新医科背景下的医学物理STEM项目案例——基于物理建模和频谱分析的音准测试

ADDIE模型指导下的医学物理STEM项目,引导学生运用从物理课程中获得知识和技能,并结合信号分析等方法来解决实际生活中的医学相关问题,从而达到增强学科交叉意识、培养创新思维及提升解决问题能力的教学目标.以音准测试项目为例,在了解发音器官的生理结构后,对发音过程和音准进行物理建模,通过Audition音频软件采集声音并做频谱分析,以标准琴音和受过良好音乐训练的被测者为参照制定音准测试方案,分析了音准自我认知和新冠病毒感染带来的嗓子不适等因素对音准的影响.项目执行结果表明:音准曲线能够客观评判被测者的音准情况和嗓子状态.该项目是由学生团队合作、自主探究完成的设计性医学应用实验,是典型的跨学科STEM实践活动,展示了复旦大学医学物理实验课程在践行学科交叉能力培养方面的成效.

圆膜振动中的反共振

给出了圆膜反共振的频率公式并进行了讨论.当利用圆膜接收振动时,应使第一共振频率远大于外界频率,以便消除反共振的影响.当圆膜反共振频率设计在等于外界频率时,可起到隔振作用.

弦振动驻波分析

弦振动驻波分析林建伟（河海大学数理系，南京２１００９８）１引言电动音叉振动形成弦上驻波是普通物理的一个基本实验（见图１）．一般教材在叙述图１稳定的弦振动驻波驻波现象时普遍采用两列频率相同，传播方向相反，振向相同，有确定初相位的简谐行波的叠加这一方法．...

关于曲管振动声弹耦合程度的研究

讨论３种不同圆心角的两端固支曲管在其平面内的声弹耦合振动及其影响因素。研究了流体固体的刚性比α、截面特性比γ和质量比β等因素对声弹耦合程度的影响以及对系统声弹耦合振动频率的影响。结果表明，α与γ的乘积ζ是影响曲管声弹耦合振动的重要参数。随着ζ的增加，结构振动与流体声波压力脉动由非耦合变为耦合。二者的耦合导致系统特征值迅速下降。

对称式不同形状簧片的振动特征

利用Workbench平台对射流液片激励3种不同形状劈尖的簧片振动问题进行计算分析,研究射流压强和劈尖形状对簧片振动特征的影响.结果表明:簧片振动达到稳态所需时间与射流压强成反比,簧片振幅与射流压强成正比,簧片振动频率与射流压强成正比或不变.同一射流压强情况下,等腰三角形劈尖簧片振动达到稳态所需时间最短,方形次之,半圆形最长;方形劈尖簧片振幅最大,等腰三角形居中,半圆形最小;等腰三角形劈尖簧片振动频率最高,方形最低,半圆形介于两者之间.

低速边棱音的振动特征

边棱音是一种复杂的流体动力学现象,通过数值模拟研究边棱音发声系统在射流不稳定情况下的发声特性。研究了射流速度低于湍流速度的不同流速下,簧片尖端以及两侧的旋涡、压力、速度的分布和压力特性。模拟结果显示:射流具有明显的抖动特性,在簧片两侧形成涡街、压力交替分布,基于出现的现象,初步探讨了簧片振动产生边棱音的机理。

基于Workbench平台的簧片哨发声机理及特征

基于Workbench平台对簧片哨物理模型进行双向流固耦合计算,对其发声机理及特征进行分析。结果表明:簧片发声的主因是射流对簧片的升力作用;当升力的某一频率与簧片的固有频率相近或者相同时,簧片的固有频率将被激发。随着射流压强增大,簧片的谐振频率逐渐增多,且谐振频率与基频近似呈奇数倍关系。在喷距不大于5mm的工作状态下,基频保持稳定;在喷距大于6mm的工作状态下,基频开始发生跃迁;随着喷距的增大,谐频逐渐消失,但是射流压强增大又导致谐频的出现。

纳米尺度的极化磁化理论

首先给出一种新的极化磁化方程,讨论纳米尺度的物质的极化、磁化、简并和相变,并给出适用于纳米尺度的极化磁化方程.然后研究电子自旋,讨论电子自旋的数学模式,指出电子的自旋是模不变的极矢量,电子的自旋是旋度矢量.最后把上述理论应用于二维纳米材料和石墨烯的研究和讨论.

极化磁化方程与负折射率材料

在新的极化磁化方程的基础上,在线性各向同性介质中,导出相对介电常数与相对磁导率之间的关系,解释极化现象和磁化现象是完全对称的,相对介电常数与相对磁导率可以同时为负,不可以一正一负.给出了介质中的洛仑兹力公式.根据能量守恒定律、介质中的洛仑兹力公式、介质极化磁化方程以及法拉第电磁感应定律,导出介质中的能流密度和介质中的能量密度.指出相对介电常数与相对磁导率同为负时,介质中能量密度仍为正.

介质中电磁场的动量密度和动量流密度

洛仑兹力公式只适合真空情况,从洛仑兹力公式导出的电磁场的动量密度和动量流密度也仅适合真空情况,不具有一般性.本文由介质中的洛仑兹力密度公式、极化磁化方程和麦克斯维方程组,导出了介质中的动量密度、介质中的动量流密度.

钢琴音板辅助设计的结构模块化

0引言在钢琴的各个组成部分中,钢琴音板是钢琴中很重要的一个部分,起着放大和辐射声音的作用。因此对钢琴音板的振动进行研究将对提高我国钢琴的技术和创新水平具有很重要的现实意义[1]。在钢琴音板的设计中,可以对钢琴音板振动进行计算机仿真。

动物怎样发声

众所周知,声音是由物体的振动产生的,一切正在发声的物体都在振动.动物在传递信息时,也用到"语言",那么动物怎样发声呢?知了可以说是昆虫世界里音量最大的,歌唱时间最长的"歌手".那么它"知了——知了——"的叫声是怎样发出的呢?原来。

对空气共鸣管原理的进一步探讨

本文从共鸣管的固有频率分析入手 ,提出了空气共鸣管产生共鸣的原因在于共振。

气膜汽笛的发声研究

在预实验的基础上建立了气膜汽笛发声的理论模型,实验验证了该理论模型并探究了影响气膜汽笛发声频率的因素.实验结果表明:气膜汽笛的发声频率与鼓风速度和容器长度无关,而与内管管长的倒数、气球膜半径的倒数呈线性关系,基频的平方与气球膜张力呈线性关系.

驻波节点的振动

本文通过计算证明,有限长弦在振动过程中驻波节点(除端点外)是不存在的,只是这些点的振动振幅相当小,从肉眼看上去好象是固定不动的,实际上是在振动。我们先来证明当弦一端连音叉另一端固定的情况,其定解问题为:

有一种石头会唱歌

白海卡累利阿沿岸有一个古老的传说．说沼泽立柱上的一块巨石会唱歌．而且白天晚上居民听到的还是不同的旋律，所以。古人都认为这块石头拥有魔法而加以膜拜。

水下任意形旋转薄壳振动和辐射声的时域研究

本文通过采用DAA2方法,有限元模态展开和直接积分混合方法以及Kirchhoff推迟势的边界元解法在时域上对水下任意形旋转薄壳振动和辐射声进行研究。以水下椭球壳的端部轴对称激励问题为例,对力源的时间函数分别为单频填充脉冲和δ脉冲两种情况给出了一些典型的数值计算结果和实验结果,并进行了讨论。