中学物理教学全书-实验篇.docx

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1、中学物理教学全书实验篇固体的压强（1）如图1所小,泡沫块穿过插在底板上的导杆。利用T形块可以改变受 面积,换用不同重物以模拟压变化。从泡沫块形变程度可.演示压产生效果（压强）跟受力面积和压的关系。（2）如图2所示,取废食品罐,把开口处剪成利口。把罐放在沙箱的沙面 ,压块、两块砖（或其他重物）于罐上,观察罐底向下和向上放时下陷的程 度,以演示压产生的效果。演示时可准备两只相同的罐,并在罐侧面贴带有刻 度的纸条以作对比。图2图3（3）如图3所示,取两枚图钉,将其中一枚钉尖磨钝。用两用测计测压 力,先后把两枚图钉压入肥皂块,肥皂块所承受的压强是一定的,由实验可知当 压相同时,受力面积小的尖头图钉比受

2、力面积大的钝头图钉产生的压强大;若 要产生相同的压强,就需要在接触面积大的钝头图钉上施加较大的压。两用测计结构如图3所示，这种测计不但可拉、压两用,而且还有“记 忆功能。自制时,取根木棒作秤杆,棒的一端开有狭缝,缝内插入一片厚度 适当的纸片,棒上套有弹簧,把装有弹簧的圆棒插入圆管固定,将所受不同重力 的祛码挂在秤钩上,在木棒上标上与硅码所受重力相应的刻度。用拉测计棒 上的秤钩或用压测计棒的另个端面时，都可使弹簧伸长,在弹簧伸长的同 时,纸片便在槽内移动。撤走外力,弹簧就恢复原状,而纸片因摩擦而停留在原 处,这样就可记录测计达到的最大示数。液体的压强（1）液体对压强的传递图1所示为帕斯卡定律演示

3、器。用注射器增加密闭的广口瓶里液体的压 强,微小压强计能显示所加压强的大小,从瓶内3根玻璃管液面高度始终相同, 说明密闭液体的各个方向传递的压强跟加在上面的压强相同。实验前应保证瓶 塞、玻璃管和橡皮管等连接处封闭良好,并使微小压强计两液面相平。用扁平容 器(图1 (b)替代传统广瓶可提高演示效果,扁平容器可.截取有机玻璃胶 合而成。金属球图2图2所示为帕斯卡球。演示时将活塞推至金属球处,旋去金属球,提起活 塞，让筒的下部吸满水，再把金属球旋上。使球体朝上,推动活塞,水柱能向各 个方向均匀喷射,说明密闭液体能够把它受到的压强向各个方向传递“。若球体 朝下演示,学生易误解为由于重力而射出。帕斯卡球

4、可自制。如图3 (a)所示,塑料瓶近底部的侧壁上用针刺小孔, 把注射器针头插入瓶口软木塞即成。图3 (b)所示装置中,当压气球向瓶内打气时,水连续不断从球的小孔中 射出。演示了液体对压强的传递。（2）液压机模型图4所示是水压机模型。底座上装有唧筒和水柜,它们的底部有管相通,并分别装有只能进水的单向 阀。演示时,按动手柄,唧筒内活塞上、下移动,水边从进水管吸入唧筒,一 边被压入水柜。待水柜充满水后,继续按动手柄，加在唧筒液面上的压强通过水 传递到大活塞,推动大活塞上移,举起重物。图5所示为用两个直径不等的注射器连通起来做成的液压机演示器。为了克服因注射器出口内径太小,液体流动时阻力太大而影响演示

5、效果,可. 用铁球（直径约2cm）击掉注射器底部（也可以磨掉）,用有机玻璃做个容器, 把两注射器的底连通起来,注射器和容器间可用环氧树脂或玻璃胶封合粘结。为了减少摩擦,可在注射器内壁涂上牙膏,来回推动活塞进行研磨,使用时 再抹上稀润滑油（缝纫机油）。两活塞顶端可.胶上托盘以承担重物。（3）液体内部压强图 6图6所示是演示液体内部压强的实验装置。蒙有橡皮膜的金属盒可浸入液 体内任一深度，并在同一深度改变橡皮膜的方向。微小压强计液面差能显示液体 内部的压强大小。演示时应注意:金属盒上橡皮膜务必绷紧,且要平整,和橡皮管连接处不漏 气。容器里所盛的液体温度必须接近室温,否则因金属盒内气体受液体温度影响

6、 而增大实验误差。上述实验装置可自制。U形管可用内径为34mm的玻璃管弯制（图7）。 用小金属片将U形管固定在木支架上,支架面板上画上刻度。金属盒可用截去 底的小塑料瓶代替。图7图8如图8所示,在两端开口的长玻璃筒下端盖上圆片,将筒压入水中,因受 水的向上压,圆片不下落。如在筒内注水（可染色），开始时圆片并不落下; 而当筒内水柱高度跟容器內水面一致时,圆片才落下。由此表明液体压强与深度 有关而与液体体积无关。如改用酒精,当筒内酒精液面与水面相平时,圆片不落 下;只有酒精液面高于水面一定高度时,圆片落下。由此表明液体压强不仅与 深度有关,还与液体密度有关。如图9所示,在小塑料瓶的瓶壁上用薄刀片纵

