题目：粉末计时条纹形成机理研究

利用一些物质的粉末对静电分布进行显影的粉末图形法，可以发展出一种粉末图形测量法，在低成本物理实验中，利用生活中常见的交流市电和其稳定的频率基准，运用粉末计时法，开展对物理现象和规律的学习认识和研究，特别为学生兴趣实验、小实验和探索性实验的开展提供了便捷的工具。这种方法对广大发展中国家的基础教育和物理教育有现实意义。另一方面，对基础物理研究和教学有实用意义的是用较高频率的电信号产生粉末条纹，可以获得高精度的时间测量。这使物理学工作者可以以较小的代价获得对运动和其它物理现象的了解和研究。 本课题的研究从粉体理化特性、交变电流的感应特点、等晕（isoplanatic patches）条件下矩形函数对正弦电信号的取样性质以及边界润滑摩擦学、电介质在电场中表现、电接触震动等方面，对粉末条纹的形成机理开展了多角度的研究。 本研究遵循物理实验研究的传统，在条件许可的情况下，尽可能地采用了实证的方法进行研究。本论文以逻辑和实证的方法系统地考查了影响条纹形成的诸因素。 这项研究的结论是： （1） 多种因素造成了粉末带电它们在条纹形成过程中各自作用不同 粉体的部分带电是由粉体在研磨、包装、倾倒过程中的摩擦带电造成的。电场感应带电和形成条纹时手指或金属片摩擦带电都能影响条纹的形成。粉体倾倒过程的摩擦带电电量较小，这是由于粉体电容较小，在金属的导泄作用下，残存带电量小。但是，由于粉体电容的存在，粉体可以长久地带电，这些残余电荷被称为"种子"，它们会影响条纹对比度和决定条纹是明还是暗。粉体感应带电决定条纹边缘结构。摩擦过程带电影响粉末堆集厚度，因此也影响条纹的对比度。 （2）空间电场作用 空间存在着较强的工频场（50Hz）。人体和导线感应的市电电场对较高频率信号条纹的形成有影响。研究表明，条纹形成所需的能量来自交变电场、摩擦和电接触振动。形成条纹空间分布的决定性作用是交变电场的频率。 （3）摩擦速度、金属表面的物理、化学状态（偶电层）以及摩擦引起的粘滑振动和电接触振动都对条纹有影响。 总的结论是：库恩（Wilfried Kuhn）对条纹形成机理的解释是正确的。但库恩只解释了电信号对条纹分布的影响，没有考虑到接触电容对条纹形成的影响，特别是没有说明绝缘粉末在摩擦过程中可以转化为导电物质，因此影响了人们利用粉末图形法进行进一步研究和创新。粉末计时系统是一个在一定电压阈值下漏电的"接触电容"粉末只有在足够的电势差作用下才会被静电吸附。本研究开展了粉末计时条纹机理的研究为进一步开发粉末图形法的创新和研究奠定了基础。 本文研究的实用性和创新性具体表现在：首次历史地考察了粉末法的发生和演变，这为今后进一步研究打下了良好的基础。本研究首次成功地实现了用较宽频率范围的电信号（20Hz--1500Hz）产生粉末条纹，因为根据库恩（W·Kuhn）的解释，人们自然会想到利用不同频率的信号来获得不同精度的时间测量，经文献检索，未见有非工频电条纹实现的报道。本研究掌握和了解了通常实验中，非工频电信号不能形成条纹的原因。本研究建立了研究粉末条纹的规范，就是以固定摆长的单摆或固定高度的自由落体为统一的客观时间标准，采用不同频率的电信号和不同物质粉末进行实验的研究方法。本文还就矩形函数在等晕条件下对正弦电信号的采样运算与实验结果进行了比较，给出了单摆"平衡位置"的选取与水银盂宽度对时间测量影响的结果。在粉末条纹形成机理的研究结果的基础上，本研究成功地实现了粉末法测量单摆周期，尤其是用实验方法实现了"接地"条纹，完善了粉末法测量单摆的实验方法，使粉末法测量更容易被接受。实验中，利用粉末法类似的"频谱变换"功能，实现了两个电信号叠加的条纹，为同一直线上两个振动的合成提供了一种演示实验。本研究独立发现电接触振动发声现象，并进行了初步的实验研究。粉末计时条纹形成机理的研究取得了一些有价值的结果，表现出作者具有一定的科研水平。 这篇论文的研究结果有利于科学地认识粉末计时法，可以使学生获得简单、准确的计时工具，为学生进行创新学习和研究提供容易获得的计时工具，以利于他们在探索性实验和家庭实验中提高创新能力和动手能力。这对于发展中国家基础教育和物理教育具有重要意义。因此，本研究具有一定的科学意义、社会意义和教育意义。 要完成上述"小题大做"的研究工作，单凭个人知识和能力是力有未逮的。在研究和实验中，我得到我的导师王欣先生和张长庚先生以及物理系的领导和老师们的大力支持和协助。论文的研究思路和实验设计是在他们关怀和指导下完成的，我感谢所有曾给予我帮助的老师和同学们！