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测量平均速度范文1
一、改进实验
1.更换器材:我们选用“圆柱体组”里的铜或铁圆柱体代替小车,实验效果特别好!
2设计表格:规范地绘制表格十分重要!课文里p23的表格有2点应该修改:
⑴按实验教学的常规,物理量的符号要规范、含义要唯一!课文里的图1.4-1如图1所示:斜面长s是总物理量、不该带下角标“1”;上半段的坡长应该用“s1”表示;而“s2”则用来表示下半段的坡长!同理全坡段的平均速度用“υ”表示;“υ1”和“υ2”分别表示上、下半段的平均速度。也就是说:总物理量不带数字下角标;下角标的“1”表示上半段的每个物理量;下角标的“2”表示下半段的每个物理量;全坡段的某个物理量如“t”要测量3次咋表示?可写个汉字加以区分如:用“t全1”、“t全2”和“t全3”来表示测量3次总时间;而上半段测3次时间则表示为:“t上1”、“t上2”和“t上3”;下角标的“1”或“2”是“分物理量”的标志、不能用来表示“总物理量”!这个观点应该贯穿在物理实验教学的全过程!上述说法表面看有点麻烦,但实际确是很“规范、含义唯一”。
⑵课文里p23的实验表格,均应补写各物理量单位(让学生填写单位,是不符合“设计实验表格”教学要求的)。建议用表1或表2替代课文里的表格:其实验步骤顺次改为:①先测上半段;②再测全坡段;③最后算出下半段。若绘制表3所示,更符合“多次测量求平均值”的实验教学要求。
附注:给出课后练习题:
①怎样用上半段的平均速度为υ1与全坡段的平均速度为υ,表示下半段的平均速度υ2?〔提示:υ2=(υ1 υ)/(2υ1-υ)〕;
②怎样用上半段的平均速度为υ1、下半段的平均速度为υ2,表示小车在整段斜面上的平均速度υ=?〔提示:υ=(2υ1υ2 )/(υ1+υ2)〕;
③试比较υ1、υ2 和υ的大小?(提示:υ2>υ>υ1);……
二、习题教学
1、课文里p25-2题:在用图1.4-1的方法测量平均速度的实验中,小车两次运动的平均速度υ1和υ2不一样,你认为可能的原因是什么?请简要列出两条可能的原因。教参p27给出答案为:“由于测量误差,运动的路程可能不同;运动的时间可能不同”。
我们认为按课文所述:υ1是表示全程的平均速度、υ2是表示上半段的平均速度。由于小车在斜面上是加速下滑!而不是“由于测量有误差”所致!建议该题修改为:“某同学在同一坡段上测得2个υ1或2个υ2为什么数值不一样”?这样参考答案才正确。
2、p22的习题也涉及平均速度:
①1题:υ=s/t是用单位时间内通过的路程来表示运动快慢的。能不能用单位路程所用的时间来表示运动的快慢?教参p26给出的答案为:“也可以用这种方法表示物体运动的快慢”。“但用这种方法比较起来很不方便”。
事实证明:运用这种方法有时解题却很快捷!例如摘引义教版p25.例题2:郑州到上海铁路线长1000km,客车运行约需14h;若郑州到南京铁路线长700km,从郑州开出的客车需多长时间能到南京?
“心算法”更简捷:1000km要运行14h,每km要运行0.014h,700km需运行9.8h!注:“9.8h”不符合生活用语!要把9.8h折合成:9h48min!故建议将“用这种方法比较起来很不方便”,修改为:“用这种方法不太适合人们的习惯”。
②3题:小明在跑百米时前50m用时6s,后50m用时7s,小明前、后50m及百米全程的平均速度各是多少?
在求“百米全程的平均速度”,若有学生问:用“前50m的平均速度是8.33m/s+后50m的平均速度是7.14m/s”再÷2,行否?答案是“错”!他错在违背了“平均速度的定义”:求变速运动物体在某段路程上、或在某段运动时间里的平均速度,只能“用它通过的这段路程除以它通过这段路程所用的时间”!再无其它解题思路可寻!