7、向切几条刀口,瓶塞上插 根玻璃管,管上连一根橡皮管，管的另一端接漏斗。演示时先使漏斗与瓶口 平齐,并注满水,瓶的切口处因塑料弹性并不漏水。逐渐提高漏斗位置,当水柱 高度超过某值时,刀口张开,水就喷射出来,模拟了著名的帕斯卡裂桶实验。图9大气压(1)大气有质量用抽气机抽出瓶内的空气,然后用夹子夹紧橡皮管,把瓶放在天平上,加 祛码使天平平衡。松开夹子,让外面的空气进入瓶内，天平就失去平衡。增加祛 码,天平恢复平衡，这增加的祛码就等于瓶中空气的质量。因空气是无色透明的, 演示过程中瓶内有无空气,学生无法感受。如图1 (a)所示,在瓶内放些纸屑, 且喷入烟雾,抽气时,能观察到烟雾被抽去;当空气进入时,

8、纸屑飞起来,学生便清晰感到空气的进、出。这样把瓶内有、无空气在学生脑中形成强烈 对比。还可在管口装上哨子,演示时学生不但看到空气冲入时纸屑飞舞的情景, 而且还可听到空气进入时发出的哨声。如图1 (b)所示，喷雾空罐侧面焊个自行车气门芯。演示时往罐内打 气,比较充气前、后罐的质量,可演示空气有质量。一般容积为100ml空罐,用 自行车打气筒打10余次,质量可增加58克。(2)证明大气压存在的几则演示图2 (a)所示为马德堡半球,它是对由铸铁制成的空心圆盘,其中一 个圆盘带有可启闭的气嘴。演示时,先把两圆盘的对处擦净,并抹上薄层油脂,随后把两圆盘合在一起,要用压下并稍微转动一下再抽气。半球的对处有

9、污垢时,实验不易成功。用可挥发性液体(如汽油)把对口 洗净。拉半球时,不要扭转用。如很容易拉开,大多是气嘴和对口处漏气。为 了保证演示时安全,可用长约半米的绳子把两个半球的把手连起来,以防半球脱 开时发生意外。(a)(b)图2如图2 (b)所示，三通管用有机玻璃制成,板面两端的孔和板的侧小孔 相通，小孔内插一根装有阀门的塑料管,管端扎个小气球，两个塑料皮碗作半 球。实验时把两半球分别贴在板的两平面上，半球的中心对准板上的孔。打开阀 rj,用手轻压半球,气球鼓了起来,“显示半球内空气的去路:闭合阀门后用 拉半球,很难使球与有机玻璃分开,显示了大气压的作用。打开阀门,气球变瘪, “显示空气又进入半

10、球，半球落下。这样把半球内空气的来龙去脉形象地显示出 来。图3所示的几种装置可替代马德堡半球进行演示。图3 (a)是用注射器, 演示时把活塞推到底端用手指压紧注射口,在活塞上吊重物,重物不会掉下;图 3 (b)是用两只吸盘式的衣钩，把它们的“吸盘”对齐,用压紧,然后提起,在 钩下端挂重物,两个衣钩不会分开;图3 (c)是用装有木柄的橡皮吸盘(厨房 洗菜池用的吸水器),先将凳面(比较光滑)弄湿,把橡皮吸盘直立在凳面上， 握住木柄往下压,压出吸盘内的空气，提起木柄,凳子被起提起。如图4 (a)所示,当水杯侧过来或倒置时纸片都不会落下,水不会流出, 由此证明大气压的存在。如在杯子底部开个小孔(采用塑

11、料杯加工比较方便)， 演示时,先用手指堵住小孔,实验结果与前述相同,但当放开堵住小孔的手指时, 纸片随即落下,进一步证实大气压的存在。图4 (b)是在大口瓶内做上述实验, 抽走瓶内空气,纸片会落下,从“反面”说明大气压的存在。如图5所示,取根直径约1.5cm的长玻璃管,上端用塞子封闭,另找 个直径稍小于玻璃管的小瓶(以小瓶能在管内自由移动为宜)。实验时先在管内灌满水,将小瓶（瓶口朝下）插入玻璃管,管内水徐徐流下,小瓶不但不落下, 反而在大气压作用下渐渐上升,一直到管的顶部为止。为了证实小瓶确是因大气压的作用而上升的,可在玻璃管的木塞上开个小 孔。开始实验时,用手指堵住小孔，重复上述实验,小瓶徐

12、徐上升;当小瓶升到 一定高度时,放开堵孔手指，小瓶立即落下,这时因长管上端也有空气。（3）大气压的测定托里拆利实验（图6）是验证和测量大气压的个重要实验,由于实验中 使用水银量较多,要注意安全。往托里拆利管内灌水银时,可用根长丝线穿 枚大号缝衣针放入管底,小漏斗插入管口,然后一边灌水银（也可用注射器灌注）, 边提着线将针拉起来,这样管内的残留空气将被排净（图6 （a） ） 滴定管活栓图3水银注满后,戴上乳胶指套,以右手食指抵住管口（因管内水银是灌满的， 此时会有一些水银被排出,注意预先放好盛器）,左手反握管子的闭端附近,小 心地将管子竖直倒立在已盛有适量水银的水银槽内,并使管口连同食指齐浸没

