大学物理探究性实验报告_图文

椎体上滚●实验原理在重力场中，物体在地球引力的作用下，总是以降低重心来趋于稳定。

本实验中锥体与轨道的形状巧妙组合，给人以锥体自动由低处向高处滚动的错觉：V形导轨的低端处，两根导轨相距较小，停于此处的锥体重心最高，重力势能最大；V形导轨的高端处，两根导轨相距较大，停于此处的锥体重心最低，重力势能最小。

因此，从导轨低端处释放锥体，锥体就会沿导轨从低端滚向高端，这其间锥体的重心逐渐降低，重力势能逐渐减小，被转化为了锥体滚动时的动能，体现了机械能守恒。

●实验现象将锥体置于导轨的高端，锥体并不下滚；反之，将锥体置于导轨的低端，松手后锥体会自动上滚，直至高端后停住。

●小结或讨论刚开始看到这个实验装置时，还真的以为椎体是在“上滚”，因为两个金属滑轨确是一边高一边低，而椎体也确实是从低的那一端滚上了高的那一端。

可是当到侧面观察是，很快便发现了这个装置的奥秘所在：我们的眼睛被欺骗了！虽然椎体看上去是从低处滚向高处，可椎体的重心却是由高到低！与此类似的错觉很多，比如“怪坡”现象。

世界上已经发现了多处“怪坡”，在这些“怪坡”上，汽车下坡时必须加大油门，而上坡时即使熄火也可到达坡顶；骑自行车下坡时要使劲蹬，而上坡时却要紧扣车闸；人在坡上走，也是上坡省力，下坡费劲。

如果仔细研究会发现，所谓的“怪坡”并没有违反科学规律，“怪坡”与它路边倾斜的参照物——护栏、石柱巧妙结合，给人一种错觉，就好比“锥体上滚”一样的错觉。

物理规律是不会欺骗我们的：在重力场中，物体的能量总是自然地趋向最低状态，物体总是以降低重心力求稳定的。

这些现象告诉我们，我们不能仅仅凭现象凭肉眼的观察就断定一个事物，必须以科学的态度、科学的方法去探究现象背后的本质。

铜喷水鱼洗现象探究●实验原理本实验的物理原理可分三个过程加以说明：1、操作者手搓提把，使能量传入的过程，是一个非线性自激振动过程，其物理实质是用单方向的力激起提把的振动。

2、提把的振动耦合为盆体的横驻波共振。

鱼洗盆的提把安装在盆内侧面的相对的两侧，它的振动可以耦合为盆体的横驻波共振。

本实验所用鱼洗盆侧面环盆一周有4个波节、4个波腹的驻波模的频率与提把自激振动的频率相接近（最好略高一点）时，可以最有效地激起该模的振动。

3、波腹处剧烈的振动使水具有的动能大于水的表面张力限定的势能，且能克服重力再向上运动时，水被撕裂成水珠从水面飞出，形成向上喷射的水花。

本实验鱼洗盆中激起的振动为4波腹4波节模式，所以有4股水花从波腹处飞出。

使提把由于非线性过程而产生的自激振动的频率接近鱼洗盆侧面横驻波模式（4波腹4波节）的固有频率，是本装置结构的关键。

●实验现象操作者伸开两手掌，掌面蘸少许水，将两手掌放在鱼洗盆的两个提把上，轻柔均匀地使手掌在提把上来回滑动。

当听到鱼洗盆嗡嗡振动起来时，便有水花从水面上喷射出来。

●小结或讨论喷水鱼洗是我国古代人民的智慧结晶之一。

从振动与波的角度来分析是由于双手来回摩擦铜耳时，形成铜盆的自激振荡，这种振动在水面上传播，并与盆壁反射回来的反射波叠加形成二维驻波。

理论分析和实验都表明这种二维驻波的波形与盆底大小、盆口的喇叭形状等边界条件有关。

我国汉代已有鱼洗，并把鱼嘴设计在水柱喷涌处，说明我国古代对振动与波动的知识已有相当的掌握。

在实验室里看到有的同学能摩擦激起特别高的水花，铜盆的共振现象也特别明显，发出的声音特别大。

当自己动手实际操作时，发现这并不是一个特别容易的事情，一开始不论怎么摩擦都无法激起水花，后来实验了好多次以后，才发现激起水花的小窍门，手与铜质提手的接触面积越大，压力越大，效果越好！当手感受到与提手的摩擦越大时能激起的水花最大！做本实验一定要有耐心，水花的喷射基本与人手磨擦提把的频率无关，故不能着急。