测量平均速度范文2
(1)判别地层类型、场地类型和卓越周期。以某电排站的改建为例进行介绍,该电排站位于鄱阳湖附近,对场地的地层进行勘察得知,最上面的为素填土、粉砂、粉土,再往下是淤泥质粉质的黏土、粉质的黏土,最下面是强风化云母片岩石。为了建成抗震级数较大的电排站,采用波速测试的方法,首先判断场地的地层类型、场地的类型等。采用单孔检层法,根据建筑抗震的设计规范,对场地的类型进行判断。首先钻两个孔,测得它们的S波波速分别为206米/秒、203米/秒,相对应的覆盖层厚度为28米和30米,根据这些数据判断出此电排站场地的地层类型为中软土,场地类别是Ⅱ,根据计算公式确定场地的卓越周期分别是0.3883秒和0.3941秒。而对两个孔进行实地测量,采用地脉动法所得结果分别为0.3867秒和0.3927秒,实际测量结果与由公式计算的结果相比较,结果相差不多,数据比较吻合。由此可知,根据这种方法来确定的地层类型,场地类型和卓越周期是准确有效的。
(2)采用波速法计算岩土的工程动力参数。根据实地测量的S波和P波的弹性波速,利用相应的公式即可计算岩土的工程动力参数。其中μ表示泊松比,VP压缩波速度,VS表示剪切波速度,单位均为米/秒。上述电排站的工程,要对其抗震的稳定性进行验算,利用波速法测定各地层的弹性参数。根据单孔检层法测量的数据如下:全风化云母片的测试深度为3.5米,剪切波的平均速度为337米/秒,压缩波的平均速度为686米/秒;强风化云母片的测试深度为12米,剪切波的平均速度为646米/秒,压缩波的平均速度为1279米/秒;中风化云母片的测试深度为20米,剪切波的平均速度为1330米/秒,压缩波的平均速度为2500米/秒;微风化云母片的测试深度为25米,剪切波的平均速度为1868米/秒,压缩波的平均速度为3320米/秒;未风化云母片的测试深度为30米,剪切波的平均速度为2442米/秒,压缩波的平均速度为4130米/秒。由以上数据即可计算出岩土的弹性动力参数。
(3)岩土承载力基本值的估算。在这个项目中计算岩土承载力基本值的使用的是剪切波速法。通过大量的实践经验得出岩土的承载力基本值与剪切波速值存在一定的比例关系。淤泥岩土层的剪切波速值为60~80米/秒,对应的承载力基本值在3~4t/m2;岩土为淤泥质软弱土的剪切波速值为100~130米/秒,它对应的承载力基本值为7~9t/m2;软塑粉质粘土、粉土和松散砂组成的岩石的剪切波速值为140~180,其对应的承载力基本值在9~12范围内;软塑粉质粘土和稍密中细沙的岩土中的剪切波速值为200~220,岩土对应的承载力在14~16之间;硬塑粉质粘土和中密中粗砂组成的岩土中的剪切波速值为250~280,承载力基本值为18~21;硬塑粉质粘土、密实中粗纱、砾砂软质岩全风化层构成的岩土中的剪切波速值为300~360,对应的承载力基本值为24~28;由密实中粗砾砂、砾砂、全风化岩硬质岩全风化层的岩土层中的剪切波速值为400~450,对应的承载力基本值为24~28;最后,强风化岩的剪切波速值大于500,其对应的剪切波速值大于40。
(4)砂性土的地震液化式判别。砂性土的地震液化式的判别是根据地震的基本烈度Ⅶ判定,对场地在15米的深度范围之内的砂性土岩层进行判别。其中判别的过程是根据《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)号规范来确定。并通过标准中规定的公式计算临界剪切波速值,当场地砂性土层的剪切波速的实测值大于由公式计算所得的剪切波速的临界值时,就判定砂性土层不液化。通过对这个项目的场地进行实地的考察和分析,通过上文的判别方式对项目的砂性土层进行判别。得出孔深在5.0~8.7范围内的岩性土层为粉砂,剪切波速值的实测值为170~176,临界值在115~143范围内,所以液化式的判别结果为部分液化,其余孔深判定为不液化。所以通过判定,在场地的15米深度的范围内,粉砂层的剪切波速值的实测值小于临界值,所以为部分液化土层;粉土层的剪切波速值的实测值均大于临界值,所以判定为不液化土层。