13、在水银里（图6 （b） ） 在水银面下放开右手的食指，可观察到管内水银柱先 是下降,然后稳定在某一高度。用演示米尺的零刻度线对准槽内水银面,测量管 内水银柱的竖直高度h （约6cm）。当玻璃管倾斜时,水银柱的长度虽然增大, 但它的竖直高度不变（图6 （c）。水银蒸汽对人体非常有害,操作时切不可使水银溅落在教室里。可放在大的搪瓷盘里做实验,以盛接溅落的水银。在实验时,一定要带上乳胶手套(或指套)， 不能用手指直接触及水银。若水银已溅落在地而无法收集时,可撒些硫磺粉末并 打开窗户通风。水银的密度很大,管子又长达1m,故耍选择管壁较厚的管。当管内灌满水 银后,必须注意两手握管的位置，严防管子折断。图

14、5图7装置可.方便地演示托里拆利实验，并可模拟大气压变化时水银柱高度 的变化。把长约1m、两端开口的玻璃管,上端用橡皮管接带有活栓的玻璃导 管,下端插入厚壁玻璃瓶内的水银里。瓶塞上另插 L形短玻璃管,通过此管 可向瓶内打气加压或抽气减压。演示时先打开玻璃管上的活栓,用打气筒向瓶内 打气,这时瓶内水银沿玻璃管上升,升到活栓时停止打气。要小心操作,以免 水银从管口喷出。关闭活栓,并拿掉打气筒,这时管内水银面落下,并稳定在 定高度,用刻度尺量出瓶内水银面到管内水银面的高度,即为大气压的量值。向 瓶内打气或抽气,可模拟大气压变化。流体的压强(1)流体的流速和压强的关系如图1所示,向张纸面上吹气,纸将向

15、吹气一面飘起。向两张纸面中间吹气,两纸面相互靠拢。实验表明,气流速度增大时压强减小。图 1如图2所示，乒乓球放在玻璃漏斗内的管口附近,从管口向漏斗吹气， 由于漏斗颈流速增大，压强减小,乒乓球被压向漏斗,不会落下。如图3所示,瓶内装大半瓶水,用压气球（或气筒）向瓶内打气（为了防 止瓶内压增大而使瓶塞冲出,可用铁丝扎紧瓶塞）,水即从尖口喷出。这时把 个乒乓球轻投在喷出的水流上，小球几乎停留在水流的上端翻动而不落下。实 验说明,水流中间流速大压强小,当球偏离中心位置时,压强差使球向中间靠拢 并稳定在水流上端。图2图3图4相互作用守恒量能埼动量角 动 量电 荷Q电 子 轻 子 数 Le子轻子 数重 子

16、 数B同位旋i同 位 旋 分 hr Iz奇 异 数S宇 称P电 荷 共 親C时 间 反 演T联合变换CPT强7qqqqqqqqqq电磁qqqqqqXqqqqqq弱qyqqqqqXXXXXXq如图4所示,在高压锅内放入1/41/3水,将水烧开直到蒸汽急速喷出时停 止加热,把个乒乓球轻投在喷出的蒸汽流上,小球在蒸汽流上端悬浮翻滚。如图5所示,把两个粗细不同的T形管,用橡皮塞连接,当水从粗管向 细管流动时,从竖管的水位,可显示压强的大小:粗管的流速小,压强大;细管 的流速大,压强小。(2)演示喷雾器的主要构造和它的工作原理如图6所示,用向水平放置 的尖嘴玻璃管吹气,因尖口处流速增大而形成低压区,水被

17、压到竖直插在杯里的 玻璃管管口,并被气流冲散成雾状。(3)水流抽水机如图7所示,三通管上、下两端的软木塞均插有玻璃管,上端的玻璃管拉成 尖嘴状,下端的玻璃管成喇叭口,尖嘴正对喇叭口,两管间形成的细窄部分正好 位于抽气管处。抽气管通过橡皮管与微小压强计相连。演示时,从上端管口灌水(接自来水或抬高的水桶),水即从尖口流入喇叭,并从下面流出,压强计出 现压强差，说明水经过细窄部分时流速大大增加,压强变小。(4)机翼升如图8所示,用薄木片制作两块翼肋,并以吹塑纸作蒙皮做成机翼。在其重 心的轴线上穿两根直径约0.15mm的漆包线,漆包线两端固定在支架上。电风扇 位于机翼的前方,当风扇转动时,由于空气流动

18、,机翼获得升。图8浮力产生原因(1)如图1 (a)所示,容器隔成上、下两层,隔板中间开有圆孔,另插长、 短细玻璃管各根。演示时在隔板上放蜡块,蜡块盖住隔层中间的圆孔,用手指 堵住长管管口,同时缓缓地向容器内注水，蜡块被浸没后仍不浮起，这是因为蜡 块下端没有水，没受到向上的压,不产生浮力(图1 (b)。堵住管口的手 指放开后,容器上层的水通过短管进入下层，当水升到蜡块下端面时,蜡块即刻 浮起(图1 (c) ) 图!(2)如图2所示,将可乐瓶剪去截成一漏斗状容器，让个乒乓球把瓶 堵住。向瓶内倒水,浸在水中的乒乓球虽然排开一定量的水,但并不浮起。用 瓶盖(可用手)将瓶口堵住,让流出的水聚集在球的底部

