& 电磁继电器的组成、原理和特点知识点 & “据《海峡都市报》报道：“104国道设计使...”习题详情
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据《海峡都市报》报道：“104国道设计使用年限为15年以上，但是才使用了5年就大修，现已伤痕累累”．这是为什么呢？某小组经过调查发现汽车超限超载运输是危害公路的“头号杀手”，并且主要有如下危害：（一）严重破坏公路设施，增加公路维护费用，缩短公路使用寿命．（二）对公路桥梁的安全构成严重威胁，超载车辆大多采取加装钢板弹簧等办法，使车货总量及轴载量大大超过了公路桥梁的设计荷载标准，从而导致了大部分桥梁涵洞出现拱圈开裂、桥墩变形等病状，引起桥梁结构灾难性的破坏．（三）造成国家经费大量流失，影响了公路建设资金的筹措．（四）容易引发道路交通事故．（五）造成汽车行业的畸形发展．（1）针对汽车超载运输容易引发道路交通事故，请你从物理角度谈谈产生这种危害的原因．（2）小组通过讨论，设计了一个报警装置（如图），限制超载车辆上路，请你替他们介绍此装置的工作过程．当汽车所装货物的质量超过限制时，会使上踏板弯曲程度增加，两触点&，电磁铁电路　&，电磁铁　&衔铁，电铃电路　&，发出警告．&
本题难度：一般
题型：解答题&|&来源：2010-中考物理一模试卷
分析与解答
习题“据《海峡都市报》报道：“104国道设计使用年限为15年以上，但是才使用了5年就大修，现已伤痕累累”．这是为什么呢？某小组经过调查发现汽车超限超载运输是危害公路的“头号杀手”，并且主要有如下危害：（一）严重破坏公...”的分析与解答如下所示：
电磁继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流．较低的电压去控制较大电流．较高的电压的一种“自动开关”．故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用．只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合．当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放．这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的．故答案是：相接、接通、吸引、接通．
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据《海峡都市报》报道：“104国道设计使用年限为15年以上，但是才使用了5年就大修，现已伤痕累累”．这是为什么呢？某小组经过调查发现汽车超限超载运输是危害公路的“头号杀手”，并且主要有如下危害：（一）...
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经过分析，习题“据《海峡都市报》报道：“104国道设计使用年限为15年以上，但是才使用了5年就大修，现已伤痕累累”．这是为什么呢？某小组经过调查发现汽车超限超载运输是危害公路的“头号杀手”，并且主要有如下危害：（一）严重破坏公...”主要考察你对“电磁继电器的组成、原理和特点”
等考点的理解。
因为篇幅有限，只列出部分考点，详细请访问。
电磁继电器的组成、原理和特点
【知识点的认识】（1）电磁继电器的构成：由电磁铁、衔铁、簧片、触点（静触点、动触点）组成．其工作电路由低压控制电路和高压工作电路两部分构成．低压控制电路是由电磁铁、低压电源和开关组成；工作电路由机器（电动机等）、高压电源、电磁继电器的触点部分组成．
（2）工作原理和特性：电磁继电器一般由 电磁铁、衔铁、弹簧片、触点等组成的，其工作电路由低压控制电路和高压工作电路两部分构成．电磁继电器还可以实现远距离控制和自动化控制．只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合．当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放．这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的．对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”．【命题方向】防讯报警器水位报警器、温度自动报警器、电铃制造等这些电磁继电器的工作原理，一般以选择题、简答题的形式出现．例如：防讯报警器：K是接触开关，B是一个漏斗形的竹片圆筒，里面有个浮子A，水位上涨超过警戒线时，浮子A上升，使控制电路接通，电磁铁吸下衔铁，于是报警器指示灯电路接通，灯亮报警．
【解题方法点拨】关键是理解工作原理：用电磁继电器控制电路的好处：用低电压控制高电压；远距离控制；自动控制．
与“据《海峡都市报》报道：“104国道设计使用年限为15年以上，但是才使用了5年就大修，现已伤痕累累”．这是为什么呢？某小组经过调查发现汽车超限超载运输是危害公路的“头号杀手”，并且主要有如下危害：（一）严重破坏公...”相似的题目：
[2014o遵义o中考]如图所示是某科技小组设计的一种温度自动控制报警装置电路图，关于它的说法正确的是（　　）当温度低于90℃时，报警装置就会响铃，同时绿灯亮当温度低于90℃时，报警装置就会响铃，同时红灯亮当温度达到90℃时，报警装置就会响铃，同时红灯亮当温度达到90℃时，报警装置就会响铃，同时绿灯亮
[2014o乌鲁木齐o中考]如图是一种水位自动报警器的原理示意图，当水位升高到金属块A时（　　）红灯灭、绿灯亮红灯亮、绿灯灭红灯亮、绿灯亮红灯灭、绿灯灭
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1城市下水道井盖丢失导致行人坠入下水道的悲剧时有发生，令人痛心．为此，某同学设计了一种警示电路：在井口安装一环形灯L，井盖相当于开关S；正常情况下（S闭合），灯L不亮；一旦井盖丢失（S断开），灯L即亮起，以警示行人．图中电路符合要求的是（　　）
2（2012o泰州）如图是汽车启动装置原理图对于这一装置及其工作特点，下列说法中不正确的是（　　）
3如图所示是简单的火警自动报警装置所需的电路元件．其温控开关在常温时自动断开，当温度升高到某值时会自动闭合，当发生火警时红灯亮，电铃响；正常情况下只有绿灯亮．请按照图中的电路元件连接成自动报警电路．
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2小明利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图甲所示．将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警铃响．图甲中继电器的供电电压U1=3V，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R0为30Ω．当线圈中的电流大于等于50mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响．图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图象．（1）由图乙可知，当环境温度为40℃时，热敏电阻阻值为&&&&Ω．当环境温度升高时，热敏电阻阻值将&&&&，继电器的磁性将&&&&（均选填“增大”、“减小”或“不变”）．（2）图甲中警铃的接线柱C应与接线柱&&&&相连，指示灯的接线柱D应与接线柱&&&&相连（均选填“A”或“B”）．（3）图甲中线圈下端P的磁极是&&&&极（选填“N”或“S”）．（4）请计算说明，环境温度在什么范围内时，警铃报警．
3给小箱做个密码锁晓丽有写日记的好习惯，经常将心中的一些想法记下来．有些想法她不希望让别人看，因此，她想在放日记本的小箱上安装一个密码锁，以保住日记中的小秘密．现在，给你电池、导线、铁芯、漆包线、小红灯泡、铜片、铁钉、三个单刀双掷开关，请你帮她设计出这一装置．要求：（1）密码必须是3个数字组成，至少可以设置8个不同的密码号．（2）当按照密码接通电路时，锁钩脱离，同时红灯亮，说明密码正确，可以打开小箱了．请画出装置图，写出设计的密码号，并简单介绍工作过程．