2总结
测量平均速度范文3
2、涡街流量计是根据卡门涡街原理(Kármán Vortex Street)测量气体、蒸汽或液体的体积流量、标况的体积流量或质量流量的体积流量计。并可作为流量变送器应用于自动化控制系统中。
3、涡街流量计是应用流体振荡原理来测量流量的,流体在管道中经过涡街流量变送器时,在三角柱的旋涡发生体后上下交替产生正比于流速的两列旋涡,旋涡的释放频率与流过旋涡发生体的流体平均速度及旋涡发生体特征宽度有关,可用下式表示:旋涡的释放频率,单位为Hz;v为流过旋涡发生体的流体平均速度,单位为m/s;d为旋涡发生体特征宽度,单位为m;St为斯特劳哈尔数(Strouhal number),无量纲,它的数值范围为0.14-0.27。
4、St是雷诺数的函数,当雷诺数Re在 范围内,St值约为0.2。在测量中,要尽量满足流体的雷诺数在,此时旋涡频率 。
测量平均速度范文4
关键词:不确定原理 玻尔量子化条件 德布罗意公式 扰动
【中图分类号】O413.1【文献标识码】A【文章编号】1004-1079(2008)10-0184-02
众所周知,量子力学诞生以后,不确定原理引起了长期激烈的争论。[1]物理学家们一般认为,不确定原理与测量对粒子的扰动有关[2],但已有的各种严格或不严格的论证并未直接给出这个结论, 以至于当今有的物理学专家在谈及不确定原理时感慨地说:没有人真正知道它是如何产生的。[3]其次,由于习惯于认为经典力学是决定性的理论,初学者对不确定原理往往感到难以理解。事实上,不确定原理不仅存在于量子力学中,在经典力学乃至整个经典物理学中也存在,只不过因其实际效应可以忽略人们以往不注意罢了。下面,我们先讨论经典力学中的不确定原理,再讨论量子力学中的不确定原理,并根据玻尔量子化条件和德布罗意公式得到一种导出不确定关系式的新方法,证明不确定关系与测量对粒子的扰动有关。
一、经典力学中的不确定原理
看到本段的标题,也许有人会想:经典力学是决定性的理论,怎么会存在不确定原理?对此疑问,首先必须指出的是:状态之间的因果关系与状态描述的确定程度是既有联系又有区别的两个概念。以往,由于牛顿方程给出了质点运动状态之间确定的因果关系,人们认为经典力学完全是决定性的理论,但这隐含着一个如狄拉克所指出的假定:经典力学假定对所有可观测量都能同时赋予数值。[4]问题是:在经典力学中,质点状态,也就是质点的位置和速度是否真的可以完全确定呢?
为简便起见,讨论一维运动。我们知道,一维运动中平均速度的定义是V=,(1)
而瞬时速度定义为平均速度的极限:
V=limt0(2)
我们知道,任何测量都是或长或短的过程,不可能是瞬时的,因此,我们能测得的总是平均速度而非瞬时速度,或者说,平均速度可测,(瞬时)速度不可测。这听起来似乎有点怪,但事实如此。在物理学中,说一个不能准确测定的物理量有确定值是没有意义的,所以,我们把平均速度相对于速度的这种偏差叫做速度的不确定偏差:δV=V-.(3)
显然,速度不确定偏差的存在与具体的测量技术无关。对上式两边取极限,可知不确定偏差δV是无穷小量,这就保证了速度的测定在具有不确定性的同时具有稳定性。
也许有人会把速度不确定偏差的存在归于测量技术的限制,那么我们要问,这种限制可否完全消除?显然不能。因为不确定偏差描述的是可测的平均速度相对于不可测的速度的偏差,这个偏差的存在与具体的测量技术无关,与通常所说的测量误差是两个概念。通常所说的速度测量误差是平均速度的测量值与平均速度的真值的差,而所谓真值不过是多次测量的平均值罢了。
速度有不确定偏差,位置是否也有不确定偏差呢?利用V=可将牛顿方程=(4)
写成V=,也就是dx=dV.
所以,当速度有不确定偏差δV时,位置必有不确定偏差δx:
δx=δV.(5)
上式表明,仅当质点静止时位置有确定值。此时,位置、速度都是完全确定的,或者说都是可测准的。
上式还表明:当力F足够大时,δx足够小,这就保证了位置的测定在具有不确定性的同时具有稳定性。那么,所谓力F足够大意味着什么呢?
