大学物理演示实验小论文(3)

2019-08-03 11:43

2、演示刚体的进动:将无框的陀螺仪放在加速器上,踩脚踏开关,当陀螺仪高速旋转起来时,将陀螺仪拿起,放置于底座上,此时,陀螺仪就会绕竖直轴进动。

3、还有几个用陀螺仪演示的角动量守恒小实验,也非常有趣:将旋转的陀螺仪放在斜坡上,它不会倒下,而会沿斜坡下滑;将旋转的陀螺仪倒放在转盘上,放的位置不同,现象也不同。

讨论与思考:

陀螺仪,是一种用来感测与维持方向的装置,基于角动量不灭的理论设计出来的。陀螺仪主要是由一个位于轴心可以旋转的轮子构成。 陀螺仪一旦开始旋转,由于轮子的角动量,陀螺仪有抗拒方向改变的趋向。陀螺仪多用于导航、定位等系统。

陀螺仪的装置,一直是航空和航海上航行姿态及速率等最方便实用的参考仪表。基本上陀螺仪是一种机械装置,其主要部分是一个对旋转轴以极高角速度旋转的转子,转子装在一支架内;在通过转子中心轴上加一内环架,那么陀螺仪就可环绕飞机两轴作自由运动;然后,在内环架外加上一外环架;这个陀螺仪有两个平衡环,可以环绕飞机三轴作自由运动,就是一个完整的太空陀螺仪。

力学趣味实验演示

1、等质量五连摆演示 实验目的:

1.演示五个等质量球的弹性碰撞过程,加深对动量原理的理解 2.可演示弹性碰撞时能量的最大传递。

3.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。

实验原理:

由动量守恒和能量守恒原理,两个等质量球弹性正碰时,它们将交换速度。等质量五联摆装置使人们自由组合联球个数,进行实验演示。

实验仪器:

实验操作:

将仪器放置在水平桌上,拉动左侧一个球使其偏离竖直方向一定角度,松手令它与余球碰撞,观察碰撞过程。仿照上述过程,一次拉动两球、三球、多球,

令它们分别与余球碰撞,观察碰撞过程。手拿起右侧(或左侧)n个球使之偏开平衡位置,突然放手,使其与余球碰撞,观察其它球跳起的情况,并进行分析。

注意事项:

1. 不要用力拉球,以免悬线断开。 2. 搬动仪器轻拿轻放,以免悬线震断。

讨论与思考:

1. 假设其中有一颗高度略低于其他四颗,这样能量会守恒吗?为什么? 2. 如果五颗都换成滑鼠的滚珠,碰撞的情形是否一样?为什么?

2、不等质量三联摆 实验目的:

1.演示三个不等质量球的弹性碰撞过程,加深对动量原理的理解; 2.使学生加深对弹性碰撞过程中的动量能量变化过程的理解。

实验原理:

系统内力只改变系统内各物体的运动状态,不能改变整个系统的运动状态,只有外力才能改变整个系统的运动状态,所以,系统不受或所受外力为0时,系统总动量保持不变。

实验仪器:

实验操作:

将仪器放置在水平桌上,拉动左侧一个球使其偏离竖直方向一定角度,松手令它与余球碰撞,观察碰撞过程。

注意事项:

1. 不要用力拉球,以免悬线断开。

2. 搬动仪器轻拿轻放,以免悬线震断。

3、打击中心的研究 4、沙子的内摩擦力的研究 5、飞船的降落过程

当宇宙飞船从外层空间返回地面时,由于其下降速度非常快,如果不采取减速和减震措施,则飞船里宇航员的生命安全就得不到保证。因此在宇宙飞船和航天飞机上都有很多减震措施来保证飞船与人员的安全着陆。我们也可以利用一些废旧材料来模拟一艘宇宙飞船的降落过程。

飞船的船员可以请一只生鸡蛋来担任,而飞船则可以用一只马口铁做的空罐头盒来充当。为了保护脆弱的乘客,我们将采取多种保护措施。

首先用塑料薄膜紧紧地包裹住鸡蛋,然后将薄膜周围系上一些线,将线头系在罐头盒上,使薄膜包裹之下的鸡蛋能悬吊在罐头盒里。现在将罐头盒里灌满水,再扣上盖,注意不要让水溢出来。这样,飞船就做好了。

我们可以到一个比较高的地方(比如房顶上)来进行我们的实验,注意安全。双手平举飞船,使其自由落下。罐头盒也许会摔裂变形,里面的水也会四处飞溅,但当我们打开罐头盒却发现里面脆弱的生鸡蛋却毫发无损。这主要是因为罐头盒里的水在罐头盒撞地时吸收了大部分冲击能量,作用在鸡蛋外壳上的力量就变小了,而鸡蛋悬空是为了避免罐头盒撞地时,冲击直接作用在鸡蛋上。实际上,真正的宇宙飞船上的制动措施是相当复杂的,但原理不外乎避免冲击能量直接作用在宇航员身上。

6、滚动的瓶子

比萨斜塔实验是科学史上一个非常著名的实验,在这个实验中伽利略借助两只不同重量的铁球证明了物体下落速度是与重量无关的。那么,相同重量的物体落下的速度是否一定相同呢?现在我们来做一个关于滚动摩擦的小实验,也许结果会出乎你的意料。

