《大学物理演示实验》PPT课件.ppt

青岛大学物理演示实验多媒体课件 教师 石星军 版权所有 严禁非法复制 演示实验目录 力学部分 热学部分 电磁学部分 光学部分 力学部分 1 离心力演示仪 角动量守恒演示装置 机械能守恒演示 纵波演示仪 简谐运动与圆周运动等效演示 水波盘 气体流速与压强成反比演示 共振演示仪 转动液体内部压强分布关系 质心运动演示 竖驻波演示仪 弦驻波演示仪 转动定理演示仪 锥体上滚 力学部分 2 混沌摆 飞机的升力 弹性碰撞 伯努力演示仪 返回 热学部分 投影式伽耳顿板 麦克斯韦分布率演示仪 热力学第二定律 克劳修斯表述 投影式相界临点状态演示仪 电热恒温水浴锅 返回 电磁学部分 高压带电作业演示装置 滴水自激感应起电仪 互感概念演示仪 手触式蓄电池演示仪 电磁驱动演示仪 跳环式楞次定律 超导磁悬浮列车演示仪 尖端放电 电磁波的发射 接收与趋附效应 雅格比天梯 等离子放电求 三相旋转磁场 静电植绒 赫姆霍兹线圈演示仪 返回 热学部分 光纤通讯演示仪 红外接收演示仪 超声光栅演示仪 光学幻想 旋光色散 电 光调制演示仪 偏振干涉演示仪 白光全息 太阳能利用 返回 飞机的升力 试验目的 通过演示了解飞机的升力是如何产生的 试验仪器 飞机的升力演示仪 实验原理 流体流动时 在同一水平流线上的 其压强p与流速v存在一定的关系 p v2 2 恒量 伯努利方程 它表明 流速大的地方压强小 流速小的地方压强大 飞机能在空中飞翔就是利用这一原理的 飞机机翼的形状是经过精心设计的 呈流线型 下面平直 上面圆拱 飞行时能使流过机翼上方空气的流速大于机翼下方的空气流速 从伯努利方程来看 在速度比较大的一侧压强要相对低一些 因此机翼下表面的压强要比上表面大 形成一个向上偏后的总压力 它在垂直方向上的分力叫举力或升力 图a 实验指出 举力与机翼的形状 气流速度和气流冲向翼面的角度有关 正是举力的作用使飞机机翼向上举起 如果机翼的上下形状相同 图b 那么上下压强相同 就不存在压力差 即没有升力 如下图 操作步骤 打开电扇开关 让气流流过机翼 模拟飞机向前飞行 观察两种形状机翼的不同运动情况 流线型机翼向上升起 平直机翼纹丝不动 3 用手盖住机翼的孔 塑料球下落 松开手 球又升起 试验现象 1 打开电源 用手可以感受到气流的存在和分布 2 可以观察到塑料管底部的泡沫球逐渐升起 返回 手触电池 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 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 结果这两种金属之间就产生了电位差 称之为接触电位差 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 操作步骤 将双手分别放在铜板 w 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 当回路闭合时 观察电流计的变化 返回 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 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 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 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 返回 超声光栅演示仪 试验原理 超声波是一种声波 它的频率比人耳通常能够听到的声音的频率高 压电晶体在2 5MHz频率的功率振荡器激发下 可以产生频率在10Hz的超声波 当把能激发超声波的压电晶体放在盛有蒸馏水的液槽中 超声波在液体媒质中传播 就在液体中形成周期性的互相交替的一组压缩和膨胀区域 压缩与膨胀引起液体密度的变化 对光而言 导致液体折射率的变化 若使在液槽中的超声波从液体的上表面反射 此时入射的超声波与反射的超声波将在液体中形成驻波 具有密度变化的周期结构 从而具有变化着的折射率的周期结构 光通过这种液体时 引起改变的不是光的振幅 而是光波的位相 起着一个相位光栅的作用 它的周期等于超声波的波长 人们称这种载有专长波的透明液体为超声光栅 当把一束平行光垂直与超生驻波的方向入射到液体上时 则光束将产生衍射 在平上将看到一系列的明暗相间的衍射条纹 超声光栅演示仪装置结构 图1是观察超生光栅所产生的衍射图样的装置示意图 其中 是液槽 是压电晶体 它作为一个超声波源 由高频振荡器驱动 是液槽顶部反射器 声波经反射器后在液体中产生超声驻波 是激光光源 是扩束镜 是f 100mm透镜 是f 50mm透镜 是观察屏 操作步骤和实验现象 1 从激光器 发出的光 经扩束镜 扩束后反射到准直镜 上 以大于超声液槽窗口宽度的平行光束 垂直与超声波传播方向投射到液槽 