物理演示实验报告 东南大学

物理演示实验报告

在这个学期的第七周的周六上午，我们在老师的安排下去观看一些具有代表性的演示实验。我们来到了学校的田家炳物理实验楼的演示实验室，将我们的大学物理课程所学习的力学、能量、电磁学、波动学和光学，从演示实验室内得到体现。

辉光球

在演示实验室，首先看到的第一个仪器称为辉光球。辉光球又称为电离子魔幻球。它的外观为直径约15cm的高强度玻璃球壳，球内充有稀薄的惰性气体（如氩气等），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，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，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，在黑暗中非常好看。

视觉暂留仪

后面有看到了一个视觉暂留仪。

人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，这种残留的视觉称“后像”，视觉的这一现象则被称为“视觉暂留”。其具体应用是电影的拍摄和放映。原因是由视神经的反应速度造成的，其时值是二十四分之一秒。是动画、电影等视觉媒体形成和传播的根据。

视觉实际上是靠眼睛的晶状体成像，感光细胞感光，并且将光信号转换为神经电流，传回大脑引起人体视觉。感光细胞的感光是靠一些感光色素，感光色素的形成是需要一定时间的，这就形成了视觉暂停的机理。

演示仪器利用人眼的视觉惰性即视觉暂留结合频闪灯的特殊作用，演示了电影成像的原理。在未打开频闪灯时，台阶和弯杆的运动随转盘转动，看不出一定的规律。打开频闪灯后，调节频率使频闪灯闪亮的时间间隔与两相邻台阶经过同一位置的时间间隔相同或成整数倍，由于眼睛的视觉暂留，我们感觉台阶已经静止，但弯杆却在不断变换，便形成了弯杆爬台阶的动画场面。

液体驻波管

接下来看到的是一个液体驻波管，液体为油，振源为声源。通电后会在管的一头发出声音。声波在液体中传播到另一头在返回来，来回两个波振动形成驻波，可以观察到管的中间液体最先起驻波，然后向两边延伸。这与课堂上的演示实验不同，课堂上用的是绳子，这里用的是液体，而且演示的还是属于纵波的声波的

驻波现象。

龙卷风模拟器

接着看到一个少见的仪器，一个龙卷风模拟器。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。由于比较透明，需要有背景色才可以清晰看到。

验证机械能守恒

接着到了能量学部分，这里有一个验证机械能守恒的实验装置。两个小球从同一高度往下滚，一个是斜坡，一个是半圆轨道，发现两个小球同时到达终点。这不仅验证了机械能守恒，还证明了不同质量的物体自由下落的时间相等。还有一个依靠太阳能来发电的电动风车，也许它的最终目的是太阳能发电，不过在强光的照射下也能看到风车转起来。这些原理被用在了航天技术方面，目前的人造地球卫星的两个翅膀上都安装有太阳能电池，确保其能正常工作。

声波肉眼无法观察，需要借助其他的介质，比如水。实验室中有一声波可见装置，将一黑绳竖直拉紧，其后面有一发声装置。当后面的发声装置发出声音时，可看到绳子前后振动，可以证明有声波传到了绳上，给绳能量使其振动。绳子竖直放也许还因为声波是纵波的缘故。

磁悬浮地球仪

磁悬浮地球仪利用电流磁效应使地球仪漂浮在半空中。地球仪顶端有一个磁铁,圆环形塑胶框内部顶端有一个金属线圈，金属线圈通过电流就会成为电磁铁。电磁铁与地球仪顶端磁铁间的吸力可抵消地球仪所受重力，因此地球仪可漂浮在半空中。用手轻轻触碰地球仪使其偏离平衡位置，手移开后地球仪仍可回到平衡位置不至掉落，这是利用负回馈机制。

地球仪底端也有一个磁铁。塑胶框内部底端有一个霍尔侦测器，可侦测地球仪底端磁铁的磁场变化。地球仪偏离平衡位置时，霍尔侦测器侦测到地球仪底端磁铁的磁场变化，便会产生一补偿电流。补偿电流流到塑胶框顶端金属线圈时，金属线圈磁场增加，可将地球仪拉回平衡位置。轻轻转动地球仪便可持续不停转动,这可以用惯性原理(说得深入一点，依据动量守恒原理)解释。地球仪所受到的外力总和为零，因此会以固定速率沿固定方向转动。

无线光通信系统

主要由光源、调制器、光发射机、光接收机及附加电信发送和接收设备等组成，只要相互进行瞄准即可进行通信。无线光通信除具有不挤占频带，通信容量大，传输速率高等无线激光通信的优点外，还具有机动灵活、经济、架设快捷、使用方便，不影响市政建设等特点。随着大气通信技术的成熟，它的应用将会越来越广泛，根据其特点，它潜在的应用场合有:

(1) 民用上可用于移动基站间的互连，单位内部的数据传输及小范围内局域网建设如校园网的组建，需严格保密的场合及要害部门，技术上或经济上不宜敷设光缆的地区如军工、国防部门，核电站、边远山区、江河两岸间、高山间等，以及用于灾区、事故地点的快速抢通等。

OWC最大的成功来自于校园局域网连接市场。这种应用包括连接编辑室和广播站，或者作为一栋大型综合大楼两个高速传输节点之间的通信手段。在光纤主干链路被切断或网路因恶劣天气被破坏以及其它突发事件时，OWC可以作为紧急情况备用和灾难后的恢复措施。另外，OWC还可以应付一些其它情况，如在光纤要通过河流或高速公路时，或在一些交通拥挤和地形复杂的城市，政府通常不希望挖开街道铺设光纤，OWC也可以作为一种很好的替代方式。有关专家指出，在未来的移动通信网建设中，无线光通信系统将用于最后一公里的接入。

(2) 军事上则可应用于战斗打响前无线电静默期间的短距离通信，或战斗打响后的保密通信，海岸与海岸之间、海岛之间，边防哨所之间，舰船之间，导弹发射现场与指挥中心之间的短距离通信等。

实验室里也有一些装置我们比较熟悉，比如这里有一个用薄膜干涉来做的窗帘。用一根梁将液体拉开形成薄膜，再利用光的干涉可以观察到彩色条纹。还有一个装置运用流体的速度差可以把物体吸过来的原理，把足球吸在了一个锥体罩里面。原理和装置确是简单，如今飞机的机翼也是利用了这一原理，。由于机翼上下弧度不同，空气流速不同，是机翼上方气压低于下方气压，可以使机翼向上运动。

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我们在看到的实验现象，还有很多很多，在此也不能一一列举详述了，只能写出令几个自己印象深刻实验。同时也得到一些感悟，观看演示实验的过程是简单的，但它的意义绝非如此。我们学习的知识重在应用，对大学生来说，这就是一个很好的途径。通过它，我们不但对大自然产生了以前没有的敬畏和尊重，也有了对大自然探索的好奇心和奋进力，我想这是一个人做学问最最重要的一点。因此，我想在我们平时的学习中，要带着一种崇敬的心情和责任感，认认真真地学习，踏踏实实地学习，只有这样，我们才能真正学会一门课，学好一门课。