大学物理演示实验 70页

锥体上滚【试验目的】：1．通过观察与思考双锥体沿斜面轨道上滚的现象，使学生加深了解在重力场中物体总是以降低重心，趋于稳定的运动规律。2．说明物体具有从势能高的位置向势能低的位置运动的趋势，同时说明物体势能和动能的相互转换。【实验仪器】\n能量最低原理指出：物体或系统的能量总是自然趋向最低状态。本实验中在低端的两根导轨间距小，锥体停在此处重心被抬高了；相反，在高端两根导轨较为分开，锥体在此处下陷，重心实际上降低了。实验现象仍然符合能量最低原理。【实验步骤】：1．将双锥体置于导轨的高端，双锥体并不下滚；2．将双锥体置于导轨的低端，松手后双锥体向高端滚去；3．重复第2步操作，仔细观察双锥体上滚的情况。【注意事项】：1．移动锥体时要轻拿轻放，切勿将锥体掉落在地上。2．锥体启动时位置要正，防止它滚动时摔下来造成变形或损坏。【实验原理】：\n手触式蓄电池【试验目的】：通过演示进一步理解接触电位差的概念。【试验仪器】：手触电池演示仪\n设wA、wB为金属A与B的逸出功（且wAwB），则它们的接触电势差为：VA－VB=（wA－wB）/e因此，相互接触的两块金属就相当于一个电池，如果在它们之间接一个电流计，当回路闭合，电流计就发生偏转，表明回路中有电流。【试验原理】：要使金属内电子脱离金属表面的束缚所需的功，称为该金属的逸出功。不同的金属有不同的逸出功。两种不同的金属相互接触时，逸出功小的金属将失去电子而电位升高，逸出功大的金属将获得电子而电位降低（如图１）。结果这两种金属之间就产生了电位差，称之为接触电位差。\n【操作步骤】：将双手分别放在铜板（wＣｕ＝4.65ev）和铝板（wAl＝4.28ev）上，因人是导体，与两金属板接触，从而产生接触电位差，此时两块金属板通过人体连接构成了一个等效电池（如图２），当回路闭合时，观察电流计的变化。返回\n雅格布天梯【试验目的】：通过演示来了解气体弧光放电的原理。【试验仪器】：雅格布天梯演示仪。\n雅格布天梯中的两电极构成为一梯形，下端间距小，因而场强大（因Ë=–U）。其下端的空气最先被击穿而放电。由于电弧加热（空气的温度升高，空气就越易被电离,击穿场强就下降），使其上部的空气也被击穿，形成不断放电。结果弧光区逐渐上移，犹如爬梯子一般的壮观。当升至一定的高度时，由于两电极间距过大，使极间场强太小不足以击穿空气，弧光因而熄灭。【操作步骤】：打开电源，观察弧光的产生，移动及消失。【试验原理】：给存在一定距离的两电极之间加上高压，若两电极间的电场达到空气的击穿电场时，两电极间的空气将被击穿，并产生大规模的放电，形成气体的弧光放电。\n陀螺进动【实验目的】：演示旋转刚体（车轮）在外力矩作用下的进动。【实验仪器】：陀螺进动仪\n【实验原理】：陀螺转动起来具有角动量L,当其倾斜时受到一个垂直纸面向里的重力矩(r×mg)作用,根据角动量原理,其方向也垂直纸面向里。下一时刻的角动量L+△L向斜后方,陀螺将不会倒下,而是作进动。\n【实验步骤】：用力使陀螺快速转动，将其倾斜放在支架上，放手后陀螺不仅绕其自转轴转动，而且自转轴还会绕支架旋转。这就是进动现象。【注意事项】：注意保护陀螺，快要停止转动时用手接住,以免掉到地上摔坏。\n弹性碰撞仪【实验目的】：演示等质量球的弹性碰撞过程，加深对动量原理的理解。演示弹性碰撞时能量的最大传递。使学生对弹性碰撞过程中的动量、能量变化过程有更清晰的理解。