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二、探究浮力产生的原因【实验原理】 浮力是怎样产生的呢？　　如果一个规则的物体浸没在液体当中，它的侧面所受液体的压力均 可互相抵消，这是因为物体上下表面所受液体压力的受力面积虽然相 同，但上下表面所在液体内的深度不同，液体的压强大小不一样。物体 上下表面所受液体压力之差，正是物体所受的浮力。我们可以通过多种方法来证明浮力是怎样产生的。【制作方法】 方法一(双乒乓球实验)。材料：空矿泉水瓶一个、乒乓球两个。 将矿泉水瓶底剪去。实验时，将瓶口向下，从上面放入两个乒乓球，因为瓶身不大。两个乒乓球会一个在下堵住瓶颈，另一个在上，左手持 瓶身，右手从上向里倒水，由于下面的乒乓球堵住瓶颈，水只能向下渗 漏。随着瓶内水的上升，上面的乒乓球浮在水面上也随之上升。下面的 乒乓球虽然周围和上面都是水，但它却没有上浮。如果用右手堵住瓶口， 渗漏的水很快充满了瓶口和瓶颈之间，下面的乒乓球的底部也会浸没在 水中，它会立即“卟”地上升到水面。如图 6-23 所示。方法二(上浮的木塞)： 材料：空高橙饮料瓶一个、圆木塞一只、粘胶。 圆木塞要刚好塞在饮料瓶口上，不要太紧。再在圆木塞中央钻一个直径约 5mm 的小孔。如图 6-24，将饮料瓶的中间部分剪去，依然瓶口向 上地将瓶颈用粘胶粘接在瓶内底部。待胶干后即可使用。　　实验时，将木塞放在瓶口上，再用杯子装水沿瓶壁倒入瓶中。很快 水将浸没木塞周围，但此时木塞并不上浮。水面继续上升，漫过木塞上 表面，经小孔向里流水，此时木塞依然不上浮。等到木塞下的水面逐渐 上升，刚刚达到木塞底部，木塞会立即上浮到瓶中水面上。如图 6-25 所 示。方法三(双 U 形管压强差计)　　材料：两个透明的 135 胶卷盒、橡皮膜(如气球)一大块、橡皮筋两 根、铁皮、铁丝若干、一次性注射塑料输液软管两根、木板(12×30cm2)一块、厚木板一块、封口夹两只、白纸、粘胶等。　　先将两胶卷盒去盖，中间各钻一小孔，正好使软管插入，用粘胶密 封连接处。再把两盒底部用粘胶粘连，剪一宽条铁皮把连接处固定起来， 并与粗铁丝固定，粗铁丝作为手持的柄，如图 6-26 所示。　　把 12×30cm2 的木板与厚木板钉起来，白纸粘贴在大木板上，将软管 弯成两个“U”形并行排列，并在两“U”形管中心画出刻度线。两软管 各经过一只小三通管与胶卷盒引出的两软管相接，三通管的另一个出口 为排气用。实验时，用注射器在双 U 形管中注入同样量的红色水，使双 U 形管中的液面相平。在两胶卷盒口上各绷一块气球膜，口面要绷平。等膜绷 好之后，用两只封口夹将三通管的排气口夹紧，不可漏气。手持粗铁丝，缓缓将胶卷盒插入水中，如图 6-27 所示，两 U 形管中的液面不会在同一高度，记下双 U 形管管底各至液面的高度差。与下面 胶卷盒相通的 U 形管中，液面的高度差要大得多，把这个水柱压强减去 与上面胶卷盒相通的 U 形管水柱压强，所得的差即是两胶卷盒上下表面 的压强之差。将这个压强差乘以胶卷盒口的面积就能计算出胶卷盒所受的浮力。三、自制密度计【实验原理】 当轮船在长江里航行时，如果记住轮船的“吃水线”，在轮船驶入海洋后，你会发现此时“吃水线”已经在水面的上方了。 同一物体，浮在不同液体表面上时，所受液体的浮力相等。由于液体的密度不一样，物体排开液体的体积也就不相同。反过来，如果同一 物体在不同液体中排开液体的体积不相同，那么液体的密度一定不一 样。根据这个道理，我们可以制成测密度的装置——密度计。【制作方法】 材料：大号有盖无破损的废牙膏皮一支、蜡烛一只、白纸、透明胶带等。　　将牙膏皮尾部打开，取下盖，用圆棍把牙膏皮从里面撑开鼓圆，成 为一个长圆筒，将里面的剩余牙膏冲洗干净。　　拧上牙膏皮盖，点燃蜡烛，从尾部滴几滴蜡到牙膏皮里。滴入的蜡 一是防漏水，二是保证牙膏皮竖直放在液面上时重心在下，比较稳定。 在牙膏皮筒上竖直粘贴一小纸条，然后放入水中，记下水面刻度线。再 依次将牙膏皮放入汽油、煤油与氯仿中，记下刻度线。　　在密度表中查出不同液体的密度，分别在每个刻度线上，标明它们 的密度值。密度值全标定之后，在纸条面上贴一透明胶布既可以清晰地 读数，也可以保护有刻度的纸不再打湿。你现在可以把自制的“密度计”放入各种液体中，粗略地测定这种液体的密度。(郭生杰提供)四、空气也有浮力【实验原理】 图 6-28不仅浸没在液体中的物体受到浮力作用，处于空气包围下的物体也　　受到浮力作用。如图 6-28 所示，左边是密闭的金属容器，开一孔与 气球相连，右边是配重使横梁保持平衡。如果用酒精灯烘烤金属容器底 部，里面的空气受热膨胀会使气球鼓起来。此时横梁会逐渐倾斜，配重 物体下降。这是因为金属容器与气球总重量虽然没有变，体积却增大了。它的体积增大，排开气体的体积增大，气体对它的浮力增加，从而破坏了平 衡。【制作方法】 材料；易拉罐一个、气球一只、废圆珠笔芯一支、粗铁丝一根、木板两块、配重物。　　将木板钉成如图所示的支架。从粗铁丝上剪下 4cm 长一段，在砂轮 上把 2cm 长一段打磨成“△”，把这段铁丝尖端向上固定在支架上部， 使尖端成为横梁的支承点。　　易拉罐最好是未打开的，用干净铁钉在上表面中央钻一孔，插入吸 管喝完里面的饮料。将空罐洗干净，倒出里面的水，剪 3cm 长的废圆珠 笔芯插在孔上并用粘胶密封。等胶干后，把气球(先检查气球不能漏气) 用细线扎紧。　　用钳子把粗铁丝剪下 40cm 长一段，两端各弯一个钩形。 为了加强效果，配重最好比易拉罐重几倍，这样在开始平衡时，横梁就不是一个等臂杠杆。【实验方法】 将铁丝一端挂在易拉罐拉环上，一端挂有配重物。双手持铁丝寻找平衡的支承点后松手，再点燃酒精灯，移到易拉罐底部使其加热。不一 会儿，气球就会充气鼓起来，由于空气的浮力增加，使横梁的平衡遭到 破坏。(易诗学提供)§6.5 电学实验的几个教具制作一、玻璃导电【实验原理】 能导电的物体叫导体，不能导电的物体叫绝缘体。　　导体之所以能导电，是因为导体中有能够自由移动的电子。在绝缘 体中，电荷几乎都束缚在原子的范围之内，不能自由地移动，所以绝缘 体不能导电。　　但是导体和绝缘体没有绝对的界线，当外界条件发生改变时，可以 破坏原子内部的稳定结构，使原被束缚的电荷发生移动，在外电场作用 下导电。　　如图 6-29 所示，一只坏灯泡与一只好灯泡串联接在电路，坏灯泡的 两根导线在玻璃柱内并不互相接触，此时好灯泡不会发光，加热坏灯泡 的玻璃柱，当玻璃达到红炽状态时，它就逐渐变成导线，好灯泡逐渐由 暗变亮，最后正常发光。【制作方法】材料：“220V，40W”好灯泡一只、坏灯泡一只、两个灯座、12×20cm2木板两块、导线若干、电源插头一个。 把两木板互相垂直钉成上图所示的形状。将两灯座串联起来安装，由插头接 220V 电源。轻轻敲碎坏灯泡的玻璃泡，剪去玻璃柱上伸出的铜丝，与好灯泡一起插入灯座。【实验方法】1.将插头插入电源插座，此时好灯泡不发光。2.把酒精灯放在坏灯泡玻璃柱下，点燃酒精烧玻璃柱。　　3.开始好灯泡不亮，略过一分钟后，好灯泡灯丝逐渐发红，并迅速 明亮起来。二、水位自动报警器【实验原理】 学习了串联与并联电路，给合以前学过的浮力部分知识，可以自己设计一个水位自动报警装置。　　如图 6-30 所示，当水位上长，浮子上浮，与 A 端接触，浮子上的导 线与绿灯组成串联电路，绿灯亮，表示水位已达高水位线；当水位下降， 浮子下降与 B 端接触，浮子上的导线与红灯组成串联电路，红灯亮，表 示水位达低水位线。如果高楼上的供水池装上这么一个报警装置，电工 师傅就知道什么时候应该打开水泵抽水，什么时候应该关闭水泵停止抽 水。【制作方法】材料：高橙饮料瓶两个、10ml 口服液瓶一个、圆珠笔芯一支、18×30(cm2)三夹板一块、2 号电池一对、红，绿小电珠各一颗、导线若干、 橡皮塞、粘胶、铁丝等。先做浮子。去掉圆珠笔芯头，将圆珠笔竖直插在口服液小瓶上，用粘胶固牢。等胶干后，找一个适合饮料瓶口的橡皮塞，在中央钻一个略 比圆珠笔芯粗的小孔，把圆珠笔芯穿过去，在顶端粘接一小块焊有细导 线的金属片。如图 6-31 所示。　　其次制作报警显示板。如图 6-32 所示，先在三夹板中央下部钻两个 小孔，再在板上并联装两个回路，回路中各有红灯与绿灯。绿灯终端高 于红灯终端，其都固定一块金属片(金属片是为了与浮子上的金属片接触 时组成回路)，电池引出的一端接一个接线柱，留待组装时连接浮子上的 细导线。　　再用两只饮料瓶做一个连通器。方法是将两个饮料瓶下部各钻一个 孔，用一根一次性注射塑料软管把二者连接起来，中间套一箝流开关。 最后进行组装。把浮子装入一个饮料瓶中，将橡皮塞塞紧，浮子上 方的金属片处于红、绿灯终端的金属片之间，再用铁丝通过两个小孔从 饮料瓶颈环绕过来并拧紧，即把三夹板牢牢固定在瓶颈上。浮子上的细导线螺旋状绕几圈后与电池一端的接线柱相连，接触要良好。【实验方法】　　1.在连通的另一饮料瓶中注水，打开箝流开关，浮子下方的水位将 上升。2.