力熱學(xué)應(yīng)用演示講義

啄木鳥一、演示目的演示能量之間的轉(zhuǎn)換。二、演示原理：停在金屬桿頂端的啄木鳥具有重力勢(shì)能，松開手后，啄木鳥在水平振動(dòng)的同時(shí)下落。下落的啄木鳥重力勢(shì)能不斷減少，減少的重力勢(shì)能不斷轉(zhuǎn)化為啄木鳥的動(dòng)能和彈簧的彈性勢(shì)能。這種能量之間的轉(zhuǎn)化，使啄木鳥在水平方向不停的振動(dòng)。在下落的過程中聽到啄木鳥的敲擊聲，直到落到地面后停止。三、實(shí)驗(yàn)儀器：演示與探索實(shí)驗(yàn)室克隆一、演示目的演示力與壓強(qiáng)的關(guān)系。二、演示原理：當(dāng)手壓在儀器上，手的重量會(huì)分散到各個(gè)釘子上，每個(gè)釘子承受的壓力只有幾克，釘子扎到手時(shí)也不會(huì)將手刺壞。三、實(shí)驗(yàn)儀器：演示與探索實(shí)驗(yàn)室能量穿梭機(jī)一、演示目的演示小球在電能、機(jī)械能、重力勢(shì)能、動(dòng)能的一系列轉(zhuǎn)化過程中像穿梭機(jī)一樣運(yùn)動(dòng)的過程。二、演示原理： 本裝置有各種轉(zhuǎn)輪、傳送裝置等，小球從高處滾下，由于重力勢(shì)能的釋放，轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，使小球發(fā)生了一系列生動(dòng)有趣的運(yùn)動(dòng)過程。三、操作與現(xiàn)象：1.打開演示裝置上的電源開關(guān)，先把小球移到最高處，然后放下小球即可進(jìn)行演示。2.實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉電源。演示與探索實(shí)驗(yàn)室瑞林球一、操作方法通過雙手控制鐵棍，將球從下往上夾，夾的越高分值越高，利用鋼珠的重力慣性是贏得比賽的關(guān)鍵。二、實(shí)驗(yàn)儀器：演示與探索實(shí)驗(yàn)室螺旋飛球一、演示目的演示向心力和離心力。二、操作與現(xiàn)象：小球在圓形的螺旋軌道上旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的速度會(huì)發(fā)生神奇的改變。在旋轉(zhuǎn)半徑小的地方速度最快，在旋轉(zhuǎn)半徑大的地方速度最慢，并能在沒有軌道托住的情況下旋轉(zhuǎn)。演示與探索實(shí)驗(yàn)室最速降線演示一、演示目的演示曲線運(yùn)動(dòng)的快慢。二、操作與現(xiàn)象：比較直線和曲線軌道可知，軌道的前一部分，曲線軌比直線軌“陡”得多。受重力作用，球在曲線軌上滾動(dòng)將先達(dá)到最大速度，雖然曲線軌道比直線軌道長(zhǎng)，但因球速快，因此曲線軌上的球先到終點(diǎn)。演示與探索實(shí)驗(yàn)室五連球演示一、演示目的演示動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律。二、演示原理及操作： 由動(dòng)量守恒和能量守恒原理可知，兩個(gè)等質(zhì)量剛性球彈性正彈時(shí)，它們將交換速度。五聯(lián)球裝置使參與者可自由組合聯(lián)球個(gè)數(shù)，進(jìn)行不同質(zhì)量的交換速度碰撞的實(shí)驗(yàn)。將儀器放置在水平桌上，拉動(dòng)一側(cè)一個(gè)球或多個(gè)球使其偏開平衡位置，松手時(shí)，使其與余球碰撞，觀察其他球跳起的情況，得到結(jié)論。演示與探索實(shí)驗(yàn)室滾擺演示一、演示目的演示機(jī)械能守恒定律。二、演示原理及操作： 將滾擺軸保持水平，均勻使懸線繞在軸上，待滾擺到達(dá)一定高度，使輪在掛繩懸點(diǎn)的正下方，放手使其平穩(wěn)下落；在重力作用下，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為輪的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能。輪下降到最低點(diǎn),輪的轉(zhuǎn)速最大，轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能最大，然后又反向卷繞掛繩，轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能,輪的轉(zhuǎn)速減小，位置升高。如此可多次重復(fù)。