设力场(Fx)有势函数U(x),即令
(Fx)=-. (6)
将上式右边的势梯度在附近展开:
=+x+A.(7)
所谓F(x)=足够大,意味着上式右边第一项后边的那些项可以忽略,或者说,力场变化比较慢。所以,所谓给定初态和运动方程,质点以后的状态就是确定的,其条件是力场F变化较慢。这个结论与量子力学关于可以用经典力学描述微观粒子运动的条件完全相同[5]。
事实上,不仅在经典力学中,在整个经典物理学中不确定性都是普遍存在的。例如,测量电场或磁场时必须引入带电粒子,测得的场是受到带电粒子的场干扰的场,而非原来的那个场。又例如,测量一段电路的电压时必须并联一个伏特计,测得的电压是并联伏特计后的电压,而非原来那段电路的电压。诸如此类,不胜枚举。这些不确定性并不是测量技术带来的,也不是通过改进测量技术能够完全消除的,而是理论体系固有的,不可消除的,是客观物质运动属性的表现。
综上所述可知,经典物理学中的不确定性是一个客观存在,是客观物质运动属性的反映。如前所说,狄拉克曾经指出,经典力学假定对所有可观测量都能同时赋予数值。经典力学的这个不自觉的假定使人们形成了一种根深蒂固的观念,认为经典力学完全是决定论的,与不确定性无关。许多学习了经典力学的人开始学习量子力学时对量子力学的不确定关系感到难以理解,其思想根源皆在于此。量子力学诞生以后,不确定原理引起了长期的激烈的争论。争论的结果之一是把旧名称“测不准原理”、“测不准关系”改成了“不确定原理”,“不确定关系”,以免望文生义,把不确定“偏差”误认为测量“误差”。看来,改得确有必要。不过,概念的建立重在内涵的把握。不论在量子力学中还是在经典力学中,不确定原理都应被视为一个基本原理,都是客观物质运动属性的表现,只不过表现形式和表现程度不同罢了。不同之处在于,量子力学中的力学量大多是量子化的,不确定偏差有下限,不是无穷小量;经典力学中的力学量大多是连续变化的,不确定偏差是一个无穷小量。正是由于经典力学中的不确定偏差是一个无穷小量,忽略它不会给一般的技术工作带来问题,但不能因此就否认它的存在。
二、 量子力学中的不确定原理
我们知道,在量子力学中,算符x和算符不对易,坐标x和动量Px不能同时有确定值。下面根据玻尔轨道量子化条件和德布罗意公式导出量子力学中的不确定关系式x・Px=t・E≥.(8)
不失一般性,设用光信号测量一个氢原子的位置。 显而易见,从氢原子中电子吸收光子跃迁到较高能级到放出光子跃迁到较低能级,存在一个或长或短的时间间隔t。假设在此时间内氢原子的位移是, 动量增量是x, 则有Px
t・Px=x・F・t=t・E,(9)
其中F是t时间内氢原子所受力的平均值,E 是氢原子能量的增量。上述过程等效于氢原子吸收了一个能量为hv的光子,于是有
E=hv=hω=h,
即t・E=h・Ф.(10)
那么,上式中Ф的物理意义是什么呢?利用德布罗意公式p=mV=可将玻尔的轨道量子化条件mVr=nη写成
2πr=nη=2n. (11)
这表明氢原子中电子的德布罗意波是一个沿着圆轨道的驻波,圆轨道上每两个相邻节点对应的圆心角是,如图1所示。电子跃迁的末态能级
包含无限多个可能的轨道面,其中一个轨道面与初态轨道面的夹角为θ,0≤θ≤π ,如图2所示。设这些轨道面是等几率的,则初末态中相邻节点对应的圆心角之差的平均值是
Ф=-≥-, (12)
其中n=1,2,3,L;m=n+1,n+2,L. 取n=2, 得
Ф≥.(13)
将上式代入(10)式即得(8)式。
由上述证明可知,不确定原理与测量对粒子的扰动有关,即与物体之间的相互作用有关。这与前面的分析一致。不过,由于应用了玻尔轨道量子化条件,上述证明还不是完全量子论的证明。量子力学中对不确定原理的严格证明见各种标准的量子力学教科书[6],这里不再赘述。
参考文献
[1] 量子力学,周世勋编,上海科学技术出版社,1961第1版,400-405页;
[2] 时间简史,(英)S.W. Hawking 著,许明贤 吴忠超译,湖南科学技术出版社,2002第1版,53页
[3] 通向量子引力的三条途径,(美)李. 斯莫林著,李新洲等译,上海科学技术出版社,2003第1版,17页
[4] 量子力学原理,P.A.M狄拉克著,陈咸亨译,喀兴林校,科学技术出版社,1965第1版,100页;
