对某海域的海底形状利用声呐系统进行了测绘。
具体方法是：在经过该海域水平面等间距的A、B、C、D、E五个位置时，向海底定向发射超声波，测得回收信号的时间分别为、、、、。
根据时间，求出海底与海平面的距离，就可以绘出海底的大致形状，则该海域海底的大致形状如图中的()A. B. C. D.6.根据表格中的数据，下列说法中正确的是()物质铝铁铜水煤油密度比热容A.将质量和温度都相等的铜块和铝块放在同一冰面上，铜块熔化的冰会更多一些B.用同样的酒精灯给质量相等、初温相同的水和煤油加热相同的时间后，发现水中的温度计示数较高C.初温、质量相同的铁和铜，吸收相同的热量后互相接触，内能从铜转移到铁D.加热质量相同的铜和铝，其吸收热量与升高温度的关系图像如图所示，其中图线a表示的是铜7.如图，体积相同的两个物体A、B用不可伸长细线系住，放入水中后，A刚好完全浸没入水中，细线被拉直。
静态堆积颗粒中的力链分布
, 都说明力链受局部应力扰动后的重构规
律强烈地依赖于边界条件 . 颗粒物质表现出来的这 些性质都是软凝聚态物质的基本特征.
21 以力链为核心的多尺度力学
力链具有大于单个颗粒粒径、 小于颗粒体系的 尺寸 , 它不仅与颗粒材料的内禀性能( 如杨氏弹性模 量、 泊松比和表面摩擦系数等) 有关, 而且又受颗粒 体系边界条件、 初始条件和外载荷的影响 . 因此 , 对 颗粒物质的研究涉及多个物理层次结构和机制 , 必 然是多尺度力学问题 : 微观尺度的单颗粒、 细观尺度 的力链和宏观尺度的颗粒体系 , 而细观尺度力链结 构的形成及演变规律则是颗粒物质多尺度力学研究 的核心. 颗粒物质显示出许多独特的静力和动力特 [ 9, 10] 性, 为现有力学和物理理论所不能描述 , 其根源 就是我们目前对细观尺度力链结构及其复杂力学行 为不清晰造成的 . 颗粒介质研究的三个尺度 , 各自有特定的研究 内容 ( 图 2) . 微观尺度研究的关键是颗粒接触力学 理论, 现已比较成熟 . 比如法向接触力理论, 在不计 表面能时可采用线性胡克 定律或 3 P 2 幂次的 Hertz 接触 力 定 律 . 在 考 虑 表 面 能 时 可 采 用 Johnson Kendall Roberts ( JKR) 理 论 和 Derjagin -Muller -Toropov ( DMT) 理论 , JKR 理论适用于大粒径、 高黏附能的软 材料, DMT 理论则适用于小粒径、 低黏附能的坚硬
[ 10]
( 1)
其中 R 和 E 分别为当量半径和杨氏模量当量 , 1P R 1P E
* *
以单个沙粒与边壁的动态接触为例, 计算发
[ 18]
= 1 PR 1 + 1 PR 2 , = ( 1- M 1 )P E1 + ( 1 - M 2)P E 2.
双铁块约束的2纳米颗粒(金刚石和二氧化硅)摩擦学性能的分子动力学模拟
双铁块约束的2纳米颗粒（金刚石和二氧化硅）摩擦学性能的分子动力学模拟关键词：金刚石纳米颗粒二氧化硅纳米颗粒分子动力学摩擦学行为摘要通过分子动力学模拟对金刚石和二氧化硅（SiO 2）纳米粒子的摩擦学行为进行了检查；四例模拟。
在低速和低负载下，纳米颗粒把两个块彼此分离，并起着球轴承的作用。
由于行动的纳米颗粒，塑料变形，温度分布，和摩擦力均得到改善。
然而，当负载增大时，变形，进而引起滚动效应的损失，会产生纳米SiO 2颗粒的破碎。
没有纳米粒子，传输层在高速和低负载形成。
这2纳米颗粒提供了一定时间的支撑。
然而，在高的速度和高负载，在一个短的滑动时间内这些纳米粒子的支持效果变遗失。
引言添加纳米颗粒大小为1～120纳米的润滑油作为减摩抗磨添加剂在最近几年已收到显着的注意。
实验结果表明，各种纳米粒子如金属，金属氧化物，硫化物，非金属和稀土可以提高减摩抗磨性能的润滑油。
然而，这些纳米粒子的润滑机制仍不能被完全理解。
这些润滑机制目前主要通过实验方法研究。
事实上，研究人员已经提出了几种机制，这些机制是基于扫描电子显微镜图像和能量色散谱谱的磨损表面的分析。
这些机制包括：（一）（a）滚动摩擦（b）第三体材料（c）表面保护膜和（d）自修复效应。
然而，这些机制是揣摩性的，即，仅仅根据实验结果，但缺乏理论支持与直接证据。
表示，一般试验中的润滑状态是边界润滑，薄膜润滑，和弹流润滑。
此外，纳米粒子的润滑机理随着润滑状态的变化而变化。
还有关于导致减摩抗磨纳米润滑表面的主导机制没有达成共识。
例如，ghaednia和杰克逊是不确定是否纳米粒子，可以转动可以起到纳米球轴承的作用，可能会引起磨粒磨损，或在粗糙的顶部形成tribolayers。
周和李质疑是否真的是纳米金刚石颗粒真的会表现出滚珠轴承的作用。
这些问题是不容易解决的实验。
因此，对于他们的决心，额外的研究方法是必不可少的。
对于纳米摩擦学行为的实验研究，分子动力学模拟方法一般是认为是一个非常有用的补充工具。
高考研究(五) 动力学中的临界问题
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动力学中的临界问题
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1 发生的位移为 s＝ a(t0＋t2)2 2 木板的速度为 v 板＝a2t0－a3t2 1 2 1 2 发生的位移为 s 板＝ a2t0＋a2t0t2－ a3t2 2 2 木板刚好从物块下抽出时应 v有 板＝v 且 s 板－s＝L 联立并代入数值得 t2＝1.2 s， a2＝3 m/s2， F＝10 N。 [答案] (1)F>4 N (2)10 N
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(2) 当 A、 B 速 度 相 等 时 ，若 B 恰好到 A 的右 侧末端，则可保证不会滑出， 设经过时间 t，A、B 的速度相等，则有： v0－aBt＝aAt 1 2 1 2 根据位移关系得： v0t－ aBt － aAt ＝l 2 2 代入数据解得： t＝ 1 s ，v0＝5 m / s 所以初速度应小于等于 5 m /， s即 v0≤5 m /。 s
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由题意可知 d＝x1＋x2④ mA＋mBgs i nθ 由①②④解 得 ： d＝ 。 k [答案] mA＋mBgs i nθ k mAgs i n θ ＋ mBgs i n θ
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|相互接触的物体分离问题
两个物体相互接触，随着物体受力情 题型 况 的 变 化 ， 物 体 之 间 的 弹 力 随 之 发 生 简述 变 化 ， 物 体 之 间 弹 力 减 小 到 零 是 物 体 恰好分离的临界状态。
(完整版)纳米材料四大效应及相关解释
纳米材料四大效应及相关解释四大效应基本释义及内容：量子尺寸效应：是指当粒子尺寸下降到某一数值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级或者能隙变宽的现象。
当能级的变化程度大于热能、光能、电磁能的变化时，导致了纳米微粒磁、光、声、热、电及超导特性与常规材料有显著的不同。
小尺寸效应：当颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的物理性质的变化称为小尺寸效应。