滾擺滾動(dòng)下落的重力勢(shì)能變?yōu)闈L擺繞過質(zhì)心的軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能和質(zhì)心平動(dòng)的動(dòng)能。機(jī)械能守恒定律告訴我們滾擺的重力勢(shì)能與滾擺的動(dòng)能之和保持不變。演示與探索實(shí)驗(yàn)室共振擺演示一、演示目的演示共振現(xiàn)象。二、演示原理及操作： 兩個(gè)完全相同的一維單擺系統(tǒng)在同一個(gè)輕質(zhì)易轉(zhuǎn)的水平軸上，一個(gè)單擺振動(dòng)將通過軸的微動(dòng)把振動(dòng)能量傳遞給另一個(gè)擺。中間最大的球我們稱為A球，本儀器中A球?yàn)椴邉?dòng)力擺，當(dāng)A球擺動(dòng)時(shí)，其振動(dòng)通過擺動(dòng)片使其它各球也隨之作受迫振動(dòng)。策動(dòng)力的頻率等于A球的頻率，并決定于它的擺長(zhǎng)?？梢园l(fā)現(xiàn)，固有頻率跟策動(dòng)頻率相等到的最兩個(gè)球（最兩邊）振幅最大；固有頻率跟策動(dòng)力頻率相差最大的兩球（繩最長(zhǎng)的與繩最短的球）振幅最小。演示與探索實(shí)驗(yàn)室不相溶液滴演示一、演示目的演示液體的不相容現(xiàn)象。二、演示原理及操作： 底部是普通電燈，上面置一個(gè)玻璃瓶，瓶?jī)?nèi)混合水與蠟，燈泡亮后形成熱量，從底部傳遞到玻璃瓶，蠟受熱后變輕，便會(huì)上升，到了頂部冷卻便又掉下去，浮游效果便如此而來。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心演示實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)動(dòng)定理演示實(shí)驗(yàn)一、演示目的：演示觀察角加速度與力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的關(guān)系二、力矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量力矩：力(F)和力臂(L)的乘積(M)．即：M=F·L．力矩是描述物體轉(zhuǎn)動(dòng)效果的物理量，物體轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化．才肯定受力矩的作用．剛體以角速度繞定軸O轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，體內(nèi)各質(zhì)元具有不同的線速度。如圖1所示，設(shè)其中第i個(gè)質(zhì)元的質(zhì)量為，與軸O相距為，其線速度大小為，其動(dòng)能為。

整個(gè)剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能就是剛體內(nèi)所有質(zhì)元的動(dòng)能之和式中，為剛體對(duì)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I，故上式可寫成。將物體的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能與平動(dòng)動(dòng)能相比較，也可以看出物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I對(duì)應(yīng)于物體平動(dòng)時(shí)的質(zhì)量m。三、注意事項(xiàng)：儀器的邊緣最好在桌子邊緣，要讓砝碼豎直下垂。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心演示實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)動(dòng)定理演示儀使用說明書一、儀器結(jié)構(gòu)如圖：底臺(tái)用滾珠軸承固定可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的軸桿固定在轉(zhuǎn)軸上的繞線輪轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)上可沿水平桿位置可移動(dòng)的重物（5）定滑輪（6）法碼二、演示方法：用左右兩套結(jié)構(gòu)完全相同的裝置作對(duì)比實(shí)驗(yàn)將二套裝置上的重物固定在距軸都相同的位置上。將兩套裝置的線輪上繞等長(zhǎng)的線繩，線繩上掛質(zhì)量相同的砝碼。