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第2章 物理小实验(2)

实验步骤:

1.用一个叉子,小心地把一根针放到水的表面,慢慢地移出叉子,针将会浮在水面上。

2.向水里滴一滴清洁剂,针就沉下去了。

其实,出现这种现象是由于水的表面张力的作用,使针不能沉下。表面张力是水分子形成的内聚性的连接。这种内聚性的连接是由于某一部分的分子被吸引到一起,分子间相互挤压,形成一层薄膜。这层薄膜被称作表面张力,它可以强大得托住原本应该沉下的物体。而清洁剂破坏了这种表面张力,使张力层变弱,针就浮不起而沉下去了。

奇怪的酒杯

实验材料和用具:高脚细酒杯、照片

实验步骤:

1.拿一个高脚的细酒杯。取出一张1寸小照片,剪去边角放入杯中。再找一个与照片大小差不多的凸透镜片,也放入酒杯中。

2.凸透镜凸面朝上,照片有人像那一面也朝上。这时,你端起酒杯,会发现杯底里什么也没有(只有凸透镜,看不到照片)请问,这是为什么?

3.用一个透明塑料袋装水,放入酒杯中,再往杯底看。这时,你将看到照片上的人像。请问这又是为什么?塑料袋只是为了防止水把照片装湿,亦可不用。

利用光学原理,请你破解上述杯中之谜。

原来酒杯里的凸透镜焦距很短,只有4毫米,把照片放在4毫米稍远的地方,通过透镜就看不到这张照片。

这是因为通过透镜看照片,照片与透镜的距离必须比焦距短,才能看到放大的虚像。在这个酒杯里,照片与透镜的距离比焦距长,就看不到照片的像了。

酒杯里倒进水或酒以后,水或酒与凸透镜形成了一个凹透镜。这样,酒杯里就有了两个透镜,一个是玻璃凸透镜,一个是水或酒形成的凹透镜。这两个透镜组成新的凸透镜,焦距拉长了,比如说达到5~6毫米,这时,通过透镜就看到了照片。

神秘的火焰

你认为火焰的中心是温度最高的地方吗?做完下面的实验就可以得到答案。

实验材料和用具:一张纸和一支蜡烛

实验步骤:平拿着纸,迅速地把纸沿水平方向移到烛芯上面约6毫米处。纸一开始烧焦就马上把它拿开。火焰会在纸上形成一个很清晰的中间无焦斑的圆圈。这说明烛芯上面恰好是温度不算太高的地方。

这是因为蜡烛火焰的外围直接从空气中吸收氧气,燃烧得比较充分,所以温度比较高,而火焰中心得不到足够的氧气,温度就比较低。

虹吸器

这是一个极其简单的实验,但它却具有实际使用价值。在必须从盛有液体的容器中取出液体,特别在有障碍物存在而影响取出液体的情况下,通常可以用得着这一方法。

当你用一根麦秆喝橘子水时,你是在使橘子水克服重力。先吸去麦秆中的所有空气,让外面的空气在橘子水表面往下施加压力,从而帮助橘子水从杯里送到你的嘴里。这就是虹吸管的原理。

实验材料和用具:皮管

实验步骤:先在一个空杯中装上清水,并将皮管的一头插入杯子中。再将第二个杯子放在皮管的另一头易于到达的低处。在皮管位置较低的一头吸气、吸掉管中的所有空气,管内则充满了水。

从嘴里拿开皮管时要小心,一旦管口离开你的舌头,便用一根手指紧紧地堵住管口,以维持吸力。

将管口放在空瓶中,放开你的手指,这时水便从上面的杯子中往低处的杯中缓缓流去。只要放在高处的管口仍处在水面以下,水就一直往下流。

旋转的铝片

实验材料和用具:软木塞、缝衣针、薄铝片或铜片、剪刀

实验步骤:

1.在软木塞中心反插一枚缝衣针,另外找一块平整的薄铝片或铜片,把它剪成圆形。小心地把圆片的圆心放在针尖上,使它保持平衡,并能沿水平方向转动。

2.用一根50厘米长的细线,系住一块磁性较强的马蹄形磁铁,把它挂在离圆片的中心很近的位置,把磁铁拧转30圈左右后松开手,磁铁旋转起来,下面的圆片也沿磁铁旋转的方向滴溜儿旋转起来了。

这是因为磁铁旋转的时候,铝片受到旋转磁场的作用,产生感生电流,同时感生电流本身也产生磁场。磁铁的磁场与感生电流产生的磁场相互作用,结果就使铝片受力而转动起来。

找重心

实验材料和用具:硬纸板、针、细线、铅笔

实验步骤:

1.找一些硬纸板,剪成形状不规则的小块。

2.先在不规则纸板的任何一点上用针扎一个小孔,用一条细线把它悬挂在墙上。

3.沿细线的方向用铅笔在纸板上画一条延长线。在纸板上换一个地方再扎一个小孔,用同样方法画另一条延长线。

4.取下纸板后,用针尖顶在两条延长线的交点上,这块纸板就能平稳地停在针尖上。纸板和针尖接触的那一点就是纸板的重心。

用线把纸板悬挂起来,这时纸板处于平衡状态,它所受的重力跟悬线的拉力在同一直线上,所以纸板的重心一定在线的竖直延长线上。两条线的交点就是合力的作用点,就是纸板的重心。