对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生如下一系列新奇的性质。
表面效应：球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积/体积）与直径成反比。
随着颗粒直径的变小，比表面积将会显著地增加，颗粒表面原子数相对增多，从而使这些表面原子具有很高的活性且极不稳定，致使颗粒表现出不一样的特性，这就是表面效应。
宏观量子隧道效应：当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。
近年来，人们发现一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等亦有隧道效应，称为宏观的量子隧道效应。
四大效应相关解释及应用：表面效应球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积(表面积/体积)与直径成反比。
随着颗粒直径的变小比表面积将会显著地增加。
例如粒径为10nm时，比表面积为90m2/g；粒径为5nm时，比表面积为180m2/g；粒径下降到2nm时，比表面积猛增到450m2/g。
粒子直径减小到纳米级，不仅引起表面原子数的迅速增加，而且纳米粒子的表面积、表面能都会迅速增加。
这主要是因为处于表面的原子数较多，表面原子的晶场环境和结合能与内部原子不同所引起的。
表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性质，易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很大的化学活性，晶体微粒化伴有这种活性表面原子的增多，其表面能大大增加。
2020版新教材高中物理第3章必备考点素养评价含解析鲁教版必修2201911011104
必备考点素养评价素养一物理观念考点圆周运动的临界极值问题1.临界状态:当物体从某种特性变化为另一种特性时发生质的飞跃的转折状态,通常叫作临界态,出现临界态时,既可以理解为“恰好出现”,也可理解为“恰好不出现”。
2.常见的临界态种类:(1)轻绳类:轻绳拴小球在竖直面内做圆周运动,过最高点时临界速度为v=,此时轻绳拉力为0。
(2)轻杆类:小球过最高点的临界条件v=0。
(3)汽车过拱形桥,如图所示,当压力为零时,即mg-m=0,v=是汽车正常过拱形桥的临界速度,v<是汽车安全过拱形桥的条件。
(4)摩擦力提供向心力:物体随水平转盘一起转动,汽车在水平路面上转弯(如图所示),当静摩擦力达到最大时,物体的速度也达到最大,由F m=m得v m=,这就是物体以半径r做圆周运动的临界速度。
3.临界的关键词转化:学业评价1.(水平2)如图所示,半径为r的圆筒,绕竖直中心轴OO′旋转,小物块a靠在圆筒的内壁上,它与圆筒内壁间的动摩擦因数为μ,最大静摩擦力与滑动摩擦力相同,现要使a不下落,则圆筒转动的角速度ω至少为( )A. B. C. D.【解析】选D。
对物块受力分析知F f=mg,F N=mω2r,又由于F f≤μF N,所以解这三个方程得角速度ω至少为,D选项正确。
2.(水平4)(多选)如图所示,在水平转台上放一个质量M=2 kg 的木块,它与转台间最大静摩擦力F fmax=6.0 N,绳的一端系在木块上,穿过转台的中心孔O(孔光滑,忽略小滑轮的影响),另一端悬挂一个质量m=1.0 kg 的物体,当转台以角速度ω=5 rad/s匀速转动时,木块相对转台静止,则木块到O点的距离可能是(g取10 m/s2,M、m均视为质点) ( )A.0.04 mB.0.08 mC.0.16 mD.0.32 m【解析】选B、C、D。
当M有远离轴心运动的趋势时,有:mg+F fmax=Mω2r max当M有靠近轴心运动的趋势时,有:mg-F fmax=Mω2r min解得:r max=0.32 m,r min=0.08 m即0.08 m≤r≤0.32 m。
边界摩擦
• 集中供油装置 a) 简单的少数点位集中供油 b) 设备中心、车间及工厂级集中供油 泵站+(稳压+冷却)+过滤+分配器+工位润滑
手动润滑泵
电动润滑泵
§4—4 流体润滑简介
1、流体动力润滑
液体动力润滑 、气体动力润滑
两个作相对运动物体的摩擦表面，借助于相对速度而产生 的粘性流体膜而完全隔开，而由流体膜产生的压力来平衡 外载荷，称为流体动力润滑。
在载荷的作用下，边界膜互相接触，
横向剪切力比较弱，这种摩擦状态称
为边界摩擦。
边界膜
ｆ＝0.01～0.1
物理吸附膜如图 常温、轻载、低速
化学吸附膜
中等载荷、速度和温度
化学反应膜
重载、高速和高温
(a)
边界膜强度:合理选择润滑副材料和 润滑剂,降低表面粗糙度值,润滑剂中
加油性和极压添加剂
(b)
判断摩擦状态：
类（L） 品种（AN）数字（46)
注:
内燃机油和齿轮油是按100摄氏度运动粘度 划分的，其它润滑油是按40摄氏度的划分 的
四、固体润滑剂
•用途：真空、辐射、重载等恶劣环境； •种类：MoS2，PTFE，石墨，氟化石墨， WS2、
纳米材料 •应用方法：涂镀，沉积，粘贴，嵌入，添加剂
五、添加剂
API质量等级分类，
汽油机油分为SA、SB、SC、SD、SE、 SF、SG
柴油机油分为：CA、CB、CD、CE、CF 加W的是冬季油，不加的是夏季油
例如:
5W/30是冬夏通用油 5—牌号（运动粘度 ） 5W/30 意思代表既能满足冬季用5号油，又 能满足夏季30号油的场合的多级油
颗粒物质表面摩擦性质研究
山西大学学报(自然科学版)31(4):543～546,2008Journal of Shanxi U niversity(N at.Sci.Ed.) 文章编号:025322395(2008)0420543204颗粒物质表面摩擦性质研究①张忠政,胡 林,刘艳辉,曲东升,李霖渊,白光富,汤 燕(贵州省光电子技术与应用重点实验室,贵州大学理学院物理系,贵州贵阳550025)摘 要:颗粒物质的摩擦性质与普通的固态物质有很大的区别.通过两颗粒层表面间的相互摩擦实验发现:(1)表面粘有固定颗粒的滑块与离散颗粒层表面发生相对运动时,最大静摩擦力随颗粒层中颗粒尺寸的增大而减小;(2)滑块受到的滑动摩擦力与颗粒层数有关,颗粒层数小于三层时,滑块受到的滑动摩擦力随颗粒层数增加而增加,当颗粒层数大于等于三层时,滑块受到的滑动摩擦力不再增加.通过拟合得到最大摩擦力F与尺寸R满足F=A+B exp(-R C)关系.关键词:颗粒物质;颗粒界面;滑动摩擦力中图分类号:O313.5 文献标识码:A0 引言颗粒物质[1-3]的概念是1991年诺贝尔奖获得者法国科学家D e Gennes提出的.颗粒物质一般是指颗粒尺度范围在1Λm～104m之间的大量离散颗粒的聚集体系.对于尺度在1Λm以上的宏观物体,经典力学给出了描述单个物体运动状态的精确解.然而,大量颗粒组成的体系具有其独特而又奇异的现象和性质.例如:堆放在水平地面的沙砾堆,其底部中央所受的压力最小——压力凹陷效应[4];在粮仓中添加谷粒时,粮仓底部的压力会随着堆积高度的增加而出现压力饱和——粮仓效应;运输坚果时,由于车辆的振动,车上装载的坚果大的全部跑到表面,小的沉到底部,出现所谓“巴西坚果效应”[5]等等.人们在研究静态颗粒体系时发现颗粒物质表现出的很多性质与其内部应力的分布有着密切的联系.应用光弹物质进行实验研究发现,颗粒物质内部的应力分布呈网状非均匀分布[6].Hovath[7]等人把一根圆棒插入颗粒中,通过测量拉出圆棒所需的力来测量颗粒的摩擦力,发现棒受到的最大静摩擦力随堆积密度C呈指数增长:F(C)=ke C C3.