19、,这时球获得产生浮力 的条件,即向上浮起。阿基米德原理(1)图1 (a)所示为阿基米德原理演示器，它实质上是个附有圆形小桶 和圆柱体的专用测计(小桶的容积与圆柱体体积相同)。演示时将圆柱体浸入 溢流杯中,直到浸没。此时,水从溢流杯流入烧杯,测计弹簧缩短,圆形指标 上移,它与活动指标之间形成差距(图1 (b),该差距指示着圆柱体所受水 的浮力大小。将烧杯中的水全部倒入小桶，小桶内的水正好被灌满,这表明被圆柱体排开 的水的体积等于圆柱体的体积。同时测计的弹簧乂伸长到原来位置,圆形指标 又与活动指标对齐(图1 (c)。表明圆柱体浸入水中所受浮力的大小等于它 所排开水所受的重力。如果换用其他液体，如盐

20、水、酒精,可得相同结果。由此可以得出这样个结论:浮力的大小等于所排开的液体所受的重力。这 就是著名的阿基米徳原理。（2）取只小塑料袋,袋内装满水,用细线把袋口扎紧（要求袋内不留空 气）,再用弹簧秤将它吊起（图2）,称出它所受的重力。随后将这袋水逐渐浸 入水中，弹簧秤读数逐渐变小。证明水袋受到水对它作用的浮力,方向向上,浮 力的大小等于弹簧秤减小了的读数,而且浮力的大小还随排开水的体积的增大而 增加。当水袋全部浸没时,弹簧秤读数恰好为零,说明浮力与排开的水所受的重 相等。图2（3）如图3所示,杠杆端挂有硬卡纸做的体积相同的杯状圆桶和封闭的 空心筒。演示时将空心纸筒放入较大容器内,调节重物在杠杆上

21、的位置，使杠 杆平衡。将已准备的二氧化碳气体注入容器,空心纸筒浮起，杠杆失去平衡。然 后再把二氧化碳气体注入上面的纸杯,注满时，杠杆又恢复平衡。演示说明,阿 基米德原理不仅适用液体,也完全适用气体。图3因为二氧化碳气体密度和空气密度相差不多,所以纸筒的体积要大些（如直 径10cm、高10cm）,实验效果比较明显。为了检验二氧化碳是否已充满容器 或纸杯,可用点燃的蚊香放在容器或纸杯的边沿,若蚊香熄灭,说明已充满二氧 化碳气体。二氧化碳可用下述简单方法制取:在杯内放入小苏打（NaHCCh）和 醋（含有乙酸CH3coOH成分）即可。注意,在倾倒杯中二氧化碳气体时,不要 将杯内液体倒出。为了实验需要,

22、可多制儿杯。浮沉条件（1）如图1所示,把鸡蛋放在盐水中,使蛋有一小部分浮在水面,将清水 慢慢注入盛有盐水的筒内，并用棒轻轻搅拌,鸡蛋会逐渐下沉、悬浮、沉到底部。 上述现象是注入清水,盐水密度逐渐变小而致。演示所用的鸡蛋应选用新鲜的， 因变质的鸡蛋的密度可能小于1,即使在清水中也不会下沉。盐水的浓度要根据 鸡蛋的新鲜程度而定，应使鸡蛋放入盐水中,只有很小一部分露出水面,否则注 入清水后不易下沉。鸡蛋也可用蜡制小球（内含小重物）替代,调节重物大小,使其密度略大 于1即可。这样制成的蜡球比鸡蛋易于保存。（2）如图2所示,把牙膏管的尾端剪掉，管口用盖子旋紧，张开尾部将牙膏管扩张成空筒状。将牙膏管放入水

23、中,它浮在水面上;将它稍为捏瘪些，它 沉入水中的部分就多一些;再捏瘪些,再下沉些;捏到定程度,它就沉入 水底。(3)潜水艇模型如图3所示,取塑料瓶,将其底部切开,瓶内粘放适量橡皮泥,配重后当 作船底。瓶塞插两根皮管,短管瓶内一端用胶固定在船的底部,瓶外一端用胶水 纸固定在瓶底部，作进(排)水管。长管瓶内一端用胶固定在船的顶部，另端 作气口。最后将瓶的截口和底的截放在加热的铁板上,使两截口熔化,立即将 两截口对齐紧压封闭。另取塑料小瓶,剪成合适的形状加热后压到瓶的上部, 这样,整个装置像潜水艇的形状。实验前先在模型内滴几滴酚醜溶液,往水槽中加少量的碱溶液。将模型放进 槽内水中，对气口抽气,水进入