上 自液槽 窗口射出的光经透镜 后投射到位于其角平面上的观察屏 上 当高频振荡器未接通电源时 平行光经液槽后不产生衍射 因而在屏上只看到一亮点 2 接通信号源电源 选用正弦波 将信号源输出旋钮调至最大输出 固定一确定频率 按液槽上标出的频率 此时在屏 上看到有超声光栅的衍射所产生的衍射图样 如图3所示 3 压电晶体的固有频率在2 4MHz左右 在液槽上已标出 在这频率附近 改变信号源的输出频率 屏幕上会周期出现清晰的衍射图样 注意事项及维护 1 当取下液槽上盖向液槽注入蒸馏水是不要注满 盖上盖与反射器时一定不要用力压 以免损坏压电晶体 2 定期清洗液槽 返回 等离子放电球 实验原理 在通常情况下 气体分子是中性的 但在外界因素 如火焰 紫外线 放射线或强电场等 影响下 可以电离形成电子和正离子 电离后的气体的正 负离子 在电场中随着电压的增高 形成碰撞电离从而使气体可以导电 电流通过气体 我们称之为 气体放电 气体放电 的形式很多 如火花放电 弧光放电等 即是气体在常压下放电 而 等离子球 是低压气体 或叫稀疏气体 在高频强电场中的放电现象 玻璃球内充有某种单一气体或混合气体 球内电极接高频高压电源 手指轻轻触摸玻璃球表面 人体即为另一电极 气体在极间电场中电离 复合 而发生辉光 玻璃球内所充的气体不同 球内压强不同 即不同的真空度 所产生的辉光的颜色也不同 试验操作 用手指轻触玻璃球的表面 球内产生彩色的辉光 试验说明 本展品演示低气压气体在高频强电场中产生辉光的放电现象 使观众认识到气体分子的激发 碰撞 电离 复合的物理过程 返回 滴水自激感应起电仪 实验原理 滴水自激感应起电仪是通过流动与玻璃管摩擦起电 在静电感应出的电荷循环堆积 所带电荷量越来越多 而产生越来越高的电位差的静电起电装置 如下图 装置结构及技术参数 1 水槽2 三通管3 软管4 阀门5 玻璃管6 金属壳7 金属杯8 导线9 验电器 3 用高压静电电压表测金属杯之间的电压 可测到8000V以上的高压 实验原理 1 首先将验电器和一个金属杯相连 然后慢慢打开阀门 是三通玻璃管口行成水滴流 不一会就可观察到验电器因带电而张开 2 用手指拿住试电笔氖管的一端 用另一端分别接触任意金属杯 可以发现氖管发光 有闪光发生在氖管的那一端上可判断金属杯带何种电荷 若闪光出现在与手接触的一端 责备侧的带电体带正电 返回 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 其中 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 是定在L型铁架板上的电动机 是可绕水平轴在竖在平面上转动的铝圆盘 是固定 的托饭 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 视频 高压带电作业演示实验装置 演示目的 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 性能参数 电源 电向交流220V 输出电压15000V绝缘凳 对地绝缘电压大于50000V 演示仪结构 1 静电电源2 电塔及输电线模型3 绝缘凳4 铝板5 导线挂钩 演示操作 将高压电塔模型上的高压输电线与静电高压电源相连接 打开电源 表演者赤脚咱在高压绝缘凳的铝板上 将于绝缘凳上铝板连接导线挂钩挂在高压输电线上 于是表演者与高压线电位相同 这是表演者可以随意接触高压线进行不停电检修操作 这就是高压带电作业的原理 此时表演者与地之间有很大的电位差 表演直不可接触与地相连的导体 演示完毕后 注意切不可从凳上直接下来 必须先将连在铝板上的导线挂钩从高压线上摘下 然后才能从凳上走下来 返回 动画 共振演示仪 演示仪装置 实验原理 该仪器利用长短不同的弹性钢片在周期性外力作用下作强迫振动 当弹性片的固有频率与强迫外力的频率相同时产生共振现象 调节频率 将在弹性片中可形成驻波 演示操作 将仪器放置水平桌面上 接通电源 仔细调节电源电压 使电机转速逐渐增快 可观察到弹性钢片从长到短逐个振动 当调节到一定频率时 在较长的钢片中可形成驻波 返回 光学幻像 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 演示操作 接通电源 观众站到距展品 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 返回 红外接收演示装置 实验原理 对于不可见的红外辐射想要确定它们的存在 人眼是不可能的 必须借助于对红外敏感的接收元件 即红外探测器 它可以把目标发射的不可见的红外辐射转变为易于测量的电信号 本装置通过红外探测器来演示红外线的接收 即红外接收报警器 性能参数 电源电压 220V50HZ红外接收距离 明火 烟头4 6cm 使用环境条件 相对湿度不大于90 温度为 15 45摄氏度 