胡林[8,9]等人通过提拉颗粒中的圆棒,测量了颗粒填充高度为0.05m～1.0m范围下,最大静摩擦力F随颗粒堆积高度h的变化关系,结果表明:当h很小时,F近似与D h2成正比;而当h很大时,F近似与D h成正比,间接证明了粮仓效应.S.N asuno等人[10]研究了滑块在颗粒表面做剪切运动时,颗粒内部出现的局部重组现象,发现在低速剪切情况下,滑块会交替出现粘滞与滑动现象(简称粘滑现象).杜学能[11]等人的实验也观测到探测棒在颗粒物质中穿行时(竖直方向剪切),滑动摩擦力存在周期性滑阻现象.那么,颗粒表面受到水平方向剪切时,产生的粘滑现象与颗粒尺寸、颗粒层数关系如何?剪切速率与滑块受到的滑动摩擦力是否有关?滑块的重量与运动阻力以及颗粒排列结构变化之间的关系如何?我们针对以上问题开展了实验研究,试图从实验结果深入理解颗粒层内部的结构重组机制与相关因数之间的关系.1 实验装置与方法实验装置如图1(P544)所示:一钢板片固定在一灵敏度为0.001kg的传感器上面,传感器与电动平移①收稿日期:2007212211 基金项目:国际合作项目(20072400112);贵州省省长基金(2006215);组织部高层次人才特助基金(2006008) 作者简介:张忠政(19822),男,山东枣庄人,硕士研究生,研究方向:颗粒物质.图1 实验装置F ig .1 Experi m ent equi pm ents台刚性连接.测量时,将底部粘有颗粒珠的滑块轻轻放置于颗粒层表面上(颗粒层是由经过标准筛筛选过的颗粒组成的,其尺寸范围是平均值±0.1mm ,文中所标颗粒直径均为其平均值),水平位移系统带动传感器以设定的速率运动,通过钢板片推动滑块(滑块长为103mm ,宽为51.5mm ,滑块下表面粘有直径为0.4mm 的颗粒)移动,传感器将钢板片感受到的力转换成电信号,经A D 转换器输入到电脑,电脑自动采集和存储数据,并在电脑屏幕上绘出受力曲线.实验时,把颗粒洗净,烘干.保持实验室内的温度和湿度,以保证颗粒干燥.取十次重复测量数据的平均值作为图4中的实验数据点.2 实验结果图2 单次实验曲线F ig .2 Experi m ent line fo r one ti m e 2.1 摩擦力与颗粒直径的关系图2是滑块在直径为1.3mm 的颗粒层上以0.306mm s速率滑动时,滑块受到的摩擦力与滑动位移的关系曲线.可以看出,滑块在颗粒表面上滑动时受到的滑动摩擦力随某一平均值上下波动.为了测量滑块在不同尺寸颗粒层上运动受到的最大静摩擦力,改用弹性系数较小(k =41.15N m )的钢片进行实验.固定在滑块上面的颗粒尺寸不变,改变颗粒层中颗粒尺寸,实验结果如图3所示.滑快受到的摩擦力在数据采集的开始阶段随着滑动时间线性增加,达到某一定值后突然改变变化趋势.原因是:数据采集的初始阶段,滑块并没有发生移动,传感器测到的是钢片的弹性形变.一旦滑块开始滑动瞬间,对应于曲线上的突变段,即最大静摩擦力,之后的滑动时间对应滑动静摩擦力.实验还表明,摩擦力随颗粒尺寸增大而减小;大颗粒对应的曲线波动较明显.分别测出不同尺寸颗粒层与滑块之间的最大静摩擦力,分析它们随颗粒尺寸变化关系如图4.从图中可以看出,滑块在颗粒层上运动时受到的最大静摩擦力随颗粒尺寸增大而减小,用o rigin 软件对曲线进行拟合满足以下关系:F =A +B exp (-d C ).即F 是颗粒直径d 的函数,A ,B ,C 是拟合参数分别为:A =(0.180±0.008)N ,B =(0.192±0.008)N ,C =(0.9±0.1)mm.图3 滑块在五层颗粒表面上运动受力与颗粒尺寸的关系F ig .3 R elati onsh i p betw een the fricti on and radius w h ilethe cover p late is moving on the five 2layergranvlar 图4 最大静摩擦力与颗粒直径的关系F ig .4 R elati onsh i p betw een the m axi m um sliding recti on and the radius of granular445山西大学学报(自然科学版) 31(4) 2008 2.2 滑动摩擦力与颗粒层数的关系滑块上固定的颗粒直径0.4mm ,颗粒层的颗粒直径为1.3mm ,改变颗粒层的层数实验曲线如图5所示.可以看出:(1)当滑块下面只有一层颗粒时,滑块受到的摩擦力较小而且存在较小的上下振荡;当有颗粒为两层时,摩擦力均值比只有一层颗粒时大,而且曲线上下振荡的振幅增加;当颗粒层为三层时,摩擦力均值比一层、两层时都大,曲线上下振荡的现象不明显.(2)颗粒层数超过三层时,滑块受到的摩擦力与三层的均值基本一致,即摩擦力均值不在随颗粒层数增加而继续增大.通过分析以上实验现象,我们认为原因可能分别是:只有一层颗粒,滑块在其上水平运动时,颗粒层表面颗粒受滑块剪切产生滚动摩擦,部分颗粒会产生滚动重排,表现为摩擦力出现上下波动.当颗粒层为2层时,除了滚动还有表面层颗粒向下层的移动,对底层颗粒造成挤压,由于作用力与反作用力关系,滑块底部受到来自底层的支撑力增大,导致受力曲线振动幅度增大.当颗粒层增加到三层以后,由于颗粒物质独特的力网结构特性,剪切应力和挤压应力,作用到网状结构的各个方向上,当滑块沿水平方向运动时,一方面受到来自各个方向的反作用力,另一方面紧靠滑块的颗粒受粘滞力作用被推到滑块前端,成为前进方向的阻力(实验观察到滑块前端有颗粒的堆积),导致平均摩擦力增大,因此,平均摩擦力的涨落现象被淹没.同时,滑块质量与颗粒层总质量之比达到某一临界值时,滑块受到的摩擦力与颗粒层数无关.图5 不同颗粒层上滑块的滑动摩擦力F ig .5 Sliding fricti on exerted on the cover p late on different granular layers3 结果与讨论滑块底部颗粒与颗粒层之间的接触类似齿轮之间的相互咬合,除了表面或界面的摩擦以外,还要考虑上下层颗粒之间的相互咬合作用,因此,界面间的相互作用比单纯固体滑块在颗粒层上滑动受到的摩擦力复杂.正是由于这种变化的相互作用,当颗粒层的颗粒尺寸相对与固定在滑块底部颗粒尺寸的比值约等于1时,滑块与颗粒层之间接触紧密,故摩擦力大;当颗粒层的颗粒尺寸与滑块底部颗粒尺寸的比值大于1时,摩擦力随滑块底部颗粒尺寸增大而减小;假设颗粒层中的颗粒尺寸无限增大时,就相当于滑块在一平板上运动,于是,摩擦力趋于固体界面之间的摩擦力.另外,由于颗粒层中的颗粒是离散的,当颗粒层只有一层时,离散的颗粒受剪切时很容易发生滚动,这时滑块与颗粒层的摩擦近似为滚动摩擦,摩擦力很小.当颗粒层有两层颗粒时,上层颗粒的滚动要受到下层颗粒的约束阻碍,摩擦力增大.同时,滑块运动时颗粒容易发生排列重组,因此,滑块受到的摩擦力出现准周期振荡,其原因正是颗粒物质的滑阻性质所致[11].当滑块在三层以上颗粒层表面上滑动时,一方面滑块受到来自颗粒物质中各个方向上的应力阻碍,另一方面,滑块移动过程中前端逐渐形成颗粒的堆积,滑块运动阻力增大.图5中的实验现象还表明,当颗粒层数超过三层时,滑块受到的摩擦力与第三层时基本没有变化.这意味着,对于确定质量和表面粗糙的滑块,当直径为1.3mm 颗粒层数达到三层时,滑块底部及下延周围颗粒对滑块的阻力已经达到饱和,即滑块对颗粒层的扰动只影响到上面的三层,三层以下颗粒结构基本不受其影响.