[5] 同[1],148页
测量平均速度范文5
心血管疾病是严重危害人类健康的常见病之一,是发生猝死的主要原因。心血管疾病的早期诊断是指导临床治疗、减少并发症、降低死亡率、提高患者生存质量的关键。随着医学技术的迅速发展及对心血管疾病的不断深入研究,诊断心血管疾病的方法日益增多且不断完善。
多普勒组织成像(doppler tissue imaging,DTI)又称组织多普勒超声心动图(tissue doppler echocardiography,TDE),是采用多普勒技术以彩色编码或频谱图像实时显示心肌等组织低频高幅运动图像的方法,为临床研究与诊断心脏疾病、评价心脏功能提供了新的无创检测方法。
1多普勒组织成像技术
1.1 多普勒组织成像技术的基本原理技术原理 DTI基于传统的彩色多普勒基础,改变多普勒滤波系统以滤掉心血管腔内红细胞运动所产生的频移信号,仅获取心肌组织运动产生的频移信号。血流产生的多普勒信号与心肌运动所产生的有两点不同:(1)室壁心肌运动速度明显低于心腔内的血流速;(2)室壁心肌运动的振幅明显高于血流所产生的运动振幅。DTI技术采用改变多普勒滤波系统,通过调节增益及低通滤波器,确定适当的频率通过阀值,滤除血流反射的高频率、低振幅的频移信号,只提取心肌运动反射的低频高振幅的多普勒频移信号,并将其输入自相关系统及速度计算单元进行彩色编码,通过数据转换器以彩色图像和M型曲线形式来反映心脏室壁运动的信息。
用DTI技术显示心肌组织的运动,不会出现色彩倒错现象,另外可以克服M型和二维显像由于声束角度等原因造成的图像质量问题,也因心肌运动速度在反应心肌组织运动方面具有独特优点。为临床研究与诊断心脏疾病、评价心脏功能提供了新的无创检测方法。
1.2 显示方式
通过低通滤波器的多普勒频移信号,经计算机处理后可分别以不同的模式来显示室壁心肌组织的运动信息。一般认为常用DTI有多普勒组织速度图、多普勒组织加速度图、多普勒组织能量图、多普勒组织脉冲频谱图多普勒组织M型五种不同的显示方式。
1.3 正常心肌的DTI成像
心肌的收缩速度是反映心肌收缩功能的客观指标。正常人群的心脏运用M型DTI测量前间壁和下后壁的收缩期心内膜、中层和心外膜心肌组织的运动速度,结果显示不同节段心肌组织运动速度不一致,同一节段不同层次间的心肌运动速度也有显著差别,且基底部心肌的纵向运动速度在收缩期和舒张期均大于横向运动速度。用M型DTI同步记录正常人的每一心动周期的心电图和心音图用来观察左室后壁心肌运动等容收缩期、射血早期、射血晚期、等容舒张期、快速充盈期、心房收缩期和心房舒张期的情况,记录左室后壁心肌在各个时相的峰值平均速度和峰值速度梯度,结果证明,在射血早期、射血晚期和心房舒张期,峰值平均速度和峰值速度梯度均为正值,说明在这三个时相心肌组织是向着左室腔中心运动的,而等容收缩期、等容舒张期、快速充盈期、心房收缩期均为负值,这几个时相心肌是背离左室腔中心运动的。AR期峰值速度梯度值是0,说明此时相内心内膜心肌运动速度和心外膜是相同的;在IR期峰值速度梯度是绝对值较小的负值,说明心内膜的运动速度略低于心外膜心肌的速度。对不同年龄组的峰值平均速度和峰值速度梯度分析表明,年龄和心肌的运动速度显著相关,年龄越大峰值平均速度和峰值速度梯度越低;而在AC期,年龄增加峰值平均速度和峰值速度梯度则显著增加。这与应用脉冲多普勒频谱技术测量正常人左室舒张期二尖瓣口的血流速度所反映的左室舒张功能的变化完全一致。该研究还对在同一切面测得的M型、二维超声心动图的参数、射血分数、左室缩短率、左室壁收缩增厚率与DTI技术测得的速度参数进行对比。跨壁速度梯度与常规超声参数的相关性明显大于峰值平均速度与常规超声参数的相关性,这说明跨壁速度梯度比峰值平均速度能更好的反映心肌收缩功能。速度梯度反映了与超声声束垂直的某点室壁心肌,即“感兴趣区”收缩力,而峰值平均速度不但反映局部心肌纤维的收缩力,同时还受到心脏的整体运动影响。总之,DTI技术能够准确测量心肌运动的动力学变化,给研究心脏的病理性改变,特别是为研究心脏的缺血性疾患提供了重要依据。
2 多普勒组织成像技术在心血管疾病中的应用
2.1缺血性心脏病