仪器结构 1 结构如图 1 探测器 2 主机 3 告警 4 正常 5 信号输入 1 接通电源 打开电源开关 予热5分钟 2 探测器开始工作 将热源靠近探测器 装置会发出报警声 辐射源可为 人体 火焰 电烙铁等 辐射源离开后 报警声自动停止 注意探测器不可受振动 演示操作 返回 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 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 3 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 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 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 返回 视频 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 静电电源 2 静电跳球 3 静电摆球 4 尖端放电 操作方法 1 静电跳球 将两极板分别与静电起电机相连接 摇动起电机 是两极板分别带正 负电荷 这是小金属球也带有与下板同号的电荷 同号电荷相斥 异号电荷相吸 小球受下极板的排斥和上级板的吸引 跃向上级板 与之接触后 小球所带的电荷被中和反而带上与上级板相同的电荷 于是又被排向下级板 如此周而复始 科观察到球在容器内上下跳动 当两极板电荷被中和时 小球随之停止跳动 2 静电摆球 将两极板分别与静电起电机相接 调节细有机玻璃棒 使球略偏向一极板 摇动起电机 使两极分别带正 负电荷 这是导体小球两边分别被感应出与临近极板异号的电荷 球上感应电荷又反过来使极板上电荷分布改变 从而使两极板间电场分布发生变化 球与极板相距较近的这一侧空间场强较强 因而球受力较大 而另一侧与极板距离较远 空间场强较弱 受力较小 这样球就摆向距球近的一极板 当球与这极板相接触时 与上面同样的道理使球又摆回来 不断摇动起电机 球就在两极板间往复摆动 并发出乒乓声 起电机放电后 则导体小球会因惯性 在一段时间内作微小摆动 最后停止在平衡位置 将乒乓球调节在两极间的电场力几乎相等 故球不动 3 尖端放电 将起电机的一极接在针形导体上 摇动起电机 使针形导体带电 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 返回 视频 静电植绒 试验目的 演示静电植绒的基本原理和模拟静电在生产中的应用 实验原理 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 若再上极板表面涂具有一定图案或文字的粘结剂 两极板间加上直流高压后 绒丝就可整齐而竖直地附着在图案或文字处 返回 离心力演示仪 仪器用途 本仪器用于演示弹性圆环在离心力的作用下变扁的物理现象 性能参数 电源电压交流220V 电机转速1200转 分 仪器结构 两只相互垂直的圆环 固定在电机转轴上 圆环可随电机转动而转动 轴上有一弹簧支撑着圆环使其保持圆形 现象演示 1 接通电源 2 当按下电源开关时 电机开始旋转 圆环也随之转动 随着转速的加快 作用于圆环上的惯性离心力迫使环壁向外拉 圆环克服轴上弹簧的弹性力逐渐变扁 松开按钮开关圆环恢复原状 视频 返回 麦克斯韦速率分布演示仪 该仪器采用翻转式速率分布演示板来模拟演示热学中气体分子的速率分布 即麦克斯韦速率分布 它可形象地演示出速率分布与温度的关系 并说明速率分布概率归一化 装置结构 装置采用玻璃制作的封闭式结构 可翻转 自动定位 重复使用 具体结构如下图 1 调温杆2 活动漏斗3 下滑曲面4 转向箭头5 支杆6 底座7 边框8 隔槽9 喷口10 缓流板11 储存室 操作步骤 l 将仪器竖直放置在桌面或地面上 推动调温杆使活动漏斗的漏口对正温度T1的位置 2 仪器底座不动 按转向箭头的方向转动整个边框一周 当听到 喀 的一声时恰好为坚直位置 3 钢珠集中在贮存室里 由下方小口漏下 经缓流板慢慢地流到活动漏斗中 再由漏斗口漏下 形成不对称分布地落在下滑曲面上 从喷口水平喷出 位于高处的钢珠滑下后水平速率大 低处的滑下后水平速率小 而速率大的落在远处的隔槽 速率小的落在近处隔槽 当钢珠全部落下后 便形成对应T1温度的速率分布曲线 即f v v曲线 4 拉动调温杆 使活动漏斗的漏口对正T2 高温 位置 5 再次按箭头方向翻转演示板360度 钢珠重新落下 当全部落完时 形成对应T2的分布 6 将两次分布曲线在仪器上绘出标记 比较T1和T2的分布 可以看温度高使曲线平坦 最概然速率变大 7 利用T1和T2两条分布曲线所围面积相等可以说明速率分布概率归一化 返回 视频 普氏摆 演示说明 柔性摆在做往复的单摆运动 即摆球在一平面内做往复的摆动 当观察者通过光衰减镜 