物理趣味實驗

1、一、 奇特的杠桿 （1）實驗目的 認識杠桿省力的原理。 （2）實驗器材 約4米長的木桿1根，木支架1個，重約5千克的石塊1塊，桌子1張（桌面略低于木支架）。 （3）實驗過程 取石塊放在桌面上，并讓其13露出桌面，再讓一位同學拿著木桿一端；用木桿另一端把石塊用力往上挑，這時，石塊被能挑動嗎？仍讓這位同學拿著木桿一端，再在桌子前面用一個木架支起木桿。然后用木桿另一端頂住石下方，再用手往下按，石塊能被挑動嗎？把支架慢慢移向桌子，并不斷撬動石塊，所用的力是越來越大不是越來越小？把支架慢慢移開，使之離桌子越來越遠，并不斷撬動石頭，所用的力是越來越大還是越來越??？ 二、 這只氣球會爆炸嗎？ 把一只氣球吹足

2、氣，系緊口子。再用一塊透明膠布（橡皮膏也可）貼在氣球上，拿一根針從貼著透明膠布的地方把氣球扎破。 你想想看：氣球會不會“啪”的一聲爆炸？ 你也許認為氣球要爆炸了吧！其實，氣球不會“啪”的一聲炸掉。在一般情況下，用針扎破氣球，氣球肯定會爆炸；現在的情況不同，你會看到氣從針孔處徐徐冒出來，氣球卻象消了氣的車胎一樣慢慢地癟下去。是什么道理呢？ 原來氣球扎破時，溢出的空氣造成一股壓力，橡皮和膠布對這種壓力的反應各不相同。當壓縮空氣從氣球扎破的地方沖出時，橡膠脆而薄，氣球皮一下就被撐破了，同時發(fā)出很大的破裂聲。透明膠帶比較堅固，它可以抵住壓縮空氣沖出造成的壓力，所以氣球不會“啪”的一聲爆炸。實驗一 觀察

3、擴散現象 準備一杯冷水和一杯熱水，將兩小粒高錳酸鉀分別投人兩杯水中，試觀察比較高錳酸鉀在兩杯水中的擴散情況.如果你觀察到了兩杯水中高錳酸鉀發(fā)生擴散的差異，想一想這說明了什么問題?實驗二 感受大氣壓取一個空的鋁質易拉罐及一盆冷水，罐口纏上鐵絲并固定，再將鐵絲擰成柄狀(要有一定的長度和強度)，往易拉罐中加人少量的水，放在酒精燈上加熱至沸騰，并繼續(xù)加熱數十秒，迅速(持鐵絲柄)將易拉罐倒扣到冷水中，觀察發(fā)生的現象.注意:此時易拉罐在氣壓的作用下被壓扁且發(fā)出巨大的響聲，實驗者應有思想準備，以防驚慌中碰到其他實驗儀器而被燙傷甚至引起火災.本實驗有一定的危險性，建議在老師的指導下進行.實驗三 振幅交換準備兩

4、個擺長一樣的擺(擺錘質量要大些)和一根細尼龍繩，將尼龍繩兩端分別固定在相同高度上，把兩個擺的上端系于尼龍線的中部，懸點相距不超過10厘米(固定時要檢查擺長是否一樣).使一擺處于豎直位置，將另一擺沿垂直于尼龍繩方向拉開到某一位置(不一定要有5度角限制)，放手讓其在垂直于尼龍繩方向上振動，觀察兩擺的振幅變化(可能需要比較長的時間才能看出，所需時間與裝置有關)，可以看到，兩擺的振幅會不斷地交換.實驗四 嘗試一下靜電觸電的滋味 把塑料飛盤用洗衣粉洗刷、沖凈、曬干;再準備一塊圓形鐵片，大小比飛盤略小，在其中打一小孔，用20厘米長的絲線穿過小孔將它拴住，用一塊干燥的毛皮用力摩擦圓盤的內側，然后迅速拿開，再