24、模型内，进入的水马上变红色,模型渐渐浸入水 里;停止抽气,模型可以停留在水下的任意位置。由此演示了潜艇在水下的停留 和下沉状况。再从气口打气,模型内红色的水逐渐从下面管被压出，模型渐渐上 浮直至全部浮出水面,演示了潜艇的上浮状况。(4)浮沉子如图4 (a)所示,瓶子里装大半瓶水,另在个一端封闭的小玻璃管里装 进适量的水,用手指按住管口倒放入瓶内水中,然后松手,小玻璃管刚能浮出水 面，用橡皮膜将瓶口绷紧扎牢。用手指压橡皮膜,小玻璃管下沉一点;松开手指, 小玻璃管上浮；压适度，小玻璃管可悬浮在水中。为着清管内水面升降情况, 可在小玻璃管内水面处放一颗有色的蜡制小圆球作水面指示。为使浮沉子比较灵 敏

25、,小玻璃管倒置在水中时,管底应刚好和筒内水面相平。小玻璃管浮在水面时,它所受到的浮力等于管浸入水里的部分所排开的水的 重力与管内气体所排开水的重力之和。手指压橡皮膜，瓶内气体被压缩，水面上 压缩空气加到密闭液体上的压强由水传递,将水压入玻璃管内,管内的气体被压 缩,体积变小,因而管内空气所排开水的体积变小,管所受的浮力变小,当浮力 小于玻璃管所受的重力时，玻璃管就下沉一点。放松手指,加到密闭水面上的压 强减小,管内的压缩空气将管里的水压出一点,管内气体体积增大，压强减小， 因而它所排开的水量增大，管所受浮力也增大,浮力大于玻璃管受到的重力,玻 璃管就上浮一点。如图4 (b)所示，将插有玻璃管的

26、瓶塞代替橡皮膜，再在玻璃管上接根 长胶皮管,管内充满水。若将管口升高或下降,浮沉子会下沉或上浮。置管口于 适当高度,浮沉子可悬浮在某位置。如图4 (c)所示,利用I日牛顿管代替玻璃瓶,用注射器改变液面气体压强, 以此控制“浮沉子”的沉浮。简单机械(1)杠杆图1所示为自制演示杠杆。杆长取1m,杆上涂有红、白相间的有色线段作 为刻度。为了演示作用方向和杠杆成角度,可用轻质吹塑纸做量角器,用橡皮 泥固定在杠杆上任一位置。实验时可边讲边演示,且在讲解演示过程中,在杠杆上安插标有0、A、B 等符号的轻质小纸旗,在钩码下悬挂标有B、F2等符号的小纸旗。这样比较形 象直观,有助于学生对支点、力的作用点和力臂

27、等概念的理解。演示时动和阻力可.根据教学要求任意设定,各类杠杆的省力、费力演示方 案可自行设计选择。(2)图2所示为杠杆原理多用轮，它不仅能演示杠杆、滑轮、轮轴等简单 机械的各自特点,还能反映它们之间的内在联系。多用轮由杠杆、轴、轮(直径 约20cm)和框等组成,通过不同组合可作下列演示。杠杆原理演示:图2把多用轮按图2 (a)组合,改变与力臂,可演示各类杠杆作用。定滑轮原理演示:把多用轮按图2 (b)组合,使杠杆在水平位置,可以明显显示定滑轮是 个等臂杠杆。滑轮转动时,任何时刻总可以认为滑轮的一条水平直径起到杠杆的作用,据 此可以说明定滑轮是等臂杠杆的变形。动滑轮原理的演示:把多用轮按图2

28、(c)组合,使杠杆在水平位置,可以演示动滑轮是个不 等臂杠杆,据此可以说明动滑轮能省一半。轮轴原理的演示:把多用轮按图2 (d)组合,使杠杆在水平位置,可以演示由轮和轴组成的 轮轴也是种不等臂杠杆的变形。在轴上再套上圆环，增大轴半径,可演示不同 轮半径和轴半径时的省力情况。物体的形变(1)玻璃瓶的形变如图1所示,在椭圆形的大墨水瓶瓶塞中插根内径约11.5mm毛细管, 瓶内装满染色水,管后衬白色纸屏。演示时,在瓶的截面短轴方向(图1 (a) 所示方向)施加压,水柱上升，说明瓶体微小形变使容积减小;撤去压,水 柱下降到原位。在瓶的长轴方向(图1 (b)所示方向)施加压，水柱下降, 说明瓶的容积变大

29、;撤去压,水柱升到原处。演示长轴方向施力时水柱下降,可纠正学生错误认为这是瓶内水柱受热膨胀 所致。玻璃管的长短、内径的大小要经实验选择,以液柱变化明显为宜。(2)桌面的形变图2如图2所示,用激光束照在桌面平面镜上,经两次反射后照在墙上。演示时,用压桌面,墙上的光点会发生明显偏移,说明桌面受外力而产生 形变。若无激光器可用幻灯代替,用块开有狭缝的黑纸片插在透镜前,利用墙 上的狭光带偏移演示桌面的形变。(3)钢丝的形变如图3所示,在长约1m的底板上，一端固定一个定滑轮,另一端装立柱。 在靠近滑轮端处有一个带有小轮并可绕垂直轴转动的小平面镜。把钢丝的一端 固定在立柱上,另一端在小轮上环绕一周后跨过滑

