《物理演示实验原理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理演示实验原理.docx（6页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、物理演示实验原理 海市蜃楼演示 实验目的： 利用人工配制的折射率连续变化的介质，演示光在非均匀媒质中传播时，光线弯曲的现象以及模拟自然界昙花一现的海市蜃楼景观。 实验原理： 海市蜃楼演示装置，如图3-30-1所示，箱体尺寸为600mm350mm450mm。图中，A是水槽；B是实景物；C是激光笔；D是射灯；E是装置门；F是水管入口；G是观看实景物窗口；H是观看光在水槽内传播路径的窗口；K是观看模拟海市蜃楼景观的窗口。 图3-30-1海市蜃楼演示仪 海市蜃楼是一种自然现象,但在被充分认识以前,往往被人们神秘化、甚至迷信化。其实海市蜃楼就是阳光在大气中折射而产生的一种光学现象。当一束光线从一种透明介
2、质到达另一种透明介质时其线路会发生改变,这就是光的折射，如图3-30-2所示。图33-2中为透明介质、的分界面，为法线，律可得： 为入射角， 为折射角。设光在中的速度为 ，在中的速度为 ，由折射定图3-30-2 图3-30-3 通常把光速较快的介质叫光疏介质，把光速较慢的介质叫光密介质。由式可知：光线从光疏介质进入光密介质时，入射角大于折射角，光线折向法线。光线从光密介质进入光疏介质时，入射角小于折射角，光线偏离法线。当光线从光密介质进入光疏介质时， 光线偏离法线。显然，在此情形下存在一小于90的入射角，在这个入射角的作用下，折射角等于90，折射线掠过分界面，如图3-30-3所示。当折射角大于
3、时，折射线就不存在，入射线全部被反射，这种现象叫做全反射，如图3-30-4所示。 图3-30-4 图3-30-5 在自然条件下，如干旱的沙漠，当地面无风而被日光强烈照射时，在地面附近数层空气受到强烈加热变稀，密度变小。然后和上面高密度的空气互相融合交汇，形成很多连续的空气层，每一层上面的密度比下面的密度大。还有在海面上一薄层的水被阳光加热，此时对于水面上层的空气也被阳光显著地加热，同时受水蒸气的影响使空气稀化，密度变小。然后和上面高密度的空气互相融合交汇，也会形成很多相继连续的空气层，每一层上面的密度比下面的密度大。因为空气密度越小，光的速度越快，所以每一层都是光密介质在上，光疏介质在下。形成
4、相继连续的空气层对于入射光发生折射现象。在这种情况下，地面上一物体发出的光线入射到这样的空气层中，入射光线会偏离法线而折射。到最底点发生全反射光线开始向上折射，如果有一人正好站在点处，就会在点的下部看到两镜像，上者与物成反倒形而下者则成正立形，如图3-30-5所示，这就是我们日常所说的海市蜃楼。 实验仪器： 实验操作： 一、液体的配制 将装置门E打开，水管插入F口内固定好，向水槽内注入深为槽深一半的清水，再将约3Kg食盐放入清水中，用玻璃棒搅，使其溶解成近饱和状态，再在其液面上放一薄塑料膜盖住下面的盐溶液，向膜上慢慢注入清水，直到水槽水近满为止，稍后，将薄膜轻轻从槽一侧抽出，此时，清水和食盐水
5、界面分明，大约需6小时以后，由于扩散，界面变没了，在交界处形成了一个扩散层，液体的折射率由下向上逐渐减少，产生一个密度梯度，此时液体配制完成。 二、现象演示 1打开激光笔C，从水槽侧面窗口H观察光束在非均匀食盐水中弯曲的路径。 2打开射灯D，照亮实景物，在景物另一侧窗口K处观察模拟的海市蜃楼景观。 椎体上滚演示装置 实验目的： 1通过观察与思考双锥体沿斜面轨道上滚的现象，加深了解在重力场中，物体总是以降低重心、趋于稳定的规律。 2说明物体具有从势能高的位置向势能低的位置运动的趋势，同时说明物体势能和动能的相互转换。 实验原理： 能量最低原理指出：物体或系统的能量总是自然趋向最低状态。实验中的锥
