有趣的物理實驗

1、常言道：“水往低處流，人往高處走，河里的石頭不會自己滾上坡”。從物理學(xué)的角度來分析，物體不可能靠重力做功來提高自己的高度，只有外力克服重力做功才能增加物體的高度，可下面的實驗似乎打破了常規(guī)。在你面前有一個如圖（一）31（a）所示的用兩只廢日光燈管做的軌道，它的左端低而右端高。還有一個用兩只漏斗（中間填入黃土）粘合起來的旋轉(zhuǎn)體圖（b）。把旋轉(zhuǎn)體放在軌道下端，放手以后你會吃驚地發(fā)現(xiàn)，這個旋轉(zhuǎn)體滾到坡頂上去了圖（c）。難道機械能守恒定律在這里不適用了嗎？請你仔細(xì)觀察這套裝置和旋轉(zhuǎn)體的運動情況，說明向上滾的原因，并分析在什么條件下，旋轉(zhuǎn)體就不能向坡頂方向滾動了?！咎崾九c答案】通過觀察，你可以發(fā)現(xiàn)這個軌

2、道的下端窄而上端寬，再進一步觀察，你能看到旋轉(zhuǎn)體放在下端時，卡在軌道里的部分較少，重心較高；而當(dāng)它放在上端時，卡在軌道里的部分較多，重心較低，如圖（二）31所示。難怪旋轉(zhuǎn)體要向上端跑呢！這并不違反能量守恒定律。知道了這個道理，旋轉(zhuǎn)體不能向上滾動的條件就很好回答了：如果在某處旋轉(zhuǎn)體的重心位置等于或低于它在坡頂時的重心位置，旋轉(zhuǎn)體就不能爬坡了。設(shè)旋轉(zhuǎn)體在坡底和坡頂時重心位置距離的水平投影為S，旋轉(zhuǎn)體半徑為R，則軌道傾角的最大值應(yīng)滿足tgRS的條件。疊磚塊  這里有五塊磚，請在不進行計算的情況下，把它們壘疊起來，要求最上面一塊磚的俯視投影不與最底下的一塊磚的底面重合，疊放時每塊磚只能縱向安

3、置，而不允許縱橫交錯?？凑l能最快地把五塊磚壘好。某同學(xué)首先把一塊磚放在桌上，再把第二塊磚放在其上。為了獲得盡可能多的伸出面他使上面一塊磚伸出全長的1/2，當(dāng)放第三塊磚時他遇到了難題，見圖（一）33。第三塊磚最多只能與第二塊磚對齊，超出一點磚就要塌下來。把第二塊磚退縮一點，還是使第三塊磚退縮一點呢？退縮多少才是最佳呢？看來還得另想辦法。你能把這個巧妙的方法想出來嗎？試試看看?！咎崾九c答案】對于兩塊磚來說，所有的同學(xué)都會毫不猶豫地將上面一塊磚伸出二分之一長，這是上面的磚比下面磚伸出的最大值。關(guān)鍵在于第三塊磚如何放置，題目中提到的那種方法顯然不行。我們能不能把第一、二兩塊磚看作一個整體代號為A，再考

4、慮第三塊磚如何放。這樣，三塊磚壘放問題就變成了兩塊磚壘放問題了，而兩塊磚壘放問題是大家非常熟悉的。設(shè)想第三塊磚放在A號磚下面，A號磚能伸出三號磚的最大值是A號磚的重心剛好在三號磚的最右邊的線上如圖（二）33所示。而第二號磚相對于第一號磚來說又是一個最大伸出量，故最上面的一塊磚在此時相對于最底下磚的伸出量是最大值。依此類推，把第二、一和三號磚再看成一個整體，把第四塊磚放在最下面，這樣，使最上面一塊磚的俯視投影不與最底下的一塊磚的底面重合這個任務(wù)就完成了。讀者可在坐標(biāo)紙上畫出上述疊磚的圖形，每次利用杠桿知識求出重心的位置即可。 過河 如圖（一）34所示，一個大人和一個小孩都要過河，一個要

5、從河的左岸到右岸，另一個則相反。兩岸各有一塊木板，但是每塊木板都略短于河的寬度，你能幫助他們想一個妙法，使他們都能達到對岸嗎？當(dāng)然不能用游泳這個方法。用兩堆書放在桌上作為河岸，再找兩把直尺和一大、一小兩個玩具娃娃做模擬實驗，看看你想出的方案是否可行?！咎崾九c答案】一看到這個問題，就會使人想：如果兩塊木板能接起來就夠長了，事實上這不可能。但要過河必須要橋（木板）長大于河寬，能不能有一個類似“接”起來的巧妙方法呢？看了下面的圖（二）34，你就會知道這個方法了。 只少一個底 用一只小型的裝洗潔精的塑料瓶，制成一個有底的圓桶和一個兩頭通的圓筒，另找兩只彈子，使彈子的直徑大于圓桶或圓筒的半徑，