对于冠心病等疾患造成的心肌缺血,DTI是一种有潜力的诊断方法,DTI被广泛推荐用于心功能的检测,特别是缺血性心脏病。Edxardsen等学者在17只犬行开胸实验中,以DTI同步检测射血期及等容舒张期的速度,发现严重的心肌缺血时,用射血峰值速度来衡量心脏功能是不准确的,心肌运动功能的损害多发生于等容期,等容收缩期和等容舒张期的速度能够更好地评价心功能。研究证明,因左前降支中度狭窄导致的缺血,会使心肌节段缩短减少,在射血期可测到等容收缩期和等容舒张期的速度。收缩速度在射血期表现为负向波,在收缩后的等容舒张期为正向波。同时用DTI检测射血期和等容期的速度,可以更好地定量测量局部心肌功能的损害。初步实验数据证明:二尖瓣环处的心肌运动速度在室壁上的分布并不均匀。但是,当心肌发生缺血性损害后,二尖瓣环处心肌运动速度的分布在心肌各层会随之发生显著地改变。DTI可评价缺血时三层心肌的改变。缺血时收缩期心内膜和心肌实验表明,DTI可检测心肌缺血甚至梗死时心肌运动速度色彩的变化,从而可反映心肌收缩功能和舒张功能的异常状况,心内膜的平均心肌运动速度和最大心肌运动速度明显降低,而心外膜仅有轻度减低,心肌运动速度梯度阶差和最大心肌运动速度在收缩期均降低,心肌层的降低更为均一。在舒张期,缺血时各层最大心肌运动速度均降低,但心内膜和心肌层在舒张早期更显著,而心外膜没改变,心肌运动速度梯度阶差值明显减低。心肌缺血患者,舒张晚期的最大心肌运动速度和心肌运动速度梯度阶差在心肌各层均升高,但在心内膜升高更显著[1]。该研究结果可用于心肌梗死MI患者的研究:相较正常人,MI的患者收缩期和舒张期心肌运动速度明显减少。运动正常节段的心肌运动速度明显高于运动障碍节段的速度[2]。DTI可在早期再灌注后鉴别透壁性心肌梗死和非透壁性心肌梗死,再灌注后透壁性心肌梗死在收缩期心肌运动速度梯度阶差没变化,而非透壁性心肌梗死的收缩期心肌运动速度梯度阶差会明显提高[3]。Derumeaux[4]等在行13只犬开胸实验中,评价彩色M2型DTI测量心肌的跨膜速度分布的准确性,并定量分析急性心肌缺血及心肌内外膜再灌注诱发的心功能损害的程度。他们证明了DTI技术是评价心肌跨膜速度的不均一的新方法。正常人心肌组织的多普勒运动曲线的收缩波多为两峰或多峰型加速时间短,而减速时间长,呈现快升慢降的波形,各心肌阶段同时开始收缩运动,同时回到等位线,表现了左室各段心肌的运动同步性和协调性,反映了左心室快速射血期和慢速射血期时心肌的运动状况;舒张早期的E波为单峰,上升支和下降支基本对称,除峰值由基底到心尖逐渐降低外,达到峰值的时间逐渐轻度后移,但同时回到等位线,反映了左室壁良好的顺应性和心电激动的传导顺序;舒张晚期A波为单峰,与E波相比形态相似但峰值小,且持续时间短。不同心肌节段的舒张早期峰值速度(Ve)和舒张晚期峰值速度(Va)可以不同,特别是Ve,表明了局部心肌的舒张功能的异常。有文献报道,正常人随年龄的增长其左心室室壁节段性舒张功能有下降的趋势,表现为舒张早期的Ve峰值逐渐降低,Ve/Va比值逐渐下降,但这以改变并非是一个随年龄增长而均匀减低的过程,个体差异较大,假性正常者显示近基底的心肌节段多为Ve/Va>1,近心尖的节段Ve/Va
等容舒张波的下降也是舒张功能异常的一个标志,等容舒张期,心肌纤维细胞主动延长而消耗能量,当细胞缺血时导致能量生成减少,局部心肌节段的等容舒张运动会出现异常,并且早于收缩功能受损[5]。等容舒张期的波形多表现为负向峰值的减低或以正向波为主,在快速充盈期到来之前,室壁没有舒张反而出现了一个收缩运动,这必会影响左心室的舒张功能。
2.2 高血压 高血压所引起的心脏改变通常是一个漫长过程。在血压持续升高的状态下,左室结构随之改变,表现为心肌细胞肥大、重塑,左室壁厚度可达2cm以上,其肌纤维厚度是正常的一倍,但毛细血管数量无相应增加,这是肥大的心肌纤维处于一种相对缺血的状态。苏晓婷等学者[6]应用实时三平面组织多普勒显像评价高血压患者左心室重构过程中长轴舒张功能的变化。结果显示原发性高血压患者各组左心室壁基底段、中间段Ve均小于正常对照组相应节段,正常对照、正常构型、向心性重构型、离心性肥厚型及向心性肥厚型各组Ve逐渐减小。这种改变是因为血压增高时,舒张早期心肌耗能增加,细胞膜发生缺陷,钙泵活力降低,致使左心室变形能力降低。结果还证实了原发性高血压患者在心肌未出现肥厚前左心室舒张功能就已降低。向心性肥厚型Ve明显低于向心性重构型,是因为向心性肥厚表现为心肌细胞肥大并伴有纤维组织增生,而向心性重构仅有心肌细胞肥大。心肌肥厚使心肌耗氧量增加,心肌细胞相对缺血,心肌僵硬度增加,主动松弛性不协调,致使左室舒张功能下降更加显著。由此可见实时三平面组织多普勒显像能够准确评价高血压不同左心室构型心肌舒张功能的受损程度,为定量、准确评价左室局部心肌舒张功能提供新的方法,可用来指导原发性高血压患者的临床治疗和改善预后。