5、用手提著絲線的一端(這是為了不使手與鐵片接觸)，將鐵片放入圓盤內，這樣圓盤上的電荷將聚集到鐵片上，用手指去靠近鐵片時，會有微麻的感覺，同時還可看到電火花和聽見放電響聲(這是因為電壓高而產生放電，但因電量少，電流持續(xù)時間短暫，雖有微麻的感覺，但并不危及人體的生命與健康). 注意:本實驗的效果受環(huán)境影響較大，一般而言在干燥的天氣比在空氣潮濕時容易成功，晴天在人少的室內比在人多的室內容易成功;在室外通風處比在室內容易成功.實驗五 水是液體也能發(fā)生靜電感應嗎 把家用自來水開關調到有一股細流，把與毛皮摩擦過的塑料棒(或塑料梳子、筆桿)接近此細流，會清楚看到水流向塑料棒的方向彎曲.實驗六 為什么歐姆表測燈

6、泡阻值比計算值小 一只燈泡“220V 25W，根據電功率公式可算得燈絲的電阻為1936，用歐姆表測測看，測出來的阻值是大了還是小了，為什么?實驗七 哪個瓶子滾得快 兩個完全相同的玻璃瓶，一個裝滿沙，另一個裝滿水，放在同一斜面上滑下，哪個瓶子滾得比較快?動手試試，想想看，為什么?實驗八 木尺能保持水平嗎有一根長度為1m的木尺，用左右手的食指分別水平地支撐木尺的兩端.這時候，左右某一個手指向對方靠近，木尺能夠保持水平嗎?左右手指同時相互靠近，又會怎樣?(提示:與摩擦力及力矩知識有關)實驗九 水為什么不會灑出 在杯中倒人半杯水，上面用紙蓋住.用手掌壓住紙把杯子翻轉過來，注意不讓杯中的水灑出來.放開手

7、，杯中的水也好，紙也好，都不會掉下來.即使水中放人一些木螺絲之類的小東西也沒有關系.這是為什么?實驗十 如何使單擺擺動起來 用一根約1m長的細尼龍線及一把掛鎖做一單擺，要求用吹氣的方法令其擺動，擺角要求達到30左右，此過程中口與單擺平衡位置的距離保持在0.5 m以上，且不得用身體或任何其他物體與單擺的任何部分及懸點接觸，試設法達到目的，并想想為什么？旋轉體為什么會爬坡常言道：“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

8、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）粘合起來的旋轉體圖（b）。把旋轉體放在軌道下端，放手以后你會吃驚地發(fā)現，這個旋轉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？請你仔細觀察這套裝置和旋轉體的運動情況，說明向上滾的原因，并分析在什么條件下，旋轉體就不能向坡頂方向滾動了。【提示與答案】通過觀察，你可以發(fā)現這個軌道的下端窄而上端寬，再進一步觀察，你能看到旋轉體放在下端時，卡在軌道里的部分較少，重心較高；而當它放在上端時，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

9、體不能向上滾動的條件就很好回答了：如果在某處旋轉體的重心位置等于或低于它在坡頂時的重心位置，旋轉體就不能爬坡了。設旋轉體在坡底和坡頂時重心位置距離的水平投影為S，旋轉體半徑為R，則軌道傾角的最大值應滿足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置，而不允許縱橫交錯?？凑l能最快地把五塊磚壘好。某同學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

10、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

11、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就完成了。讀者可在坐標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

12、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，但小于它的直徑，分別把彈子裝在圓桶內和圓筒內，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象發(fā)生？原因何在？【提示與答案】通過實驗我們可以發(fā)現圓筒會翻倒，原因何在？分析一下受力情況就可以知道了。圖

13、（二）35中F1、F2為桶（筒）壁對球的作用力，F1、F2為球對桶（筒）壁的作用力，兩個圖的不同之處就是一個有球對底的作用力F3，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，船底突然出現了一個小洞，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

14、漂浮時的位置時，把手指拿開，仔細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，設船如圖（一）36形狀）【提示與答案】當小船漂浮在水面時設其底部在圖（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。當船底出現小洞后，可以認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。假設現在船底到了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

15、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，故水面將要下降。浮力永動機有人設計了如圖（一）371所示的“浮力永動機”。永動機的傳動繩上均勻地固定了許多密度小于水的小球，容器底部的管道內徑與小球直徑相等，并為光滑配合。設計者認為，左邊容器里的小球受到浮力的作用向上運動，管道中的小球也將被帶著向上運動，一旦這個小球要升出管道，其