自然现象中,一个确定质量(重量)和结构大小的雪橇在雪地上运动时,它的加速度(摩擦力的函数)基本545 张忠政等:颗粒物质表面摩擦性质研究645山西大学学报(自然科学版) 31(4) 2008 不受积雪深度的影响,其物理原因与我们实验结果吻合.参考文献:[1] 陆坤权,刘寄星.颗粒物质(上)[J].物理,2004,33(9):6252635.[2] 陆坤权,刘寄星.颗粒物质(下)[J].物理,2004,33(10):7132721.[3] 肖文波,胡 林.颗粒物质的两个典型效应及其研究现状的分析[J].物理实验,2004,24(3):44246.[4] VAN EL L,HOW ELL D,CLA R K D.M emo ries in Sand:Experi m ental T ests of Constructi on H isto ry on Stress D istrib2uti ons under Sandp iles[J].P hy s R ev E,1999,60:R5040.[5] HON G D C,QU I NN P V.R everse B razilN ut P roblem:Competiti on betw een Perco lati on and Condensati on[J].P hy s R evlett,2001,86:3423.[6] W IT TM ER J P,CLAUD I N P,CA T ESM E,et al.A n Exp lanati on fo r the Central StressM ini m um in Sandp iles[J].N at2u re,1996,25(7):3822385.[7] HORVA TH V K,JANO S I IM,V ELLA P J.A nom alous D ensity D ependence of Static F ricti on in Sand[J].P hy s R ev E,1996,54:2005[8] 胡 林,杨 平,等.颗粒物质中圆棒受到的静摩擦力[J].物理学报,2003,52(4):8792882.[9] 肖文波,胡 林,等.颗粒物质中滑动摩擦力的变化规律[J].应用力学学报,2005,22(4):6432646.[10] NA SUNO S,KUDROLL I A,GOLLUB J P.F ricti on in Granular L ayers:H ysteresis and P recurso rs[J].P hy s R ev L ett,1997,79(5):9492952.[11] 杜学能,胡 林,等.颗粒物质内部滑动摩擦力的非线性振动现象[J].物理学报,2006,55(12):648826493.Fr ictiona l Property on the Granular M a ter i a ls SurfaceZHAN G Zhong2zheng,HU L in,L I U Yan2hu i,QU Dong2sheng,L IL in2yuan,BA I Guang2fu,TAN G Yan (Gu iz hou P rov incial L aboratory f or P hotoelectric T echnology and A pp lication&D ep art m ent of P hy sics,Gu iz hou U niversity,Gu iy ang550025,Ch ina)Abstract:T he fricti on characteristics of granu lar m aterial are differen t from that of o rdinary so lid m atter.B y investigating the fricti on betw een tw o granu lar layers,w e find:1)w hen the cover p late on w h ich granu lar is stuck slides on the discrete granu lar layer relatively,the m ax i m um fricti on reduces w ith the radiu s of granu lar increasing;2)the fricti on exerted on the cover layer relates to the discrete granu lar layers.It is increase w ith the layer num ber increasing,w hen the num ber of discrete granu lar layer is less than th ree.N o sign ifican t change happ en s to the fricti on,w hen the num ber of discrete granu lar layer is increased to th ree o r m o re than th ree.B y fitting,the relati on betw een F and R obeys th is equati on F=A+ B exp(-R C).Key words:granu lar m aterial;granu lar layer;sliding fricti on。
边界条件对二维斜面颗粒流颗粒分布的影响.
边界条件对二维斜面颗粒流颗粒分布的影响*周英鲍德松张训生雷哲民胡国琦唐孝威（浙江大学物理系杭州310027）摘要实验研究了粗糙边界条件、不同通道宽度以及不同斜面倾斜角下二维颗粒流的颗粒分布，发现颗粒流在稀疏流状态下尽管在现象上表现出类似流体的性质，但由于颗粒流系统的能量耗散,所以颗粒流的速度和密度分布和牛顿流体完全不同，颗粒流在通道中的分布既受通道宽度的影响同时也受重力场的影响，颗粒在通道中以通道中轴线呈对称分布，通道两侧的颗粒密度明显高于通道中间，由于通道中颗粒受剪切力的作用，导致颗粒在通道中的密度分布的变化，通道边界粗糙度明显影响着颗粒流横向分布。
关键词：二维颗粒流；颗粒物质；稀疏流PACC：4630P；4610；8220M1、引言最近几年来已经有许多关于颗粒流运动规律研究的报道，目的是研究影响颗粒流运动状态的主要因素[1-7]，陈唯等人[1]研究了电场作用下管流从稀疏流到密集流的转变。
徐光磊等人[2]的实验分析了斜面上二维颗粒流发生稀疏流到密集流的突变的临界开口D c与初始流量和通道宽度的关系。
鲍德松等人[3]分析了二维传送带上圆片颗粒运动与开口大小及传送带速度的关系，结果表明存在导致传送带上圆片颗粒运动发生变化的临界速度。
在J.C.Tasi等人[4]对斜槽中颗粒流的研究中，通过改变通道出口的大小，颗粒在斜槽上的流动存在均匀密度流（Uniform Dense Flow）、两相流（Two Phase Flow）和加速气态流（Accelerating Gaseous Flow）三种不同的状态，无论是均匀密度流还是两相流，颗粒流动状态都与通道宽度有关，通道边界粗糙度对颗粒流动有明显影响。
另外，Savage[5]认为：颗粒流存在两种极限流动状态,一种是类似于流体的稀疏颗粒流,这类颗粒流颗粒之间的相互作用主要是颗粒之间的相互碰撞,而另一种是准静态颗粒流, 颗粒之间的相互作用则主要表现为摩擦相互作用,但在大部分情况下两种状态将共处于同一颗粒系统中，对于二维垂直通道颗粒流颗粒流的横向速度涨落与通道宽度有关。