將兩砝碼都繞到最高位置，同時(shí)施放兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。使它們?cè)陧来a的力矩下開始轉(zhuǎn)動(dòng)?？梢妰商紫到y(tǒng)在相同力矩作用下，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相同，角加速度和轉(zhuǎn)速也相同。將一套裝置上的重物固定在距軸最遠(yuǎn)處，而將另一套裝置上的重物固定在距軸很近處。將砝碼繞到最高位置，同時(shí)施放兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)使它們?cè)陧来a的力矩下開始轉(zhuǎn)動(dòng)。可見重物靠近軸的系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)得較快，另一個(gè)較慢。說明當(dāng)力矩相同時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量愈小角速度愈大。演示與探索實(shí)驗(yàn)室機(jī)械能守恒原理演示一、演示目的演示機(jī)械能中動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)換以及向心力。二、實(shí)驗(yàn)裝置及操作1、讓小鋼球從最高處A點(diǎn)滾下，則小球可沿環(huán)形軌道運(yùn)動(dòng)一周后到達(dá)B處，而不跌落離開軌道。2、小鋼球不是從最高處A點(diǎn)滾下，則小球離開環(huán)形軌道跌落下來。三、機(jī)械能守恒及向心力根據(jù)機(jī)械能守恒，小鋼球從導(dǎo)軌的高處滾下的過程中，小鋼球的勢(shì)能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能。由于導(dǎo)軌中有一部分環(huán)形軌道，因此，只有當(dāng)小鋼球具有一定的速度，它才能克服其向心力，順利沿環(huán)形軌道運(yùn)動(dòng)一周。四、思考：1、為什么只有最高處，小鋼球方可沿環(huán)形軌道運(yùn)動(dòng)到達(dá)B而不跌落？2、若A、B兩點(diǎn)一樣高，小鋼球能到達(dá)B點(diǎn)嗎？演示與探索實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)與圓周運(yùn)動(dòng)等效演示一、演示目的通過對(duì)水平方向的簡(jiǎn)諧振動(dòng)和在豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)在水平方向的投影之間的類比，說明簡(jiǎn)諧振動(dòng)表達(dá)式中各量的含義。二、實(shí)驗(yàn)裝置圖三、注意事項(xiàng)：接通電源之前注意保證各運(yùn)動(dòng)部件活動(dòng)正常。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心演示實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)與圓周運(yùn)動(dòng)等效使用說明一、演示儀的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)諧振動(dòng)與圓周運(yùn)動(dòng)投影演示儀的結(jié)構(gòu)如下圖所示，其中a為正視圖，b為側(cè)視圖。②③①⑧④⑥⑩⑤⑤⑦②⑨⑨①其中①支撐演示儀的豎直固定的長(zhǎng)方形板；②是繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤；③是固定在圓盤②上的帶帽圓柱形棒；④是可沿圓孔⑤沿水平方向位移的直桿；桿上固定一帶帽的圓柱形棒⑥；⑦是長(zhǎng)形的環(huán)形導(dǎo)軌。⑧電機(jī)，其軸與圓盤②固定；⑨導(dǎo)線；⑩開關(guān)。二、操作與現(xiàn)象演示1、將電源插座插入墻上220V電源插座上。2、接通電源開關(guān)。3、電動(dòng)機(jī)⑧緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)后，通過主軸帶動(dòng)演示儀正面的圓盤②以一定角速度沿豎直平面轉(zhuǎn)動(dòng)。4、固定在圓盤②上的帶帽圓柱棒③（白色）以相同的角速度繞軸心做圓周運(yùn)動(dòng)。