同时用双目观看摆球时 会发现此时的单摆轨迹变成了圆锥摆 摆球的运动轨迹成为一椭圆形 将光衰减镜子反转到180度时 摆动的运动轨迹发生了改变 这一现象由Pulfrich发现 至今已有70多年 仍未得到满意的解释 成为一个未解之谜 操作步骤 1 使摆球做水平方向摆动 2 不带光衰镜观察摆球摆动的轨迹 3 站在与摆球轨迹相垂直位置上 拿起光衰减镜 双目通过镜片观察摆球 看它的轨迹有什么变化 4 将光衰减镜反转180度 再观察摆球运动轨迹 看有什么变化 气体流速与压强成反比演示仪 演示目的 定性验证由伯努力方程所给出的流速与压强的关系 即流速大处压强小 流速小处压强大 仪器结构 为了定性验证流速与压强的反比关系 增加演示实验的趣味性 设计了如下演示仪 其结构如下 演示仪底座 内部装有可绕竖直轴转动的电动机 带有叶片在电动机驱动下可绕竖直轴快速旋转的旋转体 在底座水平面上旋转的圆环形纸片 隔离罩 防止外面气流对叶片附近气流的影响 电动机电源开关 按此键可使电动机旋转 近而驱动叶片转动 操作步骤 1 按压电键 是电动机电源接通 电动机开始绕竖直轴旋转 并带叶片旋转 2 由于叶片绕竖直轴旋转 带动周围空气也绕轴旋转 由于叶片转动的角速度W恒定 而其边缘线速度V与叶片水平半径R有如下关系 V RW 赤道面半径R大 则V大 而两极附近半径R小V则小 3 由此赤道面空气绕轴转动的速度大于上 下两极的空气转动速度 4 由于空气转速与压强成反比 则赤道面的压强小于两极附近的压强 于是环形纸面悬浮在赤道面上 注意事项 1 纸环要轻 并使其环的中心尽量与转轴重合 2 如环形纸环缠绞在轴上可重新放置 在进行演示 返回 视频 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 2 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 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 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 跳环式楞次定律演示装置 演示目的 利用通电线圈及线圈内的铁芯所产生的变化磁场与铝环的相互作用 演示楞次定律 演示装置 铁芯为 26X450的软铁棒 线圈为有机玻璃骨架 0 7mm高强度漆色线绕制而成 演示原理 当线圈中突然通电流时 穿过闭合的小铝环中的磁通量发生变化 根据楞次定律可知 闭合铝环中会产生感生电流 感生电流的方向和原线圈中的电流方向相反 因此与原线圈相斥 相斥的电磁力是铝环上跳 演示操作 1 闭合铝环的上跳演示 将电源插座插入电源 打开电源开关 将铝环套入铁棒内按动操作开关 当开关接通则铝环高高跳起 当保持操作开关接通状态不变 则铝环保持一定高度 选在铁棒中央 当断开操作开关 则铝环落下 2 带孔铝环的演示 重复上述步骤 然后将带孔的铝环套入铁棒内 按动操作开关 当开关接通瞬间 铝环上跳 但高度没有不带孔的铝环高 保持操作开关接通状态不变 铝环则保持某一高度不变 悬在铁棒中央某一位置 但没有不带孔的铝环悬的高 当把操作开关断开后 铝环落下 3 开口铝环的演示 重复上述步骤 然后将开口铝环套入铁棒内按动操作开关 开口铝环静止不动 讨论 上述实验现象反映了楞次定律的内容 当线圈通有电流时 将在铁芯中产生交变磁场 套在铁芯中的铝环将产生感生电流 感生电流的方向与线圈中的电流方向相反 因此与线圈相斥 使得铝环上跳 当带孔的铝环重复上述实验时由于感生电流没有不带孔的铝环大 所以它没有不带孔的铝环跳的高 当开口铝环重复上述实验时 由于开口铝环形不成闭合回路 无感生电流 没有受到电磁力的作用 所以静止不动 返回 形状记忆合金 实验原理 形状记忆效应是呈热弹性马氏体相变的合金所具有的一种奇特的功能 既合金处于低温相是予以塑性形变 加热到临界温度以上通过逆相变恢复其原始形状的现象 形状记忆合金效应分为三种类型 1 合金处于低温时予以适当形变 加热到临界温度以上通过逆相变恢复其原始形状 冷却时不恢复低温相形状的现象称为单程记忆效应 2 加热时恢复高温相形状 冷却时恢复低温相形状的现象称为双程记忆效应 3 加热时恢复高温相形状 冷却时由高温形状先恢复为平直状 继续冷却则最终变为取向相反的高温相形状的现象称为全程记忆效应 它是一种特殊的双程记忆效应 具有形状记忆效应的合金称为记忆合金 现已发现的形状记忆合金有20余种 其中应用广泛的只有TiNi基合金和铜基合金 演示模型 形状记忆合金演示模型是以不同的结构形式展示记忆合金记忆恢复特性并蕴含相变 能量转换 热能 机械能 等其它物理意义的装置或元件的总称 1 偏心曲柄型热机 是利用形状记忆合金记忆恢复特性 记住不同温区之间的力矩差驱使轮盘转动的装置 如图 2 记忆合金花 是利用形状记忆合金双程记忆效应制成的 随温度变化可自行开 闭的仿菊花花朵 