筒仓静态储粮的边界压力及仓壁摩擦力试验研究
第34卷第13期农业工程学报V ol.34 No.13 296 2018年7月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jul. 2018筒仓静态储粮的边界压力及仓壁摩擦力试验研究韩阳，李东桥，陈家豪，静行，段君峰（河南工业大学土木建筑学院，郑州450001）摘要：为了研究筒仓散装粮堆的边界压力和仓壁摩擦力的分布规律，研制了模型筒仓试验装置，基于仓体的微缝分离设计，实现各分离仓体受力的独立测量。
以小麦为例，通过实测，发现不同装粮高度下，粮堆底部压力沿径向呈现不均匀分布特征，其不均匀分布程度随装粮高度逐渐增加；当装粮高度大于筒仓直径后，仓壁侧压力开始逐渐小于Janssen公式计算结果；而仓壁摩擦力在整个粮堆深度范围内均小于Janssen公式计算结果。
试验表明，仓壁实测摩擦力与侧压力之比小于小麦与仓壁的摩擦系数，且随粮堆深度的增加不断变化，表明静态储粮下储料与仓壁边界之间尚未达到极限平衡状态；侧压力系数接近主动态，且小于主动土压力系数。
研究结果可为散体物料压力理论提供参考。
关键词：筒仓；试验；压力；侧压力；竖向压力；摩擦力doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.13.036中图分类号：TS210 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2018)-13-0296-07韩 阳，李东桥，陈家豪，静 行，段君峰. 筒仓静态储粮的边界压力及仓壁摩擦力试验研究[J]. 农业工程学报，2018，34(13)：296－302. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.13.036 Han Yang, Li Dongqiao, Chen Jiahao, Jing Hang, Duan Junfeng. Experimental study on boundary pressure and wall friction under static grain storage in silo[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(13): 296－302. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.13.036 0 引 言粮食等散体物料具有复杂的力学特性。
流体静力学中的边界层效应
流体静力学中的边界层效应1. 引言边界层是流体静力学中一个重要的概念，描述了在流体与固体或两种不同流体接触的界面附近的特殊流动行为。
边界层效应是指由于边界层的存在，流体静力学性质在接近边界处呈现出明显的变化和非线性特征。
本文将对流体静力学中的边界层效应进行介绍和分析。
2. 边界层理论边界层理论是研究边界层效应的基础。
它最早由德国物理学家朗肯提出，后经过多位科学家的研究和发展逐渐成熟。
边界层理论主要包括边界层的形成原因、边界层的结构和边界层的运动规律等内容。
2.1 边界层的形成原因边界层的形成原因主要与两种流体的黏性有关。
当黏性流体接触非黏性固体时，由于流体颗粒与固体表面之间存在黏性阻力，流体的速度会逐渐减小，流体静力压力逐渐增大，形成了一个趋于静止的流动层，即边界层。
2.2 边界层的结构边界层的结构包括无黏性子层、缓冲层和定量层三个部分。
无黏性子层是边界层最靠近固体表面的一层，其速度接近固体表面的速度且忽略黏性效应。
缓冲层是紧邻无黏性子层的一段区域，其中速度从无黏性子层的速度逐渐增加到整个边界层的速度。
2.3 边界层的运动规律边界层的运动规律可以通过动量传输和能量传输两种方式来描述。
动量传输是指边界层内由于黏性效应而导致的速度变化和压力分布，能量传输是指边界层内热力学性质的变化。
3. 边界层效应的影响边界层效应对流体静力学的影响非常显著，主要体现在以下几个方面。
3.1 流体阻力增加由于边界层的存在，流体在沿固体表面的流动时会受到黏性阻力的影响，从而导致流体阻力的增加。
这是由于边界层内流体速度变化导致黏性损耗和能量传输的结果。
3.2 动量和能量传输的非线性边界层内的动量传输和能量传输往往呈现出非线性的特征。
当流体速度较小时，边界层的黏性效应和压力梯度对动量传输和能量传输的影响较小，但当流体速度较大时，这些效应将变得非常显著。
3.3 温度和浓度的变化边界层的存在还会导致流体静力学特性的变化，例如温度和浓度的分布。
3dec动力问题的边界条件
3dec动力问题的边界条件【原创实用版】目录1.3dec 动力问题的边界条件概述2.边界条件的分类3.边界条件的应用实例4.边界条件的重要性5.总结正文一、3dec 动力问题的边界条件概述3dec 动力问题是指在三维空间中的一个物体，受到外力作用而产生的运动问题。
在解决这类问题时，我们需要考虑物体在不同方向上的速度、加速度以及受力情况。
而边界条件，就是指在物体运动过程中，由于受到某些限制而产生的条件。
这些条件可以帮助我们更好地确定物体的运动轨迹，从而更准确地解决问题。
二、边界条件的分类在 3dec 动力问题中，边界条件可以分为以下几类：1.固定边界条件：物体在一定方向上的位置是固定的，不会发生变化。
例如，一个物体在竖直方向上受到固定边界条件的限制，那么它在竖直方向上的位置将保持不变。
2.滑动边界条件：物体在一定方向上的位置可以发生变化，但是其速度是有限的。
例如，一个物体在水平面上受到滑动边界条件的限制，那么它在水平方向上的速度将受到限制。
3.弹性边界条件：物体在一定方向上的位置可以发生变化，但是其速度受到一定的限制。
例如，一个物体在弹簧上受到弹性边界条件的限制，那么它在弹簧方向上的速度将受到限制。
三、边界条件的应用实例在 3dec 动力问题的求解过程中，边界条件起着至关重要的作用。
下面我们通过一个实例来说明边界条件的应用。
假设有一个小球在竖直平面内运动，受到重力和弹簧弹力的作用。
在竖直方向上，小球受到固定边界条件的限制，即在竖直方向上的位置不变。
在水平方向上，小球受到滑动边界条件的限制，即水平方向上的速度有限。
根据这些边界条件，我们可以求解出小球的运动轨迹。
四、边界条件的重要性在 3dec 动力问题的求解过程中，边界条件对于问题的解决具有重要意义。
合理的边界条件能够帮助我们更好地确定物体的运动轨迹，从而提高问题求解的准确性。
同时，边界条件还能够帮助我们更好地理解物体在现实世界中的运动规律。
五、总结3dec 动力问题的边界条件是解决问题的关键因素之一，合理的边界条件能够帮助我们更好地确定物体的运动轨迹，从而提高问题求解的准确性。
超导材料的边界效应与超导性能关联性研究
超导材料的边界效应与超导性能关联性研究引言超导材料是一类具有零电阻和完全磁场排斥的特殊材料，其在电力输送、磁共振成像等领域有着广泛的应用。
然而，超导材料的性能往往受到边界效应的影响，这给超导性能的稳定性和提高带来了挑战。
因此，研究超导材料的边界效应与超导性能之间的关联性，对于优化超导材料的性能具有重要意义。
一、边界效应对超导性能的影响1.1 边界效应的概念和分类边界效应是指超导材料与其他材料或环境之间的交界面对超导性能的影响。
根据边界效应的性质和来源，可以将其分为界面效应、尺寸效应和表面效应。