记忆合金●实验原理记忆合金是一种原子排列很有规则、体积变为小于0.5%的马氏体相变合金。

这种合金在外力作用下会产生变形，当把外力去掉，在一定的温度条件下，能恢复原来的形状。

由于它具有百万次以上的恢复功能，因此叫做"记忆合金"。

记忆合金由于是不同种类的结构元相互掺和均布，尽管结构元的个子、电磁力的大小不同，但各自都加快了自身的价和运转，在一定的温度条件下相邻相安。

在受到外力后，电磁力受到外力的干扰，价和电子的运转平面作出微量角度调整，物体产生塑性变形，在此塑性变形中，部分调整后的价和电子的运转是不舒展的。

当温度条件变化时价和电子的速率随之变化，当温度回复到相安舒展的（转变温度）条件时，不舒展的价和电子的运转立即回复到当时的速率，电磁力随之发生变化，使相邻结构元的价和运转也都作出相应的调整，全部回复到原来的舒展状态，于是整个物体也都回复到了原来的状态。

这就是记忆合金的记忆过程。

●实验现象如下图所示，左图为初始状态下的被拉长的记忆合金丝，右图为放入85摄氏度温水中后拿出的记忆合金丝，可观察到其由松弛状态拉紧，恢复它原本的状态。

●小结或讨论在实验的过程中发现，当把变形的水车放入温水中时，水车会自己转动。

对此现象查阅资料后得知该装置让所选记忆合金周期性地与高温热源和低温热源接触，形状随之周期性地变化，从而驱动水车轮的转动，形象地展示了热变为功的过程和形状记忆合金的特性和用途。

形状记忆合金在人造卫星天线、机器人和自动控制系统、仪器仪表、医疗设备和能量转换材料等高科技领域有着广泛的应用，我想随着科技的发展，总有一天这种技术会走进寻常百姓家，能够制造出性能更优秀或者有特殊功能的产品，更好的服务于我们人类，使我们的生活更加便利舒适。

辉光球●实验原理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。

在通常情况下，气体中的自由电荷极少，是良好的绝缘体。

但在某些外界因素（如紫外线、X射线以及放射线的照射，或者气体加热）的作用下，气体分子可发生电离，气体中出现电子和离子，这时在外电场作用下，电子和离子作定向漂移运动，气体就导电。

●实验现象如下图所示，辉光球会放出五颜六色十分绚丽的光芒，在黑暗之中特别漂亮。

当手接触玻璃球壳表面时，就像是手指把光聚集在几点上，并且与玻璃球壳接触的面积越大“光线”越集中。

接触时间长了玻璃表面会很烫手。

●小结或讨论实验时对手接触到玻璃球时的现象十分感兴趣，之后上网搜索得知辉光球工作时，在球中央的电极周围形成一个类似于点电荷的场。

当用手（人与大地相连）触及球时，球周围的电场、电势分布不再均匀对称，故辉光在手指的周围处变得更为明亮，产生的弧线顺着手的触摸移动而游动扭曲，随手指移动起舞。

在搜索过程中还发现一些特别有意思的辉光相关的应用，在各种各样的辉光中，最神奇的还要算人体辉光！1911年伦敦有一位叫华尔德·基尔纳的医生运用双花青染料刷过的玻璃屏透视人体，发现在人体表面有一个厚达15毫米的彩色光层。

医学家们对此研究表明，人体在疾病发生前，体表的辉光会发生变化，出现一种干扰的“日冕”现象；癌症患者体内会产生一种云状辉光；当人喝酒时辉光开始有清晰、发亮的光斑，酒醉后便转为苍白色，最后光圈内收。