30、轮挂上重物。在平面镜前置一 激光器(也可用幻灯或手电筒作光源,但需将小平面镜用墨纸掩住,只留一条垂 直狭缝作反射用）,让光线射向平面镜并反射投影至屏上或墙上。这样,钢丝受 伸长,带动平面镜转动,反射光线在屏上就有一较大位移。（4）扭转形变模拟演示器如图4所示,在一-根橡皮管上,固定若干个圆形泡沫塑料片,用以模拟金属 丝上横截面，圆形片上画上表示半径的直线。橡皮管的末端塞上一段小木柱。 根横杆穿过橡皮管末端作扭转用。橡皮管的上端用木塞装在固定夹上,夹上还装 有一根竖直指针。演示时,用扭横杆,橡皮管发生扭转,圆形片转过一定的角度,角度的大 小可由圆形片上的半径线与竖直指针间的夹角。看出。撤去外力,

31、橡皮管恢复原 状。摩擦（1）图1所示为显示摩擦方向和大小的演示器。在长方形木块上,各装 块长方形薄板作为木块的模拟接触层,薄板通过短橡皮筋与木块连在起。要 求木块和薄板间摩擦很小（这可以通过它们之间的小轮或贴上摩擦力很小的聚 四氟乙烯薄片等方法达到）。为了增大接触面的摩擦,上薄板的顶面和下薄板的 底部都贴上表面粗糙的砂布。上、下层侧面各装一枚指针,木块上标有刻度,以 指示上、下层滑动的方向和大小。利用上述装置,可作多种演示,举例如下:如图1 (a)所示,把摩擦块放在桌面上,用测计钩住摩擦块一端小钩。 在未施时,接触层上指针不动,当向右施力而木块发生滑动时,从指针指示说 明木块受到桌面对它的静摩

32、擦和施方向相反;随着测计拉力加大，指针偏 移增加,说明静摩擦随拉力的增大而增加。如图1 (b)所示,把A、B两块摩擦块重叠在起,放在桌面上,当向 右拉A时，从指针指示说明桌面对A的静摩擦方向向左;A、B之间的接触层 存在摩擦。如果向右拉B (图1 (c),从指针指示可分析各木块所受摩擦 的方向。图1如图1(d)所示,把摩擦块放在斜面上,从指针指示可知斜面对它的静 摩擦方向为沿斜面向上。当斜面角度增加时，从指针指示可知静摩擦随着增 加。如图2所示,用长毛板刷的毛面模拟接触层,从毛的形变情况可判断摩擦 的方向,若效果不明显,可在刷上放重物。(2)图3所示为种摩擦描绘器,底座上有轨道,装有两用测计的

33、木 块可在轨道上滑动,秤钩处装笔架。笔用固定在笔架上的细橡筋卡住。细绳系 住秤钩绕过上、下两滑轮。当用拉绳，屏上描绘出一条如图所示的曲线。曲线的竖线部分表示静摩擦力随外力的增加而增大，曲线的最高点即为最大 静摩擦,曲线的水平部分即为滑动摩擦。从图线可清楚看出静摩擦、最大 静摩擦力和滑动摩擦间的关系。若在木块上放不同的重物，在底座的轨道上铺粗糙程度不同的材料，还可.描 绘出不同压、不同摩擦系数下的摩擦曲线。(3)滚动摩擦和滑动摩擦比较图4所示为一木圆柱体滚子，其轴心处装 有铁丝钩环,圆柱体个端面上钻有小孔。演示滑动摩擦时，把销子插进圆柱体小孔内,然后用测力计拉着钩环使圆柱 体在桌面上作匀速运动,

34、此时测计的示数即为滑动摩擦。拔出销子，仍用测 计拉滚子作匀速运动,此时测计的示数便是滚动摩擦。演示说明,滚动摩擦比滑动摩擦小得多。图5如图5所示,选择直径5cm的大滑轮,滑轮可绕轴转动,但用螺母锁紧 时滑轮可止动。演示时,细绳一端挂祛码,另一端跨过滑轮后接测计。先放松滑轮,用测计匀速拉祛码,滑轮随着转动,这时测计示数和祛码 的重力基本相同。然后锁紧滑轮,匀速拉动测计时,测计示数比硅码的重力大,从而说明 滚动摩擦比滑动摩擦小得多。的合成和分解(1)的合成平行四边形法则图1所示的磁性盘,可.用来验证平行四边形法则。板上的滑轮J利用磁 性定位在铁皮黑板上。磁定位滑轮由磁环、软铁盖板、铝质滑轮和固定螺

35、丝组成。 演示时按要求在板上把滑轮和橡皮条定位,先用两组钩码B、F2把橡皮条下端 拉仰到A处,再用组钩码F也使橡皮条拉伸到A处,两次实验橡皮条有同样 的伸长,显示了合力和两个分力是等效的。再用粉笔在板上作力的图示,可以看 出F是以B与F2为邻边的平行四边形对角线。改变分力大小和夹角,可得到同样结论,从而归纳出平行四边形法则。本装置也可演示合力大小与分力间夹角的关系。以钩码代替测计,可提高 课堂演示的直观性。如果合力凑不成整数,也可改用可见度大、标度清晰的演示 测计。图2所示模型可演示合力随两分力间夹角改变而改变,以加深对平行四边 形法则的认识。用木条制成平行四边形,C、D两点用钾钉钾住作转轴,