16、下的一個小球就會進入管道而不使水漏出，因此永動機將永不休止地順時針轉動。找一只塑料瓶，把瓶底去掉，倒置。再取34只乒乓球，用一根線從它們的直徑穿過，均勻地分布于線上，并用膠水粘牢。按圖（一）372所示把線的上、下端固定，在容器中注滿水，然后把線的下端剪斷，看看這些球是否能在浮力的作用下向上運動？正確分析和解釋你所見到的現象，這種永動機的荒謬之處也就揭露出來了。【提示與答案】 這種浮力永動機像所有的“永動機”一樣是不可能工作的。浮力是依靠上下壓力差形成的，如圖（二）37所示，設小球體積為V球，球1、球2所受的浮力為F1gV球，F2gV球而球3呢？它的上壓強為Pgh3P0，它的下壓強PP0。故F3

17、gh3SgV圓柱。即等于以小球中心截面為底的，以h3為高的圓柱所排開的水受的重力。很顯然，F1F2不會大于F3，整個系統(tǒng)將向下運動，直到容器中的水流完為止。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

18、因。把觀察到的現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維持一定的壓膜力使浮沉子下沉不再壓膜重復用手壓膜，分別在浮沉子處于不同深度時松開手指，你會發(fā)現一種奇異的現象，也就是當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。請再仔細觀察一下浮沉子內氣體體積的變化?？磥砀〕磷觾扰砰_水的多少也許還和深度有關。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，觀察浮沉子內氣體體積的變化和浮沉子的狀態(tài)，如圖（一）382所示?？吹?/p>

19、了這些現象以后，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，浮沉子內的氣體體積逐漸增大，浮沉子慢慢地又會浮上來。根據以上分析，浮沉子的沉浮由其內部空氣體積大小決定，而這個體積又受兩個因素控制：一是浮沉子在水里的深度（在深度為h處水的壓強為

20、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用連通器原理設計的，如圖（一）391，其噴泉的水柱高度不會超過容器中液面的高度。可是我們在一種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，無法看到內部的結構，請你仔細觀察一下這種有趣的噴泉裝置，把它的內部結構畫出來，并分析這種噴泉的原理。如果有條件的話，請

21、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，看看是否能產生噴泉？【提示與答案】其結構如圖（二）39所示。瓶1內空氣的壓強pp0水gh，其中p0為大氣壓強。瓶2內空氣與瓶1內空氣是相通的，故瓶2內空氣壓強ppp0水gh。根據公式，設瓶2內的水能升高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）310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

22、一根細線一端粘牢在杯底，一端系在乒乓球上，（d）為懸掛著適當配重的乒乓球，圖（C）、（d）中容器是密閉的，現分別使容器向右做加速運動，或者是向上做加速運動，容器里的乒乓球將如何運動呢？請試一試，再分析一下你看到的現象。【提示與答案】 當容器向右以加速度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），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生的

23、。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，但由于乒乓球的質量m球小于同體積水球的質量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，使小球僅偏轉一定的角度達到平衡狀態(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）

24、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）中球將向右，圖（d）中球將向左偏轉一定的角度。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，一只管內放乒乓球，一只管內放加有鉛丸的乒乓球，管內裝滿了水，并且密閉起來，裝配在轉臺上，如圖（一）311所示。手搖轉臺使平放的玻璃管繞軸轉動，看看這兩只球各向什么方向運動？你能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這個向心力是周圍的水對水球

25、產生的作用力。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，將由于質量大于同體積的水球而向外運動。逆風行舟你聽說過逆風行舟的事嗎？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配重（例如螺帽等物），使

26、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，用電風扇沿著一定的方向對船吹風，適當調整帆面、舵面的位置和船頭的方向，使船能側逆風而前進。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)，去完成側逆風行舟的任務。【提示與答案】我們先把三角板能夠前行的原理作一分析：當用鉛筆從側前方

27、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。帆船側逆風前進的理由與上例類似。圖（二）3122為俯視圖，控制航向，使風從帆面MN的外側前方吹來，風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，F2又可以分解為沿航向和垂直于航向的力F和F，F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

28、，帆船能側逆風前進。為了達到頂風的目的地，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，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軸轉動。在前肢圓孔中裝兩根短軸A、B，讓細繩從兩軸間穿過，并用細橡皮筋把兩軸圈在一起，使軸對繩

29、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。你可以看到，當后肢伸直到一定程度，繩在A、B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；或者讓繩從A、

30、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？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

