同济大学物理探索实验范围_大学物理同济大学
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普通物理A考试涉及的物理演示实验项目
——2012~2013学年第二学期
1．球列碰撞演示实验
1、调整仪器，使得七个钢球的球心位于同一水平线上。
2、将仪器一端的一个钢球拉起来后，松手，则钢球正碰下一个钢球，末端的一个钢球弹起，继而，又碰下一个钢球，另一端的钢球弹起，循环不已，中间的五个不动。
3、拉起仪器一端的两个钢球重复上述操作，结果另一端的两个钢球弹起，中间的三个不动。
4、改变拉起钢球的数量重复上述操作，观察结果，每次会有另一端的相同数量的钢球弹起。
2．角动量迭加与守恒演示实验
图中1为仪器支架，2为转盘，转盘分别用销子连接轴臂3、3’，它们可绕销子在垂直面内转动。以改变系统的质量分布及角动量向量的方向，双臂的另一端分别装有小电机4、4’，电机轴上装有圆盘5、5’，转盘上装有电池盒6，开关7可控制圆盘的正反转向。转盘中心装有空心轴8，其顶端装有滑轮架9，一对小滑轮10固定在此架上，分别用尼龙绳11系在上电机套上，线的另一端跨过滑轮穿过空心轴系在重物12上，伸出支座的线长及重物对轴臂起限位作用。以上部分是用来演示角动量守恒和角动量向量性用的。
1.演示系统的角动量守恒，如图1
2.当两圆盘无自转时，拨动轴臂系统绕OZ轴转动，这是系统的角速度为ω1，将铅直绳向下拉时，由于轴臂向上偏转，使此系统的转动惯量减小，系统角速度变为ω2，可以明显看出绕OZ轴的转动加快，从而验证了角动量守恒定律。
3.通过演示角动量守恒，验证角动量的向量特性及其迭加规律，如图2。
启动电机使双臂上圆盘5、5’自转，当轴臂都在水平位置时，由于Jz1’ ω1+ Jz1’ ω2=0
所以转盘处于静止状态。若向下拉绳，两轴臂上偏，将发现转盘绕OZ轴顺时针转动（即’ ωz与OZ轴反向），显然，这是由于（Jz1·ω1+ Jz1·ω2）z+ Jz·ωz=0 的缘故。这里Jz是指除两圆盘外，系统其余部分对z轴的转动惯量。
由以上演示可理解角动量的向量性。
此内容可按照四种状态演示，即两盘作顺、逆时针转动及轴臂上偏和下偏。3．转动定律演示实验
用左右两套结构完全相同的装置作对比实验 : 1.将二套装置上的重物固定在距轴都相同的位置上。
2.将两套装置的线轮上绕等长的线绳，线绳上挂质量相同的砝码。将两砝码都绕到最高位置，同时施放两个转动系统。使它们在砝码的力矩下开始转动。可见两套系统在相同力矩作用下，转动惯量相同，角加速度和转速也相同。
3.将一套装置上的重物固定在距轴最远处，而将另一套装置上的重物固定在距轴很近处。4.将砝码绕到最高位置，同时施放两个转动系统使它们在砝码的力矩下开始转动。可见重物靠近轴的系统旋转得较快，另一个较慢。说明当力矩相同时，转动惯量愈小角速度愈大。
5.将两套装置上的重物固定在距轴相同的位置上，两线绳所挂砝码，其中一个再增加一个砝码，使作用力矩增加一倍。将砝码绕到最高位置，同时释放两个转动系统，可观察到力矩大的系统旋转较快，另一个系统转动较慢。说明转动惯量相同时，力矩越大，角加速度越大。
4．避雷针模拟演示实验
1．将静电高压电源正、负极分别接在避雷针演示仪的上下金属板上，把带支架的金属球放在金属板两极之间。2．接通电压，金属球与上极板间形成火花放电，可听到劈啪声音，并看到火花。若看不到火花，可将电源电压逐渐加大。3．演示完毕后，关闭电源。
4．用带绝缘柄的电工钳将带支架的顶端呈圆锥状（尖端）的金属物体也放在金属板两极之间，此时金属球和尖端的高度一致。接通静电高压电源，金属球火花放电现象停止了，但可听到丝丝的电晕放电声，看到尖端与上极板之间形成连续的一条放电火花细线。若看不到放电火花细线，将电源电压提高。
5．演示完毕后，关闭电源。
5．法拉第笼演示实验