36、B点用 蝶形螺丝夹住,A点处用5mm的空心飾钉钾住。旋紧蝶形螺丝,就可固定平 行四边形的形状。图2把根比AD间距离稍长的松紧带,一端固定在C端,另端穿过钾孔后 固定在D点,AB和AD边上画两个带箭头的线段表示两分力,松紧带AC就可 作为这两个分力的合力。在C端画上一箭头,以代表合力方向。BC与DC边可 用颜料画上虚线,以显示完整的平行四边形。调节蝶形螺丝,改变AB、AD间的夹角,可看到合力的大小变化的情况, 并可粗略地显示出它们间的数量关系。由于合力由松紧带显示,当合力较小时(如 AB、AD边反向),其多余部分可通过A孔收缩在AD背后。图示尺寸供自制 时参考。(2)三角形支架的受力分解如图3所

37、示,支架做成插入式,插口用铁皮制 成,竖杆上开有两个缺口,两根杆分别和缺口上的橡皮膜固定,缺口处贴上透明 有机玻璃。支架受后,从橡皮膜的形变可显示出杆的受力情况。演示时可如图 3 (a)所示把支架固定,在点挂上钩码,这时N处的橡皮膜被拉伸,M处的 橡皮膜被压缩。横杆和斜杆的受力明显可见,即硅码对支架产生了两个效果:沿 NO方向拉横杆(力,沿OM方向压斜杆(力F2)。也可如图3 (b)所示 把木条插入插口,这时在点挂上祛码后,橡皮膜显示横杆受压,斜杆受拉 。如图3 (c)所示把演示器底座竖直放置，可模拟演示电线杆等装置的受力 情况。图4所示的实验装置可用直径23mm的铁丝做成。、M、N三个端点弯

38、 成小圈,在M、N两个小圈内分别穿根橡皮圈,将橡皮圈对折后套进支架直 杆里。在。点挂上适量钩码后,橡皮圈发生形变,从而形象地显示物体的受力 情况,并可进行力的分解。如图5所示,一适当粗细的铝管或竹管套在水平轴上,管内放一段弹簧,将 横杆AB插进管内抵着弹簧,并在杆上作好刻度。绳子BC的中间连一段弹簧。 将钩码挂在横杆B端,管内的弹簧被压缩,横杆上的刻度减小,BC上弹簧被拉 长。同前面一样可进行力的分解演示。图6装置也可供自制时参考。(3)重力在斜面上的分解如图7所示,在竖直板上装有倾角可变的斜面,滑轮A和滑轮B分别可 沿垂直槽上下移动和水平槽左右移动,并可固定在槽内的任一位置(旋紧板后螺 丝)

39、。小车的车顶和车后分别装上挂钩，以便用绳拉住,且使正交的两根细绳恰好穿过车子的重心。作为重物的桶内装入适量的铁砂。演示步骤如下:如图7 (a)所示,调节斜面为某倾角,并调节滑轮B在 槽内的位置,使细绳沿着斜面方向;增减桶内的铁砂,使小车静止在斜面上。此 时,桶和铁砂所受的重力恰好等于小车所受重力沿斜面方向的分力Fi。调节滑 轮A在槽内的位置,使悬挂小车细绳垂直于斜面;增减桶内铁砂,使小车不依 靠斜面的支承仍静止在原来的位置上。此时,桶和铁砂所受的重力恰好等于小车 所受重力垂直斜面方向的个分力F2。这时移去斜面,小车仍留在原位静止不 动(图 7 (b)。演示说明,斜面上物体所受的重力可分解为沿斜

40、面方向和垂直斜面方向的两 个分力。其大小分别等于桶与桶内铁砂所受的重力沿斜面或垂直斜面方向的拉 的大小,其方向就是这两个拉力的反方向。用量角器测出斜面的倾角,可加以验 证。图8(b)如图8 （a）所示,在倾角可以改变的斜面上铺放两块软泡沫塑料（可用 厚约5mm的泡沫塑料多层叠放）,在泡沫塑料面上垫上光滑的薄板。演示时放 上足够重的圆柱体,两块泡沫塑料都发生形变,从形变的大小可间接反映圆柱体 在斜面上所受重力的两个分力的大小。如果把原来垂直于斜面的泡沫塑料改为在 竖直方向固定,仍放上圆柱体,这时可看到如图8 （b）所示的现象:竖直挡板 对圆柱体的弹变为水平方向的Ni,斜面对圆柱体的弹为N2。显然