31、重物C上升，B點的懸掛繩縮短，A點的拉繩放長，就能實現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嗎？【提示與答案】1如圖（二）3131所示，當我們用力往下拉繩子時，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點轉動，AC之間的繩子被拉長，故A點將要向上滑。當松手時

32、，由于橡皮筋的彈力作用，后肢要恢復到原處，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，且左邊框邊要比右邊高；當再拉緊左邊，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動，沿著懸掛的繩子卷上

33、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)生轉動，應向什么方向拉線？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】當物體從高h的地方下落到地面時，根據力學知識可以知道物體到達地面的速度當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

34、撞前金屬球的速度，方向豎直向上。這時，金屬球將要與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，由于乒乓球的質量遠小于金屬球的質量，故碰撞后乒乓球反彈的速度（相對于金屬球的）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運動學的知識，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

35、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在請設法給小人幫下忙，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?！咎崾九c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

36、線的方向勢必在水平向左和豎直向上的象限內。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tgRrR、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的釘尖，讓大頭朝下，用力一搓，并隨即放手，圖釘就會在桌面上迅速轉動起來。如果桌面比較粗糙，你會發(fā)現一種奇特的現象，當圖釘的轉速減小到一定程度，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

37、。（1）在一只乒乓球的兩半球對接縫處用筆描出赤道線，將赤道面處于水平狀態(tài)，使球旋轉起來，看看赤道面的方向會有什么變化？再將赤道面處于鉛垂面內，旋轉乒乓球，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，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，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（

38、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，反復不停地低頭“飲

39、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。它的構造如圖（一）318所示。在左邊的玻璃泡內裝的液體是乙醚，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，以保持內部空腔密封完好。請你仔細觀察，在飲水全過程中，鴨子體內液體的流動情況，并找出小鴨子自動飲水的奧秘?！咎崾九c答案】旋轉乒乓球時，你會發(fā)現，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；如果赤道面處于鉛垂狀態(tài)，它就會邊旋轉邊傾斜，直到赤道面處于水平狀態(tài)才穩(wěn)定下來。如圖（二）317所示。這種現象類似于離心調

40、速器，當轉速提高時，調速器的小球有一種離心傾向，即有一種要被拋到離軸最遠的趨勢。乒乓球接縫處的質量比較大，它的赤道面在水平狀態(tài)時，接縫部分離開轉軸的距離最遠。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，不旋轉時處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)；旋轉起來以后，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。這與旋轉圖釘的情況是相似的。為什么會倒立的原理比較復雜，在學習更高一級的物理學以后，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

41、橡皮管，如圖（一）3191。分別向兩只氣球內吹氣，把一只吹得大一些，另一只吹得小一些，然后通過橡皮管把兩只氣球連起來。當把橡皮管上的夾子打開時，大小氣球將連通起來。你認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??？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，在兩側管下涂少許肥皂液，分別吹氣使兩側肥皂泡大小不一一，關閉中間活塞，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)后致使小鴨頭內空氣致冷，壓

42、強減小，底部的乙醚順管子向上流，整個鴨子的重心將右移，當重心超過支點O小鴨就轉動，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，小鴨將不斷地飲水、抬頭、飲水。 奇異的浸水鳥按圖（一）320所示的結構制作浸水鳥：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軸，在湯匙的匙柄中放一條吸水性好的紗布。調節(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

43、頭來，請你仔細觀察并分析你看到的現象?！咎崾九c答案】先讓我們來討論一下每個氣球內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的壓強P，氣球內部壓強應是P0P，球形膜產生的壓強與它的半徑的關系是：半徑越小，產生的壓強越大，半徑越大，產生的壓強越?。ó斎贿@是指球形膜膨脹以后）。所以，小氣球內的空氣的壓強要大于大氣球內空氣的壓強，故大小氣球連通以后，小氣球內的氣要跑到大氣球里，小氣球越來越小，大氣球越來越大。這個結論可以從以下一個事實來得以輔證：當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，結果是什么呢？小氣球越變越小，當然我們沒有辦法看看

44、“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?？墒窃谙旅娴膶嶒炛校銜吹揭恍┊惓５默F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？多次重復后，再用手指接觸驗電器金屬桿，如圖

45、（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）？把上述現象記錄下來，并分析產生這些現象的原因?！咎崾九c答案】當紗布沒入水中，水將逐漸沿著紗布跑到湯匙中去，使重心逐漸右移。當重心移到轉軸右側時，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到轉軸左邊，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