2.3 心律失常
DTI技术通过观察瞬间的心室断面心肌运动的速度和加速度等的分布、大小和方向,检测心肌兴奋激动的情况,有助于评价束支传导阻滞、室性异位起搏点、预计旁道等兴奋激动的具置和除极的顺序,可应用于对心律失常的诊断、协助临床电生理检查、异常传导束或异位起搏点的定位、消融处理,还可用于评价心脏起搏器置入后心肌激动部位及顺序的变化以及心律异常患者治疗后的疗效评价。
参考文献:
[1] Erbel R, nesser HJ, Drozdz J.Atlas of Doppler Echocardiogphy [M]. TDE,1995:115
[2] Marcos AP, Garcia MA, Ledesma MJ, and et al. Intramyocardial analysis of regional systolic and diastolic function in ischemic heart disease with Doppler tissue imaging: role of the different myocardial layers [J].J Am Soc Echocardiogr, 2002, 15(2) :99~108.
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测量平均速度范文6
人教版普通高中物理《必修二》第七章有一个实验:探究功与速度变化的关系.
实验设计的想法很好:每次用相同规格、不同数量的橡筋弹射同一辆小车,利用“橡筋变力做功倍增”法,巧妙地避开功的具体测量,以1 W、2 W、3 W、…找出与之对应的速度v或v2…vn的关系.
相信凡是按教材的设计做过这个实验的老师,都对这个实验有些头疼――这个实验设计虽新颖,但可操作性太差.
难点一:难在几根橡筋要规格一致
买市面上售卖的“皮筋圈”规格虽可以做到基本一致,但,其一是“皮筋圈”的长度不够,一个“皮筋圈”只是跨过小车轨道挂在两侧的钉子上,伸长量Δl就几乎等于原长l了,何况对小车做功时还要进一步拉伸.其二是双股“皮筋圈”的劲度系数太大,套到第三根时,小车的末速度就已经过大了.即使考虑到当W=0时v=0,也只有四组数据.数据组过少,对于通过图象来分析物理规律是不科学、不严谨的.
自己制作如何呢?笔者曾与同事一起专门制作过如图1所示的橡筋,单根橡皮筋的两端做个套以便固定在轨道两侧的钉子上.因套的双股部分与单根部分的劲度系数不同,受力时两部分均有伸长,而手工难以做到使每根橡筋单根部分的长度及“套”的大小规格一致.
难点二:平衡摩擦力不好掌握.
实验需要平衡摩擦力,而平衡摩擦力难以做到理想、精准.
难点三:相同的伸长量不易做到.
从学生实际操作效果看,每次把橡筋拉伸同样的长度(形变量相同)也比较困难.特别是当挂到第三根橡筋以上时,弹力很大,女生因手劲不足而不能把小车拉到位.而最后的这一点伸长量的差别,则会对橡筋弹射前的弹性势能产生较大的影响.如图2(按弹力F与伸长x成正比的模式分析)
此外,2010年4月版的弹射方式不合理,之前的实验是在小车的后面挂橡筋弹射,现在改成了从小车的前方挂橡筋,牵拉远不及后面弹射,牵拉力会因转动力矩而使小车翘尾,造成小车底的前缘“啃地”,特别是在弹力大的时候.如图3.
教材提供的另一参考案例是用砝码拉小车在轨道上做匀加速运动.前提是:“小车质量比砝码大得多时”,可以把砝码的重力当作小车受到的牵引力.我认为,在牛顿定律一章,老师费了很大力气刚奠定了“绳对小车的拉力不等于砝码重力”,不宜再这么做,否则理论脱离实际,再者,当砝码逐渐增加时,“小车质量比砝码大得多”的前提条件也不再成立.
