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广西大学教育学院科技馆中的物理知识

作者:高考题库网
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2020-11-27 16:54
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东北师范大学继续教育-东北师范大学继续教育

2020年11月27日发(作者:席仲甫)


科技馆中的物理知识


孔德源作

(

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一、华夏之光


1

、明代福船



1

)简介:


福船,

是福建、


一带尖底古海


其船上平如衡,< /p>


浙江沿海


船的统称,


下侧如刀,


底尖上阔,首尖尾宽两头翘,这一船舶结构是中国在


造船方面的一大发明 ,它提高船舶的抗沉性能,增加


了远航的安全性能。福船与广船、沙船和鸟船并列为


中国古代四大船系。


2

)特点:


一是首部 尖,尾部宽,两头上翘,首尾高昂。它的


两舷向外拱,两侧有护板。特别是福船有高昂首 部,


又有坚强的冲击装置,吃水又深,可达到四米,适合


于作为 战船。


二是船体高大,上有宽平的甲板、连续的舱口,船


首两侧有一对船眼。作为战船用的福船全船分四层,


下层装土石压舱,

二层住兵士,

三层是主要操作场所,


上层是作战场所,居高临下 ,弓箭火炮向下发,往往


能克敌制胜。


科技馆中的物理知识


孔德源作

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三是操纵性好,

福船特有的双舵设计,

在浅海和深

海都能进退自如。


3

)帆:


船只借助帆的每一面所产生的力量沿着迎风方


向移动

.

迎风面的正向力量

(

推力

)

和背风 面的负向力


(

拉力

)

合 在一起形成了合力,这两种力量都作用于


同一方向

.


1738

年,科学家丹尼尔·伯努 利发现,气流


速度与周围自由气流成比例增加,从而导致压力的降


低,而这可令气流速度更快

.

这种情况在帆的背风面


发生即空气流动速度加快并在帆的后面形成低压区


.


4

)尾舵



尾舵是安装在轮船、潜艇或飞机上的一个小舵板,


先有此控制较 大的方向舵,从控制船或飞机的航行方


提供稳定性;

保证飞机纵向和侧向平衡;

产生俯仰


和 偏航阻尼力矩;安装升降舵和方向舵,操纵飞机飞


行。



二、探索与发现


科技馆中的物理知识


孔德源作

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1

、光路可见


1

)简介:


在椭圆形的


可以沿轨道滑动


器,容器内分别


溶液、氢氧化铁


2

)原理:


当一束光线透过胶体,

从入射光的垂直方向可以


观察到胶体里 出现的一条光亮的“通路”,这种现象


叫丁达尔现象,也叫丁达尔效应(

Tyndall effect


或者丁泽尔现象、丁泽尔效应、廷得耳 效应


在光的传播


线照射到 粒子时,


大于入射光波长


过程中,

< p>
如果粒子


很多倍,


< p>面



放< /p>


吗?


胶体。台面外侧有一个激光反射源。


发生光的反射;如果粒子小于入射光波长,则发生光


的散射,这时观察 到的是光波环绕微粒而向其四周放


射的光,称为散射光或乳光。丁达尔效应就是光的散< /p>


射现象或称乳光现象。由于溶液粒子直径一般不超过


1

nm

胶体粒子介于溶液中溶质粒子和浊液粒子之间,

其直径在

1~100

nm

小于可见光波长

400

nm

700

nm

< p>,


因此,当可见光透过胶体时会产生明显的散射作用。


科技 馆中的物理知识


孔德源作

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而对于真溶液,虽然分子或离子更小,但因散射光的


强度随散射粒子体积的减 小而明显减弱,因此,真溶


液对光的散射作用很微弱。此外,散射光的强度还随


分散体系中粒子浓度增大而增强。


所以说,

胶体能有丁达尔现象,

而溶液几乎没有,


可以采 用丁达尔现象来区分胶体和溶液,注意:当有


光线通过悬浊液时有时也会出现光路,但是 由于悬浊


液中的颗粒对光线的阻碍过大,使得产生的光路很


短。


3

)现象:


我们把装有氢氧化铁溶液以及缔合胶体的有机玻


璃容器放在激光束通过的 路径中时,会观察到容器中


有一个较粗的清晰光路,而在装有氯化钠溶液的容器


里却几乎看不到。


2

、手蓄电池


1

)简介:


这件展品由多个金属棒和检流计组成,金属棒


分两组,左侧红色标牌的金 属棒材质为铁、铜、铝,


右侧黑色标牌的金属棒材质为铜、铝、铁。


2

)原理:


这是因为我们手上的汗液是电解质,

握住不同


的金属棒时 ,汗液便和金属发生了化学反应。使电子


科技馆中的物理知识


孔德源作

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在不同的金属间转移。


手蓄电池

人手


上带有汗液,

< p>而汗液是一


种电介质,

里面含有一定


量的正 负离子。

铝板比铜


板活泼,

铝板上汗液中的


负离子发生化学反应,而把外层电子留在铝板上,使


铝板集聚大量负电荷,铜 板上集聚大量正电荷。当用


导线把铜板和铝板连接起来,铝板上的电子通过电流


计将向铜板移动,在导线中有电流通过,从而产生了


电流。故电流计指针 偏转。这实际上就构成了一个简


单的原电池


3

)现象:


当用手握住不同的金属棒时,可看到检流计的


指针发生偏转,证明有电流 产生。当左手所握得材质


不变的情况下,变换右手的材质,检流计的指针一般

< p>
都会发生改变,当换一个人去握同样的材质时,显示


的数字也会发生改变。


3

、空中自行车

1

)简介:展台上的两根立柱之间,固定有一根


钢 丝,钢丝一端的高度可以用操作手柄进行操作,使


科技馆中的物理知识

< br>

孔德源作

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独轮车从高到低运动,独轮车下方有配重装置,连接


杆可以伸缩调节长度,配 重物体多少也可以改变。


2

)原理:


运用的是“不倒翁”重心稳定的原理。上轻下重


的物体比较稳定,

也就是说重心越


低越稳定。

当不倒翁在竖立状态处


于平衡时,

重心和接触点的距离


最小,即重 心最低。偏离平衡位置后,重心总是升高


的。

因此,

这< /p>

种状态的平衡是稳定平衡。

所以不倒翁


无 论如何摇摆,总是不倒的。


不倒翁竖直时重心 最低

,

所以当不倒翁向任意方


向倾倒时

,

重心都要升高

,

不稳定

.

最终要回 答原来的


位置

(

竖直位置

).



4

、旋转的金蛋


1

)简介:


所谓“旋转金蛋”就是将


一个用铁基金属制作的形状


为旋转对称 的椭球体

(

一个


对称轴的长度大于其它两个轴的长度

)

将它放在一个


光滑铮亮的薄平板上,薄板 的下边是一个由导线缠绕


铁磁体构成的电磁场。当给线圈通交流电时,交变电

< p>
科技馆中的物理知识


孔德源作

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磁场驱动金蛋开始缓慢旋转。


2

)现象:


一开始,

金蛋绕垂直于台面的短轴旋转,

随着电流


持续作 用,金蛋越转越快,在它的转速达到某一速度


时,它就自动立起来,绕长轴转动;这时的 长轴将垂


直台面。持续通电,它将持续转动,直到切断电流,


它 又缓慢躺下,回到原始的状态。


3

)原理:


根据理论力学的刚体动力学,一个三轴对称椭球体的


转动惯量

(

即抗拒转动的惯性量

)

的大小与它的转动轴


方向有 关。如果椭球的三个轴的长度不同,它具有三


个大小不同的转动惯量:令

Jx , Jy , Jz

分别代表


x, y, z

轴的转动惯量,它们是椭球体质量

m,


三个主轴长度

(a, b, c)

的函数。

c

z

轴方向 的轴


长;对于本文情况,金蛋为旋转椭球体,两个短轴相


等,即

a = b

所以公式可以简化

(

详见附录

1)



又知刚体转动动能

T

是椭球体转动惯量

Jx

,

Jy

,


Jz

和 转动角速度的函数,

其表达式请见附录

2

可见,


科技馆中的物理知识


孔德源作

(

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当转动角速度相同时,绕

z

轴转动的动能最小,因为


这时的转动惯量最小。


我们注意到,当金蛋立起来绕长轴转动时,它的


重心较高,位能较大;那么,为什么它还要立起来旋


转呢?这是由于 刚体旋转状态要取它的总量最小的形


(

最小能量原理< /p>

)

。下边用图

4

说明其中的奥秘。


令金蛋绕短轴旋转为状态

I

,而金蛋绕长轴旋转


为状态

II

那么我们可以比较状态

I

与状态

II

哪个


总能量最小呢?现在用

UI

UII

代表两种状态下的


总能量,它 们等于动能和位能之和。动能

T

已经在附


录里给出,位能

(AI,

AII)

的公式是:

AI

=

hx

mg,

AII


= hz mg,

其中

g

是重力加速度。



根据最小能量原理,当

UI

UII

时,金蛋将奋


力站立起来,绕长轴

c

旋 转。下边求出旋转状态改变


的临界旋转角速度,

UI< /p>

UII

公式中,

hx

mg

hz


mg

两项是固定值,

和旋转角速度无关,

二者之差等于


(hz - hx )mg

。状态

I

和状态

II

金蛋 的旋转动能请


见附录

2

;该附录中也给出了临界转动角速 度。当转

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