該帶帽的圓柱帶動(dòng)豎直的導(dǎo)軌⑦。通過環(huán)形導(dǎo)軌⑦帶動(dòng)圓柱棒⑥（紅色）并帶動(dòng)沿水平軸（設(shè)為x軸）位移的直桿④做往復(fù)位移。5、在上述運(yùn)動(dòng)過程中，可以看出做圓周運(yùn)動(dòng)的白色質(zhì)點(diǎn)③在水平軸（x軸）的投影，⑥（紅色）做簡(jiǎn)諧振動(dòng)；其簡(jiǎn)諧振動(dòng)的表達(dá)式：中，振幅A與做圓周運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)③（色點(diǎn)）的半徑對(duì)齊，圓頻率ω與圓周運(yùn)動(dòng)的角速度對(duì)應(yīng)，而初位相與開始計(jì)時(shí)圓周運(yùn)動(dòng)的幅角（半徑與水平軸x的夾角對(duì)齊）。三、注意事項(xiàng)：接通電源之前注意保證各運(yùn)動(dòng)部件活動(dòng)正常。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心演示實(shí)驗(yàn)室共振現(xiàn)象演示一、演示目的該儀器利用長(zhǎng)短不同的彈性鋼片在周期性外力作用下作強(qiáng)迫振動(dòng)，當(dāng)彈性片的固有頻率與強(qiáng)迫外力的頻率相同時(shí)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。調(diào)節(jié)頻率，將在彈性片中可形成駐波。二、演示裝置及技術(shù)參數(shù)：結(jié)構(gòu)如下圖所示1底腳2底座3彈簧4電機(jī)（轉(zhuǎn)速3500轉(zhuǎn)/分）5電機(jī)架6偏心輪7振子8振動(dòng)桿9支架10頂絲三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：將儀器放置水平桌面上，接通電源，仔細(xì)調(diào)節(jié)電源電壓，使電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸增快，可觀察到彈性鋼片從長(zhǎng)到短逐個(gè)振動(dòng)，當(dāng)調(diào)節(jié)到一定頻率時(shí)，在較長(zhǎng)的鋼片中可形成駐波。演示與探索實(shí)驗(yàn)室阻尼擺和非阻尼擺演示一、演示目的演示渦電流的機(jī)械效應(yīng)二、實(shí)驗(yàn)原理及裝置在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體，由于電磁感應(yīng)，在大塊導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生渦電流，再據(jù)楞次定律，渦電流在磁場(chǎng)中受到的安培力必定阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)，這就是電磁阻力。裝在擺上的導(dǎo)體片在磁場(chǎng)中擺動(dòng)也要受到電磁阻力。改變導(dǎo)體片的結(jié)構(gòu)，使渦電流減少，則阻尼力也將減少。三、實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象：1.先不通入勵(lì)磁電流，使阻尼擺在兩極間作自由擺動(dòng)，可以觀察到在軸尖處的摩擦力和空氣阻力作用下，要經(jīng)過相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間擺才停止下來。2.接通勵(lì)磁電源（12伏），則在兩磁極間產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)。當(dāng)阻尼擺在兩磁極間左右擺動(dòng)時(shí)，根據(jù)愣次定律阻尼擺內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流（渦電流），感應(yīng)電流的效果總是反抗引起感應(yīng)電流的原因，現(xiàn)在，引起感應(yīng)電流的原因是來自擺的擺動(dòng)，因此感應(yīng)電流的效果是產(chǎn)生阻力，使擺動(dòng)迅速停止。3.用非阻尼擺代替阻尼擺作如上實(shí)驗(yàn)，可以觀察到其擺動(dòng)仍需經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間才停止。