浮子上升到顶端的金属片与绿灯相连的金属片相接触时，绿灯亮，表示水位已到达高水位。　　3.手持连通的饮料瓶低于三夹板下的饮料瓶时，水位将下降，浮子 下降到顶端的金属片与红灯终端金属片相接触时，红灯亮，表明水位已 下降至低水位了。4.停止浮子工作时，可让浮子处于中间(既不接触上端，也不接触下端)，关闭箝流开关。三、测电笔【实验原理】　　如图 6-33 所示，试电笔内主要是由电阻与氖管串联起来。当 A、B 两端电势差小时，氖管中的氖气不发光。由此我们可用它来辨别火线和 零线：手持 B 端，用 A 端去测试导线，如果氖管发光，说明 A 端接触的 是火线；如果氖管不发光，则说明 A 端接触的是零线。【制作方法】　　材料：一次性注射器、起辉器中氖泡一个、1.5MΩ电阻一个、橡皮 塞一个、废 2 号电池一个、垫片两个、铁钉一颗。　　一次性注射器是透明塑料制成的，有它作为测电笔主体比较合适。 去掉注射器的推筒，将铁钉从管中放入，从注射口推出。铁钉要略大一 点，能刚刚好塞满注射管而不至左右晃动。　　氖泡有两根引出线，每根均接一个垫片，其中一个垫片压在铁钉上， 另一个垫片与电阻相接，碳棒上的铜帽作为手持端的金属体。为了不使 碳棒左右晃动，在橡皮塞上钻一个碳棒粗细的孔，然后塞紧在注射器筒 端。如图 6-34 进行组装。　　注意：①碳棒不可太长，刚好能把氖泡，电阻塞紧后使铜帽露出筒 端，必要时可将碳棒锯掉一部分；②氖泡的两根引出线一定要绝缘，不　　然氖泡两导线接触之后，即使测试火线，氖泡也不发光。 测电笔做好之后去检测一次——与买的测电笔一样好用！(梁继好提供)四、模拟跨步电压与高压电弧触电【实验原理】 在“安全用电”的知识中介绍了跨步电压与高压电弧触电的概念，但这两种触电现象在日常生活里并不常见，有必要进行生动的模拟实 验，给同学们提供感性认识的条件和揭示这两种触电的机理。　　跨步电压触电：由于掉落在地上的高压输电线在地面产生了一个电 场，这个电场以落地点为中心有一个范围，当人处于这个范围内时，两 脚之间有跨步电压时，电流通过人体，造成跨步电压触电。　　高压电弧触电：如果人体与高压带电体距离很小时，高压带电体会 通过人体发生放电现象。这时，电流通过人体，造成高压电弧触电。　　我们可以用感应圈产生的高压电场模拟高压带电体，用装在一个人 体模型上的氖泡来显示跨步电压。【制作方法】材料：硬纸盒一个，起辉器氖泡一个，导线等。 做一个人体模型：用硬纸盒按人体的轮廓制成，人体的手臂和腿都可以自由活动。在人体胸部装一只日光灯起辉器的氖泡，氖泡的一个极各接一根导线到手和脚，另一极也各接一根导线到另一只手和另一只 脚。导线除端点外均应有胶线绝缘。【实验方法】1.跨步电压触电的实验，如图 6-35 所示。 图 6－35(1)用一张旧报纸铺在桌上，四周用图钉固定(2)将抹布在水中浸湿后把报纸表面擦潮。 (3)用导线将感应圈高压输出的一端夹接在报纸的一边缘上，将另一端由铁架杆上端挂下夹接报纸的另一端。　　(4)把人体模型的一只脚用图钉固定，脚上的导线裸露部分同时被图 钉固定在纸上。另一只脚可以在纸上移动作跨步状。　　(5)先将两脚并拢立于纸面上，接通电源使感应圈工作，此时人体上 氖泡不发光。说明此时两脚之间无跨步电压。　　(6)手持活动腿部(不要接触胶皮导线)，使两腿逐渐张开，可以看出 氖泡逐渐发光。两脚之间距离最大时，氖泡最亮。说明此时两脚之间有 跨步电压且较大。　　注意：感应圈工作电流不要太大，否则实验者的手及模型人体的腿 移动时会有感应。2.高压电弧触电实验。如图 6-36 所示。 (1)同前步骤 1。(2)同前步骤 2。 (3)有导线将感应圈高压输出的一端夹接在报纸的一边缘上，将另一端由人体模型上方挂接在铁架杆上。 (4)把人体模型的一只脚用图钉固定，一只手搭在感应圈的高压输电线上(注意这只手与脚必须是通过氖泡之后相接的，不能是氖泡同一极上 的引出线)；另外的手与脚上导线由绝缘胶布包起来。　　(5)接通电源使感应圈工作，随着人体模型的手与高压输出线之间的 放电，氖泡也随之发光。说明此时发生了高压电弧触电现象。　　§6.6 研究电磁现象及其应用的教具制作一、磁力闪光灯【实验原理】　　图 6-37 如图 6-37 所示，ab、cd 是两块薄铁片。当用线吊着的磁铁 在水平面内转动时，小灯泡可以一闪一闪地发光。这是因为当磁铁旋转 到与薄铁片平行的时候，两块薄铁片同时被不同程度地磁化，上方的薄 铁片磁化较强；下方的薄铁片磁化较弱，被磁化的两块薄铁片将克服弹 力相互吸引。两薄铁片接触的时候，电路导通，小灯发光。当磁铁旋转 到与两薄铁片垂直的位置时，两薄铁片没有被磁化，薄铁片在弹力的作 用下又会分开而脱离接触，小灯此时不发光。　　在磁铁不断旋转的时候，薄铁片也不断地接触与断开。这样小灯就 一闪一闪地发光。【制作方法】　　材料：条形磁铁一块、长木条一根、薄铁片两块(15cm 长)、1 号电 池一对、3V 小电珠一个、电珠灯座一个、导线、木螺钉等。薄铁片可以从旧包装箱上面剪下，先去锈，用砂纸擦亮之后，最好用油涂抹一下。在长木条上一边钉一短木条，一边高一点，一边低一点(参 看图)。将薄铁片端点打一小孔，后用木螺钉穿过小孔固定薄铁片，同时， 把导线也绕在木螺钉上与铁片固定接触。两薄铁片应该相互交叠，仅隔 一个很小距离，铁片交叠处无锈。【实验方法】　　1.用手捏住两薄铁片，看电路是否导通。若灯泡不发光，应先检查 故障并排除。2.把磁铁沿一个方向旋转，使吊着的细线拧紧，然后把支架移近薄铁片，使细线垂直处于薄铁片上方。3.放开手，使磁铁自由旋转起来，小灯泡将一闪一闪地发光。二、磁悬浮【实验原理】 磁极之间存在着相互作用，同极磁体相互排斥，异极磁体相互吸引。 如果把两个磁体的同极端相对竖直放起来，由于磁性斥会使上面的磁体悬浮起来。【制作方法】　　材料： 8cm×5cm 厚木板一块、2cm×25cm 木板一块、动圈式扬声器 上的圆形磁铁两块、15cm 长铜管一根、铝片(6cm 长)两块、橡皮塞一个、 木螺钉等。如图 6-38 所示，先把木板支架钉好。 把橡皮塞塞入一圆形磁铁的圆孔中，塞紧后去掉露出在上下表面的橡皮。在橡皮塞中央钻一略小于铜管直径的孔，把铜管慢慢穿进去。 把两块铝片弯成“L”形，各钻两个孔(用于固定在竖直木板上)，再在伸出边各钻一个略大于铜管直径的孔(用于约束铜管)。用木螺钉将两铝片相隔 10cm 固定在竖直木板上，将铜管穿入两铝片的小孔中，把另一 圆形磁铁放在下面的铝片上。【实验方法】1.把两磁铁同极相对放置。　　2.用手压着上面的磁铁使其与下面磁铁相靠近。突然放手，上面的 磁铁会在磁力作用下弹上去。　　3.用手使上面的磁铁旋转起来。由于悬浮的磁铁受到的摩擦力很 小，将旋转较长时间才停下来。(可以在铜管与小孔间上一点机油，使摩 擦更小。)三、电铃模型【实验原理】 电铃是利用电磁铁工作的。　　图 6-39 如图 6-39 所示，这是个简易电铃模型。图中 1 是电磁铁，2 是簧片，3 是动片，4 是静片，5 是锤头，6 是铃铛，7 是灯泡。　　当电路接通电源时，电磁铁通电，对簧片产生吸引力，簧片向磁铁 运动时，锤头敲击电铃发出声音，与此同时，动片和静片接触，电流不 再经过电磁铁，直接通过电泡 7 形成回路。电磁铁不通电流时，簧片不受吸引力，会在弹力作用下自动弹回原处，动片与静片脱离接触，电流重新经过电磁铁流向灯泡再形成回路。 电磁铁又开始工作吸引簧片，锤头再次敲击铃铛。周而复始，电铃不断地被敲响。【制作方法】　　材料：自绕电磁铁一个、36cm 长弹性铁皮(包装箱外的包装铁皮弹性 不错、做簧片比较适合)、废自行车铃铛一只、“6.3V、0.15A”小灯泡及灯泡座各一只、小螺丝、铁丝若干、导线若干、20×28cm2 木板一块。 制作中，电磁铁的线圈绕制与簧片调节是关键。电磁铁绕线轴可以用 120 胶卷轴，在胶卷轴里插入长螺杆作为铁芯，漆包线选用 0.55mm，在轴上密绕 800 匝。线圈绕好后，在轴的端头焊接 一块铜片做静触片，电磁铁一端将接在动触片上，另一端直接与灯泡相 连，静触片也应接在这一端。簧片按图 6-40 加工。簧片头上钻一个小孔，固定一个大螺丝作为锤头。用铁皮紧紧固定一块铜片在簧片下端作为静触片，它将随簧片上下 运动而与静触片接触。图 6-40　　按图 6-39 组装起来。装簧片时，在图 6-40 所示“×”处钉上铁钉， 调节簧片至电磁铁的距离，使得电磁铁通电时，足以克服簧片的弹力而 吸住簧片；当电磁铁断电时，簧片要刚好弹回原处。此外，动触片与静 触片也要能在簧片被电磁铁吸住时刚好接触，簧片弹回时脱离接触。动 触片引出导线接电源。安装铃铛，要使电磁铁吸住簧片时锤头刚好敲击 铃铛。电磁铁要用铁皮(或包装带)固定在三夹板上，能经受振动与撞击。