基本物理实验报告

演示实验
1:锥体上滚
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。

应用: 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。

2蛇形摆:
原理: 单摆的周期只和摆长有关，亦即周期与摆长的平方根成正比。

本仪器中蛇形单摆的摆长是规律性变小，因此所有单摆的周期也规律性变小。

从摆动的角度大小而言，
摆动角度也是规律性变小。

因此开始摆动后，最初由于角度差异不大，而且是规律性
的差异，因此看起來就像是波动狀的蛇形摆动。

摆动多次之後，差异性逐渐增加，看
起来似乎是杂乱的。

当继续摆动之後，直到奇数、偶数单摆的角度分別达到整数倍数、半数倍数的時候，就可以观察到分成两边的情形。

本仪器的各个摆长严格按一定规律
排列而成时，显现出周而复始的运动效果更好，所以，每个摆的顶部都配有微调摆长钮。

在令摆球开始摆动时所用档板表面粘有绒布增大摩擦是为了避免侧向摆动保证各
个摆所在的摆面平行。

3:涡流
原理：电磁感应作用在导体内部感生的电流。

又称为傅科电流。

导体在磁场中运动，
或者导体静止但有着随时间变化的磁场，或者两种情况同时出现，都可以造成磁力线
与导体的相对切割。

按照电磁感应定律，在导体中就产生感应电动势，从而驱动电流。

这样引起的电流在导体中的分布随着导体的表面形状和磁场的分布而不同，其路径往
往有如水中的漩涡，因此称为涡流。

应用：涡流与感应加热的应用涡流效应衍生出一系列工业产品，感应加热电源就是其
中最重要的一个，感应加热就是利用涡流加热金属导体，使之非接触式发热。

很多工
业产品加热是不能用明火加热，这时候感应涡流加热就成功地解决了这个问题，使用
也产品革命性的进步，感应加热是将被加热金属置于高频变化的电磁场中（实际应用
是在感应线圈中），强大的电磁场在其表面形成感应涡流，依靠材料本身的内阻，使
之迅速发热，以改善工件的机械性能，感应加热特性是涡流热应用最典型的例子，金
属热处理必不可少的加热方式，也是以后工业加热的趋势，感应涡流不仅用于金属件
热处理，也用于海底管道铺设，石油天然气管道预热焊接，焊后热处理，紫铜钎焊，
蒸发镀膜，电机短路环焊接，这些应用最基本的原理就是电磁感应，电磁场产生涡流
热效应的应用。

涡流金属探测器有一个流过一定频率交变电流的探测线圈，该线圈产生的交变磁场在
金属物中激起涡流，隐蔽金属物的等效电阻、电感也会反射到探测线圈中，改变通过
探测线圈电流的大小和相位，从而探知金属物。

涡流金属探测器可用于探测行李包中
的枪支、埋于地表的地雷、金属覆盖膜厚度等。

4：视觉暂留：
原理：人眼在观察景物时，光信号传人大脑神经，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”。

是光对视网膜所产生的视觉在光停止作用后，仍保留一段时间的现象，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。

应用：运用场合很多，如电视、电影、动画、霓虹灯等等。

都模拟了视觉暂留现象，因为他们发出的光是一下一下的快速单个不连贯光单位或者单位的不连贯图像。

但都让人脑产生了连贯光与连贯图像的幻觉。

5高压放电：
原理：因物体之间的压差大而造成的高压释放现象。

通常，人们常说的高压放电，是专指电能的压差放电。

应用：利用弧光放电原理，人们制作了各种气体放电光源，比如探照灯、"人造小太阳"氙灯等。

6：黑体辐射：
原理：黑体辐射是指由理想放射物放射出来的辐射，在特定温度及特定波长放射最大量之辐射。

同时，黑体是可以吸收所有入射辐射的物体，不会反射任何辐射，但黑体未必是黑色的，例如太阳为气体星球，可以认为射向太阳的电磁辐射很难被反射回来，所以认为太阳是一个黑体(绝对黑体是不存在的)。

理论上黑体会放射频谱上所有波长之电磁波。

应用：现实生活中的黑色颜料就具有黑体的特性，能吸收不同波长的可见光，几乎不向外反射。

冬天穿黑色的衣服比较暖和，就是这个道理。

太阳能热水器也是利用了这一原理。

在科学领域，利用黑体辐射原理，制成能吸收雷达波的黑色涂料，可用于涂布隐形飞机表面的涂层；激光器的发明也利用了这一原理。

7：磁悬浮：
原理：磁悬浮技术的系统，是由转子、传感器、控制器和执行器4部分组成，其中执行器包括电磁铁和功率放大器两部分。

假设在参考位置上，转子受到一个向下的扰动，就会偏离其参考位置，这时传感器检测出转子偏离参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测的位移变换成控制信号，然后功率放大器将这一控制信号转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生磁力，从而驱动转子返回到原来平衡位置。

因此，不论转子受到向下或向上的扰动，转子始终能处于稳定的平衡状态。

应用：磁悬浮列车。