【实验仪器】：弹性碰撞仪\n【实验原理】：由动量守恒和能量守恒原理可知：在理想情况下，完全弹性碰撞的物理过程满足动量守恒和能量守恒。当两个等质量刚性球弹性正碰时，它们将交换速度。多个小球碰撞时可以进行类似的分析。事实上，由于小球间的碰撞并非理想的弹性碰撞，还是有能量损失的，故最后小球还是要静止下来。【实验步骤】：1．调整固定摆球的螺丝，尽量使摆球的中心处于同一直线上；2．拉起最左边的一个摆球，释放，让其撞击其它的摆球，可以观察到最右侧的一个球立即摆起，其振幅几乎等于左边小球的摆幅；3．同时拉起左侧的两个、三个或四个摆球，释放，让其撞击剩余的摆球，可观察到另一侧相同数目的摆球立即摆起，其摆幅几乎等于被拉起摆球的摆幅。\n【注意事项】：1．随时注意保持7个摆球的球心处于同一直线上；2．球的摆幅不要太大，否则效果反而不好；3.不要用力拉球，以免悬线断开。\n伯努利悬浮球【实验目的】：了解伯努利原理及实验现象【实验仪器】：伯努利悬浮球\n【实验原理】：据伯努利原理，单位质量的流体的动能（流速头）、势能（位置头）和压力能（压力头）的和在同一流线上为一定值。流体的流速大处，其压强小，流速小时，其压强大。由此可知：当球体靠近喷口时，由于喷流从球体上向下喷出，就造成球体上方的压力低于下方的大气压力，由于两者之间的压差大于球体的重量，球体就被压在（托举在）喷口下方不被吹离。【实验步骤】：1．打开气泵，观察到气流从喇叭喷出；2．拉起气球至喇叭正下方，释放，可以看球体就悬浮喷口下方不被吹离\n傅科摆【实验目的】：认识非惯性平台的各个组成部分；通过傅科摆演示，观察和理解地球的自传规律。【实验仪器】：傅科摆\n【实验原理】：傅科摆是法国物理学家傅科（J.B.L.Foucault）于1851年首先在巴黎万神殿的圆拱屋顶下悬挂一个重28公斤的铅球，挂线长67米的大单摆。发现在摆的过程中，摆动平面不断作顺时针方向的偏转，从而通过单摆摆动平面的旋转验证地球的自转运动。我国北京自然博物馆门口就有一个傅科摆。地球自西向东旋转，其角速度的方向沿地轴指向北极（Z轴）。处于北半球某点的运动物体速度为，那么该物体所受的科里奥利力的表达式为：科里奥利力的方向垂直于一个平面，这个平面是由和的方向所组成的平面，所以垂直于，使发生偏转。\n傅科的演示直接证明了地球自西向东的自转。在地球的两极，傅科摆的摆动平面24小时转一圈，而在赤道上，傅科摆没有方向旋转的现象；在两极与赤道之间的区域，傅科摆方向的旋转速度介于两者之间。傅科摆在地球的不同地点旋转的速度不同，说明了地球表面不同地点的线速度不同，因此，傅科摆还可以用于确定摆所处的维度。【实验步骤】：将单摆拉开一定角度（不要超过底盘限定的范围），使其在竖直平面内摆动；调节底盘上的定标尺，使其方向与单摆的摆动方向一致；经过一段时间（大约1-2小时），观察单摆的摆动面与定标尺方向的夹角（大约10——20度）。\n【注意事项】：单摆初始角度不要超出底盘的限定范围；应避免用力拉球，以免摆线断开。\n声波可见【实验目的】：借助视觉暂留演示声波；【实验仪器】：声波可见演示仪\n【实验原理】：不同长度，不同张力的弦振动后形成的驻波基频、协频各不相同，即合成波形各不相同。本装置产生的是横波，可借助滚轮中黑白相间的条纹和人眼的视觉暂留作用将其显示出来。【实验步骤】：将整个装置竖直放稳，用手转动滚轮；依次拨动四根琴弦，可观察到不同长度，不同张力的弦线上出现不同基频与协频的驻波；重复转动滚轮，拨动琴弦，观察弦上的波形。