6、但小于它的直徑，分別把彈子裝在圓桶內(nèi)和圓筒內(nèi)，用手扶持住圓桶或圓筒，放在桌上，如圖（一）35所示，兩者的區(qū)別為圓筒只少一個底。把扶持的手松開，看一看會有什么不同的現(xiàn)象發(fā)生？原因何在？【提示與答案】通過實驗我們可以發(fā)現(xiàn)圓筒會翻倒，原因何在？分析一下受力情況就可以知道了。圖（二）35中F1、F2為桶（筒）壁對球的作用力，F(xiàn)1、F2為球?qū)ν埃ㄍ玻┍诘淖饔昧?，兩個圖的不同之處就是一個有球?qū)Φ椎淖饔昧3，而另一個（沒有底的）沒有，故圓筒在一對不共點力的作用下將要發(fā)生傾倒。因為圓桶（筒）較輕，可以不考慮其重力矩的作用。 船底出現(xiàn)一個小洞以后  在一個很小很小的湖面上，漂浮著一只大船，船底突然出

7、現(xiàn)了一個小洞，船開始下沉了，最后沉到了水底。試問在這個過程中，湖面的高度是怎樣變化的？請你找一只搪瓷杯或玻璃杯，里面裝適量的水，再找一只裝冰激凌的塑料杯，里面加少量配重物，把它放入水中，記下液面的高度。然后在塑料杯底部戳一個洞，用手指在杯里堵住這個洞，將杯底朝下浸入水中，在液面達到原漂浮時的位置時，把手指拿開，仔細(xì)觀察并描述液面的變化情況，再分析這些變化的原因。（為簡化起見，設(shè)船如圖（一）36形狀）【提示與答案】當(dāng)小船漂浮在水面時設(shè)其底部在圖（二）361中的ah處，部所受的浮力為F浮，船受的重力為G船，根據(jù)物體的浮沉條件， F浮G船，即水gV0G船。其中V0為船所排開的水的體積，即圖中陰影部分

8、。當(dāng)船底出現(xiàn)小洞后，可以認(rèn)為船是緩慢勻速下沉的，在下沉過程中，船所受的浮力F浮與此時船受的重力G船（包括流進船的水）相等。假設(shè)現(xiàn)在船底到了cd處，如圖（二）361所示，則F浮G船，即水gVG船G進船的水水gV0水gV進船的水所以有：VV0V進船的水V進船的水VV0。V為船底在cd處時船所排開的水的體積，V0為船底在ab處時船所排開的水的體積。從圖上可以看出：流進船的水的體積為abdc部分，也就是說，船里進水的水面在進水前船底的平面處。這種情況跟船底在ab處時的情況相比，湖水的水面分布沒有變化，故湖水水面保持不變。當(dāng)船底到了ef處圖（二）362，如果再下沉，情況將會發(fā)生突變：水將要從上面涌進船內(nèi)

9、，故水面將要下降。為什么浮沉子不再上浮了  在量筒中注水近滿，再往一只眼藥水滴瓶中注適量的水，用手指堵住開口端，將滴瓶置于量筒水中，使其頂端剛剛露出水面呈漂浮狀態(tài)，如圖（一）381所示。用一張橡皮膜蒙在量筒口，使其下方的氣體密閉。用手指向下按橡皮膜，你會看到滴瓶下沉，至一定深度將手指松開，這個滴瓶又將上浮。這個會下沉和上浮的小瓶，我們稱它為浮沉子。你能夠解釋浮沉子下沉和上浮的原因嗎？在實驗中請注意觀察浮沉子內(nèi)密封的那部分氣體的體積是怎樣變化的，并想想引起變化的原因。把觀察到的現(xiàn)象和引起變化的因素填在下表中： 氣體體積V1的變化氣體體積V2的變化引起變化的因素用手指壓膜前后&

10、#160;  維持一定的壓膜力使浮沉子下沉   不再壓膜    重復(fù)用手壓膜，分別在浮沉子處于不同深度時松開手指，你會發(fā)現(xiàn)一種奇異的現(xiàn)象，也就是當(dāng)浮沉子達到某一深度以下，松開手指后，浮沉子不再上浮，并且一直下沉到容器底部。請再仔細(xì)觀察一下浮沉子內(nèi)氣體體積的變化。看來浮沉子內(nèi)排開水的多少也許還和深度有關(guān)。為了證實這一點，請再把實驗繼續(xù)下去：揭開橡皮膜，用一根細(xì)的塑料管（或者是作自行車氣門芯用的橡皮管）以虹吸的方法把量筒里的水放出，隨著液面逐漸下降，觀察浮沉子內(nèi)氣體體積的變化和浮沉子的狀態(tài)，如圖（一）382所