哪个先跌倒

把两把长度不同的尺子并排竖起,扶好,然后同时放手,你猜哪把尺子先跌倒?结果总是短的尺子先倒在桌上。

尺子跌倒的快慢实际上是由它的重心的高度决定的。对于截面相同或相似的物体来说,物体越高,该物体的重心也越高,跌倒的过程也越长。为什么小孩总比大人容易跌倒?道理就在于大人的重心高,跌倒的过程较长,这就有充足的时间使自己站稳。

吹气球

实验材料和用具:透明塑料饮料瓶,大号儿童玩具气球各1个,医用一次性输液管一段(带上原装滚轮开关)

实验步骤:

1.用烧热的铁丝在瓶下部烫一个圆孔,孔径与输液管相同,将带滚轮开关的一段输液管插入其中1毫米左右,再用万能胶粘好。

2.将气球装入瓶内,气球口径反套在瓶口上即可,如图所示。

3.先将开关关上,吹气球,尽管用了很大的力气,但是气球不过大了一点。这表明,一定质量的封闭气体,在等温过程中,体积变小时,压强要增大(即玻意耳定律)。

4.打开开关,再吹,气球很容易就胀大了。若将开关关闭,就会出现意外的现象,气球虽然敞着口,但是并不缩小。

5.这时,打开开关,气球就慢慢缩为原状。用嘴在气门(即输液管)处吸气,又出现使人惊奇的现象:虽然没有吹气球,但气球自动胀大了。

第4步和第5步两种情况生动表明大气压的存在和作用。

6.打开开关,将瓶浸入热水中加热,然后关闭开关,置入冷水中降温,会发现气球稍微胀鼓起来。这表明一定质量的封闭气体,在压强不变时,温度降低,体积要缩小(即盖吕萨克定律)。

神奇的牙签

实验材料和用具:牙签、一盆清水、肥皂、方糖

实验步骤:

1.把牙签小心地放在水面上。

2.把方糖放入水盆中离牙签较远的地方,你会看的牙签向方糖方向移动。

3.换一盆水,把牙签小心地放在水面上,现在把肥皂放入水盆中离牙签较近的地方,你会发现牙签远离肥皂。

其实,当你把方糖放入水盆的中心时,方糖会吸收一些水分,所以会有很小的水流往方糖的方向流,而牙签也跟着水流移动。但是,当你把肥皂投入水盆中时,水盆边的表面张力比较强,所以会把牙签向外拉。

水珠显微镜

实验材料和用具:纸板、铝片、食用油或机油、小钉子

实验步骤:

1.在一块不大的纸板中央挖一个小圆孔,用一小块铝片盖住小孔,并粘在纸板上。

2.用食用油或机油均匀地涂在铝片上,同时用一枚小钉子对准圆孔在铝片上穿个小洞。

3.滴一滴水在圆孔上,这就是一架“显微镜”。

把一些胡椒粉或其他粉末撒在一张白纸上,然后平端着“显微镜”通过水滴观察那些粉末,并适当改变“显微镜”和白纸的高度,看看那些粉末能被放大多少倍?

由于水的表面张力,使小水滴形成一个小水珠,它起到了凸透镜的作用,因而使显微镜中的粉末被放大了。

纸片的浮沉

这个实验是要观察水的浮力。

实验材料和用具:一个两端开口的玻璃筒或塑料筒

实验步骤:

1.用硬纸片或塑料片挡住玻璃筒下端筒口,并且用手按住,竖直插入水里,松开手后,硬纸片并不下沉。

2.用一只杯子把水沿筒边缓缓地倒入筒内,这时你会发现,当筒内水面接近筒外水面时,硬纸片就掉了下去。

原来,水是有压力的,它不仅对容器的侧面有压力,而且对容器的底面也有压力(各方压力的向上合力叫浮力)。水越深,压力越大。在同一深度,水对各个方向的压力都相等。当筒内水向下的压力超过了筒外底面水向上的压力,硬纸片就掉下来了。

大豆炸弹

实验材料和用具:大豆、带软木塞的瓶子

实验步骤:

1.在一个瓶子里放满大豆,倒进水,用软木塞盖紧。

2.把瓶子放入一个大纸袋里,把袋口折叠起来,然后把纸袋放在一个安全温暖的地方,让瓶子直立。

3.大约4天之后,再小心地打开纸袋,看看软木塞有什么变化?