41、此时重力 的两个分力与图（a）所示情况是不同的。这样可使学生认识到斜面上的物体所 受重力的分解并非一成不变,而应根据具体情况而定。为使演示清晰,两块泡沫 塑料的边缘可涂上鲜明的颜色,并画上规则的小方格,圆柱体可用装满砂子的圆 罐代替。的平衡（1）共点力作用下物体的平衡如图1所示,木板两端装有滑轮A和滑轮B,其中B可升高。演示时, 先使两滑轮等高,小车在等量钩码作用下保持平衡。改变其中个钩码所受的重 或把滑轮B升高,平衡都会破坏。演示说明两平衡条件是作用在同一物体 上两,大小相等,方向相反，作用在同一条直线上。图2如图2所示,将磁性滑轮在盘(铁皮黑板)上定位,小圆环在三个力作 用下平衡而保持静止

42、,在纸上标出圆环中心位置,用的图示法画出三个,应 用平行四边形法则可得此三合力为零。实验表明物体在三个共点力作用下的平 衡条件是合力为零。历计图3如图3所示,三个测计附有磁性较强的磁铁。这样,测计就可在铁皮 盘上任一位置定位。演示时,让小圆环在三个测计作用下处于平衡。根据测 计示数,用作图法能很方便验证共点力的平衡条件。(2)力矩的作用如图4 (a)所示,用木条自制个单臂梁,梁上画上相等的刻度,用硬纸 片制成两量角器,其中一个量角器固定在梁的转轴上以指示梁的水平位置,另 量角器可在梁上移动,以指示施方向。演示时按图4 (b)所示,梁一端悬挂 钩码，用测计在A、B点先后使梁保持水平平衡。计算两次

43、矩,可看出它们的力矩相等。说明相等的矩产生效果相同。测计仍在A点施,但改变角 度,计算其力矩,仍然得到上述结论。(3)仃固定转动轴物体的平衡(a)(b)图4仍用图4 (a)所示单臂梁，按图5 (a)所示保持钩码所受重力和悬点不 变,测计拉始终垂直于梁，但使梁分别在与水平成不同夹角的位置上平衡。 读出各次测计的不同示值，测量出各次钩码的不同力臂，可看到每一平衡状态 下,两个矩代数和总为零。如图5 (b)所示,保持钩码所受重力和悬点不变,改变梁的倾斜角,但测 计始终水平拉梁使其平衡。读出拉,测算出每次测计和钩码的力臂，仍可 得到以上的结论。图6所示为演示力矩盘(图盘要选用均匀板材.(如铝板)制成,

44、直径约4 0cm),盘上钻有分布均匀的小孔。支架上装有可上下、左右移动并固定在任 位置的滑轮。演示前,根据教学要求,设计矩平衡方案,如图(a)、(b)、 (c)、(d)所示。根据设计方案，在矩盘的相应孔中插放香蕉插头,悬挂祛码的细绳套在插头上。调节滑轮位置,使力的作用线的方向满足力矩平衡方程, 此时矩盘处于平衡状态。图7所示的矩盘用薄铁皮（或镀锌铁皮）制成。圆盘上部安放把刻度 明显的尺,尺上挂一条可水平移动的重垂线,以便于测量臂。当用儿块质量相 同的磁铁同时吸在盘上不同位置时，圆盘会自动调节达到平衡。用重垂线从刻度 尺上读出各臂,通过计算可演示具有固定转动轴的物体的平衡条件。物体平衡和稳度（1

45、）平衡的种类(a)(b)(c)图1如图1所示,圆环中央铁丝上有一块可上、下移动的重物。如图(a)、 (b)、(c)所示将重物固定在铁丝的不同位置,可演示稳定平衡、随遇平衡和 不稳定平衡。如图2所示,细颈瓶内装满水,把瓶如图(a)、(b)、(c)所示放置, 可演示三种平衡。图2图3(2)稳度如图3所示,瓶塞上插一根细竹签,竹签上粘团橡皮泥,改变竹签上橡皮 泥位置,可.改变瓶的稳度。实验中可发现,重心愈高,稳度愈差。如在瓶底部套 块圆板,瓶底面积增加,再重复上述实验,即使重心较高,也比较稳定。演示了物体稳度与重心位置及底面积的关系。匀速直线运动（1）如图1所示为根长约1.2m的有槽轨道。轨道的支架

46、可调整其倾斜度, 指示钢球位置的小旗可用夹子夹在轨道边上。演示时先调节轨道,使起始端略高, 以抵消钢球滚动时的摩擦阻。用节拍器计时,轻推钢球,使球有一个初速,用 旗子标出每个节拍时球在轨道上的位置。从测量结果可知:球在相等时间内通过 的位移相等。图1（2）如图2所示,一端封闭、长约L5m的玻璃管,固定在贴有薄铁皮的长 板侧,用红色蜡做个长约34cm、直径稍小于管径的圆柱体,近底部处绕 几圈细铁丝。蜡柱装入管中后注满清水,蜡柱能缓慢地在管中匀速上升。蜡柱与 管子间隙大些,上浮的速度也大些。演示时,在管外用磁铁吸住蜡柱,并置蜡柱 在管内底部位置。取掉磁铁释放蜡柱上浮,利用节拍器计时,在每个节拍时记下 蜡柱位置（可用小磁块吸在管旁铁皮上作标记）。可以发现,蜡柱在相等时间内 通过的位移相等。蜡柱刚释放时作加速