吸烟的人其辉光则有不谐和的现象。

人体辉光产生的原因，科学家们至今各抒己见。

一些人认为辉光现象除了人体白细胞之外，还可能使人体体表某种物质、射线与空气复合产生的，或是一种水汽和人体盐分与主频电场作用的结果，或是人体的光导系统——经络系统显示它的“庐山真面目”。

雅各布天梯●实验原理希腊神话中有这样一个故事：雅各布做梦沿着登天的梯子取得了“圣火”，后人便把这神话中的梯子，称之为雅各布天梯。

雅各布天梯则展示了电弧产生和消失的过程。

二根呈羊角形的管状电极，一极接高压电，另一个接地。

由于电极间具有几万伏高压，在电极相距最近的底部，由于场强较大，空气首先被击穿产生大量正负离子，同时产生光和热。

热空气迅速向上移动，于是电弧也随着向上运动，随着电极间距离的增大，电弧也随之拉长，当电弧爬升到顶部时，由于电极距离过大，电压不足以击穿空气，电弧自动熄灭。

只要保持两级间的电压，这种放电过程就会周而复始地进行，形成弧光放电，如一簇簇圣火似地向上爬升，犹如希腊神话的雅各布天梯。

●实验现象打开电源开关便会看到高压放电电弧沿着“天梯”向上爬，同时听到放电声，直到上移的电弧消失，天梯底部将再次电弧放电。

●小结或讨论从书上得知这个实验的原理就是弧光放电，在这里就想到了之前辉光球的辉光放电。

只是一字之差，现象也很相似，我很好奇它们两个差别在哪里，于是自己查找了资料。

呈现弧状白光并产生高温的气体放电现象。

无论在稀薄气体、金属蒸气或大气中，当电源功率较大，能提供足够大的电流（几安到几十安），使气体击穿，发出强烈光辉，产生高温（几千到上万度），这种气体自持放电的形式就是弧光放电。

通常产生弧光放电的方法是使两电极接触后随即分开，因短路发热，使阴极表面温度陡增，产生热电子发射。

热电子发射使碰撞电离及阴极的二次电子发射急剧增加，从而使两极间的气体具有良好的导电性。

弧光放电的特征是电压不高，电流增大的两极间电压反而下降，有强烈光辉。

低压气体中显示辉光的气体放电(空气中的电子大概在1000对/cm3,由于高压放电现象在低气压状态下会产生辉光现象）现象。

在置有板状电极的玻璃管内充入低压（约几毫米汞柱）气体或蒸气，当两极间电压较高（约1000伏）时，稀薄气体中的残余正离子在电场中加速，有足够的动能轰击阴极，产生二次电子，经簇射过程产生更多的带电粒子，使气体导电。

辉光放电的特征是电流强度较小（约几毫安），温度不高，故电管内有特殊的亮区和暗区，呈现瑰丽的发光现象。

除了这两种放电现象，还找到电晕放电和火花放电两种，限于篇幅，这里就不写出来了。

普氏摆●实验原理1922年，德国物理学家Carl Pulfrich发现了人眼的一个奇异生理现象，即当一个用绳子悬吊的重摆在一个平面内作往复摆动时，如果用一块茶色镜遮住一个眼睛，我们同时睁眼看到的这个运动摆的轨迹就会从单摆轨迹变为椭圆形轨迹。

他通过滤镜观察左右摆动的小球，发现小球不止左右摆动，还能自由前后运动。

通过滤镜的作用人们的视觉出现了停顿，由于人们脑子反应太慢，之前的影像还挥之不去呢后来的影像就接连出现，这样没有今日事今日毕的感觉积少成多，小球就形成了一个椭圆形的运动轨迹。

普尔弗里效应说明人眼在暗光、暗镜头的作用下看到的物体影像会比通常情况下延长，这时候，暗光和暗镜头的摄影器材就相当于一个滤镜，人们通过他们拍出来的影像会让观众产生错觉。