1.2 界面效应对超导性能的影响界面效应是指超导材料与其他材料之间的交界面对超导性能的影响。
例如，当超导材料与晶格匹配不良的材料相接触时，界面处会形成局域的电子态，导致超导电流的散射和损耗，从而降低超导性能。
1.3 尺寸效应对超导性能的影响尺寸效应是指超导材料的尺寸对其超导性能的影响。
当超导材料的尺寸减小到纳米级别时，由于量子尺寸效应的出现，超导性能可能会发生变化。
例如，纳米尺寸的超导材料可能会出现局域态和界面态的增加，从而导致超导电流的散射和损耗增加，降低超导性能。
1.4 表面效应对超导性能的影响表面效应是指超导材料的表面对其超导性能的影响。
由于表面的原子结构与体内的原子结构不同，表面处的电子态可能会发生变化，导致超导电流的散射和损耗增加，从而降低超导性能。
二、超导材料的边界效应与超导性能关联性研究方法2.1 实验方法研究超导材料的边界效应与超导性能关联性的常用实验方法包括扫描隧道显微镜（STM）、透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）等表面形貌和结构表征技术，以及电阻、磁化率等超导性能测试技术。
2.2 理论模拟方法除了实验方法外，理论模拟方法也是研究超导材料的边界效应与超导性能关联性的重要手段。
通过建立合适的模型和方程，可以模拟边界效应对超导性能的影响，从而揭示其内在机制。
三、超导材料的边界效应与超导性能关联性研究进展3.1 界面效应与超导性能关联性研究进展近年来，研究人员通过界面工程的方法，成功地改善了超导材料的界面效应，提高了超导性能。
近场动力学 边界 移动
近场动力学边界移动简介近场动力学是指研究物体表面或界面附近的动力学行为。
在材料科学、物理化学等领域中，近场动力学对于理解和控制材料的性能具有重要意义。
边界移动是指物体表面或界面上的原子、分子或离子在特定条件下发生的移动。
本文将全面探讨近场动力学和边界移动的相关内容。
近场动力学原理1. 表面扩散表面扩散是指物体表面的原子、分子或离子发生自由扩散的现象。
在近场动力学中，表面扩散起着至关重要的作用。
表面扩散的机理可以通过表面的活化能、温度和表面吸附物的种类等因素来描述。
2. 界面扩散界面扩散是指两个不同材料之间的原子、分子或离子发生扩散的现象。
界面扩散常见于材料接合、涂层技术等领域。
在近场动力学中，界面扩散的速率和机理对于材料界面的稳定性和性能有着重要影响。
3. 表面反应表面反应是指物体表面的原子、分子或离子与周围环境中的化学物质发生反应的过程。
表面反应是近场动力学中的重要研究对象，它可以改变物体表面的化学性质和形态。
4. 边界运动边界运动是指物体表面或界面上的原子、分子或离子在外界作用下发生形态变化的现象。
边界运动常见于晶体生长、相变等过程中。
通过研究边界运动的机理和规律，可以优化材料的生长过程和界面结构。
边界移动的影响因素边界移动的速率和方式受多种因素的影响。
以下是一些常见的影响因素：1. 温度温度是影响边界移动速率的重要因素。
通常情况下，随着温度的升高，边界移动速率也会增加。
这是由于高温下原子、分子或离子的热运动更加剧烈，扩散速度加快。
2. 应力应力是另一个重要的影响因素。
应力可以通过改变边界移动的活化能来调控边界移动速率。
在某些情况下，适当的应力可以促进边界移动，从而改善材料的性能。
3. 化学环境化学环境也对边界移动产生影响。
不同的化学物质会改变材料表面或界面的能量状态，从而影响边界移动的速率和方式。
4. 表面形貌材料表面的形貌对边界移动有重要影响。
微观的表面形貌可以影响局部温度和应力分布，从而调控边界移动的发生。
高温合金钢的相间边界行为对力学性能的影响分析
高温合金钢的相间边界行为对力学性能的影响分析高温合金钢是一种常用于航空航天和能源行业的重要材料，其具有在高温和高压环境下具有良好的力学性能和耐腐蚀性能的特点。
然而，高温合金钢在使用过程中可能会遇到相间边界行为的问题，这会对其力学性能产生一定的影响。
相间边界行为是指在高温合金钢材料中，晶界与相间边界之间的相互作用与变化。
相间边界主要由晶界和间隙相组成，晶界是晶体内部不同晶粒之间的界面，而间隙相则是在晶界中形成的具有不同化学组成的区域。
在高温合金钢中，相间边界的形态、分布和化学成分都会对材料的力学性能产生显著影响。
首先，相间边界行为可以影响高温合金钢的强度和塑性。
研究表明，相间边界的存在会导致材料的强度下降，尤其是在高温环境下。
这是因为相间边界中的间隙相通常具有较低的韧性和强度，容易成为材料的脆性破坏的起始点。
此外，相间边界还会导致晶界的偏析和分布不均匀，从而影响材料的塑性变形能力。
其次，相间边界行为还可以影响高温合金钢的抗蠕变性能。
高温合金钢在高温和高应力下可能会发生蠕变现象，即材料在持续受力下的塑性变形。
相间边界的存在会改变材料的晶界扩散和晶界滑移行为，进而影响材料的蠕变行为。
研究发现，相间边界的位置和分布会影响晶界的扩散速率和晶界位错的运动性质，从而改变材料的蠕变速率和蠕变寿命。
此外，相间边界行为还可能影响高温合金钢的疲劳寿命和断裂韧性。
相间边界的存在会导致材料的疲劳裂纹在晶界和间隙相之间传播，从而加速材料的疲劳失效。
此外，当材料受到外界应力作用时，相间边界的存在会导致应力集中，从而降低材料的断裂韧性。
针对相间边界行为对高温合金钢力学性能的影响，可以采取一些措施来改善材料的性能。
首先，可以通过优化材料的合金配方和热处理工艺来控制相间边界的形态和分布。
可以通过合理选择合金元素和添加适量的合金元素来改变相间边界的化学成分和结构，从而提高材料的力学性能。
此外，合理的热处理工艺也可以改变相间边界的形态和分布，从而使材料具有更好的力学性能。
探测棒在湿颗粒堆中的最大静摩擦力
式 中 Ｄ 是 圆棒 直 径 ， 是 颗粒 与 棒 的摩 擦 系数 ， ａ 是 棒受 到 的正 压力 的最 大值 ， 唯象 系 数 ， 是 ｈ是 颗 粒 的填 充高 度 。 孔维 姝ｎ 等 实验 研究 了颗粒 堆 中部 的竖直探 测 棒被 提拉 时 受 到 的最 大 静 摩 擦 力 ， 究 研 发现 ： 当筒仓 半径 Ｒ＜ ０ ０ 时 ， 大 静摩 擦力 Ｆ ． ４ｍ 最
虽 然 Ｈｅｍｉｇ ａ ｓ１ 对 湿 颗粒 体 系进 行 了一 定 的 ｒ ｎ ｈｕｌ ＿
中， 当颗粒 高度 足够高 时 ， 部压 力不 随高 度增加 而 底 趋 于饱 和 。Ｂ ｉ ｏ 口 ｒ ｃｅ 等 提 出 ｐ ｗｅ— ｌ概 念 并 指 ｓ ｏ ｒ ｌ ｗａ
出： 粉末 墙接 触 的相 互作 用 力 不 遵从 一般 的摩 擦 规 律 ， 些 情 况 下 ， 擦 力 直 接 与 接 触 面 成 正 比。 某 摩 Ｈｏ ｖ ｔｌ 等 用 实验研 究 了 圆棒 在 疏 松 沙 子 中提 升 ｒａｈ】 时受 到的力 与沙 子 填充 高 度 及 堆 积 密度 的关 系 ： 在
随 筒径 Ｒ 的增 加 而减少 ， Ｒ＞ ０ ０ 时 ， 当 ． ４ｍ Ｆ几 乎
态 性质 ｌ 、 动行 为 ］ 流动 特性 － １ 振 ］ 、
等均 表 现
出不 同于 固、 、 态物 质 的奇特 现象 和独 特 的运 动 液 气 规 律 。 由于对 颗粒 物质 运动 规律 的理解 具有 重要 科
有重 要影 响 。 关 键 词 ： 粒 物 质 ； 摩 擦 力 ； 桥 力 颗 静 液 中 图 分 类 号 ：６ ０ ，５ ７ ４ ３ Ｐ ０ ４ 文 献标 志 码 ： Ａ
湘潭大学低维习题解答答案