11、示?？吹搅诉@些現(xiàn)象以后，請深入地解釋浮沉子浮沉的規(guī)律?！咎崾九c答案】  氣體體積V1的變化氣體體積V2的變化引起變化的因素用手指壓膜前后減小減小壓膜，壓強增大，空氣壓縮；此壓強傳遞到浮沉子底部。維持一定的壓膜力使浮沉子下沉不變減小下沉之后，深度增加，壓強增大。不再壓膜恢復(fù)原狀增大膜和空氣之間壓強減小，此壓強傳遞到浮沉子底部，那里的壓強減小。 當(dāng)浮沉子沉入水底不再上浮時，用虹吸管排出量筒中的水，隨著水的排出，浮沉子底部壓強逐漸減小，浮沉子內(nèi)的氣體體積逐漸增大，浮沉子慢慢地又會浮上來。 根據(jù)以上分析，浮沉子的沉浮由其內(nèi)部空氣體積大小決定，而這個體積又受兩個因素控制：一

12、是浮沉子在水里的深度（在深度為h處水的壓強為gh）；二是膜與水面之間的壓強，它可以傳遞到水中，如果這兩個壓強使浮沉子內(nèi)空氣體積增大，浮沉子所受浮力大于浮沉子所受重力，它就上升，反之則下沉。一種有趣的噴泉 我們常見的一種噴泉模型是應(yīng)用連通器原理設(shè)計的，如圖（一）391，其噴泉的水柱高度不會超過容器中液面的高度?？墒俏覀冊谝环N金魚缸里見到的噴泉卻超過了液面的高度。原來，這種金魚缸架在一個柜臺的上面，打開柜臺的門，可以看到里面分為上、下兩層，上、下層各有一個容器，并且還看到有幾根玻璃管如圖（一）392，可惜由于容器瓶子是深色的，無法看到內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，請你仔細(xì)觀察一下這種有趣的噴泉裝置，把它的

13、內(nèi)部結(jié)構(gòu)畫出來，并分析這種噴泉的原理。如果有條件的話，請利用玻璃瓶、玻璃管、橡皮管、漏斗容器，按照你想象的方案，把它們組裝起來，看看是否能產(chǎn)生噴泉？【提示與答案】其結(jié)構(gòu)如圖（二）39所示。瓶1內(nèi)空氣的壓強pp0水gh，其中p0為大氣壓強。瓶2內(nèi)空氣與瓶1內(nèi)空氣是相通的，故瓶2內(nèi)空氣壓強ppp0水gh。根據(jù)公式，設(shè)瓶2內(nèi)的水能升高H，則pp0水gH，即p0水ghp0水gH，枚噴泉可以噴的較高，至少高出上面的水面。演示小球向哪個方向運動方法一  如果在玻璃杯光滑底面的中部放一只小滑塊，讓杯子向前做加速運動，你會毫不懷疑地以為小滑塊將相對林子做向后的運動。但如果在杯子里裝水，按圖（一）31

14、0的四種情況放入乒乓球，圖（a）乒乓球漂浮在正中，圖（b）、（C）中用一根細(xì)線一端粘牢在杯底，一端系在乒乓球上，（d）為懸掛著適當(dāng)配重的乒乓球，圖（C）、（d）中容器是密閉的，現(xiàn)分別使容器向右做加速運動，或者是向上做加速運動，容器里的乒乓球?qū)⑷绾芜\動呢？請試一試，再分析一下你看到的現(xiàn)象?！咎崾九c答案】  當(dāng)容器向右以加速度a運動時，圖（一）310中各球的運動狀況如下：（a）中小球相對容器靜止；（b）中小球相對容器向右；（C）同（b），向右，（d）中小球相對容器向左偏移。下面作一粗略的分析。  容器向右加速運動時，液面將成為左高、右低的狀態(tài)，如圖（二）310（a），

15、穩(wěn)定后各部分液體不發(fā)生相互流動，加速度都等于a，它是由其他部分的水對這部分水的壓力差在水平方向的分量產(chǎn)生的。如果在水中放有一乒乓球，它將排開一部分水這個乒乓球所受到的水平方向的力與原來的那部分水受到的力是相同的，雖然乒乓球的加速度大小將由乒乓球的質(zhì)量來決定。 在圖（一）310（a）的情況下，因為漂浮物所受浮力（大小為排開的水所受重力）等于物重，所以m球m排水，則a球a排水。 在圖（b）中，若為一個與乒乓球的形狀和大小都相同的水球，它的加速度aFm，但由于乒乓球的質(zhì)量m球小于同體積水球的質(zhì)量m，因此a球a，即小球相對容器向前運動，又由于拉線的作用，使小球僅偏轉(zhuǎn)一定的角度達到平