如图 3 记忆合金弹簧 是利用形状记忆合金双程记忆效应制成的 水温度变化可自行伸 缩的感温驱动元件 如图 充分展示了工业用形状记忆合金元件典型结构 采用CuZnAl记忆合金丝 表面镀锡 热风或热水为热源 伸缩温度为65 85 阴极射线在磁场中的偏转 演示目的 观察电子束在磁场中的偏转并验证洛仑兹力的规律 原理与操作 阴极射线管的阳极和阴极分别接感应圈的正负极 在感应圈正确工作时 射线管两极在强电场作用下 从阴极发射电子束 阴极射线 阴极射线经狭缝射在斜置的荧光屏上 可显示为一直线 以条形磁铁从水平并垂直方向移近射线 可见射线偏转 靠的越近 偏转越甚 改变磁铁的极性 可见偏转方向也改变 根据磁铁的极性和射线的偏转方向可验证洛仑兹力的规律 注意 要正确选择感应圈极性 输出电压不要过高 转动定理演示仪 仪器用途 本仪器用于演示观察角加速度与力矩和转动惯量的关系 仪器结构 1 底座2 轴杆 用滚珠轴承固定可自由转动 3 绕线轮4 重物 沿水平杆位置可移动 5 定滑轮6 砝码 演示步骤 用左右两套结构完全相同的装置做对比实验 1 将两套装置上的重物固定在距轴都相同的位置上 2 将两套装置的线轮上绕等长的线绳 线绳上挂质量相同的砝码 将量砝码都绕到最高位置 同时施放两个转动系统 使它们在砝码的力矩下开始转动 可见两套系统在相同力矩作用下 转动惯量相同 角加速度和转速也相同 3 将一套装置上的重物固定在距轴最远处 而将另一套装置上的重物固定在距轴很近处 4 讲砝码绕到最高位置 同时施放两个转动系统使它们在砝码的力矩下开始转动 可见重物靠近轴的系统旋转的快 另一个慢 说明当力矩相同时 转动惯量与小角速度愈大 5 将两套装置上的重物在距轴相同的位置上 两线绳所挂砝码 其中一个再增加一个砝码 使作用力矩增加一倍 将砝码绕到最高位置 同时施放两个转动系统 可观察到力矩大的系统旋转较快 另一个系统转动较慢 说明转动惯量相同时 力矩越大 角加速度越大 返回 转动液体内部压强分布演示仪 演示原理 该仪器利用两个小球 比重分别大于和小于水 在转动转盘上透明管中的上升和下降来演示转动系统中液体内部压强的变化及所受的离心力 仪器结构 轻球 比重小于水 2 V 透明管 有机玻璃 3 液体 水 4 重球 比重大于水 5 支架6 电动机7 转盘 操作方法 转盘静止是可以看到重球在透明管的底部 轻球浮在管的水平面上 接通电源 按动遥控开关 使转盘转动 注意 电压最高只能调到175V 若转速快可调低电压 否则转速太快易发生危险 可观察到重球逐渐上升 轻球逐渐下降 当深色球升到顶部后 断开电源 转盘转速将逐渐减慢 可观察到两个小球做与转盘键快事相反的运动 或可手动立即停止转盘转动 可静止观察这一运动现象 从而分析转动一体的内部压强分布 返回 纵波演示仪 仪器用途 演示纵波的传播及纵波驻波 性能参数 电源 单向交流220V 振源频率2Hz 仪器结构 1 支架2 特制弹簧3 电动振源 操作方法 接通电源使振源按固定频率开始振动 固定在振源上的弹簧向另一方向传播振动 可以清晰地看到弹簧上传播这疏密相间的纵波 若将弹簧末端固定在支架上时 传播过来的纵波在弹簧的末端产生反射波 结果可以观察到驻波现象 在弹簧的后半部驻波较为明显 返回 大型涡电流演示仪 演示目的 演示法拉第电磁感应定律 原理与操作 在一线圈上方套一闭合的铝环 当线圈中通有交变电流时 根据法拉第电磁感应定律 通过铝环的磁通量发生变化 在铝环中就产生感应电动势 因为铝环闭合 就会产生感应电流 铝环就会与载流线圈发生相互作用 定量分析表明 铝环在半个周期时间内受到排斥力 在下半个周期内将受到吸引力 但因铝环有自感存在 使得一个周期内的相互作用是排斥力占主导地位 当排斥力大到足以抵消铝环的重力 铝环就会被弹起 大型涡电流演示仪由左右两个线圈构成 中间用弧形金属杆相连 其上套有闭合铝环 演示时按下按钮 右边的铝环就沿金属杆被弹跳到左边 再按一下 则铝环又被弹回到右边 小型涡电流演示仪 演示目的 演示涡电流的机械效应 原理与操作 根据法拉第电磁感应定律 当磁铁与金属材料之间有相对运动时 金属材料内就会形成涡电流 涡电流的存在就会阻碍磁铁和金属之间的相对运动 涡电流越大 这种阻碍作用就会越强 而涡电流的强弱在材料一定的情况下 与材料的形状 大小密切相关 演示时 让一块磁铁分别从三个一定高度的中空铝管 A B C 顶端落下 其中A是管壁完好的铝管 B是管壁上开有狭缝的铝管 C是管壁上加工出许多圆孔的铝管 观察并比较在三种情况下磁铁下落的快慢情况 实验的现象是明显的 磁铁在A管中下落得最慢 C管中则快些 而在B管中下落速度是最快的 这是因为管壁完整的铝管有助于形成涡电流 磁铁受到的阻碍作用强 故磁铁在其中下落时 运动得最慢 对于管壁上有一条缝的铝管 由于缝的阻断作用 不易形成涡电流 磁铁受到的阻碍作用弱 故磁铁在其中下落就快 而在管壁上开许多孔的铝管 虽有阻断涡电流的作用 但没有开缝的阻断作用强 