表面效应:是指纳米超微粒子的表面原子数与总原子数之比随着纳米粒子尺寸的减小而大幅度地增加，粒子的表面能及表面张力也随着增加，从而引起纳米粒子性能的变化。
纳米粒子的表面原子所处的晶体场环境及结合能与内部原子有所不同，存在许多悬空键，并具有不饱和性，因而极易与其他原子相结合而趋于稳定，所以具有很高的化学活性。
小尺寸效应:当纳米粒子的尺寸与光波波长，德布罗意波长，超导态的相干长度或与磁场穿透深度相当或更小时，晶体周期性边界条件将被破坏，晶态纳米微粒的颗粒表面层附近的原子密度减小，导致声、光、电、磁、热力学等特性出现新的尺度效应。
量子尺寸效应: 当纳米粒子的尺寸下降到某一值时，金属粒子费米面附近电子能级由准连续变为离散能级；并且纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据的分子轨道能级和最低未被占据的分子轨道能级，使得能隙变宽。
宏观量子隧道效应: 隧道效应是基本的量子现象之一，即当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。
近年来，人们发现一些宏观量如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量及电荷也具有隧道效应，他们可以穿越宏观系统的势阱而产生变化，故称之为宏观量子隧道效应。
量子限域效应：激子的振子强度、激子带的吸收系数随粒径下降而增加，即激子出现增强吸收并蓝移纳米技术是在单个原子、分子层次上对物质的种类、数量和结构形态进行精确的观测、识别和控制的技术，是在纳米尺度范围内研究物质的特性和相互作用，并利用这些特性制造具有特定功能产品的多学科交叉的高新技术。
其最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子、分子，制造出具有特定功能的产品。
气相法合成纳米颗粒的思路：直接利用气体，或通过各种手段将物质变成气体，使之在气体状态下发生物理变化或化学反应，最后在冷却中凝聚、长大，形成纳米颗粒液相法：均以溶液为出发点，通过各种途径使溶质和溶剂分离，形成一定形状和大小的颗粒的前躯体，再经热解得到纳米微粒沉淀法原理：包含一种或多种离子的可溶性盐溶液，当加入沉淀剂(如OH-、C2O42-、CO32-等)后，或于一定温度下使溶液发生水解，形成不溶性的氢氧化物、水合氧化物或盐类从溶液中析出，并将溶剂和溶液中原有的阴离子洗去，经热分解或脱水即得到所需的氧化物粉料。
2021年高考物理最新模拟题精练专题3.37 与磁场相关的科技信息问题(解析版)
2021年高考物理100考点最新模拟题千题精练（选修3-1）第三部分磁场专题3.37 与磁场相关的科技信息问题一．选择题1．（2020江苏四市调研一）如图甲，用强磁场将百万度高温的等离子体（等量的正离子和电子）约束在特定区域实现受控核聚变的装置叫托克马克。
我国托克马克装置在世界上首次实现了稳定运行100 秒的成绩。
多个磁场才能实现磁约束，其中之一叫纵向场，图乙为其横截面的示意图，越靠管的右侧磁场越强。
尽管等离子体在该截面上运动的曲率半径远小于管的截面半径，但如果只有纵向场，带电粒子还会逐步向管壁“漂移”，导致约束失败。
不计粒子重力，下列说法正确的是A．正离子在纵向场中沿逆时针方向运动B．发生漂移是因为带电粒子的速度过大C．正离子向左侧漂移，电子向右侧漂移D．正离子向下侧漂移，电子向上侧漂移【参考答案】AD【名师解析】由左手定则可判断出正离子在纵向场中沿逆时针方向运动，选项A正确；发生漂移是因为纵向场（即越靠管的右侧磁场越强），与带电粒子的速度大小无关，选项B错误；由r=mv/qB可知正离子向下侧漂移，电子向上侧漂移，选项C错误D正确。
2.（2019山西三模）某种高速带电粒子流，具有较强的穿透能力。
如图虚线为该粒子流在气泡室中穿透一张黑纸的粒子径迹照片，气泡室里有垂直纸面的匀强磁场，不计粒子重力及粒子间相互作用，下列说法正确的是（）A ．磁场方向一定垂直纸面向里B ．磁场方向一定垂直纸面向外C ．粒子一定从左向右穿越黑纸D ．粒子一定从右向左穿越黑纸 【参考答案】D【名师解析】粒子可能带正电、也可能带负电，由左手定则可知，磁场方向即可能垂直于纸面向里也可能垂直于纸面向外，故AB 错误；粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：qvB ＝m，解得：r ＝，粒子穿过黑纸后速度变小，轨道半径r 变小，由图示粒子运动轨迹可知，粒子在右侧轨道半径大，在左侧轨道半径小，粒子从右向左穿过黑纸，故选项C 错误，D 正确。
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第29卷 第2期2009年3月西安科技大学学报JOURNAL OF X I′AN UN I V ERSI TY OF S C I E NCE AND TECHNOLOGYVol.29 No11M ar12009 文章编号:1672-9315(2009)02-0248-05边界对颗粒物质与探测棒间静摩擦力的影响白光富,胡 林,张忠政,曲东升,汤 燕,吴 宇(贵州大学理学院贵州省光电子技术与应用重点实验室,贵州贵阳550025)摘 要:用实验方法研究了颗粒物质与探测棒之间的最大静摩擦力。
实验表明,颗粒系统中力的传递方式随探测棒与容器壁之间的距离发生变化,距离很小时棒受到的最大静摩擦力明显增大;最大静摩擦力与探测棒横截面有关。
分析讨论实验结果并对实验数据进行拟合,给出与实验吻合的拟合公式。
关键词:颗粒物质;最大静摩擦力;边界条件中图分类号:O313.5 文献标志码:A0 引 言颗粒物质是地球上存在最多的物质类型之一。
对颗粒物质运动规律的理解具有重要科学意义和应用背景,颗粒物质研究逐步成为物理学研究中的一个活跃领域。
颗粒物质表现出来的许多奇特行为不胜枚举,众多的奇特现象都来源于颗粒体系复杂的力网结构。
结构的变化通过颗粒与其他物体间的摩擦力可以反映出来。
力网结构与沙堆制备的历史有关[1],离散态颗粒物质的性质与传统的固、液、气态有很大差别,不能用业已成熟的热力学或流体力学方法来描述。
随着人们对颗粒物质研究的不断深入,颗粒物质的静态行为[2,3]、振动行为、流动特性[4],以及外场中颗粒之间相互作用[5]等成为软凝聚态领域研究的热点。
目前用实验、计算机模拟和理论计算等方法取得了一些有意义的结果。
例如:Horvath[6]将一根圆棒埋入颗粒中,通过测量提拉棒所需的力来研究颗粒物质内部的摩擦力,发现摩擦力随堆积密度C呈指数增长F(c)=Ke c/c3.胡林[7]用类似的实验装置,研究了棒与颗粒之间的摩擦力F随颗粒填充高度h变化的规律,并用Janssen连续介质模型推出摩擦力与填充高度的关系F=πdμw KP∞[h+λ(e-h/λ-1)].(1)式中 F是最大静摩擦力;h为颗粒的填充高度;d为棒的直径;μw是棒与颗粒之间的摩擦系数;λ=R 2μf K 是特征高度;μf是筒仓壁与颗粒之间的摩擦系数;K为转向系数(一般约为30%),R为筒仓半径,P∞=ρgλ是饱和压强。
(1)式中盛颗粒的筒仓直径是常数,主要考虑棒所受摩擦力(应力的水平分量)随颗粒堆积高度的变化情况。
那么,当盛颗粒的筒仓直径改变时,上式是否成立?即颗粒系统内部应力在水平方向的分布遵从怎样的规律?为弄清楚这个问题,用实验方法研究了探测棒所受最大静摩擦力随颗粒填充高度、筒仓直径、探测棒形状变化的关系。
1 实验装置与测量方法实验装置如图1所示。