【实验方法】接 6V 直流电源，电铃将工作起来，灯泡一闪一闪地发光。四、光控电路【实验原理】 学习光敏电阻，电磁继电器知识，现在综合起来运用。　　如图 6-41 所示，L 是控制电路光源灯泡，R 是分压电阻，R 是光敏电 阻，J 是电磁继电器，L 是指示灯，M 是电动机。光敏电阻 R 不受光照时，阻值大于 2KΩ，受到光照时，电阻降至 100—200Ω。设计制作这个教具时就考虑到由于 R 的变化，引起回路中电流 变化，使继电器两端的电压变化，继电器就可以正常工作或停止工作。 因此，电路中没有三极管放大电路。【制作方法】　　材料： 25cm×40cm 三夹板一块、光敏电阻一个、JRXB-1 型继电器 一个、3V 小电机一个、“2.2V，0.25A”聚光灯泡两个、“30Ω，0.5A” 电阻一个等。选择小聚光灯泡做光源，是因为光敏电阻受光照部分很小，相距 10—15cm，光强不够，因此不聚光不行。光源 L1 与光敏电阻 R 在安装时，要认真调节好二者之间距离，使光照时继电器正好启动。用书和纸在 L1与 Ra 之间遮光，继电器立即停止工作。受控电路电源是 3V，可以用 1.5V1 号电池一对串联使用。【实验方法】1.将 K1、Ka 均合上，L1 与 Ra 之间无遮光物体，电动机正常运转。2.用手挡住 L 与 R 之间，电机停止工作，指示灯发光。3.抽回手使 Ra 受光，电机重新正常工作，指示灯熄灭。　　注意：这个实验不能在强烈阳光直接照射的室外做，由于光敏电阻 受散射光照射的作用，La 会失去作用。　　§6.7 电子元件电路的教具制作一、与门电路【实验原理】 与门电路是基本逻辑门电路之一，与门的“与”在逻辑上就是共同的意思，即当全部条件共同具备时，才能产生一定的结果。例如：图 6-42 就是一个例子，两个开关都断开，灯泡当然不会发亮。但 K1、K2 中任何一个开关闭合，灯泡也不会发亮，只有当两个开关全部闭合时，灯泡才会发亮。最简单的与门电路如图 6-43 所示。这个二极管与门电路由两个二极管 D1、D2 和一个电阻组成，电路的两个输入端作为条件，只要 A、B 任一端为低电位，则输出端 Y 的电位为二极管的正向压降(约 0.7V)，即 Y 端 也是低电位。如果两个输入端都接高电位(例如 5V)，则二极管全部截止， 输出 Y 端为高电位。　　倘若在输出端接用电器，如图 6-44 所示，只有当开关 K、K 全部断 开时，A、B 才同时是高电位，用电器才能工作。【制作方法】　　材料：2CK 二极管两只、510Ω电阻一只、发光二极管一只、电源、 开关等。发光二极管作为用电器，当二极管正常发光时，表明用电器工作，与门电路连接如图 6-43 所示。如果不用发光二极管，用与电源电压相符 的灯泡也行。与门电路用于生活中，大有潜力。二、非门电路【实验原理】 非门电路也是基本逻辑门电路之一。“非”在逻辑上是否定的意思，在逻辑关系上就是输出的状态与输入状态相反。　　非门电路实际是一个倒相器，它只有一个输入端。如图 6-45 所示， 就是一个最简单的三极管非门电路。当输入端为高电位时，输出端 Y 为 低电位；输入端为低电位时，输出端 Y 为高电位。　　倘若在输出端接用电器，如图 6-46 所示，只有当 A 与低电位之间的 开关接通时，输入端是低电位，输出端是高电位，用电器开始工作。断 开开关，输入端是高电位，输出端是低电位，用电器停止工作。【制作方法】　　材料：10K、1.1K 电阻各一只、3DK4A 发光二极管一只、开关一个、 电源、导线等。　　这里，发光二极管相当于用电器，开关闭合时，输入端是低电位， 输出端 Y 是高电位，发光二极管可以发光；断开开关，输出端 Y 是低电 位，发光二极管两端都是低电位则不能发光。　　　　开关还可以用水位涨落来实验：在盐水杯底部放一导线，杯口放一 导线，水位升高后两导线连通，使发光二极管工作。实际应用中能进行 水位报警。三、与非门电路【实验原理】 把与门电路和非门电路合起来，与门电路的输出端接非门电路的输入端，就组成了一个最简单的与非门电路。如图 6-47 所示。 图 6-47　　与非门电路具有两个输入端与一个输出端。当输入端 A、B 任意一端 为低电位时，输出端为高电位；如果 A、B 两端全部为高电位时，输出端 是低电位。　　有趣的是，倘若与非门输入端 A、B 只用一端，另一端不用，这个与 非门电路就可以作非门电路了。另外，在与非门电路后面再接一个非门 电路，就成为一个与门电路。　　第七章 高中物理实验教具制作　　本章按照高中新教材，并结合《高中物理实验教学研究》的课程开 设，选择了部分高中物理教学中的教具制作，分成力学、运动学、电学、 电磁感应现象、光学、振动与波六个部分。这里有一部分教具在制作中 看虽简单，但是往往有一定的难度。　　§7.1 力学实验教具制作一、物体受力时产生微小形变【实验原理】 物体的变形总是伴随着弹性力而产生。用手压弹簧，用手拉橡皮筋，物体受力而产生的变形显而易见，但是坚硬的物体受到力的作用呢？我 们可以通过如下小制作了解到：坚硬物体受力作用时，同样会产生变形。【制作方法】 方法一材料：一个椭圆截面的大墨瓶、一根内径很细的长玻璃管、一个橡皮塞、一块 5×15(cm2)的小三夹板、铁丝等。 这个实验成功和要点在于制作内径很细的长玻璃管。把一根普通玻璃管放在酒精喷灯上加工(详细制作技巧参看第五章“材料加工技术”) 把它拉成所需要的玻璃管。在橡皮塞中央开一个小孔，孔的粗细视玻璃 管的粗细而定，三夹板上贴一张画有刻度的纸，并在三夹板下端开两个 小孔，用铁丝将三夹板固定在墨水瓶的瓶颈上。把玻璃管插入橡皮塞，在墨水瓶中灌满深色的水后，将橡皮塞塞紧在墨水瓶上。【实验方法】如图 7-1 所示。 图 7-11.沿墨水瓶椭圆截面短轴方向向里挤压瓶子，细玻璃管内液柱将明显上升，如图 7-1(a)所示。这是因为玻璃瓶受力变形，使瓶内体积减小 的缘故。2.沿墨水瓶椭圆截面长轴方向向里挤压瓶子，细玻璃管内液柱将会明显下降，如图 7-1(b)所示。这是因为玻璃瓶受力变形，使瓶内体积增 大的缘故。方法二(金泽平提供)　　材料：一个圆锥形平底烧瓶、一根内径很细的长玻璃管、一个橡皮 塞。　　关于内径很细的长玻璃管的制作方法与前面相同。把玻璃管插入橡 皮中，在烧瓶中装满深色的水，并将橡皮塞塞紧在烧瓶瓶口上。【实验方法】　　1.用手指向上压瓶底，细玻璃管内液柱上升，这说明玻璃瓶受力产 生形变，使瓶内体积减小。　　2.把瓶子平放在平面桌面上，我们同样也可以看到细玻璃管内液柱 上升，如图 7-2 所示。　　这说明玻璃瓶受到桌面的支持力同前面所受的压力一样使瓶子产生 了形变。　　注意：为了加强效果，可以在瓶内先放上许多钢球再装满水，由于 玻璃瓶的重量增加，平放在桌上时所受桌面支持力增大，玻璃瓶形变愈　　大，液柱上升愈明显。二、三角支架受力分解【实验原理】 在实际生活当中，常常需要求一个已知力的分力。但是怎样把一个已知力进行分解？在图 7-3 所示的三角支架受力情况分析中，我们可以根据力的作用效果分别把已知力 F 分解成 F1 和 F2，那么力 F 的作用真的产生 F1 与 F2 那样的效果吗？我们可以用三角架来研究力 F 所产生的效果。如图 7-4 所示。　　OA 是直木杆，OB 是橡皮筋 BB 与细绳 OB 组成。直木杆 OA 的 A 端为 一小孔，木杆插在孔中，孔的另一边是一块橡皮条。通过实验我们会发 现两种情况下，直杆 OA 都会将橡皮条顶得凸起，这说明 F 在横杆 OA 上 产生的效果是对横杆的压力 F；两种情况下，橡皮筋 BB 都会被拉长，这 说明 F 在细绳(或木杆)OB 方向上产生的效果是对细绳的拉力 F。【制作方法】　　材料：底座木板一块、5×30(cm2)木板一块、长 20cm 木棍一根、橡 皮筋、橡皮条、羊眼一个、细绳等。在 5cm×30cm 木板中央开一个能穿过木棍的孔，一边开口端用刀削大一点，一边开口端用橡皮条封住口。在木板上端固定一个羊眼，按图7-4 所示支架钉好。 在羊眼上系一橡皮筋，橡皮筋另一端系一细绳。木棍一端开一小槽，将未开槽的一端插入槽中，然后在细绳上悬挂重物之后，把细绳放入槽中。　　实验前，先测量橡皮筋的长度，实验中把悬挂重物之后橡皮筋的长 度也进行测量，以便于确定橡皮筋是否被拉长(还可以研究在悬挂同一重 物的情况下橡皮筋被拉的长度)。三、液体的表面张力【实验原理】 由于液体表面层里分子的分布比液体内部稀疏些，所以分子间的距离比液体内部分子间的距离要大一些，分子间的相互作用主要表现为引力。正是这种引力的作用，使得液体表面有收缩到最小的趋势。液体表 面的这种力叫液体表面张力。可以用多种方法来证明这种液体表面的张力。【制作方法】 方法一　　找一块平整的木板，在四角上各钻一个小孔，用细线把木板悬挂起 来。