力学演示实验研究

力学演示实验研究

——许亚娜物理082班08180209

实验目的：

熟悉仪器使用，熟悉仪器操作；

参与实验过程，获得试验体会；

明确实验原理，掌握实验要领；

探讨教学方法，提高教学技能。

实验仪器：

滚摆、能量演示转换器、离心轨道、颠倒之舞、托里拆利演示器、力的合成与分解演示器、演示力矩盘、动能势能演示器、反冲运动演示器、水波试验仪、轨道小车、重心实验组合。

实验过程：

一、能量的转化实验：

1、滚摆

滚摆应用的原理是是势能与动能的转化。将滚摆从一定的高度下落，滚摆会在重力的作用下下落，重力势能会转化为动能，所以滚秋具有速度，当下落到最低端，由于绳的拉力作用，滚球会顺着细线向上滚动，于此反复，滚球就会不断的上下自由滚动，进行着势能和动能的转化。

2、光能、电能、动能转化器

太阳能转换为电能有两种基本途径：一种是把太阳辐射能转换为热能；另一种是通过光电器件将太阳光直接转换为电能。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的菁膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的式太阳能民池则还处于萌芽阶段。太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴由-电子对。在p-n结电场的作用下，空穴由n 区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。

半导体吸收光能并将光能转化为电能，电能的作用会使小风扇发生转动。完成了光能到电能的转化，电能到动能的转化。

3、热能—动能的转换

如图所示的钢管里有液体酒精，通过人工的方法对钢管摩擦，使酒精发热转化为气体，钢管内体积膨胀，气体对活塞做工，使活塞冲出瓶口，动能转化为势能，向上飞出。

4、动能—热能转化

当抽气棒对空气做功，动能转换为热能，达到棉花的着火点，棉花会发出一阵火花。这里是能量的转化，做功转化为热能。

5、动能势能转换器

如图所示装置，右边是一个重力势能与动能的转化器，将小球的细线拉直，从一定的高度下落，当下落到最低点时会与轨道上的小球发生碰撞，势能转化为动能，被撞的小球具有动能开始运动。左边的是弹性势能与动能的转换器，将小球放到弹簧上端，压缩弹簧然后放开，弹性势能转换为动能，小球会在动能的作用下飞出管子。

二、验证重心系统

1、重心在针尖的仪器

如图中所示的仪器时经过严格计算过的重心在针尖的系统，当仪器摆放在底端时，只要其重心的位置没有发生改变，无论怎样旋转，仪器都不会发生偏转或者掉下来。这就是证明了物体可以看成是质量集中在重心的质点。

2、重心变化

如图所示的装置可以左右改变角度，当角度改变时，物体的重心也因此而改变，下端的小悬球的方向时刻与重心的方向在同一条直线上，在偏转的过程中，如果小悬球的位置在外面，物体就会发生转动，因为重力对物体形成了力矩。右图所示必须用手将物体握住否则小球会转动。

斜面木板的运动：

如图中所示，一块小木板在斜面上，当小木板的重力方向没有构成力矩时，小球做的运动时滑动，但如果构成力矩，则小球做的运动时转动。图中是在发生滑动，如果继续增大斜面的角度，小球在一定角度下做转动。

三、惯性系统

图中的装置是，一个金属球自由的放在支架上，有一块小铁片垫在金属球的下方，旁边是一个金属板，通过冲量可以使金属片射出。本实验主要观察的是金属球的运动应该是怎样的，是静止在原地还是随同金属片飞出。实验的结果是金属球静止在原地，此实验说明了物体具有保持原有的运动状态的性质，叫做惯性。

四、验证液体分子的表面张力

如图所示，用形状各异的金属器材去与肥皂水接触。因为液体的表面是有张力的，所以液体会吸附在金属面上并形成各种图案，左边的图案仔细观察会发现中间每一块面的角度都是120度。右边本来整个圆盘都是液体包围，当用手指轻轻的将一边弄破，会发现红绳会由于受到表面张力的作用而想另一边移去。种种迹象都证明了液体是有受到表面张力的作用的。

五、托里拆利演示器

图中是为了验证物体的热胀冷缩的性质。但由于只是微小的形变很难用肉眼来观察，所以用了放大的原理来观察。图式，待测发生形变的钢丝与一条长板相连指向另一边刻度尺的原点，若钢丝发生微小的形变，则在另一边的刻度尺上，木板的移动应该较大。这样，通过观察木板所指刻度的变化来判断钢铁是否发生形变。

六、颠倒之舞

七、验证反冲力

如图所示的装置，中间有一个漏斗，漏斗的下面有两根细管，水可以从漏斗里面流出，由于下面两个细管的出口不同，水流出的方向将也会相反，由于水的反冲力的作用是漏斗在盘内发生转动。

八、分子间存在吸引力

图中上面两块是铅块，当用力摩擦时，由于分子间存在相互作用力，在这个时候表现出来的是分子间的吸引力，分子间会由于吸引力的作用而很难分开，如下图，在铅块的下面加上了很多砝码，两块铅块都没有被拉开，可以说明分子间

存在着较强的吸引力。

九、力的合成演示仪

力是一种矢量，力的合成与分解满足平行四边形定则，如图所示，根据两个力的大小和方向可以确定其合力的大小和方向。演示仪上面有力的大小和方向的量度。

十、滚筒

如图所示，滚筒的外部形状是圆柱形，它的奇迹之处是当把滚筒推出一段距离之后，滚筒会在内部力的作用下自动往回滚动。其工作原理是，其内部是几根有弹性的绳索相互缠绕，里面并吊挂一重物。当一开始滚筒在外力的作用下滚动时，内部的重物会在弹性绳里缠绕，当滚球滚动一段距离后，内部的弹性绳的缠绕方向会反转，在重物的作用下，滚球会往回滚动。

十一、虹吸现象

原理：虹吸现象是液态分子间引力与位能差所造成的，即利用水柱压力差，使水上升后再流到低处。由于管口水面承受不同的大气压力，水会由压力大的一边流向压力小的一边，直到两边的大气压力相等，容器内的水面变成相同的高度，水就会停止流动.利用虹吸现象很快就可将容器内的水抽出。

图中所示，倒进去的是一杯水，出来的是两杯水。