16、衡狀態(tài)（相對容器）。由圖（二）310（b）小球的受力圖，可列方程 其中Fma，Qmg可解得tgag。 對于圖（一）310（C）和（d）的情況，分析方法與上相同。圖（C）中，m球m，a球a；圖（d）中，m球m，a球a，因此可以知道，圖（C）中球?qū)⑾蛴?，圖（d）中球?qū)⑾蜃笃D(zhuǎn)一定的角度。 容器向上加速的情況，請讀者自行分析。演示小球向哪個方向運動方法二  找兩段玻璃管或兩只廣口玻璃瓶，一只管內(nèi)放乒乓球，一只管內(nèi)放加有鉛丸的乒乓球，管內(nèi)裝滿了水，并且密閉起來，裝配在轉(zhuǎn)臺上，如圖（一）311所示。手搖轉(zhuǎn)臺使平放的玻璃管繞軸轉(zhuǎn)動，看看這兩只球各向什么方向運動？你能

17、簡單說明它們向那個方向運動的原因嗎？【提示與答案】 分析方法同圖（二）310，假設(shè)有一個水球放在乒乓球的位置，一水球所受的向心力為F，加速度為a，則 Fm水a(chǎn)這個向心力是周圍的水對水球產(chǎn)生的作用力。 如果把水球換成乒乓球，周圍的水對乒乓球的作用力即乒乓球所受的向心力也是F，設(shè)乒乓球的加速度為a，則 Fm乒a由于水球和乒乓球所受的向心力相等，而m乒m水，所以 aa 由于乒乓球的加速度a大于水球的加速度a，故乒乓球向里運動。 仿照上面的推理可知，加有鉛丸的乒乓球，將由于質(zhì)量大于同體積的水球而向外運動。逆風(fēng)行舟  你聽說

18、過逆風(fēng)行舟的事嗎？這似乎不可想象，但事實上如果把握一定的航向和適當(dāng)控制帆面的位置，是可以做到的。你可以親自做一做模擬實驗。用一個泡沫塑料或木料做一個帆船模型，用一根木棍插入船體作為帆船的桅桿，在桅桿上固定一片用塑料墊板做的帆，在穿過船體的木棍的下端加適當(dāng)配重（例如螺帽等物），使帆船模型能穩(wěn)定地浮于水中，在船尾下方固定一個小舵。整個帆船如圖（一）。3121所示。實驗時，把船的模型放在一只大水槽（水盆）的水中，用電風(fēng)扇沿著一定的方向?qū)Υ碉L(fēng)，適當(dāng)調(diào)整帆面、舵面的位置和船頭的方向，使船能側(cè)逆風(fēng)而前進。如果你實驗確有困難，請你用三角板（一角為30°的直角三角板）、鉛筆和直尺先做如下的實驗。把

19、直尺固定在某一位置，將三角板的一個長直角邊靠在直尺的邊沿上，再用鉛筆從側(cè)面前方頂壓三角板的斜邊，如圖（一）3122所示，你將會看到三角板不是向后退，而是沿著直尺前進了，也許你能從這個實驗中得到啟發(fā)，去完成側(cè)逆風(fēng)行舟的任務(wù)?！咎崾九c答案】我們先把三角板能夠前行的原理作一分析：當(dāng)用鉛筆從側(cè)前方頂壓三角板的斜邊時，鉛筆對三角板的力可以分解為對斜邊的壓力N和摩擦力f（見圖（二）3121），我們又可以把N分解為沿直尺方向的力F1和垂直于直尺方向的壓力F2。在摩擦力f比較小時，可以忽略它的影響，則F2將與直尺作用在三角板上的壓力平衡，而F1將推動三角板前進。帆船側(cè)逆風(fēng)前進的理由與上例類似。圖（二）3122

20、為俯視圖，控制航向，使風(fēng)從帆面MN的外側(cè)前方吹來，風(fēng)吹在帆面上的力可以分解為沿帆面的阻力F1和垂直于帆面的力F2，F(xiàn)2又可以分解為沿航向和垂直于航向的力F和F，F(xiàn)主要靠水對船體的橫向阻力相平衡，而沿航向的分力F比船體的縱向阻力（包括F1沿航向的分力）大得多，故船可以沿航向向前航行。由上可知，帆船能側(cè)逆風(fēng)前進。為了達到頂風(fēng)的目的地，帆船必須不斷改變航向，走“之”字形，并不斷改變帆的方位，如圖（二）3123所示。旗桿上的定滑輪壞了以后  假設(shè)旗桿上的定滑輪壞了，從定滑輪處掛下了兩根繩子，不能再上下移動，如圖（一）3131所示。為了把旗幟升到旗桿頂端，而又不能以爬桿的形式讓人把旗幟送上去，