取一块长方形木板,用几本书将其中一端垫高并固定住,另一端平放在桌子上。找两只相同质地、同等大小、重量相等的圆形玻璃瓶子,分别装入等重的细沙和清水,盖上瓶盖。为防止瓶子滚动时水和沙子漏出,可以在瓶口处粘上少许蜂蜡。

现在把两只瓶子放在木板上,在同一起始高度让二者同时向下滚动。理论上说,两只瓶子的重量相同,又在同一块木板上下滑,那么两只瓶子受到的外部摩擦阻力应该是一样的,又因为二者从同一高度同时下滑,那么两只瓶子应该同时到达桌面。但实际上你会发现,装水的瓶子将比装沙子的瓶子提前到达终点。为什么会这样呢?

实际上瓶子在起始位置上时具有的能量就是势能,当它开始下滑时势能会转化成动能及摩擦产生的热能,虽然两只瓶子与木板的摩擦是一样的,但沙子对瓶子内壁的摩擦比水对瓶

子内壁的摩擦要大得多,而且沙子之间还会有摩擦,这些摩擦产生的热能比装水的瓶子内部摩擦的热能要大,根据能量守恒定律,装沙子的瓶子动能自然就少了,因此它的下滑速度比装水的瓶子要慢。

7、神兵天降

在电视和电影里,伞兵们抱着降落伞从飞机上跳下,降落在敌后进行奇袭,真是神勇极了。你想不想自己做个袖珍降落伞呢?

降落伞看起来简单,只是一块布下面系着几根绳子,其实这里面的学问可多了,不同用途的降落伞,无论尺寸、样式都不相同。军用降落伞是要经过精心的设计和计算的,我们自己做的降落伞虽然没那么复杂,但制作时也应注意几个问题。

首先准备一只稍厚些的方型手帕,将四个角用棉线系牢,再将棉线用重物坠在一起。用剪刀在小降落伞的顶部剪一个小洞,不要小看这个洞,它是降落伞下落时保持稳定的关键所在,如果洞开大了,则降落伞的阻力将不足,下落速度会太快,而如果洞开小了,则起不到稳定的作用,降落伞将在下落过程中摇摆。

用方型手帕做的降落伞只是最简易的降落伞,你还可以用长方形手帕做成飞机机翼的截面形状,下面坠上小电动马达,成为可以自主飞行的动力翼伞。还可以将自制的降落伞折叠后放在本栏目前面介绍过的土火箭上,发射到空中再抛出打开,效果会更好。

振动、波动部分

1. 音叉

一、演示目的

观察音叉的振动声放大、共振声放大、拍振动声放大现象。 二、原理

振动、振动的合成;

音叉的共振现象称为共鸣。如果两个音叉的频率相同,敲击一个音叉发声所激发的空气振动可引发另一个音叉振动发声;如果两音叉的频率不同,则不会有共鸣。

改变音叉的频率,可采用在音叉臂上附加重物的方法,例如滴蜡,绕以铜丝、套橡胶圈等。也可以如本实验,做两个金属套环套在音叉上,金属套环可以移动,并用螺丝固定。调节音叉臂上的金属套环的位置,则可改变音叉的频率,金属套

环的质量大小决定音叉频率可改变的范围。若所加的金属套环较重时,在音叉臂上的位置必须保持对称,否则音叉振动会衰减过快。 三、装置

频率相同的音叉2支、金属套环(橡胶圈)、橡皮锤、共鸣箱

四、现象演示

(1)将一支音叉接至共鸣箱,并用橡皮锤敲击音叉,听其振动声。 (2)将两支频率相同的带有共鸣箱的音叉1、2相对放置(两者相隔一定距离),用橡皮锤敲响音叉1,使之振动,稍待一会儿随即握住此音叉使它停振,在安静的室内可清晰地听到音叉的声响。这是因为音叉1虽已停振,但在停振以前,通过空气振动,已迫使另一音叉2振动,因此可听到另一音叉2的共鸣声,这时的声响就是音叉2发出的。手握音叉2,声响消失,即可证明。

如果两音叉的频率不同,则不发生共鸣。

(3)在一支音叉的臂上套一金属环或橡胶环,它的频率会有一微小改变;敲击此音叉,听其声音,移动臂上金属环的位置,听到的声音会不同。将两支音叉平行放置。且共鸣箱口朝向观众。然后同时两支音叉,可以听到周期性的强弱变化的“嗡……嗡……”声,这就是拍现象。调节金属环的位置,可得到最佳效果。

2. 导线弦驻波

一、演示目的

观察在振动的弦线上形成的横驻波。

二、实验原理

1、驻波的形成:驻波是由两列频率相同、振动方向相同、且振幅相等,但传播方向相反的行波叠加而成的。 设两列行波的表达式为

?1(x, t) = Acos(?t + ?1 - kx) , ?2(x, t) = Acos(?t + ?2 + kx)

适当选择坐标原点和时间零点,使 ?1、?2 均等于零,则表达式变为 ?1(x, t) = Acos(?t - kx) ,?2(x, t) = Acos(?t + kx) 两行波叠加 ?(x, t) = ?1(x, t) + ?2(x, t)


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