46、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。有的同學也許還會想到用感應起電的方法。讓另一位同學為你幫忙，即讓這位同學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，金屬板上就帶上了與唱片幾乎等量的異種電荷。然后這位同學手持金屬板的絕緣柄，把金屬板移開與你接觸，金屬板上的電荷就傳到了你的身上。如此反復多次，就能使你帶上足夠多的電荷，如圖（一）3222。這可是一個好的辦法，請試一試，

47、看看效果如何？在你帶上足夠多的電荷以后，就可以進行精彩的表演。舉起你的手掌，接近頭上的驗電羽，可以看到張開的驗電羽被排斥。如果用兩只手掌把驗電羽罩起來，驗電羽就幾乎下垂。如果讓另一位站在地面上的同學用手接近驗電羽，驗電羽就會被吸引過去，如圖（一）3223所示。一旦接觸到帶電的人體，驗電羽就下垂。上述方法需要另一位同學幫忙，如果要求你給自己帶上足夠多的電荷，你將怎么辦呢？【提示與答案】（1）給金屬外殼帶電，指針張開；用手指接觸金屬桿上的小球后，指針張開角度更大。（2）指針閉合，張角為0；這是因為，用不帶電的起電盤同時接觸金屬桿和外殼，則金屬桿和外殼帶同種電荷且等電勢，故指針閉合，多次重復以后，再

48、用手指接觸金屬桿，金屬桿電勢為0。金屬桿與外殼之間有電勢差，所以指針張開。（3）用手指再接觸外殼，這時外殼電勢為0，但此時金屬桿電勢不為0，而是由0電勢突變?yōu)槟持颠@是因為在步驟（2）中，當金屬桿電勢為0時，金屬桿上電荷不為0，故指針仍張開。再用食指與拇指同時接觸金屬桿和外殼，這時二者等電勢，指針將閉合。角鏡成像用膠布把兩塊平面鏡鉸接在一起，構成一個角鏡。首先讓兩鏡之間的夾角為90，你位于直角鏡平分線的位置向鏡內觀察，看看鏡中成的像與一面平面鏡成的像有什么區(qū)別。再點燃一只蠟燭，放置在角鏡的平分線上，見圖（一）323。逐步減小角鏡的夾角，探索一下角鏡成像的數目是怎樣變化的？這些像在位置上的分布有什

49、么規(guī)律？【提示與答案】別的同學給你所幫的忙不過是把感應起電盤接了一下地而已。這對于你自己來說，也不是一件困難的事：只要在唱片上壓一個接地的鐵的物體（如鐵架臺），在感應起電盤接觸唱片的同時接觸一下鐵的物體就行了。紫外燈下的驗電器在驗電器的金屬桿上固定一塊表面用砂紙打光的鋁板，給鋁片帶上某種靜電荷，驗電器的指針張開。當用紫外燈對鋁板照射時，指針閉合圖（一）324。請你探索一下指針閉合的原因是什么？為你提供的器材還有：絲綢、玻璃棒和白熾燈。在探索之前，請你考慮一下，在紫外光照射鋁板時可能引起驗電器指針閉合的因素有哪些？在這些因素中，如何判斷哪一種是最主要的因素？你可以提出假設，然后，再用實驗來驗證。

50、當你找到原因以后再請你給鋁板帶上負電荷，用紫外光照射，看看驗電器指針是否閉合？如果閉合，繼續(xù)照射是否還能使指針張開？如果不能張開，原因是什么？怎樣用實驗來驗證你的判斷？【提示與答案】平面鏡成像是左右對稱的，而90角鏡成像則是左右異位對稱。 關于角鏡成像個數與鏡角的關系很復雜，我們在這里只舉幾個特殊的角度的情況：30有n11個像，45有n7個像，60有n5個像，90有n3個像，120有n2個像，180有n1個像。翻疊偏振片的奧秘有兩塊矩形木板A、B，板中心有圓孔，孔中固定一塊偏振片（這兩塊偏振片是你的老師事先按照一定的方向固定起來的），如圖（一）3251。如果把B片正疊在A片上，對準圓孔向外觀察