21、你能想出什么巧妙的辦法嗎？做一做下面的實驗，也許能對你有所啟發(fā)。1“爬繩猴”的玩具用一塊三夾板或膠木板按圖（一）3132所示的形狀加工出“猴子”的軀干和四肢部件。加工時使前肢固死在軀干上，使后肢可以繞軀干上的O軸轉(zhuǎn)動。在前肢圓孔中裝兩根短軸A、B，讓細(xì)繩從兩軸間穿過，并用細(xì)橡皮筋把兩軸圈在一起，使軸對繩有很小的壓力。在后肢的兩圓孔中分別裝上短軸C、D，讓穿過A、B軸間的繩按圖中虛繩繞過C、D軸，最后在后肢和軀干之間拴一根橡皮筋EF，使后肢在繩松弛的時候向軀干靠攏，小猴子就完全組裝好了。實驗時只要把繩的上端固定，在下端用手拉線，使后肢繞O軸逆時針偏轉(zhuǎn)。你可以看到，當(dāng)后肢伸直到一定程度，繩在A、B

22、軸間打滑，使前肢帶著軀干向上移動一段。再使下端的繩松弛，A、B間的繩不再打滑，猴子被懸掛在繩上，其后肢向上彎曲。如此，只要反復(fù)用手使下端的繩一緊一松，一緊一松，猴子就向上爬去。在這個有趣的玩具中，你能解釋猴子上升的原因嗎？你還可把繩的繞法改變一下，如讓繩從A、B間穿過，再直接繞過D軸一側(cè)；或者讓繩從A、B間穿過，繞過D軸，再繞過C軸，看看繞法改變以后，猴子還能再爬上去嗎？試解釋能否爬上去的原因。2“鐵絲纜車”用鍍鋅鐵絲（直徑2毫米左右）按圖（一）3133所示的形狀彎一個四角帶壞的梯形框架，用兩根繩各穿過一側(cè)的兩個環(huán)。將兩繩的上端固定，且使懸掛點的距離基本上與梯形框架上短邊的長度相等。實驗時用雙

23、手分別拿住框架下兩根繩子的下端，輪流地拽拉左右兩根繩子，即將其中一根繩拉緊時，將另一根繩放松，反復(fù)拉放，這個“鐵絲纜車”就爬上去了。試解釋“鐵絲纜車”向上升的原因。3能否用特殊的同心滑輪向上轉(zhuǎn)？看圖（一）3134，你就知道這是一個杠桿。用手向下拉繩，重物就會上升，但是它上升的高度是很有限的。如果能夠隨著重物C上升，B點的懸掛繩縮短，A點的拉繩放長，就能實現(xiàn)使重物不斷上升的目的。但用什么樣的裝置才能執(zhí)行這些功能呢？現(xiàn)在提供一只同心的兩重滑輪，兩滑輪的直徑一大、一小，就像輪軸一樣，如圖（一）3135所示，你能否想出一個方法來完成上述任務(wù)嗎？【提示與答案】 1如圖（二）3131所示，當(dāng)我們

24、用力往下拉繩子時，因為C、D處繩子的包角（繩子與軸的接觸部分的角度）大。靜摩擦力大，而不打滑。在我們的日常生活中可以看到這樣的現(xiàn)象：在桿子上多繞幾道繩子就可以掛住不重的物體，也就是這個道理。而A處包角?。ń茷橐粋€點），此處的靜摩擦力小，打滑；因為后肢可以繞O點轉(zhuǎn)動，AC之間的繩子被拉長，故A點將要向上滑。當(dāng)松手時，由于橡皮筋的彈力作用，后肢要恢復(fù)到原處，繩ACD要松弛；到下次拉繩時，把繩拉緊后，C、D處才能產(chǎn)生靜摩擦力，從而回到剛開始敘述的狀態(tài)這樣，猴子就能逐漸爬上去了。2當(dāng)右邊拉緊，左邊放松時，右邊繩子是繃緊的，繩子在鐵環(huán)上有包角，有靜摩擦力使纜車不落下，這時左邊的繩子是松弛的，且左邊框邊

25、要比右邊高；當(dāng)再拉緊左邊，同時放松右邊時，右邊將要比左邊高，慢慢地一步一步，纜車就會上去了。3如圖（二）3132所示，將一根繩子拴牢在小輪上，逆時針方向繞數(shù)圈，從B點引出懸掛在高處。再將另一根繩子拴牢在大輪上，順時針方向繞十多圈，從A點引出，手握其繩的下端。如果向下拉繩，輪軸就會向順時針方向轉(zhuǎn)動，沿著懸掛的繩子卷上去。向哪個方向滾動  找一只空線軸，在軸上，按從你看到的方向順時針繞一根線。試問：1如果水平拉線，如圖（一）315（a）所示，線軸將向哪個方向滾動？ 2如果豎直向上拉線，如圖（b）所示，線軸又將向哪個方向滾動？3如果要使線軸向左運動，但不發(fā)生轉(zhuǎn)動，應(yīng)向什么方向拉線