先用弹簧秤出木板的重量，再把木板放在静止的水面上，还是用弹 簧秤慢慢上提称木板的重量，如图 7-5。当木板还未离开水面时，弹簧秤 的读数就会超过原来的读数，一旦木板脱离水面，弹簧秤的读数又会大 大减小，这多余的部分，主要是由于液体表面张力的缘故。注意：把木板从水面向上提时，一定要使整个木板平面与水平面平行。方法二 先把铁丝弯成弹弓状，再用漆包线一边绕一个圆环套在平行的两根铁丝上，两环可以在铁丝上滑动。漆包线中央系一根细线，以备手拉时 用。　　再配肥皂液。用洗涤剂与水按 1：1 的比例配制好，然后装在一个大 浅盘内。把整个弹弓浸入肥皂液后拿起，柄在上，开口向下，用手拉线。 如图 7-6(a)所示，会在弹弓与漆包线之间拉出一张平面的肥皂膜。猛地 放开手，整个肥皂膜收缩，将拉着漆包线向上运动。这正是液体表面张 力在做功！另外，还可以用圆环甩出许多大大小小的肥皂泡，如图 7-6(b)所示。 方法三 材料：细铁丝一根，带有软木塞的小药瓶一个、大玻璃杯一个、砂子。　　用细铁丝焊一个圆环，环的直径比药瓶直径大(2～3)倍。在环上三 等分处各焊一根细铁丝做支架，下端插入软木塞中，使环面与药瓶口平 行。将沙子装入药瓶内，塞紧木塞，再把整个装置放在水面上，看能否 漂浮。若装置不能漂浮时，必须减少砂子，直至如图 7-7 所示。实验时，先把装置放在水面上，说明物体是应该能浮在水面上的，再用手把整个圆环按入水中，放开手，整个装置上升至圆环表面刚好与 水面接触时，再也无法浮出水面。这说明正是液体表面张力阻碍着圆环 向上运动，使整个装置无法浮出水面。四、超重与失重现象【实验原理】 假设一个人站在升降机的磅秤上，升降机以匀加速竖直上升和匀加速竖直下降。如图 7-8 所示。　　为了讨论方便，设人重量是 mg，匀加速运动的加速度为 a，磅秤上 的读数是 N，且以上各字母均是纯数量，用正、负号来表示它们的方向。设竖直向上为正方向。第一种情况下，升降机向上匀加速运动，磅秤上的读数为 N=mg＋ma＝m(g＋a)＞mg我们把人在这种情况下所处的状态叫“超重”现象。 第二种情况下，升降机向下匀加速运动，N=mg-ma=m(g-a)＜mg我们把人在这种情况下所处的状态叫“失重”现象。 同样，当物体竖直向下匀减速与向上匀减速运动时，也会有超重与失重现象。分析的方法是一样的。 我们可以自制仪器，用几种方法来说明这个道理。【制作方法】 方法一材料：废牙膏皮 找来一支废牙膏皮，拧下盖，打开后面卷着部分，用圆木棍把它鼓起来，洗净里面的残存牙膏。 用针在牙膏皮靠近盖帽的圆筒两对边各钻一小孔，盖好盖。小孔不要过大，把牙膏皮装满水后，水刚好能射出为宜。 实验时，用一个桶接大半桶水放在牙膏皮运动的正下方。 先将牙膏皮装满水，手持牙膏皮上端不动，可以看到水从小孔里射出，见图 7-9。 图 7-9　　迅速手持牙膏皮向上匀加速运动，可以看到小孔里喷出的水比刚才 喷得更急、更远。这是因为筒内的水处于超重状态，它对牙膏皮筒壁的 压力增大的结果。　　再将牙膏皮装满水，手持牙膏皮筒在高处不动，可以看到水从小孔 里射出。突然丢手，让牙膏皮做自由落体运动。大家可以看见原来向外 喷水的牙膏皮，在向下落时，一点水也不向外喷射！这是因为水处于失 重状态时，它对牙膏筒壁的压力几乎减小为零了。方法二(方进提供)材料：空高橙饮料瓶一个、软弹簧一根、1 号电池两节、小电珠一颗、8×20cm2 三夹板一块、导线、铁皮、细线等。 用剪刀去掉饮料瓶底部与上部，留下中间透明塑料部分。 在三夹板下端固定一块铁皮作软弹簧的底座，由软弹簧引出一根导线接小电珠。剪一略大于 1 号电池直径的圆铜片，圆铜片中央开一直径3mm 的小孔，然后把这圆铜片套在一节电池上并焊牢。把没焊铜片的电池 放在软弹簧上，焊有铜片的电池放在这个电池上面并用透明塑料卷成筒 状套在电池外面，将透明塑料筒固定在三夹板上。用一块尖头金属片在酒精灯上加热后，在塑料圆筒上略高于电池铜片处烫两个小孔，用以插入金属片用，插入的金属片引一根导线接小电 珠。在略低于电池的铜片处烫一孔，插一小块金属片，也将金属片引出 一根导线接小电珠。最后，在三夹板上端中央钻一小孔，穿入一根约 1.5m 长的细线作为吊线。如图 7-10。先做超重实验：抽出上面的金属片，手持三夹板上端，此时小电珠不发光。从下向上突然加速运动，处于超重状态的电池更加压缩弹簧， 使得铜片与下金属片接触，小电珠发光。　　再做失重实验：将上面的金属片插进塑料筒的孔中，手持三夹板上 端，手心里握有细线(可以把线头绕在手指上)此时小电珠不发光。突然 释放三夹板，三夹板向下做自由落体运动，失重的电池使得弹簧不再被 压缩，铜片与上端金属片接触，小电珠发光。(李永提供)§7.2 运动学实验教具制作一、运动学计时器【实验原理】 在“直线运动”这一章里，我们将研究匀加速直线运动、匀减速直线运动和自由落体运动。我们可以自制一套简易装置，利用秒表进行精 确地计时。如图 7-11 所示。图 7-11　　小球从斜面上向下做初速度为零的匀加速直线运动，经过 A 点开始 计时，在 B 点时停止计时，这样就测定了小球经过 AB 这一段距离所用过 的时间 t，测量出 AB 间的距离 S，则　　S ?
12at 2 ,? a ?2S 。t 2能够计算出小球在此运动中的加速度。 还可以求出小球在 AB 间的平均速度SV ?t　　如果将 A 点移到开始运动的起点，能够求出小球经过 B 点的即时速 度2SVB
t　　使小球沿斜面向上作匀减速直线运动，同样可以用这套装置进行测 量。若把装置竖起来，还可以研究自由落体运动。【制作方法】　　材料：2.2V聚光电珠两颗、光电二极管两只、3DG6三极管两只、JRXB-1 型继电器一个、2CP 二极管一只、300K，10K 电阻各一只、电键两个、电 源、导线、铁丝等。附加装置电路图如图 7-12 所示。图 7-12 继电器工作电路引出线直接接秒表的“启动/停止”。可以先把秒表后盖打开，从“启动/停止”键下先引出两条导线，使用时接在继电器工作电路引出线上。用铁丝弯成两个支架，在斜面的 A 点固定 L 与 D，B 点固定 L 与 D。二、研究运动相对性原理【实验原理】　　设计这样一辆小车，如图 7-13 所示，小车上端挂一个电磁铁，电磁 铁上吸着一个小球。　　当小球作匀速直线运动时，车上的“人”观察小球是相对静止的， 小车行驶途中电磁铁断电释放小球，小球正下方有一个铁盖正好接住小 球。车上观察者认为小球被释放后仅受重力作用应该做自由落体运动。 但车外的观察者认为小球做的是平抛物体的运动，因为小球在下落的同　　时，在水平方向还移动了一段距离。【制作方法】 材料：玩具小汽车一辆、电磁铁一个、小钢球一个、酒瓶盖一个、5号电池 4 节、2.0 铁丝两根、导线等。 将玩具小汽车底座螺丝下掉，打开外壳，把两根铁丝固定在汽车尾部上，铁丝上固定一个电磁铁，电磁铁的两根引出导线沿铁丝穿入小汽 车内。电磁铁正下方，找一个比小钢球直径略大一点的饮料瓶盖开口向 上，用粘胶固定在小汽车顶部的外壳上。　　整个装置电路如图 7-14 所示开关 K 是引出车外的外开关，接通 K 则 电磁铁通电可以吸住小球(K 通常处于闭合状态)。K 是碰撞开关。设在小 汽车底部，能够在小汽车行驶途中经障碍物碰撞时使电磁铁断电，小球 被释放。电池组是由四节 1.5V 的 5 号电池串联起来，固定于小汽车内的 车底板上。电磁铁可以自行绕制，用 0.55mm 漆包线绕上(250～400)匝， 穿上铁芯即可。　　自制中难度最大的是碰撞开关。碰撞开关在小车行驶时不能由于震 动而接触不好，也不能经轻微撞击后不能断开。我们这样设计：如图 7-15 所示。铝片长 20mm，宽 5mm，中间钻有一个小孔，能绕作为轴的铁丝 转动。用一根橡皮筋把铝片拉紧，使其紧密接触定片，定片与电池相连。 车底板上开有小孔，使铝片的另一端伸出车底与障碍物碰撞。经障碍物 碰撞后，铝片绕轴转动，反方向拉紧橡皮筋，使铝片与定片脱离接触， 电磁铁断电，小球下落。碰撞后，在弹力作用下，铝片与定片恢复接触。【实验方法】1.在小汽车前端系一根细线。2.在小汽车行驶的路线上放一厚玻璃片(或金属块)作障碍物。3.接通 K，将小球吸在电磁铁上。　　4.用细线拉着小汽车，使其做匀速直线运动。小汽车经过障碍物， 小钢球被释放，落入铁盖内。三、自制牛顿管【实验原理】 教材中演示自由落体运动的抽成真空的玻璃筒，俗称“毛线管”，又叫作牛顿管。牛顿管一端封闭，另一端带有气嘴的金属盖封固，气嘴 上装有活栓，管内装有金属片(可用硬币)和羽毛。　　当管内未抽成真空时，把管子突然颠倒，金属片会先落下来，羽毛 后落下来，这是因为空气阻力不同的缘故。如果用抽气机把管内气体抽 出，金属片和羽毛会同时下落。可以自己做一支牛顿管来做自由落体实验。