6、体怎么从低处向高处滚动呢？本实验导轨的低端两根导轨的间距小，锥体停在此处重心被抬高了；相反，在高端两根导轨较为分开，锥体在此处下陷，重心实际上降低了。实验现象仍然符合能量最低原理。其核心在于刚体在重力场中的平衡问题，而自由运动的物体在重力的作用下总是平衡在重力势能极小的位置。本实验演示锥体在斜双杠上自由滚动的现象，巧妙地利用锥体的形状，将支撑点在锥体轴线方向上的移动(横向)对锥体质心的影响同斜双杠的倾斜(纵向)对锥体质心的影响结合起来，当横向作用占主导时，甚至表现为出人意料的反常运动，即锥体会自动滚向斜双杠较高的一端。 具体分析如下： 首先看平衡(锥体质心保持水平)时锥体的位置，如图1。AA1
7、端较高，但AA1处两横杆向外测倾斜，较高的支撑有使锥体质心向上移的趋势，而支撑点较宽又使锥体因其中间粗两端细而使质心有向下移动的趋势，两种趋势互相抵消可使锥体在任何位置都处于平衡状态。如果此时使AA1稍变宽或使BB1稍变窄，会使锥体在AA1端比在BB1端时质心位置更低，它将总往AA1(高端)滚动，从B端向A端看，如图2所示。 AA1端处于高宽端，BB1端处于低窄端，若支撑点遇锥面相切位置如图2所示，则当锥体滚动时，质心在水平面内运动，锥体处于平衡状态。设BB1端固定，AA1端宽度一定，只调节其高度，则AA1端下降，将会出现由平衡状态上滚的现象。AA1端至多下降到BB1端所在水平面上，不过此时滚
8、动虽明显，但“往上”不明显。故本实验装置高低宽窄布局要适度，使AA1端比平衡位置略低，锥体能自动滚动即可。 实验仪器： 实验操作： 1.取其它一圆柱形物，置于导轨的高端，放手后自动滚落。 2.将双圆锥体置于导轨的高端，锥体静止不动。 3.将双圆锥体置于导轨的低端，松手后锥体便会自动的滚上这个斜坡，到达高端(即开口端)后停止。 声聚焦演示装置 实验目的： 通过该装置使学生体验抛物反射面对声波的反射与聚焦的作用。 实验原理： 图19-1所示为抛物反射面的截面图，F为其焦点，MN为抛物面的准线。A1P1和A2P2任意传来的两条声波，它们的延长线和准线相交于Q1和Q2点，根据抛物面的性质： ， ， ，
9、图19-1 图19-2 上式表明平行于轴的各声线到达焦点F的声程相等。反之平行于轴的声波必交于焦点F。 图19-2所示为声波传播的路线。当一声源放在左边的焦点处，声波将被抛物反射面以平行于其轴线方向向右反射出去，此平行声波射到右面反射面时，被反射的声波聚交于右边的焦点处。 实验仪器： 实验操作： 两个学生参与演示，一学生站在焦点处，面对反射面说悄悄话。站在焦点处面对该反射面的学生将能清晰地听到对方的说话声，体验到抛物面对声音的反射和聚焦作用。 陀螺仪 实验目的： 演示进动现象。 实验原理： 绕旋转对称轴以很大的角速度转动的陀螺，如果没有外力矩的作用，由于惯性，物体转动轴的方向保持不变。迅速转动
10、的陀螺受外力矩(如重力力矩)作用时，它并不是立即倾倒，而是转动轴绕着某固定轴缓缓转动，即进动。由于磨擦等因素使陀螺绕对称轴转动的角速度逐渐变小，才慢慢地倾倒下来。 实验仪器： 实验操作： 1、演示角动量守恒：将带框的陀螺仪放在加速器上，踩脚踏开关。当陀螺仪高速旋转起来时，将陀螺仪拿起，观察陀螺转轴的角度，然后手拿陀螺仪外框的轴向各个方向转动，这时陀螺转轴的角度始终不变。 2、演示刚体的进动：将无框的陀螺仪放在加速器上，踩脚踏开关，当陀螺仪高速旋转起来时，将陀螺仪拿起，放置于底座上，此时，陀螺仪就会绕竖直轴进动。 3、还有几个用陀螺仪演示的角动量守恒小实验，也非常有趣：将旋转的陀螺仪放在斜坡上，它不会倒下，而会沿斜坡下滑；将旋转的陀螺仪倒放在转盘上，放的位置不同，现象也不同。