26、？要求你不通過列方程計算，采用簡便的思維方法來確定拉線的方向。上面三個問題都請你先猜測判斷，然后再實驗?！咎崾九c答案】當(dāng)物體從高h(yuǎn)的地方下落到地面時，根據(jù)力學(xué)知識可以知道物體到達地面的速度  當(dāng)兩個物體迭放在一起下落時，下面的金屬球先與地面發(fā)生碰撞，因為金屬球的剛性很好，所以金屬球與地面發(fā)生的碰撞近似于完全彈性碰撞，碰撞后金屬球的速度近似等于碰撞前金屬球的速度，方向豎直向上。這時，金屬球?qū)⒁c向下運動的乒乓球發(fā)生完全彈性碰撞，乒乓球的速度也是v。站在金屬球上來看（即相對于金屬球靜止來說），乒乓球的速度為v2v，由于乒乓球的質(zhì)量遠(yuǎn)小于金屬球的質(zhì)量，故碰撞后乒乓球反彈的速度（相

27、對于金屬球的）v2v，方向豎直向上。而相對地面上的觀察者來說，乒乓球向上彈起的初速度  根據(jù)運動學(xué)的知識，乒乓球能升高的高度H：  故從理論上分析，乒乓球能跳到原來的9倍高。事實上由于一些原因，乒乓球是達不到這個高度的，但肯定比原來落下的高度h要高的多。蕩秋千  你一定有過打秋千的經(jīng)歷吧！如果自己沒有打過，也一定看過別人打秋千，請你回憶一下站在秋千上的人是怎樣運動的？這里請你做一個模擬的實驗。如圖（一）316所示，利用房間的門框作支架，取一根長線，一端掛一只玩具小人（或者玩具動物）。將線繞過門框上的橫梁，手持線的另一端，通過拉線或松線可以使玩具

28、小人離開支軸的距離改變。開始時用另一只手推動一下小人，使其擺動起來。如果你不再有什么動作，小人蕩秋千的擺角就會越來越小?，F(xiàn)在請設(shè)法給小人幫下忙，不過只能用手拉線和松線，以使小人在一定的限度下越蕩越高。實驗過后請用示意圖畫出小人重心在一個周期里的軌跡，再解釋能夠蕩高的原因。【提示與答案】 線軸在不同條件下的運動情況如圖（二）315所示。水平向左拉線時，線軸向左滾動；豎直向上拉線時，線軸向右滾動。由此你可能猜想到，要使線軸不滾動，拉線的方向勢必在水平向左和豎直向上的象限內(nèi)。此時線軸必定受共點力的作用。因為線軸所受的重力、支承面對它的彈力、以及摩擦力都通過線軸與臺面的接觸點C，所以拉線對線

29、軸的張力也將通過C點。這樣拉線的方向很容易就確定下來。若拉線與水平線的夾角為，則滿足下式 tgRr R、r分別為圖（二）315中大圓和小圓的半徑。會倒立的圖釘和陀螺  用兩個手指捏住圖釘?shù)尼敿猓尨箢^朝下，用力一搓，并隨即放手，圖釘就會在桌面上迅速轉(zhuǎn)動起來。如果桌面比較粗糙，你會發(fā)現(xiàn)一種奇特的現(xiàn)象，當(dāng)圖釘?shù)霓D(zhuǎn)速減小到一定程度，圖釘主軸就會偏離豎直方向，最終翻倒過來。如圖（一）3171所示。為了尋找這種倒立陀螺的秘密，你可以用乒乓球做出各種陀螺來試試。（1）在一只乒乓球的兩半球?qū)涌p處用筆描出赤道線，將赤道面處于水平狀態(tài)，使球旋轉(zhuǎn)起來，看看赤道面的方向會有什么變化？

30、再將赤道面處于鉛垂面內(nèi)，旋轉(zhuǎn)乒乓球，看看球的狀態(tài)會有什么變化？（2）把一只乒乓球剖成兩半，各粘一只短柄，分別在靠近軸底和靠近剖口處粘橡皮泥，如圖（一）3172所示，手捻短柄使乒乓球旋轉(zhuǎn)，看看球的狀態(tài)會發(fā)生什么變化？（3）把上述陀螺分別放在光滑的玻璃板上和粗糙的桌面上旋轉(zhuǎn)，看看陀螺的狀態(tài)會發(fā)生什么變化？從上面的實驗中你能找到會倒立的陀螺的一些規(guī)律嗎？【提示與答案】 在討論這個問題之前，我們先來考慮這樣一個現(xiàn)象：一根繩子的一端拴一個重物，一個人拉著繩子的另一端做水平的圓周運動，如圖（二）3161所示。突然繩子被一立桿擋住，繩子將繞在立桿上，而且隨著不斷纏繞，半徑r越來越小，重物的速度越來