51、，可以看到光亮；當將B片繞垂直于板面中心的軸旋轉時，對準圓孔觀察，現場逐步變暗，當旋轉90時，如圖（一）3252（a）。視場變?yōu)樽畎?。如果把B片反著疊合在A片上，如圖（一）3252（b），請你想一想，對準圓孔向外觀察可能出現什么現象？你看到的現象與未翻前相反，即視場最暗，請你判斷一下產生如此現象的奧秘在哪里？即你的老師是按照什么規(guī)律把偏振片固定在底板上的？【提示與答案】在紫外燈的照射下，空氣發(fā)生電離，空氣中存在正負離子，與鋁板上所帶的異種電荷相中和，這是可能引起驗電器指針閉合的可能因素之一；另外一個因素則可能為光電效應。為了判斷到底哪一種是最主要的因素，可以讓鋁板帶上與前次相異的電荷再照射，如

52、果照射時驗電器指針也閉合，說明主要的因素是空氣電離的影響；反之，指針不閉合，或閉合的非常緩慢，則主要因素是光電效應。 在光電效應起主要影響的情況下，為什么指針閉合后不會再張開？原因是鋁板中電子逸出后，鋁板帶正電，它所形成的靜電場將阻止電子逸出。當由于光電效應逸出的電子與被庫侖場拉回的電子達到動態(tài)平衡時，鋁板電勢就不再上升，而這個電勢太小，不足以使驗電器指針張開。為了判斷這種解釋是否正確，我們用帶正電的玻璃棒靠近鋁板，可以發(fā)現驗電器指針偏轉，拿走玻璃棒，指針不閉合（說明不是靜電感應）。判斷箱內物體的形狀在一只黑箱里有一個物體，它的形狀可能是長方體形，圓柱形，球形，圓錐形等，請你在不打開箱子的情況

53、下，判斷這個物體的形狀。 【提示與答案】 奧秘在兩塊偏振片預置的偏振化方向上。老師在裝置偏振片時，特意使兩偏振片的偏振化方向一致，都與矩形固定板的長邊成45角，如圖（二）325所示。當兩偏振片疊放在一起時，如果它們的偏振化方向平行，可以看到亮的視場；如果偏振化方向垂直，看到的就是暗的視場。估測物體與箱底之間的滑動摩擦系數放置在水平桌面上的黑箱里，有一個比較重的長方體形木塊，給你一個量角器和一本三角函數表，請你測出木塊與黑箱底面之間的滑動摩擦系數?！咎崾九c答案】我們可以根據聽到的黑箱內物體運動發(fā)出的聲音及感覺到的物體重心的變化來做出判斷。 先把這只黑箱的一個面放在水平面上，將其一端抬高，如果聽到

54、內部有滾動的聲音，則可以判斷為圓柱形、球形和圓錐形中的一個。再將這只黑箱的另外幾個面依次放置在水平面上并且每次都將其一端抬高，若為球形，無論哪個面放置在水平面上一端被抬高時，內部都有滾動聲；若為圓柱形和圓錐形，則必有一個面放置在水平面上一端被抬高時，里面沒有滾動；圓錐形與圓柱形滾動的不同大家都是知道的，因此也就很容易區(qū)別了。放不穩(wěn)的魔箱如果黑箱內部沒有任何特殊結構的話，那么下面的箱體很容易判斷，哪些放得穩(wěn)？哪些放不穩(wěn)？例如，圖（一）3281中所有箱體都是穩(wěn)定的；而處于圖（一）。3282狀態(tài)的所有箱體都是不穩(wěn)定的。但是，你能不能巧妙地進行內部結構設計，使圖（一）3283中的黑箱成為放不穩(wěn)的魔箱呢？請你試一試?？纯茨隳茉O計出幾種方案？【提示與答案】逐漸抬高黑箱一端，等到剛剛聽到滑動聲，記下此時的傾角，則：tg魔索在一只黑色的箱子的表面上有兩個顯眼的字“魔索”。顧名思義，這不是一般的繩索，它從箱子的左側穿進去，又從箱子右側孔中穿出。左側的線拴在一只小車上，如圖（一）329所示。用手拉一拉右側的線，小車向前動了一動，說明左、右側的線確有聯系。但當你繼續(xù)把線向前拉的時候，奇怪的事情發(fā)生了：怎么右側的線才伸出約10厘米，而左側的小車已前進了3040厘米，難道黑箱子里有什么神秘的東西嗎？請你探索一下，這里面究竟是