【注意事项】：1．滚轮转速不必太高。2．拨动琴弦切勿用力过猛。\n环驻波演示实验【实验目的】：借助驻波演示仪观察驻波，加深对驻波形成条件的理解。【实验仪器】：环驻波演示仪\n【实验原理】：两列频率、振动方向及振幅都相同的简谐波，在同一直线上沿相反方向传播时叠加形成驻波。驻波中既没有相位的空间移动，也没有能量的定向传播，各点均在自己的平衡位置附近作简谐振动。振幅最大处为波腹，振幅为零处为波节。本实验是利用振子端点反射的波与该点传出的入射波在环上叠加形成驻波。只有满足圆弧的长度等于驻波半波长的整数倍时，才可在环上形成驻波。通过改变入射波长（改变信号源的频率），可以形成不同波长的驻波。\n【实验步骤】：首先将信号源控制振幅电压输出调至最低，打开电源。适当增大电压值环平稳振动；然后调节频率旋钮，直到出现环驻波；缓慢改变信号源的频率，使环上出现不同个数的波腹与波节，并使之保持稳定；如果波腹的幅度小，可适当调高电压；重复步骤2、3，多次进行观察。【注意事项】：实验中输出电压不能太高，每次变化不能太大。为达到最佳效果，频率与电压需交替配合调整，变化要缓慢。\n激光李萨如图形演示仪【实验目的】：利用光杠杆的原理，深入理解简谐振动、受迫振动、共振以及二维同频振动合成。【实验仪器】：激光李萨如图形演示仪\n【实验原理】：振动器1水平放置，代表X方向振动；振动器2垂直放置（部分振动条穿入机箱内），代表Y方向振动当两个方向相互垂直、频率成整数比的简谐振动叠加时，在屏幕上就会显示李萨如图形。利用光杠杆原理可以使微小的振动放大。21\n【注意事项】：在打开激光电源开关的情况下，不许用手直接接触激光管的电极接线，以免触电。\n辉光盘【实验目的】：观察平板晶体中的高压辉光放电现象。【实验仪器】：辉光盘演示仪\n【实验原理】：闪电盘是在两层玻璃盘中密封了涂有荧光材料的玻璃珠，玻璃珠充有稀薄的惰性气体（如氩气等）。控制器中有一块振荡电路板，通过电源变换器，将12V低压直流电转变为高压高频电压加在电极上。通电后，振荡电路产生高频电压电场，由于稀薄气体受到高频电场的电离作用二产生紫外辐射，玻璃珠上的荧光材料受到紫外辐射激发二发出可见光，其颜色由玻璃珠上涂敷的荧光材料决定。由于电极上电压很高，故所发生的光是一些辐射状的辉光，绚丽多彩，光芒四射，在黑暗中非常好看。\n【实验步骤】：将闪电盘后控制器上的电位器调节到最小；插上220V电源，打开开关；调高电位器，观察闪电盘上图像变化，当电压超过一定域值后，盘上出现闪光；用手触摸玻璃表面，观察闪光随手指移动变化；缓慢调低电位器到闪光恰好消失，对闪电盘拍手或说话，观察辉光岁声音的变化。【注意事项】：闪电盘为玻璃质地，注意轻拿轻放；移动闪电盘时请勿在控制器上用力，避免控制器与盘面连接断裂；闪电盘不可悬空吊挂。\n辉光球演示实验【实验目的】：探究低气压气体在高频强电场中产生辉光的放电现象和原理。探究气体分子激发，碰撞，复合的物理过程。【实验仪器】：辉光球演示仪\n【实验原理】：辉光球又称为电离子魔幻球。辉光球发光是低压气体（或叫稀疏气体）在高频强电场中的放电现象。玻璃球中央有一个黑色球状电极。球的底部有一块震荡电路板，通电后，震荡电路产生高频电压电场，由于球内稀薄气体受到高频电场的电离作用而光芒四射。辉光球工作时，在球中央的电极周围形成一个类似于点电荷的场。