故磁铁在其中落下时 运动的快慢就介于A B之间 较管壁完整的快 比管壁上开缝的要慢 角动量守恒定律 茹可夫斯基凳 演示目的 验证角动量守恒定律 演示原理 系统绕某一定轴转动时 若所受的合外力矩为零 则系统的角动量守恒 即 J1W1 J2W2 当J2 J1时 则W2 W1 反之亦然 演示操作 演示者坐在可绕竖直轴自由转动的座椅上 手持哑铃 两臂平伸 由旁人助其旋转或自己设法转动起来 然后慢慢收敛双臂 可以看到转速不断增大 因为J不断变小 所以W不断变大 若把两手再平伸 则转速就由大变小 J变大 W变小 视频 返回 混沌摆 演示目的 通过混沌摆的运动 演示该力学系统的混沌性质 演示原理 一个动力学系统 如果描述其运动状态的动力学方程是线性的 则只要初始条件给定 就可预见以后任意时刻该系统的运动状态 如果描述其运动状态的动力学方程是非线性的 则以后的运动状态就有很大的不确定性 其运动状态对初始条件具有很强的敏感性 具有内在的随机性 我们现在这个系统就是一个非线性系统 常常一个很小的扰动 会引起很大的差异 导致不可预见结果的出现 这种现象我们称之为混沌 这种摆我们称之为混沌摆 演示操作 手持轴柄给系统施加一冲量矩 系统开始运动 运动情况复杂 前一时刻难以预言后一时刻的运动状态 重新启动 由于初始状态的不同 系统的运动情况就差别很大 这反映了系统运动的混沌性质 如图 返回 视频 伯努力悬浮器 演示目的 演示伯努力定律 原理与操作 十八世纪瑞士物理学家丹尼尔 伯努力发现 理想流体在重力场中作稳定流动时 同一流线上各点的压强 流速和高度之间存在一定的关系 即伯努力方程 若在同一水平流线上 则有 流体密度 P1 V1为一处流体的速度和压强 P2 V2为另一处流体的速度和压强 显然 当流体流过物体表面时 如流速大 则压强小 如流速小 则压强大 演示时 将圆盘托起到空气出口处 空气沿圆盘四周高速流出 根据伯努力方程 因为圆盘上方气体的流速比下方大 故圆盘上方的压强小 而下方压强大 对圆盘产生一个向上的推力 在一定的情况下 注意圆盘和空气出口之间的间隙 当这个推力大到足以抵消圆盘自身的重力时圆盘就会悬浮起来 返回 车轮式进动演示仪 演示目的 演示车轮式回转仪的回转效应 演示原理 如图1 当车轮式回转仪的轮子绕自转轴以角速度W高速旋转时 其角动量 若支点O不在系统重心 系统将受到重力矩作用 由角动量定理知 车轮自转轴将绕坚直轴发生进动 其进动角速度 方向由的方向决定 演示操作 1 适当调节支点位置 使系统处于平衡状态 之后在支点O点的右侧加一重物 2 左手扶住横杆 右手驱动车轮 使之绕自转轴以W高速转动 3 放手后 即可观察到如图1所示的进动现象 4 若在上述横杆上加的重物 是在支点O点的左侧 重复上述操作 可观察到如图2所示的进动现象 因绕自转轴W的方向不变 但外力矩的方向改变了 所以可以看到进动角速度的方向也随之改变 在上述实验中 若保持外力矩不变 但改变W的方向 再观察进动角速度的方向 总之 进动 总是使L方向向M方向靠拢 FD WPA多功能水波盘演示仪 一 概述 波是物理学中的一个重要内容 不管是水波 声波 光波或者其它类型的波 其原理或传播的性质基本上都一样 所以水波的研究可起到触类旁通的作用 FD WPA多功能水波演示实验仪可用于观察波的衍射 迭加 干涉 相干和驻波 该实验仪内设高性能单片电脑 由于控制马达的转速 气动频率等 二 演示功能 通过面板操作 控制马达光源转速 闪光频率 水波产生的频率 配上相关的附件 可观察一下现象 1 波的传播速度调节 2 波的反射 3 波的折射 4 两束的迭加和传播 5 波的旋涡 6 波的扩散 7 波的衍射和障碍物小孔的关系 8 多普勒效应 三 面板操作说明 控制面板除电源开关 指示灯外 还设定5只功能键 其中3只按键 两只开光键 1 开关键 该键置于高端表示同步方式 既步进马达每走8步 气泵动作一次 该键置于低端表示异步方式 此种方式马达转速固定不变 气泵动作频率可调 2 2 开关键 该键置于高端表示不进给 此时转盘为自由状态 可随意转动 当转盘转至透光处时 可观察自然光的波形 清晰度和时差 3 3 键 该键为加速键 当实验仪位于同步状态时 按本键将使马达均匀地加速 在电源开启时 马达处于最低速 当实验仪位于异步状态时 按本键将可以观察到波的扩散现象 4 4 键 该键为减速键 当实验仪位于同步状态时 按本键将使马达均匀减速 当实验仪位于异步状态时 按本健将可以观察到波的旋涡现象 5 5 键 该键为复位键 该键仅在实验仪位于同步状态时起作用 四 使用步骤和实验方法 1 清洁处理 2 检查出水孔是否处于不漏水状态 否则将橡皮弯曲后有夹子固定 3 用透明饮用水加上几滴洗洁净 加强水的流动性 后倒入水盘中 水的深度控制在3 5mm内 如水盘不再水平面上 可调节水平螺栓 4 根据实验内容选择1根或2根气管 气管的固定有一大一小两个螺栓 大螺栓调节气管与水面的相对位置 一般以喷嘴接近但不接触水面为准 