可否使实验设计得简单、易操作一些呢?
在“做功倍增法”的启示下,我在教学中尝试了另一种方法:恒力做功倍增法.装置如图4.
高一的学生在学到这部分时,已经非常熟悉轨道、小车、打点计时器了,而且通过对牛顿第二定律的学习,已经能够认识到:小车在砝码牵引下做匀加速直线运动时,砝码通过绳拉小车的力虽不等于砝码的重力,但也是恒力.
车受到的摩擦力也是恒力,因而小车受的合力F′仍是恒力,免去了平衡摩擦力的麻烦.
在合力为F′的恒力作用下,功的倍增可以通过位移的倍增取得.(如图5)学生打出纸带后,把速度v0=0的O点与纸带后部选的一点P(为便于测vP,P最好是匀加速段倒数第二个点)对齐后,把纸带对折,然后再对折两次,这样就把OP等分成八份.恒力F′在每一段上做的功都是W.所以自O点起,在OA、OB、OC、……各段上的功就分别是W、2W、3W……(见图5)测出各折痕处的瞬时速度,即可以分析W-v的关系了.
这个方法随之带来的新问题是:分段线常常不是在打点计时器打点的位置上.而学生们熟悉的是:匀加速直线运动中,间隔时间相等的三个连续点,左、右两点间距离的平均速度等于中间一点的瞬时速度.
这就考验我们学以致用的能力.在第一章“运动的描述”中,已经学过“当时间很短的情况下,通常可以把这段时间内的平均速度作为瞬时速度看待”的估算方法.现在正好可以用一用.
如图5,标有数字“O、A、B…P”的短线处代表折痕,纸带上的连续点都用字母标注.
当折痕基本位于某两个相邻点中央时(如A、B两处折痕就基本位于ab、cd中央),则以测量折痕左右两点间(即ab段、cd段)的平均速度代替折痕A、B处的瞬时速度;而当折痕比较靠近某点时(如下图中除A、B外的几处折痕),则以测量最靠近折痕处那个点的瞬时速度代替折痕处的瞬速.如折痕D处的瞬时速度vD以测f点的瞬时速度vf代替.
这首先训练了学生对知识的理解、应用能力.比如,按上述方法,学生必须明白,在计算A、B两处折痕的瞬速时,所用的时间应该是0.02 s,而在计算C~P几个折痕瞬速时,所对应的时间则应该是0.04 s.
第二是分析能力训练.提高分析误差、减小误差的能力.比如,要计算折痕F的瞬时速度vF,是测量gi段位移、计算出h点的瞬速vh代替vF,还是测量hi段位移,以hi段的平均速度v代替vF更好?哪个带来的误差会更小?稍加分析就会看到:hi段平均速度v等于箭头所指m处的瞬速,而折痕F离h点更近,故应测量gi段.
第三是训练学生把信息技术应用于处理实验数据的能力,要求学生用Excel处理数据,作业以电子稿形式上交.指导学生在Excel表格中设定好公式,那么需要做的只是手工用刻度尺测出选定的若干个两点间距离,输入对应的时间,其它的运算工作就可以交由计算机去完成.“发挥机器的计算特长,而让人类专注于思考”,这不正是我们研制计算机的初衷吗?
这个方法实际上也是验证初速度为零的匀变速直线运动公式: v2t=2ax.
对本方法的误差分析
这种方法产生误差最大的地方是:当折痕位于两个原始点中间时,用两个原始点间的平均速度代替折痕处瞬时速度的估算法.现假设有两个相邻的原始点m、n,折痕g偏离mn段时间中点较远.当用这两点间的平均速度代替g处的瞬时速度时,其误差一定小于以代替n点的瞬时速度vn.(如图6)
设加速度为a,连续相等时间t=0.02 s的相邻位移差为Δx.则vn=+0.01a.
=xmm0.02,
a=Δx(0.02)2=Δx4×10-4,
Δv=vn-=0.01a,
因而误差:η
可见误差的大小取决于两点间距离xmn和相邻两段位移差Δx的大小.而Δx∝a,所以实验中,较小的加速度,以及越到纸带的末段,这种估算带来的误差越小.
这种方法的优点是:
1.原理简单.水平方向受恒力作用的结论易得出,通过位移倍增实现功倍增原理易懂.
2.可操作性强.没有平衡摩擦力这些精度要求较高的操作及难度很高的相同规格橡筋制作的准备工作.
3.误差小.