由于球内稀薄气体受到高频电场的电离作用而光芒四射，产生神秘色彩。由于电极上电压很高，故所发生的光是一些辐射状的辉光，绚丽多彩，光芒四射。当用手（人与大地相连）触及球时，球周围的电场、电势分布不再均匀对称，故辉光在手指的周围处变得更为明亮。\n【实验步骤】：打开电源开关，辉光球发光；用指尖触及辉光球，可见辉光在手指的周围处变得更为明亮，产生的弧线顺着手的触摸移动而游动扭曲，随手指移动起舞。【注意事项】：不可敲击辉光球体，以免打破玻璃。\n普氏摆演示实验【实验目的】：了解普氏摆，演示人眼的视觉特点【实验仪器】：普氏摆演示仪\n【实验原理】：人之所以能够看到立体的景物，是因为双眼可以各自独立看景物。两眼有间距，造成左眼与右眼图像的差异称为视差，人类的大脑很巧妙地将两眼的图像合成，在大脑中产生有空间感的视觉效果。在这个实验中，所用的光衰减镜引起光强的减弱，使分别进入两只眼睛的物光产生距离感，从而感觉出物体的立体感。将光衰减镜反转180度时，摆球的运动轨迹又发生了改变。\n【实验步骤】：拉开摆球，使其在两排金属杆之间的一个平面内摆动；普氏摆正前方位置观察球摆动的轨迹；光衰减镜再观察摆球的轨迹，发现摆球按椭圆轨迹转动；衰减镜反转180度，再观察，发现摆球改变了转动方向。注意事项】：1.摆球的摆动平面尽量在两排金属杆的中间，避免与金属杆相碰；2.观察时双眼均要睁开。\n光学分型演示实验【实验目的】：通过演示光学分型的物理现象，掌握光学分型的原理。【实验仪器】：光学分形演示仪。\n【实验原理】：分形是一种具有自相似特性的现象、图像或者物理过程。在分形中，每一组成部分都在特征和整体上相似。除自相似性以外，分形具有的另一个普遍特征是具有无限的细致性。即无论放大多少倍，图像的复杂性依然丝毫不会减少。但是每次放大的图形却并不和原来的图形完全相似，即分形并不要求具有完全的自相似特性。本实验利用互成一定角度的多个反射镜对同一个图案进行多次反射，构成一个复杂图像，体现分形的基本概念。【实验步骤】：打开电源即可观察到由多个相同图案构成的半球形图像。\n光学幻像【实验目的】：了解凹面镜成像原理，演示人眼的视觉特点。【实验仪器】：光学幻像演示仪\n【实验原理】：你看到的这只玫瑰，其实是一朵玫瑰模型的影像，模型实物隐藏在展品的壳体里面，它是通过一个大凹面反光镜成像在窗口外的缘故。我们知道，一个物体放置在凹面反光镜的二倍焦距附近，它的影像也在凹面反光镜的二倍焦距附近，这是凹面反光镜独有的光学特性。凹面反光镜不但在焦距之外能成明亮看得见的物体影像，而且在焦距处有很好的聚集作用。因此它广泛地应用在探照灯照明、太阳能利用及遥感天线和光学仪器中。\n【实验步骤】：接通电源，观众站到距展品１米左右处，可看到一只清晰的玫瑰，当你用手去摸时，却没摸到玫瑰。\n电磁驱动演示仪【演示目的】：利用电磁驱动演示仪演示涡流的机械效应，即电磁驱动。观察导体圆板在旋转磁场中的运动特性。【仪器结构】：电磁驱动演示仪的结构如下图所示．\n其中①是由钕铁硼材料制成的两块永磁体．它固定在长方形铁板上：②是定在L型铁架板上的电动机；③是可绕水平轴在竖在平面上转动的铝圆盘；④是固定①②③的托饭．\n【演示操作】：接通电源,电动机通电开始旋转,电动机2带动永磁体1使之绕水平轴旋转，继之在竖直平面内产生旋转磁场,由于涡流的机械效应驱动圆盘也跟着旋转起来。两者转动的方向相同,但铝盘旋转的速度始终小于永磁体(亦即磁场)的转速。