這是因?yàn)榉亲枘釘[上有許多隔槽，使得渦電流大為減小，從而使阻尼作用不明顯。演示與探索實(shí)驗(yàn)室臺(tái)式肥皂膜演示一、演示目的通過配置的肥皂液附著形成薄膜，可以演示薄膜振動(dòng)、液體表面張力以及薄膜干涉。二、實(shí)驗(yàn)儀器1、液槽2、各種形狀的不銹鋼絲框3、肥皂粉和甘油三、注意事項(xiàng)：1、不要將水撒出。2、實(shí)驗(yàn)完成后將儀器清洗干凈。演示與探索實(shí)驗(yàn)室臺(tái)式肥皂膜演示儀使用說明書一、肥皂液的配制配制肥皂液很容易，可用蒸餾水（或自來水、過濾的雨水），在其中加入高泡沫洗衣粉，比洗衣服的濃度稍濃一點(diǎn)，達(dá)飽和狀態(tài)，再加入少量純甘油（不太純的也可以），只要使在鐵絲框上拉成肥皂膜能保留較長(zhǎng)時(shí)間就可以了。二、操作方法振動(dòng)實(shí)驗(yàn)把直徑為40cm把60×20cm表面張力實(shí)驗(yàn)把12×7cm的長(zhǎng)方型框架（如圖4），放在肥皂液里浸一下，拉成一個(gè)肥皂膜。漆包線將肥皂膜分成兩半，把漆包線一邊的肥皂膜捅破，漆包線因肥皂膜的表面張力的作用而收縮到最小的程度，把它拉向邊緣。放在投影儀上，課堂演示效果更好。用Φ7cm用Φ20cm取一個(gè)三通塑料管（如圖7）在其下端右邊的塑料管先浸上肥皂液，在上端橡皮管里吹進(jìn)氣，直到右邊的肥皂泡有一定的體積。然后下端左邊的塑料管再浸上肥皂液，繼續(xù)吹氣。這樣右邊的肥皂泡體積，左邊的肥皂泡體積小，停止吹氣，用大拇指按緊上端的橡皮管，可以看到大的肥皂泡逐漸變大，小的逐漸變小，直到消失，說明小肥皂泡里的壓強(qiáng)大于大肥皂泡里的壓強(qiáng)，這就證明了p與R成反比。將鋼絲做成的四面體框和六面體框完全浸入肥皂液里，取出后可以看到，表面的肥皂膜收縮到最少面積。薄膜干涉實(shí)驗(yàn)白光照射肥皂膜所產(chǎn)生的美麗的彩色條紋帶是光干涉的結(jié)果。用一個(gè)鐵絲框浸到肥皂液里，輕輕拉起來，形成一個(gè)肥皂膜。把它豎直放置，用重力作用下，肥皂膜成為上面薄下面厚的尖劈狀。用白光照射就可以看到美麗的彩色等厚干涉條紋帶。當(dāng)肥皂液慢慢向下流時(shí)，可以看到彩色條紋帶在由窄變寬。若采用透鏡成像光路，投影在墻上或屏幕上觀察，可以得到很大的圖象。當(dāng)肥皂液向下流到一定程度（上半部薄到小于半個(gè)波長(zhǎng)）時(shí)，再看反射光的干涉圖象，上半部就出現(xiàn)暗區(qū)。這是肥皂膜前后兩面反射的兩列波的光程差接近于零，但從表面反射的那條光線發(fā)生了相位突變?chǔ)械木壒剩捎谕干涔鈴?qiáng)和反射光強(qiáng)是互補(bǔ)的，所以在薄膜的反射光干涉減弱而為暗區(qū)時(shí)，透射光為亮區(qū)，彩色光是互補(bǔ)的。如果用He-Ne激光代替白光照射，就只看到亮暗相間的干涉條紋，而且看到級(jí)次增多。三、注意事項(xiàng)：1、不要將水撒出。2、實(shí)驗(yàn)完成后將儀器清洗干凈。演示與探索實(shí)驗(yàn)室能量轉(zhuǎn)換輪一、演示目的演示電能、磁能、機(jī)械能、光能之間的相互轉(zhuǎn)化。二、實(shí)驗(yàn)原理：本裝置有一個(gè)大的轉(zhuǎn)輪，輪子一圈鑲有許多永磁鐵。在輪子右側(cè)上有一個(gè)通交流電的電磁鐵。電磁鐵通電時(shí)，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，電能轉(zhuǎn)化為磁能；轉(zhuǎn)輪內(nèi)的磁鐵在該磁場(chǎng)的磁力作用下帶動(dòng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，磁能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；旋轉(zhuǎn)的輪使得永久磁鐵的磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，又使左側(cè)閉合線圈中產(chǎn)生感生電流，被轉(zhuǎn)化成電能，并通過發(fā)光二極管轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?。三、操作與現(xiàn)象：1.打開箱體前面板上的開關(guān)，使源盤右側(cè)鐵芯產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)；2.輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)大圓盤（內(nèi)有永磁鐵），使其轉(zhuǎn)動(dòng)起來，經(jīng)過兩磁場(chǎng)的相互作用，圓盤越轉(zhuǎn)越快；3.觀察圓盤左側(cè)線圈中發(fā)光二極管的發(fā)光情況；4.實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉電源。演示與探索實(shí)驗(yàn)室逆風(fēng)行舟一、演示目的演示動(dòng)量守恒原理的巧妙應(yīng)用，加深對(duì)該原理的理解。二、演示原理：該儀器用來演示動(dòng)量原理，特別是動(dòng)量的矢量特點(diǎn)及其原理的實(shí)際應(yīng)用。船可以逆風(fēng)而行是因?yàn)轱L(fēng)對(duì)船帆有作用力，且因帆的形狀不同作用力方向也不同，調(diào)整好適當(dāng)?shù)姆?，船就可以逆風(fēng)前進(jìn)了，就像帆板運(yùn)動(dòng)員在風(fēng)中要不斷依據(jù)風(fēng)向改變帆形使速度達(dá)到最快。這說明“船工行八面風(fēng)”都是利用了動(dòng)量原理。三、操作說明：先將船帆放在儀器左下方，開啟風(fēng)扇，模擬風(fēng)的吹動(dòng)，適當(dāng)調(diào)節(jié)船帆的角度，放開船帆，即可看見小舟沿側(cè)逆風(fēng)的方向行進(jìn)。四、注意事項(xiàng)：不要隨意掰動(dòng)帆的形狀，船帆的角度應(yīng)調(diào)整好，要讓帆能使風(fēng)改變方向朝正后方吹，可以近似地說，這類似于船向正后方“噴氣”而得到向前進(jìn)的動(dòng)力。演示與探索實(shí)驗(yàn)室沙漏實(shí)驗(yàn)儀器：一、演示目的演示古代的計(jì)時(shí)裝置。二、演示原理：該儀器利用沙子從小孔中下落為勻速的原理來計(jì)時(shí)。三、操作說明：將儀器翻轉(zhuǎn)放置，讓沙子從上面的容器中下落。待下落完成后，在翻轉(zhuǎn)180度，又可重新開始計(jì)時(shí)。四、注意事項(xiàng)：輕拿輕放。演示與探索實(shí)驗(yàn)室小桶傳球一、演示目的演示物體在重力作用下的運(yùn)動(dòng)及力矩的作用。二、演示原理：當(dāng)有一小鐵球落入右邊的小桶時(shí)，重心由偏右變?yōu)槠?，因而小桶和鐵球受的重力產(chǎn)生一個(gè)關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸的力矩使小桶沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)到某一角度時(shí)，小鐵球拋出并落入左邊的桶中時(shí)，小桶的重心由偏左變?yōu)槠?，同樣順時(shí)針旋轉(zhuǎn)并將小球拋入右邊的小桶中，最后由左邊的桶將小球拋入下面的盤中，整個(gè)過程均自動(dòng)進(jìn)行。三、操作說明：將以小鐵球放入頂部小桶中令其自動(dòng)下落，注意不要讓鐵球跌落到地板上。四、討論與思考：在日常生活中哪些方面應(yīng)用到力矩這一物理量？實(shí)驗(yàn)儀器：

演示與探索實(shí)驗(yàn)室孤波演示一、演示目的演示液體中的孤波現(xiàn)象。二、演示原理：孤波(solitarywave)是非線性科學(xué)(nonlinearscience)中最重要的三個(gè)概念之一。另二個(gè)為混沌(chaos)和分形。非線性科學(xué)研究總是把人們對(duì)“正?！笔挛铩ⅰ罢！爆F(xiàn)象的認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)向?qū)Α胺闯！笔挛铩ⅰ胺闯！爆F(xiàn)象的探索。孤波不是周期性振蕩的規(guī)則傳播，其波形為—孤立的大振幅波包。在傳播過程中，該波包波形保持不變。波包的振幅及寬度，均與波速有關(guān)。孤波是非線性波動(dòng)方程(KDV方程)的解，孤立波解象粒子一樣的行為故叫孤立子。本演示儀器用低速馬達(dá)驅(qū)動(dòng)金屬擺，在振動(dòng)源上放置水槽，水槽中的水在振動(dòng)的作用下，水波包向左右兩端傳播，繼而由兩端向中間匯合。通過本儀器的演示，可直觀地觀察到孤波現(xiàn)象。三、操作說明：打開儀器電源，觀察水槽中水的振動(dòng)動(dòng)情況。通過調(diào)節(jié)發(fā)生器頻率，使孤波產(chǎn)生。四、討論與思考：孤子（Soliton）又稱孤立波，是一種特殊形式的超短脈沖，或者說是一種在傳播過程中形狀、幅度和速度都維持不變的脈沖狀行波。有人把孤子定義為：孤子與其他同類孤立波相遇后，能維持其幅度、形狀和速度不變。