干的种子在水中吸水膨胀,能产生相当大的力,这个力向瓶子四面八方推动,当然也推向软木塞,直到把塞子弹开。种子的这种力量甚至能使坚硬的岩石裂开。如果你的铝制水壶扁了,可以用这个办法让它复原。

有色的霜

在寒冷的冬天,窗户上常有霜。霜是水的结晶体组成的。如果在窗台上有一个霜溶化后形成的小水坑。当你注视水坑时,会发现水坑上收方玻璃窗霜图案的映像居然有颜色。冰晶体仍是无色的,这是为什么呢?做个实验探索一下。

实验材料和用具:偏振片、窗上的霜

实验步骤:在被霜覆盖的玻璃两边各放一块偏振片,然后观察,你将会看到玻璃窗上霜有颜色,你可知为什么这样就能看见颜色呢?

原来,冰是像偏振片一样的一种双折射材料。

大家知道,双折射材料中有一个快轴和一个慢轴。如果光平行于慢轴偏振,则折射率较高;如果光平行于快轴偏振,则折射率较低。当射出的光线碰到一块偏振片时,它能否穿过偏振光,这是由光的偏振轴和滤光片的偏振轴的相对取向决定的。

双折射材料对光偏振的影响取决于三个因素:沿快轴的折射率、材料的厚度和光的波长。如果让白光通过双折射材料及其两侧安放的滤光片,虽然白光是直接射入第一块偏振片的,但由于又透过第二块偏振滤光片,因而能看见的只是某些波长的光。如果转动两块偏振片或双折射材料,则从第二块滤光片发出的颜色会变化。

因此,在被霜覆盖的玻璃两侧各放一块偏振片时,所有具有合适厚度的取向的晶体都会引起颜色的变化。不过,光轴和视线平行的晶体不会产生颜色,因为这一晶体不会发生双折射现象。

通过水坑而不是通过偏振片,为什么也可看见霜的颜色呢?

这是因为,从天空来的散射光可能发生强烈偏振。如这样的光照射窗子,就不需要用第一块偏振滤光片。若光通过霜,然后从水坑中反射,就能起到第二块偏振滤光片的作用,因为反射能引起偏振。

这样,当你注视窗台上霜溶化成的水坑时,就能看见水坑上方玻璃窗上的霜抹上了色彩。

把钢烧着

当你看到这个题目时,也许会感到奇怪。钢怎么能烧得着呢?要使钢熔化,得要上千度高温呢。好吧,我们用一支蜡烛(或酒精灯)来试一试。

实验材料和用具:一支蜡烛(或酒精灯)

实验步骤:找一团给地板打蜡上光用的钢丝绒,把它扯松,固定在细铁丝上,放在蜡烛火上烧。过一会儿,你会惊讶地看到这团钢丝迸射出一团五彩缤纷的火花。

为什么小小的蜡烛火焰就能把钢烧着呢?我们知道,在通常情况下,物体燃烧时都必须要有氧气助燃。氧气充分,物质燃烧得也充分。钢丝绒的丝很细,它跟空气中的氧气接触的面积很大,所以很容易燃烧起来。

变多的筷子

实验材料和用具:筷子

实验步骤:拿一根筷子,在阳光下,很快地来回挥动,你所看到的筷子成了一个“扇面”的形状。晚上,在日光灯下,你也这样做做看,你看到的筷子就不像“扇面”了,而像一排“扇骨”。

这是怎么回事呢?

原来,日光灯发出的是每秒钟闪动100次的光,人眼视觉暂留是0.0625秒,所以不觉得日光灯在闪动。在日光灯下挥动筷子,在日光灯不发光的瞬间出现了暗影,在日光灯明亮的瞬间筷子很明显,这样就出现了明暗相间的一排“扇骨”。而太阳光是一种连续光,在这样条件下,快速挥动筷子,只出现“扇面”,不会出现“扇骨”。

气垫

实验材料和用具:圆木块、玻璃板、细竹管、打气筒、胶水

实验步骤:

1.找一块直径5~6厘米的光滑的圆木块,在它的中心打一个孔,塞进一根空心的小竹管,使竹管不能在小孔里转动,竹管的头部不要在木块的底上露出,如图1所示。

2.在木块上面小孔与竹管的接缝处涂上胶水,如图2所示。

3.再取一根较长的细皮管,一头紧紧套在细竹管上,另一头通过一个一头细一头粗的过渡接头与打气筒相连。

4.把木块放在平整光滑的玻璃板上,在玻璃板的一头垫上几本书,如图3所示。

5.用力打气,木块会顺着玻璃板滑下去。如果一边打气,一边用手指弹一下平放在玻璃板上的木块,木块也会轻松地“飞”到玻璃板的另一头。

这是由于打气时,受压的空气经皮管从小竹管喷出,在这股空气压力下,木块被顶起,木块和玻璃板之间存在一层薄薄的空气。因为空气的摩擦阻力极小,所以木块稍微倾斜,就能移动,稍推一下也能移动。现在的气垫船就是运用这个道理制成的,不过,它前进时可不是用人推,而是像飞机那样,用螺旋桨推动。

天平倾斜了

实验材料和用具:细线、细木条

实验步骤:

1.用细线、细木条做成一架轻巧灵活的天平。

2.把两只纸口袋倒挂在天平的两端,并使天平两边平衡。

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