这种现象称为电磁驱动。返回\n大型高压静电\n由于静电具有沿尖端放电和同性相斥的特性，头发就竖起来了。而参与者站在绝缘台上，始终处于等电位状态，所以参与者不会触电。由高压静电电源200kv、操作显示盘和静电感应器组成。演示高压带电作业，用以说明静电学中电位差和等电位的概念及在工业生产中的应用实例。\n【演示操作】：参与实验者站在绝缘台上，将手放在导体球上（整个实验过程中不得松手）。打开高压电源开关。调节电位器，逐渐调高电压。实验者的头发积累电荷并飞起来。调低电压后关闭电源，实验者松手并走下实验台。实验结束后，用探棒对高压球放电。【注意事项】：实验进行期间实验者不可松开放在导体球上的手。实验者在实验过程中不得靠近或接触周围的墙壁等任何接地的物体。实验进行期间观众不可擅自靠近导体球。实验结束后一定要将高压球放电。\n【工作原理】：实验时导体球上虽然加有高压，但由于实验者站在绝缘台上，不形成回路，大量电荷聚集在导体球及人体的表面，而人体毛发的尖端由于曲率很大，电荷密度很高，同种电荷之间相互排斥，是的实验者的头发飞起来，同时身上也会有汗毛立起的感觉\n同自己握手通过一个凹面反光镜，把参与的观众作为表演对象。当您站在镜前远近不同的位置时，可看到在不同光轴位置时的成像效果。当您的手放在光轴二倍焦距处时，其影象和手重合，似同自己握手。\n无源之水由于水龙头模型是独立悬挂于空中，因此，使参观者所观看到的是无源之水源源不断地从空中降下，能引参观者在该演示装置前驻足探索其中的奥秘，大胆地想象，增加生活的趣味性。\n万丈深渊观众走到展品边缘，手扶栏杆，透过玻璃向下看，感到脚下是一望无底的万丈深渊，通过这一感受向观众揭示了平面镜多次反射成像的光学原理。\n偏振光立体电影\n\n\n互感概念演示仪【仪器用途】：演示两个线圈之间的相互感应与位置之间的关系及铁芯在线圈互感中的作用。【性能参数】：电源电压交流220V，线圈匝数1000匝。\n【仪器结构】：1.机箱2.电源插座3.电源开关4.转向开关5.输入插座6.线圈7.收录机8.扬声器\n3.可以随意改变线圈的相对位置和方向观察两个线圈的互感情况。【操作方法】：1.接通电源，打开电源开关（绿色）和收录机开关，适当调节音量，将转向开关（红色）打向一侧，这时可听到左喇叭有声音，这是收音机自身发出的声音，将转向开关打到另一侧，这时声音停止；2.将两线圈分别接在机箱两侧的输入插座上，并把两线圈放在同一直线上，这时可听到右喇叭有声音，而且两线圈移近声音增大，移远，声音减小。加入铁芯，声音可增大几倍，将两线圈处置放置，声音减小，至消失。说明这是通过互感线圈感应过来的声音；返回\n角动量守恒演示仪【演示目的】：定性观察合外力矩为零的条件下，物体的角动量守恒。【仪器装置】：\n【演示操作】：演示者坐在可绕竖直轴自由旋转的椅子上，手握哑铃，两臂平伸。使转椅转动起来，然后收缩双臂，可看到人和凳的转速显著加大。两臂再度平伸，转速复又减慢。这是因为绕固定轴转动的物体的角动量等于其转动惯量与角速度的乘积，而外力矩等于零时，角动量守恒。当人收缩双臂时，转动惯量减小，因此角速度增加。\n静电现象演示仪该套仪器可演示静电系列试验，包括尖端放电、静电跳球、静电摆球等。【装置结构】：1.电风吹烛将高压电源的一极接在针形导体上，由于导体尖端处电荷密度最大，所以附近场强最强。