31、越大，即做圓周（或者圓周的一部分）運動時，如果切向有一個初速度，則半徑逐漸減小時，切向速度將會增大。人在蕩秋千時，在兩邊兩個最高點的速度均為0，而在最低點有一個切向速度。如果我們在秋千到達最低點時拉繩（等于減小半徑r），秋千的切向速度將會比原來要大，故秋千蕩的要比原來高。當(dāng)秋千到最高點時再將繩子放松。整個過程如圖（二）3162所示。這樣的話，秋千會越蕩越高。自動飲水小鴨的奧秘  在你眼前的是一只自動的飲水小鴨玩具，你可以看到，它一會兒低下頭去，把頭埋于水中，一會兒又抬起頭來，反復(fù)不停地低頭“飲水”和抬頭“換氣”。但這個小鴨身上卻沒有發(fā)條、電機或任何其他的動力裝置。它的構(gòu)造如圖（一）3

32、18所示。在左邊的玻璃泡內(nèi)裝的液體是乙醚，在鴨頭的玻璃泡面上貼有吸水紙。取一根細(xì)玻璃管，一端與頭部玻璃泡相連，另一端插入在尾部的玻璃泡中，且用樹脂膠涂在玻璃管與玻璃泡的連接處，以保持內(nèi)部空腔密封完好。請你仔細(xì)觀察，在飲水全過程中，鴨子體內(nèi)液體的流動情況，并找出小鴨子自動飲水的奧秘?！咎崾九c答案】 旋轉(zhuǎn)乒乓球時，你會發(fā)現(xiàn)，如果使接縫的赤道面一開始處于水平狀態(tài)，它就會穩(wěn)定地在這種狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)；如果赤道面處于鉛垂?fàn)顟B(tài)，它就會邊旋轉(zhuǎn)邊傾斜，直到赤道面處于水平狀態(tài)才穩(wěn)定下來。如圖（二）317所示。這種現(xiàn)象類似于離心調(diào)速器，當(dāng)轉(zhuǎn)速提高時，調(diào)速器的小球有一種離心傾向，即有一種要被拋到離軸最遠(yuǎn)的趨勢。

33、乒乓球接縫處的質(zhì)量比較大，它的赤道面在水平狀態(tài)時，接縫部分離開轉(zhuǎn)軸的距離最遠(yuǎn)。 如果用半個乒乓球做成圖（一）3172（a）、（b）所示的陀螺，圖（b）的陀螺旋轉(zhuǎn)時處于穩(wěn)定狀態(tài)，這和乒乓球接縫的赤道面處于水平狀態(tài)是一致的，圖（a）的陀螺重心偏低，不旋轉(zhuǎn)時處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)；旋轉(zhuǎn)起來以后，稍有傾斜，它的重心就會向外拋，在粗糙平面上最終會翻倒過來。這與旋轉(zhuǎn)圖釘?shù)那闆r是相似的。為什么會倒立的原理比較復(fù)雜，在學(xué)習(xí)更高一級的物理學(xué)以后，你會得到滿意的解答。大小氣球的對抗  取兩只相同的氣球分別套在兩只圓管上，在其中的一只圓管上再套一段橡皮管，如圖（一）3191。分別向兩只氣球內(nèi)吹氣，把一

34、只吹得大一些，另一只吹得小一些，然后通過橡皮管把兩只氣球連起來。當(dāng)把橡皮管上的夾子打開時，大小氣球?qū)⑦B通起來。你認(rèn)為連通后是大氣球變小、小氣球變大，還是大氣球變大、小氣球變得越來越小？試試看，再進行分析。類似的實驗還可以用肥皂泡來進行。用一只中間帶活塞的三通管，在兩側(cè)管下涂少許肥皂液，分別吹氣使兩側(cè)肥皂泡大小不一一，關(guān)閉中間活塞，堵住吹氣口。然后，把中間活塞打開，使兩個大小肥皂泡連通起來，如圖（一）3192所示，看看它們的大小將怎樣變化？【提示與答案】 當(dāng)小鴨處在圖（一）318位置時，先滴一些冷水在小鴨頭上，冷水蒸發(fā)后致使小鴨頭內(nèi)空氣致冷，壓強減小，底部的乙醚順管子向上流，整個鴨子的