小螺栓确定喷嘴的方向和水波前后左右的位置 5 如做单束水波实验时 另一根不用的皮管应弯曲后用夹子夹住 不让其出水 这样可加强工作气管的气量 6 验证惠更斯原理时 可选用有不同小孔的挡板 以观察不同的波长 7 根据实验内容配备不同的挡板 可以观察波的各种不同现象 返回 白光全息 这里展出的两幅反射全息种在用白光 非相干 再现三维立体形象的全息照片 反射全息图又称为180 全息 即全息图在拍摄记录时 要求物光和参考光从两侧投射到厚层记录介质上 形成体积全息图 体积全息图在现时遵从布喇格定律 鉴于体积全息图具有波长选择性 故在非相干白光在现时 只能看到一定波长范围内的单色像 反射全息图具有较高的衍射效率 再现像明亮 质感和立体感强 视差效果明显 用二步法拍摄的反射全息照片还可以使三维立体的部分形象图处于记录介质表面以外 如狗的前抓和嘴 返回 超导磁悬浮演示装置 演示目的 1利用超导对永磁体的排斥作用演示磁悬浮 2利用超导体对永磁体的吸引作用演示磁倒挂 演示原理 当将一个永磁体移近YbaCuo超导体表面时 磁通线从表面进入超导体内 在超导体内形成很大的磁通密度梯度 感应出高临界电流 从而对永磁体产生排斥 排斥力随相对距离的减小而逐渐增大 他可以克服超导体的重力使其悬浮在永磁体的上方的一定高度上 当超导体远离永磁体移动时 在超导体中产生一负的磁通密度 感应出反向的临界电流 对永磁体产生吸引力 可以克服超导体的重力 使其倒挂在永磁体下方的某一位置上 演示装置 装置有三部分组成 永磁铁 磁轭和超导体 1永磁铁是用25 25 12的NdFeB钕铁硼永磁材料组成共计九块 磁极排列如装置图所示 2磁轭是由100mm 100m 5mm软铁制成 3超导样品是用熔融结构生长工艺制备的 含Ag的YbaCuo系高温超导体 所以称为高温超导体 是因为他在液氮温区77KC 196 下呈现出超导性 以区别于以往在液氦温区42K一下呈现超导特性的低温材料 样品形状为 圆盘状 直径 30mm左右 厚度为3mm 其临界转变温度为90K左右 183 演示方法 1演示磁悬浮 将超导样品方入液氮中浸泡约3 5分钟 然后用竹夹子将其夹处方在磁体的中央 使其悬浮在高度为10mm处 将夹子松开 则样品即悬浮在空中 持续一段时间后 温度高于临界温度 样品失超 自动落到磁铁表面 2演示磁倒持 将样品放入液氮中 浸泡3 5分钟 把磁铁翻转180 使其永磁铁表面朝下 用竹夹子将样品夹出 在下方逐渐靠近永磁铁表面 直到超导块悬挂起来 将夹子松开 注意事项 1 样品放入液氮中 必须 充分冷却 直至液氮中无气泡为止 2 演示时 样品一定用竹夹子夹住 千万不要掉在地上 以免样品摔碎 3 演示倒挂时 当样品悬浮一段时间后 由于温度升高 样品失去超导性将下落 这时应用手接住它 否则 样品将摔坏 建议 如若演示时间长 可将样品用绝热好 重量轻的材料包起来 如海棉 泡沫等 4 超导块最好保存在干燥向内 防止受潮脱落 返回 滴水自激感应起电仪 滴水自激感应起电仪是通过流动与玻璃管摩擦起电 在静电感应出的电荷循环堆积 所带电荷量越来越多 而产生越来越高的电位差的静电起电装置 一 装置结构 1 水槽2 三通管3 软管4 阀门5 玻璃管6 金属壳7 金属杯8 导线9 验电器 二 操作方法 1 首先将验电器和一个金属杯相连 然后慢慢打开阀门 是三通玻璃管口行成水滴流 不一会就可观察到验电器因带电而张开 2 用手指拿住试电笔氖管的一端 用另一端分别接触任意金属杯 可以发现氖管发光 有闪光发生在氖管的那一端上可判断金属杯带何种电荷 若闪光出现在与手接触的一端 责备侧的带电体带正电 3 用高压静电电压表测金属杯之间的电压 可测到8000V以上的高压 返回 电磁波的发射 接收与趋肤效应演示仪 演示目的 1 利用该演示仪演示电磁波的基本特性及其发射 接收原理 使学生加对交变电磁波的认识 以及对电磁波的发射与接收过程的理解 2 利用电磁波的电场 用较粗的铜棒做导线演示趋服效应使学生更形象地理解此物理现象 演示装置与原理 实验装置如图所示 a 发射机 b 半波阵子接收天线 c 环形接收天线 d 氖泡棒 e 趋肤效应演示仪 1 发射机如图a所示 发射电源A 输入电压为220V 50Hz交流 输入功率为85W 输出直流为600V 交流为6 3V B为高压开关 C为电源开关 D为交流电压表 发射管F为中功率电子管 采用自激推挽振荡 发射天线H与振荡回路G直接耦合 发射波长约为150cm 发射天线是一条长为74cm得直铜管 在发射机的尾部放一反射天线J 它是一根长为78cm得直铜管 2 半波振子接收天线 图b 由两根拉杆天线组成 中间装有6 3V的小电珠 调节其长度可以改变它的固有频率 3 在环形接收天线 图c 上装有6 3V小电珠和微调电容器 用绝缘起子调整微调电容器改变其频率 以演示发射天线上的电流振幅与磁场方向 4 氖泡棒 图d 是在一根绝缘棒的顶端装有氖泡 以演示发射天线的电压振幅 5 