孤子這個(gè)名詞首先是在物理的流體力學(xué)中提出來的。1834年，美國(guó)科學(xué)家約翰·斯科特·羅素觀察到這樣一個(gè)現(xiàn)象：在一條窄河道中，迅速拉一條船前進(jìn)，在船突然停下時(shí)，在船頭形成的一個(gè)孤立的水波迅速離開船頭，以每小時(shí)14～15km的速度前進(jìn)，而波的形狀不變，前進(jìn)了2～3km才消失。他稱這個(gè)波為孤立波。

其后，1895年，卡維特等人對(duì)此進(jìn)行了進(jìn)一步研究，人們對(duì)孤子有了更清楚的認(rèn)識(shí)，并先后發(fā)現(xiàn)了聲孤子、電孤子和光孤子等現(xiàn)象。從物理學(xué)的觀點(diǎn)來看，孤子是物質(zhì)非線性效應(yīng)的一種特殊產(chǎn)物。

從數(shù)學(xué)上看，它是某些非線性偏微分方程的一類穩(wěn)定的、能量有限的不彌散解。即是說，它能始終保持其波形和速度不變。孤立波在互相碰撞后，仍能保持各自的形狀和速度不變，好像粒子一樣，故人們又把孤立波稱為孤立子，簡(jiǎn)稱孤子。

由于孤子具有這種特殊性質(zhì)，因而它在等離子物理學(xué)、高能電磁學(xué)、流體力學(xué)和非線性光學(xué)中得到廣泛的應(yīng)用。

1973年，孤立波的觀點(diǎn)開始引入到光纖傳輸中。在頻移時(shí)，由于折射率的非線性變化與群色散效應(yīng)相平衡，光脈沖會(huì)形成一種基本孤子，在反常色散區(qū)穩(wěn)定傳輸。由此，逐漸產(chǎn)生了新的電磁理論——光孤子理論，從而把通信引向非線性光纖孤子傳輸系統(tǒng)這一新領(lǐng)域。光孤子（soliton）就是這種能在光纖中傳播的長(zhǎng)時(shí)間保持形態(tài)、幅度和速度不變的光脈沖。利用光孤子特性可以實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離、超大容量的光通信。

孤子隧道：甚至磁場(chǎng)亦可具有孤子行為，這時(shí)孤子表現(xiàn)出另一個(gè)顯著特征——“開隧道”的能力。一般而言，磁場(chǎng)能十分容易地穿過一塊金屬。這就是能夠把釘子掛在磁鐵一端，然后用這枚釘子吸起另一枚釘子的原因。但在超導(dǎo)金屬中，磁的“透明性”被突然關(guān)閉。在臨界溫度處，即金屬轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)體(它本身是一個(gè)孤子)的那點(diǎn)處，可以發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)突然不能進(jìn)入其中。然而，若這一磁場(chǎng)變得再?gòu)?qiáng)一些、再大一些，則磁場(chǎng)中會(huì)存在一點(diǎn)，在此處將產(chǎn)生孤子式磁渦旋，它能滲透或開隧進(jìn)入超導(dǎo)體。實(shí)際上，這是一個(gè)孤子穿過另一個(gè)孤子。演示與探索實(shí)驗(yàn)室虹吸一、演示目的用于虹吸原理及其應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。二、演示原理虹吸現(xiàn)象是液態(tài)分子間引力與位能差所造成的，即利用水柱壓力差，使水上升后再流到低處。由于管口水面承受不同的大氣壓力，水會(huì)由壓力大的一邊流向壓力小的一邊，直到兩邊的大氣壓力相等，容器內(nèi)的水面變成相同的高度，水就會(huì)停止流動(dòng).利用虹吸現(xiàn)象很快就可將容器內(nèi)的水抽出。三、操作方法拉動(dòng)導(dǎo)軌上的容器上升或下降，觀察其余容器里水位的變化。四、注意事項(xiàng)1、玻璃制品，輕拿輕放！2、金屬導(dǎo)軌請(qǐng)定時(shí)加潤(rùn)滑油。演示與探索實(shí)驗(yàn)室空氣粘滯力演示裝置一、演示目的演示空氣中各層氣體流速不同時(shí)，在層內(nèi)存在粘滯力的現(xiàn)象。二、實(shí)驗(yàn)原理空氣中運(yùn)動(dòng)物體表面上附著的空氣與物體一起運(yùn)動(dòng)。兩物體之間運(yùn)動(dòng)速度不同時(shí)，他們之間的空氣就有了速度梯度，熱運(yùn)動(dòng)使速度大的分子與速度小的分子相互交換，實(shí)質(zhì)上是把動(dòng)量傳遞過去，著就是空氣粘滯產(chǎn)生的物理原因。由于空