35、重心將右移，當(dāng)重心超過支點O小鴨就轉(zhuǎn)動，低頭飲水，使頭部沾上一些水，這時，底部液面已低于管道口，故乙醚將流回底部使重心左移，超過支點，小鴨抬起頭不飲水，隨著時間的推移，鴨頭上的水又蒸發(fā)如此反復(fù)，小鴨將不斷地飲水、抬頭、飲水。 奇異的浸水鳥  按圖（一）320所示的結(jié)構(gòu)制作浸水鳥：用塑料湯匙做鳥的身體，用鐵絲做支架，其水平部分穿過匙身成為湯匙的轉(zhuǎn)軸，在湯匙的匙柄中放一條吸水性好的紗布。調(diào)節(jié)鳥身的重心，使紗布未浸水時，湯匙的勺部大約呈水平狀態(tài)。把水杯放在鳥的頭下，按下鳥頭，讓鳥喙部分的紗布浸入水中，稍等片刻你會看到鳥突然抬起頭來，接著又低下頭去，過一會兒又抬起頭來，請你仔細(xì)觀察并分析你看

36、到的現(xiàn)象?！咎崾九c答案】 先讓我們來討論一下每個氣球內(nèi)部空氣的壓強是多大？氣球外大氣的壓強是P0，氣球膜又有一個對內(nèi)的壓強P，氣球內(nèi)部壓強應(yīng)是P0P，球形膜產(chǎn)生的壓強與它的半徑的關(guān)系是：半徑越小，產(chǎn)生的壓強越大，半徑越大，產(chǎn)生的壓強越?。ó?dāng)然這是指球形膜膨脹以后）。 所以，小氣球內(nèi)的空氣的壓強要大于大氣球內(nèi)空氣的壓強，故大小氣球連通以后，小氣球內(nèi)的氣要跑到大氣球里，小氣球越來越小，大氣球越來越大。 這個結(jié)論可以從以下一個事實來得以輔證：當(dāng)我們把一個氣球打開時，可以把它等效為這個氣球與一個很大很大的氣球整個地球上的大氣連通，結(jié)果是什么呢？小氣球越變越小，當(dāng)然我們沒有

37、辦法看看“特大氣球”的情況了。手觸驗電器  給外殼為金屬的驗電器（靜電計）的金屬桿帶電，它的指針張開，再用手接觸金屬桿，指針閉合?？墒窃谙旅娴膶嶒炛?，你會看到一些異常的現(xiàn)象。（1）把驗電器放在石蠟底座（或者干凈的泡沫塑料塊）上，用起電盤反復(fù)多次給驗電器的金屬外殼帶電，它的指針張開還是閉合？然后用手指接觸金屬桿上的小球，如圖（一）3211（b）所示，驗電器的指針是張開還是閉合？如果這兩次實驗指針都是張開，那么張角有何不同？（2）給驗電器金屬桿帶電，指針張開，再用不帶電的起電盤（金屬盤）同時接觸金屬桿的小球和外殼，如圖（一）3212（b）所示，驗電器指針張角如何變化？多次重復(fù)后，再用手指

38、接觸驗電器金屬桿，如圖（C）所示，指針是否張開？（3）在步驟（2）之后，用手指接觸外殼，如圖（一）3213（a）所示，驗電器指針是否閉合；再用食指和拇指同時接觸金屬桿和外殼，指針又將如何變化（圖b）？把上述現(xiàn)象記錄下來，并分析產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因。【提示與答案】當(dāng)紗布沒入水中，水將逐漸沿著紗布跑到湯匙中去，使重心逐漸右移。當(dāng)重心移到轉(zhuǎn)軸右側(cè)時，浸水鳥就會抬起頭了，同時，將湯匙里的水排走使重心又恢復(fù)到轉(zhuǎn)軸左邊，浸水鳥又回到低頭狀態(tài)。 給自己帶電  請你為大家做一個人體帶電的表演，但為你提供的器材沒有靜電起電機，只有塑料唱片，帶絕緣柄的金屬盤。絲綢，石蠟墊塊（或泡沫塑料板），磚塊和驗電羽。表演時要求你帶上足夠多的電荷，以便插在你帽子上的驗電羽能夠張開。也許你想到的辦法是：站在石蠟塊上，手持絲綢與塑料唱片摩擦，由于摩擦起電，通過絲綢傳到你身上的電荷量將與唱片上的帶電量相等。這個方案確實能使你帶電，但可惜帶電量太少，不足以使驗電羽張開。如圖（一）3221。有的同學(xué)也許還會想到用感應(yīng)起電的方法。讓另一位同學(xué)為你幫忙，即讓這位同學(xué)用絲綢摩擦塑料唱片，使唱片帶電，再把金屬板放在帶電的唱片上，用手指接觸一下金屬板，金屬板上就帶