【制作方法】　　材料：废旧“220V，40W”日光灯管一支，3mm 玻璃管一根(长约 8cm)、 橡胶管一段、直径 2.8cm 橡胶塞一个、封口夹一个、粘胶等。　　用钳子轻轻除去灯管一端的铝皮，钳破原抽气小管，放空气进入管 内。用硬物轻敲管端头内沿灯丝的底部，使内部灯丝座与管端脱裂。继　　续用硬物轻敲裂口，使裂口成为圆形(D=2.8cm)。倒出内部杂物，装进一 些细沙，加入少量水，左右摇荡，能除去内部荧光粉，使玻璃管透明。 然后将管洗净，倒立晾干，并用酒精灯向上螺旋状加热数次，使管壁足 够干燥，最后放入预先准备好的羽毛和硬币，在管口塞上插有玻璃管的 橡胶塞，用粘胶密封固定。为了与抽气机相接，用橡胶管套在玻璃管上， 在管上加一封口夹。如图 7-16。　　制作中要注意，一定先把空气放入管内，再除掉灯丝座，否则会损 坏玻璃管。【实验方法】　　1.将管忽然颠倒竖起来，让硬币与羽毛下落，观察两者下落情况， 会看到硬币比羽毛下落得快。　　2.将封口夹打开，用手摇抽气机抽气，大约 5 分钟以后，合上封口 夹，使橡胶管封闭，抽出抽气机连接管。　　3.将管突然颠倒竖立起来，观察硬币与羽毛的下落情况，会发现二 者下落得一样快。(秦亮桢提供)四、反冲运动【实验原理】 根据动量守恒定律，大炮发射炮弹，炮身会向后运动，炮身的这种运动通常称为反冲运动。这是因为大炮发射前，整个系统处于静止状态，总动量为零。发射炮弹时，火药在炮筒中爆发，气体膨胀推动炮弹向前 运动，同时膨胀的气体也推动了炮身。由于系统没有受到外力的作用， 在量值上，炮弹获得向前的动量与炮身获得向后的动量相等。可以举出许多这种反冲运动的例子。【制作方法】 方法一材料：空易拉罐一个、细线。　　为便于灌水，将空易拉罐上部开口处扩大或去掉上部。用小铁钉(或 锥子)在罐下部边缘钻(4～6)个小孔，钻好每个孔后用铁钉向同一个方向 压一下。　　在易拉罐上部钻三个小孔，将细线穿过去，在高处系一结用于悬挂 易拉罐。　　准备一只水桶，把易拉罐装满水后提起在水桶上，水从各个小孔里 喷射水来，易拉罐向相反的方向旋转。如图 7-17。方法二材料：二节废 5 号小电池、橡皮泥、细铁丝、细线、酒精。 将电池上盖去掉，掏出电池芯，把内壁冲洗干净。用铁钉在两电池外壳的底部中央各钻一个小孔，然后用橡皮泥把开口端密封起来，密封 处做成尖头状。用细铁丝连接两电池外壳中部并用细线悬挂起来，如图7-18 所示。 实验时，用注射器从小孔里注入酒精，用火柴同时将两只小“火箭”点火，小“火箭”立即会从尾部小孔里喷出火来。同时，火箭向相反的 方向快速运动起来。图 7-17 图 7-18五、平抛运动的竖直分运动(徐华提供)【实验原理】图 7-19 是一个可以同时显示平抛运动与自由落体运动的装置。 图 7-19 图 7-20　　簧片夹着小球 A，小球 B 与 A 处于同一高度，放在一小块平板上。簧 片弹出时，可击打 B 使其做平抛物体运动，同时小球 A 被松开而向下做 自由落体。无论 B 球在水平方向上运动多远的距离，它总是会与小球 A 同时落地。这就证明了平抛物体的分运动是自由落体运动。【制作方法】　　材料：5×12×3(cm3)木板一块、长 11cm 包装箱铁条一根、小弹簧 一根、玻璃球两个、铁皮、铁钉等。铁皮按图 7-20 所示尺寸剪好一个缺口，然后将其钉在木板端部。距铁皮 4cm。将弹簧固定在木板上，下端可以压紧弹簧。【实验方法】1.先把整个装置可以平放在桌子边缘或水平支持物上。　　2.用簧片压缩弹簧，并夹一颗玻璃球在簧片端部，然后把另一玻璃 球放在铁皮上。3.松开压簧片的手指，使簧片弹出，两玻璃球同时开始运动并同时落地。六、浮沉子做曲线运动【实验原理】 浮沉子一般用玻璃瓶做成，倘若我们在浮沉子的上部缠上几圈铁丝，利用磁铁对铁质物体的吸引力，就可以改变浮沉子的运动方向，使其做曲线运动。 这个实验可以演示“力是使物体改变运动方向的原因”。【制作方法】 参看第二章“浮沉子”的制作方法，注意用细铁丝在玻璃瓶的底部缠绕(3～4)圈(玻璃瓶是开口向下运动的)。【实验方法】　　1.用手捏盖紧了的饮料瓶中部，浮沉子下沉。放手后，浮沉子将竖 直上升到水面。　　2.再用手捏紧饮料瓶，使浮沉子下沉到瓶底。将磁铁放在饮料瓶颈 一侧，放开手，浮沉子上升同时，会向有磁铁的一边偏折，做曲线运动， 如图 7-21 所示。　　七、水滴的曲线运动【实验原理】 磨擦可以使物体带电，带电体能吸引它附近的细小物体。图 7-22　　如图 7-22 所示，一束细小的水流竖直下落，用一带电体靠近水柱时， 会对水柱中的水滴产生吸引力作用，从而改变水柱的运动方向，使水柱 做曲线运动。【制作方法】 材料：医用盐水瓶一个、医用双通插头一支、限流夹一个、一次性注射输液软管一根、废塑料柄牙刷一只、丝绸或毛皮(羊毛衫碎片也行)。 将医用盐水瓶盛满水，瓶塞依旧塞紧。把双通插头插入橡皮塞，用很短一截软管套在双通插头的直管上，并用限流夹限流。 把盐水瓶竖直搁置起来，调节限流夹，使很细水柱竖直向下流。 用丝绸或毛皮磨擦牙刷柄，然后把牙刷柄靠近水柱，可以看到原来 直线向下的水柱在电场力的作用下改变了运动方向，形成了一段曲线。§7.3 振动与波实验教具制作一、受迫振动如图 7-23 所示。 图 7-23　　用手有节奏地压铁片，使下面的振子在周期性策动力的作用下做受 迫振动，策动力的周期就等于振子受迫振动的周期。改变手压铁片的频 率，振子受迫振动的频率亦随之改变【制作方法】 材料：空高橙饮料瓶一个、小铁皮一块、小木塞(或橡皮塞一个)倔强系数一大一小的弹簧各一个(倔强系数小的弹簧可以用橡皮筋代替)、 直径 15mm 的小铁球一个(玻璃球亦可)、细铁丝一小截。　　先剥掉高橙瓶的外壳包装纸，使其透明。将小木塞中心钻一个小孔， 按前图的方法把它们装配起来。注意细铁丝下端与倔强系数小的弹簧固 定，上端穿过倔强系数大的弹簧与铁皮固定，铁皮略大于弹簧直径，平 放在弹簧上。【实验方法】　　1.用铁夹子夹住铁丝伸出小木塞处，使其不能上下移动。将瓶子拿 起来上下摇动数下，放回桌面，此时振子振动起来，且振幅逐渐减小， 几分钟之后停下来。这种振幅越来越小的振动即是阻尼振动。2.用一个周期性的力压铁皮，振子会在这种周期性的策动力作用下持续振动起来。这种物体在周期性外力作用下的振动叫受迫振动。　　3.以不同频率的策动力压铁皮，振子就以不同的频率持续振动。这 说明物体受迫振动的频率等于策动力的频率，而跟物体固有频率无关。二、声波在空气中传播速度的测定【实验原理】 波在传播时，波速、波长与频率有如下关系：v=λf如果我们已知波的频率 f，测出波的波长λ，就可以求出波速 v。 假设在一长玻璃管口有一已知频率的声源，管口装有可以调节高度的水柱。声源发出的波在玻璃管口传播会经水面反射到管口，入射波与 反射波互相叠加，产生声波的干涉现象。如果我们改变水柱的高度，我 们可以在管口一次、再次、第三次??听到最强的声音。　　相邻两次听到最强声音的水柱面高度之差(参看图 7-24)一定等于半 个波长。　　1即：l2
? 2 ?；l 3
? l2???1? ?；21l n
2 ?。测量出 l1、l2、l3、?、ln-1 代入上式，可以测出声波的波长(取平均值)λ。前面假设声源的频率 f 已知，故可求出声波在空气中的波速 v。【制作方法】材料：40W 废日光灯管、一次性输液软管、空高橙饮料瓶、木板(5×80cm2)、废圆珠芯一支、音叉、粘胶等。 用钳子轻轻除去日光灯管两端的铝皮，然后把一端锉开口，另一端保留抽气小玻璃管。从锉开的一端倒出管内杂物，装进少量细沙与水，沿管轴方向摆动，利用水和沙洗管壁内的荧光粉，把水和沙倒出洗净管 壁。用饮料瓶作一个连通器。在饮料瓶下部用铁钉烫一小口，插入一空圆珠笔芯管，用胶粘牢。把软管一端插在圆珠笔芯管上，一端与日光灯 保留的玻璃管相接。在木板上贴一张白纸，并画出刻度线，将日光灯管固牢在木板一侧。最后在木板顶端开一小孔，以便插入音叉的手柄，并使音叉置于管口上 方。饮料瓶要能在支架杆上调节高度并固牢。整个装置如图 7-25 所示。【实验方法】1.利用饮料瓶连通器向管里注水，直至接近管口。　　2.敲击音叉，并使饮料瓶自上而下移动，使水柱面下降。在管口听 到声音最强时停止移动饮料瓶，固定其高度，记下此时刻度尺上的读数。3.重复步骤 2，找到相邻声音最强时刻度尺的读数。　　4.利用前面的公式，算出声波波长值，再由波速、波长、频率的关 系式计算出声波在空气中的传播速度。　　5.改用不同频率的音叉，用同样的方法测出声音在空气中的传播速 度。比较一下。　　注意：可以不用音叉，把扬声器固定在管口处，扬声器再接学生信 号源，信号源调节到一定的频率输出信号，使扬声器作为声源。