将直径为(1.0±0.1)×10-3m,密度为2.5×103kg/m3的玻璃珠洗净、干燥后,填充至探测棒与筒仓之间,测量颗粒填充高度h.将探测棒顶端与带有弹簧的提拉系统相连接,选择3收稿日期:2008-04-01 基金项目:国家自然科学基金项目(10374021);贵州省高层次人才基金项目(20061208);贵州省省长基金项目(20061128)作者简介:白光富(1983-),男,贵州安顺人,硕士,主要从事颗粒物质方面的研究工作.第2期白光富等:边界对颗粒物质与探测棒间静摩擦力的影响图1 颗粒物质中静摩擦力测量示意图Fig .1 Fricti on measuring force 拉力传感器(量程5kg );直流电机(Z50/20-220型、50W ,220V );计算机数据采集系统(A /D 转换器、数据采集软件);控制电路;有机玻璃筒仓;探测棒;弹簧秤(BZT -4型、量程4kg );大量玻璃珠(直径 1.0±0.1×10-3m );抗干扰稳压电源(C W Y,220V /k W )适当弹性系数的弹簧,使其在最大静摩擦力测量范围内摩擦力与弹性系数保持线性。
弹簧上端连接灵敏度为0.0001N的拉力传感器。
挂上探测棒后,其重量使弹簧伸长,将相应的弹簧位置作为测量起始位置参考点,并记录提拉启动初始值。
测量时,升降系统(滑块、传感器、弹簧)带动探测棒缓慢上升,同时,拉力传感器把探测棒感受到的力转换为电压信号,经A /D 转换器输入计算机。
计算机自动采集和存储数据,并实时显示摩擦力变化曲线。
可直接观测曲线上每个瞬时的摩擦力和棒开始滑动瞬间对应最大静摩擦力。
重复以上操作取10次测量的平均值为图2中的一个数据点,改变颗粒填充高度h ,得到图2中最大静摩擦力随高度变化曲线。
2 筒仓边界条件对最大静摩擦力的影响用直径不同的4只有机玻璃筒仓作为盛颗粒的容器,保持图2 最大静摩擦力随高度的变化Fig .2 Maxi m u m static fricti on f orce Fas a functi on of p ile height 室内温度26℃,相对湿度46%。
测量直径为0.01m 的探测棒受到的最大静摩擦力如图2所示:当筒仓直径分别为D =0.120,0.154m 时相应的2条曲线基本重合,变化规律与胡林的结果一致[8];当筒仓直径D小于0.120m 后,曲线在堆积高度达到0.06m 后明显不重合。
根据文献[7]中的受力分析模型(针对筒径为0.12,0.154m 时),当上式中2μf Kh νR 时,F =12L μf ρgKh 2.(2)即最大静摩擦力F 随填充高度h 的平方增加(L 为探测棒横截面周长)。
当2μw Kh µR 时,F =12L μw μf ρgR h -R 2μf K .(3) 即最大静摩擦力F 随填充高度h 线性增加。
这个结论定性地解释了最大静摩擦力随颗粒填充高度的变化关系,即筒仓直径远大于棒径时,边界变化对棒受到的最大静摩擦力的影响可以忽略不计。
若颗粒物质的填充高度h 保持不变,由(1)式可得棒受到得最大静摩擦力随筒仓直径的变化关系为F =μw πdD ρg 2μf k h +D 4μf k×exp -4μf hk D -1.(4)其中d 为棒的直径。
将实验测定值 μw =0.26,μf =0.31,k =0.3,ρ=2.5×103kg/m 3,d =10mm ,h =0.36m ,g =9.8m /s 2.942 代入(4)式,得到理论计算最大静摩擦力F 随筒仓直径变化的情况如图3(a )所示。
由图3(a )可见,当其他条件保持不变,筒仓直径从0到0.25m 变化时,棒受到的最大静摩擦力随筒仓直径的增大线性增大。
图3(b )显示了不同堆积高度h 时,最大静摩擦力随筒径变化的实验结果。
其中h =0.36m 曲线表示,棒受到的最大静摩擦力随筒仓直径的增大而减小,最后趋于稳定的趋势最明显。
比较(a )(b )2图可见,理论计算结果(a )与实验现象(b )变化规律不符。
分析图3(a )(b )曲线不符的原因:(a )曲线是连续介质模型给出,而(b )曲线是颗粒物质的实际测定曲线。
可见,当筒仓直径与探测棒直径关系不满足D µd 时,连续介质模型失效。
其主要原因在于,实际上颗粒介质是有结构的,并且该结构与多种因素有关,这里反映出它与边界条件紧密相关。
可以从图4照片中看到,将探测棒从颗粒堆中提拉时,颗粒在竖直方向上受到剪切力F,使颗粒沿垂直剪切方向排列成短链[9]。
结果当筒仓壁与棒表面之间距离较小时,棒与颗粒之间的相对运动诱导颗粒沿水平方向排列成链,形成一种短程有序结构,颗粒与颗粒之间接触挤压产生的弹性力沿着力链很容易传递到棒上,使最大静摩擦力迅速增大;当筒径逐渐增大,筒仓壁与棒表面之间距离增大,短程有序的力链淹没在长程无序的力网结构中,即颗粒挤压产生的弹性力不是沿力链直接传递给棒,而是分散在力网的各个方向,这时棒表面受到的摩擦力减小。
由以上分析知,颗粒体系结构所发生的变化,通过探测棒的受力性质反映出来。
用O rigin 软件对实验数据拟合,最大静摩擦力随筒仓直径的变化关系为F =a +b 3exp (c 3D ).(5)其中a,b,c 均为常数。
高度不同,a,b,c 的取值不同。
图5给出了高度h 为0.36m 时,最大静摩擦力随筒仓直径的变化。
平滑曲线是拟合曲线,分散的数据点是实验测量值。
3 探测棒横截面形状对最大静摩擦力的影响测量了筒仓直径为D =0.12m 时横截面形状不同的探测棒在颗粒物质中受到的最大静摩擦力。
图6中3条曲线分别是横截面周长相同、棒长相同(0.556m )的圆棒(直径1.410×10-2m )、方棒(横截面边长1.100×10-2m,)、扁棒(边长分别为2.000×10-2m 和0.230×10-2m )受到的最大静摩擦力随颗粒堆积高度的变化。
在颗粒填充高度相同的情况下,圆棒所受到的最大静摩擦力最大,方棒次之,扁棒最小。
这与G .H ill 等人观测的结果类似,他们测量了同一根细长棒变换不同形状探头时在颗粒中拖动受到的最大静摩擦力,得到探头受到的最大静摩擦力与探头投影面积有关F =C ρgA l (z /l )λ.(6)式中 F 为探头受到的摩擦力;C,λ为拟合常数;ρ,g 分别是颗粒的密度和重力加速度;l 为探头高度;z 为探头底面到颗粒堆表面的距离。
实验中z =l,因此可将(6)式写为F =C ρgAal .(7)式中,l 是棒插入颗粒堆的深度。
当其他条件不变时最大静摩擦力正比于探头的投影面积,即F ∝A.横截面052 西安科技大学学报 2009年 第2期白光富等:边界对颗粒物质与探测棒间静摩擦力的影响周长相同的3种棒中,横截面面积最大的为圆棒(A =1.562×10-4m 2),方棒次之(A =1.210×10-4m 2),扁棒最小(A =4.6×10-5m 2)。
由(7)式即可算出3种棒在相同条件下受到的最大静摩擦力依次为圆棒最大,方棒次之,扁棒最小。
4 小筒仓时棒形状对最大静摩擦力的影响筒仓直径较小时(D =0.070m ),形状不同的圆棒(直径分别为d 1=0.0150m ,d 2=0.0206m )、方棒(横截面边长a =0.0145m ,棒长0.556m )、三角棒(横截面边长a =0.0157m ,棒长0.556m )受到的最大静摩擦力随颗粒堆积高度的变化(图7)。
直径较小的圆棒(d 1)的横截面周长与方棒、三角棒横截面周长相同;直径较大的圆棒(d 2)横截面的内接正方形的面积等于方棒横截面的面积(图8)。
颗粒填充高度相同时三角棒受到的最大静摩擦力最大,方棒受到的力与大圆棒基本相同,小圆棒受到的力最小。