它是由笼体、高压电源、电压显 示器和控制部分组成。其笼体与大地连通，高压电源通过限流电阻将 10万伏直流高压输送给放电杆，当放电杆尖端距笼体 10 厘米时，出现放电火花，根 据接地导体静电平衡的条件，笼体是一个等位体，内部电势为零，电场为零，电荷分布在接近放电杆的外表面上。表演时先请几位观众进入笼体后关闭笼门，操作员接通电源，用放电杆进行 放电演示。这时即使笼内人员将手贴在笼壁上，使放电杆向手指放电，笼内人员不仅不会触电，而且还可以体验电子风的清凉感觉。这是因为人体触电 的原因是身体的不同部位存在电位差，强电流通过身体，此时手指虽然接近 放电火花，但放电电流是通过 手指前方的金属网传入大地，身体并不存在电位差，没有电流通过，所以没有触电的感觉。高压带电作业操作员的防护服就是用金属丝制成，接触高压线时形成等 电位，人体不通过电流，起到保护作用。外壳接地的法拉第笼可以有效地隔 绝笼体内外的电场和电磁波干扰，这叫做“静电屏蔽”。6．跳环及磁悬浮演示实验
1．跳环实验：一只紫铜环或小铝环套在铁芯线圈的软铁棒上，接通线圈接线柱，合上输出开关，打开电源后盖板上电源开关，显示窗显示电源电压或输出电流，调输出电压调节换文件开关由断开（水平）转向最高输出电压（约24V），可见到小铝环突然脱离软铁棒，飞出一定高度。
2．浮环实验：调输出电压调节换文件开关在16V~24V，放铝环等材料的环于线圈铁芯上，观察环的悬浮现象。可记录相同电压下的悬浮高度，以及相同材料在不同电压/电流时的高度。
3．双铝环实验：将小铝环套在线圈铁芯棒上，逐渐增加电压，使小铝环上升到脱机圈约5~7cm时，用手拿住另一只小铝环，慢慢套入软铁棒，当这只小铝环距离原来的小铝环约2cm时，它会将下面的小铝环吸上来，合二为一，松手后一起做上下运动。
4．黄铜环—铝铜环—紫铜，双环和三环实验，间隔不同材料实验。
5．点亮发光管实验，试从不同高度观察发光管的发光亮度。
6．共振实验：当一只小铝环悬浮在软铁棒上离开线圈约5~7cm时，用大铝环套在小铝环外，并拿着大铝环的柄作上下运动（要求沿着软铁棒，不要碰着小铝环）。此时小铝环受到大铝环的吸引力也会跟着大铝环上下运动。改变大铝环上下运动的频率，使小铝环上下运动幅度越来越大，直至跳出线圈铁芯棒。7．磁铁摆演示实验
8．自感现象演示实验
9．环形驻波演示实验
1、固定端反射的线形驻波的演示
将松紧带的两端分别固定在振荡器和喇叭振源上面的竖直铜棒上。把振荡器（或其它一处）的输出端与喇叭振源的输入端接通，调节功率旋钮使它位于中间位置，打开电源，把频率调节旋钮从低处往高处逐步转动，这样在松紧带上会显现出线形驻波。
2、环形驻波的演示
把钢丝变成一个圆环后，将两端固定在喇叭振源的铜棒上，接通电路，调节频率旋钮和功率旋钮，从钢丝左端和右端传来的振动在钢丝内迭加，当调节到圆周长等于半波长的整数倍时，则在圆环上形成环形驻波。实验原理：
当两个振幅和频率相同的相干波在同一直线相向传播时，其所迭加而成的波称为驻波，一维驻波是波干涉中的一种特殊情形。在弦线出现许多静止点，称为驻波的波节，相邻两波节间的距离为半个波长。10． 弹簧纵驻波演示实验
操作方法：
1、先将电压调节旋钮逆时针减小，打开电源，适当增大电压（电压不宜太高）使弹簧发生振动；
2、缓慢调节频率，直到弹簧振动呈现明显的波节和波腹，即形成纵驻波，此时略增大电压，现象更为显著；
3、改变频率，重复操作2，再观察现象；
4、结束实验，将频率和电压调至最低，关闭电源。注意事项：
1、仪器要放到有白墙作衬底的地方，以便于观察；
2、电压一定要从小到大调节，出现驻波即可，电压切勿大，既影响效果又损坏仪器。原理提示：
弹簧的振动在对应的固定端被反射，与入射振动迭加形成驻波驻波原理同昆特管的原理提示
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