在强电场的作用下，使尖端附近的空气中残存的离子发生加速运动，这些被加速的离子与空气分子相碰撞时，使空气分子电离，从而产生大量新的离子。与尖端上电荷异号的离子受到吸引而趋向尖端，最后与尖端上的电荷中和；与尖端上电荷同号的离子受到排斥而飞向远方形成“电风”，把附近的蜡烛火焰吹向一边，甚至吹灭。\n2.静电跳球3.静电摆球\n4.静电滚筒5.静电植绒绒丝在上下两极板间所建立的电场中极化而垂直排列，在加之绒丝并非百分之百绝缘体，可带少量与下极板同号的电荷，在强电场的作用下绒丝竖直地飞向上极板，与上极板相碰，既中和并带与上极板相同的电荷，在电场的作用下又迅速飞向下极板，这样绒丝在两极板间上下飞舞。\n青铜三宝“青铜三宝”是上海交通大学中华青铜公司研制推出的，是世界上第一套青铜文化科技物理教具。1.变音钟：变音钟取故编钟之形，用现代特殊功能铜合金铸成。常温下敲击编钟，声似木鱼，加热后则轻敲似铃，清音袅绕。因寓意“心诚则灵”，而得名“诚则灵变音钟”。此钟用铜合金为反铁磁性材料，其金属内阻尼系数大，敲击后产生拍频的衰减快。加热后温度上升至尼尔点发生相变，成为吸磁质材料，从而恢复一般铜合金特性。\n2.喷水鱼洗：铜喷洗是古代盥洗用的青铜器皿，形似浅盆。在同盆洗中盛满清水后，当手心用力摩擦两环耳时，从洗内发出悦耳的“嗡嗡”之声，同时洗的水面水波激荡，随着声音增大，会从鱼口向上喷出四簇晶莹透亮的水珠。\n其原理是在双手有规律地摩擦作为振源的环耳时，铜喷洗作受迫振动。一旦双手的摩擦产生的振动频率与铜喷洗固有频率相同或相近时，便发生共振。铜喷洗内壁的入射波与反射波迭加，产生干涉，形成驻波。对圆喷状物体来说，最易产生的驻波形式为四个波节和四个波幅，它们等距离地沿周围分布，而在波幅处巧妙地设计了四条鱼的口，由于波幅处的振幅最大，使晶莹的水珠溅起，犹如四条鱼口喷泉。3.透光镜：源于西汉的“透光镜”，在阳光（直射光）的照射下，能在反射光中将镜背的纹饰成像在反射屏（或墙面）上。北宋科学家沈括在他的“梦溪笔谈”中指出，因为镜背面有花纹，致使镜面也呈现出相对应的微观曲率，肉眼虽难容易觉察，但当镜子反射光线时，由于长光程放大效应，就能在屏上反映出来。\n实际上，制造透光镜的方法很多，例如用简单的手工补充研磨抛光法直接在镜面上磨出花纹槽沟即可。因为槽沟很浅，又圆滑无棱，肉眼极难察见，反光时却能收到“透光”效果。当然，采用这种方法，要使反射光斑中的花纹与镜背图案完全一致，要下相当大的功夫才行。\n加尔顿板加尔顿板用于演示大量偶然事件的统计规律和涨落现象。一、装置结构及技术参数加尔顿板总体结构采用有机玻璃制作的封闭式结构腔内分为储存室，钉阵和狭槽三部分。粒子储存室位于腔的上部；钉阵位于腔的中部有铁钉组成；钉阵下方有狭槽。粒子直径约为1.5mm。\n二、操作方法翻转装置，大量粒子下落可演示大量粒子按狭槽的分布，从而显示大量偶然事件所服从的统计规律：\n龙卷风利用超声波产生水的烟雾，利用电动旋转形成漩涡类似于自然界发生的龙卷风旋涡。它是用水汽来模拟龙卷风的样子，在底座下面有电动机转动，顶部也有电动机转动。电动机转动后，这一区域就形成了气流，用强光可以观察到这一区域有一根“白柱”在无规则扭动，那是水汽形成的。\n会飞的碗展示流体力学和空气力学中的有关伯努利原理的知识。碗之所以会悬浮于空中，是由于伯努利原理造成的，因为在质量均匀的气流中，其流动的速度越大，压力就越小；而其流动的速度越小，则其压力就越大，因而碗可以稳定的悬浮于空中。