趋肤效应演示仪 图e 的两个小电珠分别连接在铜棒表层和芯处 在同一频率交流电下 铜棒表层电流密度大 内层电流密度小 因此 把该仪器平放在发射天线附近时与表层连接的小电珠亮 而与内层连接的不亮 操作过程及现象演示 1 检查发射机上的电子管是否固定好 接收天线上小电珠是否完好 拉杆天线接头处的螺钉是否拧紧 2 关闭高压开关 图a中B 接通电源 图a中C 预热5分钟 待发射管烧热后即可进行演示 3 演示电磁波接收及电磁共振 将半波振子接收天线移到正对发射天线50cm左右 并使接收天线与发射天线平行 接通高压开关 接收天线上的小电珠发亮 将接收天线拉长或缩短 改变接收天线的固有频率 接收天线上的小电珠就变暗或熄灭 只有当接收天线为某一长度时 小电珠最亮 因为此时接收天线的固有频率与接收的电磁波频率相同 产生共振 4 演示电磁波的电场方向 保持半波振子接收天线与发射天线距离为50cm左右 接收天线长度为共振时长度 将半波阵子接收天线绕接收天线轴转动360度 可以观察到只有当接收天线与发射天线平行时 小电珠最亮 由此可以确定电磁波的电场方向 演示完毕 关闭高压开关 5 演示电磁波的磁场方向 打开高压开关 手持环形接收天线道离发射天线20cm左右 使其水平 用绝缘起子调整环形接收天线的微调电容器 使环形天线上的小电珠达到最亮 把环形天线沿发射天线一端移向另一端 发现中央最亮 这是由于发射天线的长度时发射电磁波的半波长 两端为电流为波节 中央为电流波腹 磁场最强 转动环形天线的平面 当水平放置时 小电珠达到最亮 由此定出电磁波的磁场方向 与上面演示相比较就可以使同学形象地看到电磁波的电场与磁场是相互垂直的 同时还可以加深对磁通概念的认识 演示完毕 关闭高压开关 6 演示发射天线的电压振幅 打开高压开关 将氖泡棒的氖泡靠在发射天线上 有一端移至另一端 由于半波长发射天线中的电流与电压相位差约为 2 两端电压最大为波腹 中部电压为零是波节 氖泡在高频电压锅底十九部激发氖气发亮 因此氖泡在天线两端最亮 当靠近中部时就熄灭了 在发射振荡回路 可以看到类似的现象 演示完毕 关闭高压开关 7 演示趋肤效应 打开趋肤效应演示仪 接通直流电路 可两个小电珠同时亮且亮度相同 此时无趋肤效应 关闭趋肤效应演示仪 打开高压开关 并把该演示仪平放在距离发射天线约50cm处 可发现两端与铜棒外层连接的小电珠发亮 而两端与芯处连接的小电珠不亮 8 关闭高压开关 关闭电源开关 取下220V电源插头 注意事项 1 使用此仪器时 要先打开电源开关 后打开高压开关 关闭时 先关闭高压开关 后关闭电源开关 2 打开高压前 要将配套的接收天线 氖泡棒远离发射机 以防打开高压后烧毁小电珠 返回 电磁阻尼 演示目的 演示涡电流的机械效应 原理与操作 由金属板做成的摆锤单摆 当摆动过程中摆锤在磁铁两磁极间往复通过时 对摆锤的每一局部范围而言 磁通量发生变化 因而产生感应电动势 感应电流 这是窝点流 按楞次定律 窝点流的磁场与原磁场的作用 阻碍摆锤的运动 这就是电磁阻尼作用 若是开口的摆锤 窝点流减小 阻尼作用也减小 光电调制演示仪 一 仪器用途 用于高等院校光学演示试验 主要演示晶体的电光效应 调制器的交流调制输出特性和激光通讯原理 二 技术参数 1调制方法 横向调制 调制频率 音频2调制晶体 铌酸锂晶体3半波电压 低于180伏 632 8nm 4直流偏压 0 230伏 连续可调5电源 220V 5V 50Hz 三 工作原理 当晶体加电场后 该晶体的折射率发生变化 这种现象称为光电效应 晶体电光调制演示仪是根据电光效应的原理 采用铌酸锂晶体的横向调制方式做成的 图一是晶体电光调制演示仪的示意图 这时调制器输出波形的频率和调制信号的频率相同 即线性调制 这就是晶体电光调制的原理 如果不满足上面两个条件 输出波形将失真 四 仪器结构 本仪器由调制电源 调制器和接受放大器三个主要部分组成 如图二所示 1 晶体电光调制电源 调制电源由连续可调的直流电源 显示直流偏压值 调制信号的可由内振荡器或音乐片提供 也可以由外部通过后面板上的 输入 插孔输入任意电信号 此调制信号是用装在面板上的 信号选择 键 选择三个信号中的任意信号 通过前面面板上的 输出 插孔输出的参考信号 接到双线示波器上与输出信号比较 观察调制器的输出特性 2 调制器 调制器由三个可旋转的偏振片和一块铌酸锂晶体组成 采用横向调制方式 晶体放在两个正交的偏振片之间 起偏器和晶体的X轴平行 起偏器前的偏振片是调节输入光强用的 晶体固定在四维调节架上 可精细调节 使光束严格验光轴方向通过晶体 3 接受放大器 接受放大器由3DU光电三极管和功率放大器组成 光电三极管把被调制的氦氖激光经光电转换 输入到功率放大器上 放大后的信号接到双线示波器 同参考信号 由电源面板上的 输出 插孔输出 比较 观察调制器的输出特性 放大器内装有扬声器 用来再现调制信号的声音 仪器按下列步骤进行调整 1晶体的安装 用棉花球沾少许酒