(邹维民提供)§7.4 电学实验教具制作一、自制箔片验电器【制作方法】 材料：空酱菜玻璃瓶一个、铜丝一小截、香烟盒铝箔包装纸等。 在酱菜瓶盖中央开一小孔，把铜丝穿入孔中，瓶盖外端弯曲成环状，瓶盖内侧弯曲成“L”状。剪一张长条铝箔纸，铝箔面相对折叠，折叠处 粘贴在铜丝下端，尽量使铜与箔条相接触。如图 7-26 所示。　　实验时，将瓶盖盖好，用带电体接触铜丝环，通过透明玻璃瓶可以 看到两箔片张开。二、自制验电球(胡国元提供)材料：空洗发精塑料瓶一只、乒乓球一只、香烟盒铝箔纸、粘胶等。　　先把乒乓球粘接在塑料瓶口，再把一张铝箔纸箔面向外粘贴在乒乓 球上。剪许多条宽约 4mm 的铝箔条，每条约长 15cm 左右，每条箔片箔面向球粘贴在乒乓球上把乒乓球都贴满。 实验时，从手摇感应起电机上接一导线乒乓球相连，摇动起电机，验电球上的箔条部张开如球状。参看图 7-27。三、自制导电纸(张爱武、方新民提供)【制作方法】　　描绘静电场中的等势线时，需要用到导电纸，自制的导电纸一样好 用。方法一材料：废干电池、胶水、废报纸 先把废干电池中的碳棒取出，捣碎后放入容器中用水湿润，逐渐加入胶水并不断搅拌，使其成为油漆状粘稠状态，再用纱布过滤。将这种导电涂料均匀涂刷在纸上，待晒干或烘干后便可使用。 方法二材料：普通白纸、碳素墨水 在普通白纸下垫一薄膜，用板刷均匀刷上一层书写碳素墨水，待晒干或烘干后再刷一次，干后即可使用。 方法三材料：糊精、白纸、石墨粉(或废干电碳棒细末)。 加少量清水到糊精里搅拌匀，再涂抹在白纸上，用两层棉纱包着石墨粉在纸上筛洒，待干后即可使用。四、静电除烟【实验原理】图 7-28如图 7-28 所示。 简易空气清洁原理装置是由容器与平行放置的两块金属板制成，假定 A 板接高压电源正极，B 板接高压电源负极，AB 极板间存有很强静电 场。当容器内充满烟气时，在强大的静电场内，空气分子将会电离成电 子与正离子。正离子跑到 B 板得到电子又重新变成空气分子。电子则在 奔向 A 板的过程中，遇到烟气分子并使之带负电被吸到 A 极板上，经过 很短的时间，容器内的烟气分子很快消失，充满清洁空气。【制作方法】材料：空水果罐头瓶一个(带塑料盖)、4.5cm×9cm 铁皮两块、6cm长 2 号电丝两根。 用砂纸打磨两铁皮、铁丝、用大功率电铬铁焊接(先用盐酸处理一下焊接处更好)。　　在罐头瓶塑料盖上钻两个小孔，两孔相距 20mm，然后把铁丝从盖内 穿至盖外，盖在瓶上。【实验方法】1.把感应起电机两电极分开，各用一根导线接在两铁丝上。　　2.打开瓶盖，抽一口香烟向瓶里喷去(或把瓶口向下放在点燃的蚊香 上方(1～2)分钟)，立即盖上瓶盖，瓶中充满烟气。3.摇动感应起电机，瓶内烟气马上成一缕缕的，然后立即全部消失干净。五、静电植绒【实验原理】　　如图 7-29。在 A、B 两个极板上加上高压，A、B 之间将在存有强静 电场。若在下面的 B 极板上放一些轻小的绒絮，这些绒絮将带上与 B 极 板相同的电荷，并受到 B 极板的排斥和 A 极板的吸引，在电场力作用下由 B 板向 A 板运动。如果我们事先在 A 板上按自己的要求用胶水绘出需要的图案，这些轻小的绒絮到达 A 板后就会粘附在 A 板的胶水上。撤去 电场，A 板上就显现出原先设计的图案。图 7-29 图 7-30【制作方法】　　材料：两块 8cm×15cm 的铁片、一块 10cm×18cm 厚木板、8×10cm 三夹板两块、10×18cm 三夹板一块、10×15cm 玻璃两块、8×15cm 泡沫 一块、导线、细线等。　　按图 7-30 所示把框架组装起来，下面的铁片直接水平放在泡沫上， 并焊一根导线引出框外。在上面的铁片四个角上钻四个小孔，各系一根 细线从上面的三夹板上穿出，并在板上系牢(这四根线的长短可以调节上 铁片与下铁片平行，还能调节两极板间的距离)。上铁片也引一根导线出 框架。前后的玻璃板要便于取下来。绒絮可以在旧绒衣上剪成短絮待用。【实验方法】1.先在一张 8cm×15cm 的纸上用胶水画出需要的图案。　　2.取下前面的玻璃或后面的玻璃，图案纸贴在上铁皮的下表面上。 在下表面上撒满绒絮。　　3.把前后两玻璃盖盖好，调节细线使两极板之间距离适当并且平 行，然后系牢细线。　　4.两根引出导线接手摇感应起电机的两根放电杆上，转动起电机， 绒絮在两极板间飞舞。1 分钟后，将两放电杆放电，取下玻璃，从上铁片 揭下白纸。白纸上会留下绒的图案。六、电学“黑箱”【实验原理】 为了复习巩固所学的电学知识，我们可以用“黑箱”来进行检验。 “黑箱”的外表面共有三个触点 A、B、C，如图 7-31 在这三个触点之间，可以把电阻、电容、二极管、导线等元件接上去。也可以接电池， 但一定要慎重，否则容易损坏万用表。所有的元件接在“黑箱”内，只 能利用万用表来进行测量，从而判断“黑箱”里究竟有什么元件？是怎 样连接的？例如，A、B、C 三点之间有多种连接方式，如下图 7-32。【制作方法】 材料：空皮鞋纸盒一个、小铜螺丝三颗、鳄鱼夹六个、导线、待接元件等。图 7-32　　空纸盒就是“黑箱”，纸盒盖就是接线板。在板盒盖上按图 7-31 钻 三个小孔，将螺丝穿入孔中，螺丝头在盒外作为触点。盒盖内侧每颗螺 丝用垫片和螺母固定两根导线，导线另一端焊接鳄鱼夹。【实验方法】　　1.在图 7-32 中选一种方案把元件接在鳄鱼夹之间，再把盒盖盖在纸 盒上(盒外只见三个触点)。2.让其他同学用万用表测试，确定“黑箱”内有何元件及连接方式。3.更换箱内元件与连接方式再做。§7.5 电磁部分教具制作一、通电导体在磁场中受力【实验原理】 磁场的基本特性是对放入其中的电流有力的作用。我们可以用实验来证明这种力的存在，并且找出判定这种力的方法(左手定则)。 图 7－33　　在图 7－33 中，磁场由碲形磁铁提供，通电导体由香烟铝箔纸构成 回路，整个装置十分简单。通电导体是由铝箔纸制成，导电好、重量轻， 一旦两导轨上通电，在磁场力作用下，它会迅速向某一个方向滚动。【制作方法】　　材料：23cm×20cm 木板一块(厚 3cm)、风钩 4 个、香烟盒铝箔纸、 木螺钉两个、导线、透明胶布等。　　将铝箔纸裁成 8cm×20cm 三张，找一细玻璃棒衬垫，用铝箔纸卷成 三根圆棍(箔面向外)，用胶水把纸口粘牢。　　如图 7－33 所示，把 4 个风钩平行对称固定在底板上，将 2 根铝箔 棍作为导轨穿入风钩孔中，在铝箔棍的一端中用透明胶布粘牢一根导 线，引到接线柱上。第三根铝箔棍横放在导轨上。如果铝箔棍硬度不够，可以把铝泊纸卷在圆筷子上或细玻璃管上。【实验方法】1.碲形磁铁放在木板中央，通电导体(铝箔棍)平放在导轨上。2.接通电源(2 节 1.5V)电池即可，通电导体在磁场中明显受力滚动。　　3.调换接线柱上电源输入的正负极，各做一次，会看见通电导体向 相反方向滚动。根据实验现象，自己总结左手定则。　　注意：电路接通瞬间，铝箔片会放电打火而脱箔，做(2～3)次后， 把铝箔棍转动一下，使通电导体与导轨之间接触良好。另外，通电时间 不宜太长。二、电磁感应现象(刘谦军、李化云提供)【实验原理】电能产生磁、磁也能产生电。 用一闭合导线在磁场中运动，使穿过闭合导线的磁通量发生变化，此时闭合导线中会有感生电流，我们可以用发光二极管把这种感生电流 的效应显现出来。如图 7－34 所示。 把两只不同颜色的发光二极管并联之后，接在闭合回路中。当闭合回路的线圈如图在磁场中垂直于纸面向里或向外运动时，A、B 两端产生 感生电动势。若红灯亮，说明 A 点电位高于 B 点的电位；若绿灯亮，说明 A 点的电位低于 B 点的电位。这样很容易判定感生电流的方向。【制作方法】0.5mm 漆包线、红绿发光二极管各一只。选一个 4cm×6cm 的长木块做绕漆包线的衬物，绕制一个内径为 4cm×6cm 的矩形线圈，密绕(400～600)匝，绕完后退出木块。将两只红、绿 发光二极管并联焊接在接头处(二极管极性相反)。焊接后将两只二极管 分别固定在矩形线圈的两个对边上，以便于观察。【实验方法】　　1.用一个大号的蹄形磁铁 N 极在上，S 极在下放于桌面上，手持线圈 套入 N 极中，突然拉出线圈，其中一只灯会亮(红灯亮，说明感生电流方 向是 A→B→C→D→A；绿灯亮，说明感生电流方向是 A→D→C→B→A)。　　2.又将线圈对准 N 极快速套进去，另一发光二极管将发光。这说明 两种情况下的感生电动势的方向相反。　　3.把蹄形磁铁翻过来，S 极在上，N 极在下，重做步骤 1、2，再根据 实验现象进行总结。三、楞次定律实验【实验原理】 我们常常用铝环来做楞次定律实验，实际上，随手找点材料，经加工后也能做。　　如图 7－35 所示，当我们用条形磁铁迅速插入闭合金属环时(注意不 要让磁铁碰到金属环)，可以看到金属环顺着磁铁动起来；把条形磁铁从 金属环中迅速抽出来时，金属环也会顺着磁铁运动方向动起来。当我们 把条形磁铁迅速插入开口金属环或从环中抽出时，开口金属环不动。这是因为由于磁铁的插入，闭合金属环会产生感生电流。根据楞次定律，感生电流的磁场要阻碍金属环与磁铁的相对运动，磁铁的磁场随 着磁铁运动。结果不是金属环制止磁铁运动，而是产生感生电流的金属 环在磁场作用下运动，开口的金属环不会产生感生电流，所以它不会与 磁铁的磁场发生相互作用而运动。【制作方法】　　材料：废易拉罐一个、硬纸薄板或塑料薄板 2.5×18cm2 长条一块、 空酒瓶一个、小针一根、粘胶等。从易拉罐上剪下 2.5cm 宽的圆环两只，分别粘牢在硬纸薄板的两端，其中一个圆环剪开口，将小针尖端向上，用橡皮泥固定在空酒瓶口上。 找出硬纸薄板的重心，让针尖顶着该重心处使硬纸薄板平衡。【实验方法】 参看实验原理部分。　　注意：作为横梁的硬纸板越硬越好，不能用针尖在纸板上钻个小孔， 把针尖顶在小孔上，这样会影响该实验装置的灵敏度。另外，条形磁铁 磁性不能太弱，磁力大为减弱的磁铁应充磁。四、旋转的磁场产生感生电流【实验原理】　　如图 7－36 所示，当悬挂的蹄形磁铁绕悬线轴旋转时，两极间的磁 场方向也在旋转，在蹄形磁铁两蹄之间就存在着旋转的磁场。如果在两 蹄之间放入一个筒状金属框，由于金属框处于旋转磁场内，金属框中的 磁场发生变化，金属框上将产生感生电流。反过来，旋转的磁场又对感 生电流发生作用。金属框也在磁场作用下旋转起来。　　如果在金属框上开许多小口，使金属框不能在旋转磁场内产生感生 电流，也就不存在磁场对电流的作用，开口的金属框不会旋转起来。图 7-36 图 7-37【制作方法】 材料：废日光灯起辉器铝皮外壳两只、蹄形磁铁一块、粗铜丝一根、橡皮塞一个、10cm×10cm 木板一块、高 30cm 木头支柱一根、细线、羊眼 一个、铁钉若干。　　把两只废起辉器铝外壳面心由内向外各铳一个小凹坑。如图 7－37 所示。把其中一个沿竖直方向剪开许多条状口子，从最下边一直剪到上 端平面。　　剪一根 8cm 长的粗铜丝，一端磨尖，一端插入橡皮塞内。尖端顶在 铝壳凹坑中，做成铝壳旋转支架。把木板钉成图 7－36 所示支架，上面固定一个羊眼，羊眼里系上细线，细线下端悬挂蹄形磁铁。注意细线一定要栓正，以防磁铁旋转时向 两边摇摆。【实验方法】　　1.把蹄形磁铁向一个方向旋转，扭紧细线后，使磁铁竖直吊着，用 手托住磁铁使其不旋转。2.未开口的铝壳放在铜针上。慢慢移入蹄形磁铁的两蹄之间。　　3.松开磁铁，磁铁在细线张力下绕竖直轴旋转，稍过一会儿，未开 口的铝壳也会慢慢沿磁铁旋转方向旋转起来，并且越来越快。当磁铁在 细线张力下沿相反方向转动时，铝壳也会沿相反方向旋转。4.如果把未开口的铝壳取下，换上开了口的磁铁，无论磁铁向哪个方向旋转，开了口的铝壳都不会旋转。 可在未开口的铝壳上贴一些彩纸，使壳的旋转显而易见。五、电磁波的发射与接收【实验原理】　　1888 年，德国青年科学家赫兹(Hezi)在实验室里，用两条光滑的铜 杆，各自系在两片锌板上，同时又把铜球杆接触感应线圈的两端。当锌 片通电时，两个铜球自然接近起来，并且冒出了微弱的小火花。这就是 有关电磁波发射与接收的实验。　　如图 7－38 所示，把两个粗铁丝一端各装一个球形导体，构成火花 间隙，并用感应圈供电，组成开放振荡电路，用来发射电磁波。铁丝相 当于发射天线。它的工作过程是，当感应圈工作时，两球形电极间电压 很大，因而击穿空气发生火花放电。每跳过一次火花，两条线形导体就 往复充、放电许多次，电路就形成一周期极小、频率很高的阻尼振荡， 并向周围发射出电磁波。由于振荡器的固有频率比感应圈所发出脉冲电　　压的频率高得多，在相邻两脉冲之间振荡就衰减掉，因此振荡器振荡是 被感应圈激起的阻尼振荡。如果火花连续地跳过，那么就会不断地产生 阻尼电磁振荡。　　接收电路，也是用粗铁丝做接收天线，它的长度与发射天线的长度 相同。由于接收电磁振荡感应的电压很高但功率不大，故采用高电阻而 电流小就能发光的氖泡来显示所接收电磁波的能量。【制作方法】　　材料：四根长 1m 的粗铁丝、两个小金属球、两小块泡沫塑料、一个 废日光灯起辉器氖泡、导线两根。　　先将两金属小球焊接在丙根粗铁丝两端，然后插入感应圈上的两极 的孔中，两球相距约 1cm 时固定。把起辉器外壳去掉，用剪刀剪去起动 线圈或起动电容，仅留下氖泡。　　剩下两根铁丝各穿入一根泡沫中心，将两铁丝端用导线与氖泡相 接。【实验步骤】　　1.给感应圈接上电源，打开开关，调节升压旋钮，使两球间刚好产 生火花放电。2.两手持接收天线上的泡沫塑料，使振荡器与接收器的天线平行，当二者相距 2m 左右时，可以观察到氖泡发光。说明接收器已接收到发射 的电磁波能量。3.逐渐远移接收器，氖泡发光越来越暗；逐渐近移接收器，氖泡发光越来越亮。这说明接收电磁波的能量与发射点和接收点之间的距离有 关。4.转动接收器改变接收天线的方向，使得接收天线不再平行于发射天线，氖泡的发光强度也明显减弱；当接收天线与发射天线垂直时，氖 泡熄灭。不转动接收器，改变发射天线的方向，也可以看到同样现象。 这说明了接收电磁波的方向性。(胡耀合提供)§7.6 光学实验教具制作一、光导纤维【实验原理】 光导纤维对光的传导作用，是全反射现象一个非常重要的应用。 由折射定律知道，当光线从光密媒质进入光疏媒质时，折射角会大于入射角。但当折射角大于 90°时，折射光线会完全消失，只剩下反射 回光密媒质的光线。我们可以用光密媒质做成导光管，使光线在光密媒 质中多次发生全反射，沿导光管向前传播。【制作方法】 方法一　　材料：废易拉罐一个、青霉素药瓶一只、“2.2V，0.25A”灯泡一只、 导线若干。　　将青霉素药瓶的铝壳去掉。取下橡皮盖，用针钻两个小孔，然后把 有绝缘皮的导线插两根穿过小孔后焊接上小灯泡。焊接的小灯泡放入透 明瓶内，橡皮盖依然盖好(要切保浸入水中后不漏水)。在易拉罐下端开一直径约 3mm 的小口，水柱导光实验装置就完成了。实验步骤如下：1.将两根导线接在 1.5V 的电他上，再把盖好的药瓶放入易拉罐中。　　2.把易拉罐中装满水，让水从孔中流出，形成一条弯曲的水柱，伸 出手放在水柱经过的途中，可以清晰地看到手心明亮的光斑。如图 7-39 所示。这个实验是物理学史中发现全反射现象的模拟实验。方法二　　材料：空麦乳精铁罐一个、20cm 长的实心玻璃棒一根、“220V，15W” 灯泡一只、灯头一只、导线、插头、黑色绝缘胶布若干。先将玻璃棒放在酒精灯上加热，加热 1 分钟后将其弯曲成“S”状。在麦乳精铁罐下端开一小孔，小孔直径略大于玻璃的直径。将玻璃棒外 边用黑胶布缠绕(使其在导光时不透光)，再把玻璃棒插入麦乳精铁罐的 小孔中，插入罐内玻璃棒不要用黑胶布缠绕，以便于接受光照。灯头用 导线与插头连接，上好灯泡。　　实验时，把插头插入 220V 电源插座上，灯头放入麦乳精罐内，盖好 罐盖。此时通过玻璃棒观察，可以看见明亮的光斑，这正是光线经过“S” 形玻璃棒传导出来的。　　如果把灯泡换成有颜色的灯泡，看见的光斑也有相同颜色。二、光 的折射【实验原理】 当光从一种媒质进入到另一种媒质时会改变方向，这种现象就是光的折射。　　装置如图 3－15 所示，用一个透明玻璃瓶装上半瓶水，再在瓶上贴 一张黑纸。黑纸从上到下开一条直径，当光线透过狭缝射入瓶中时，站 在纸的背面看瓶子，会看见水上的光线与水下的光线相互错开，再不是　　一条直线了。 这是因为光线通过瓶中的空气是直线传播，光线通过水中传播时，已发生了折射，所以一条直狭缝透过的光，会产生这样两条错开的光线。【制作方法】 材料：透明酒瓶一个、黑纸一张、糊精等。 制作方法参看§3.2(参考资料)。三、自制 X 光机【实验原理】　　1895 年，德国物理学家伦琴，发现了比紫外线波长还短的 X 射线， 它的穿透本领很大，能使包在黑纸里的照相纸感光。后来把这种射线叫 做伦琴射线，以纪念这位科学家。　　如图 7－40 所示，灯泡外用金属箔片作为对阴极，灯丝作为阴极。 当两极接上高压时，灯丝发出的电子在电场力作用下以很大速度射到对 阴极上，从那里激发出相当强的伦琴射线。激发出的伦琴射线在传播时， 穿透黑色包装纸，使胶片感光。【制作方法】材料：“220V，15W”灯泡一只、灯头座一只、 12×15cm2 木板 两块、香烟铝箔纸一小张、黑纸、感光胶片、“F”形铁皮一块、导线等。　　在木板上安装灯座，灯座上两个接头接在一起，然后引出准备接感 应圈的高压。剪一块 15mm×15mm 的铝箔、箔面向着灯丝，压住一根导 线在灯泡的外壁上，用胶布粘贴牢固。用黑纸做成一个纸袋，里面要能放一张相纸，并且不透光。纸袋外粘一块“F”形铁皮，作为待摄的物体，再把纸袋粘贴在竖直木板的上方。【实验方法】1.在暗室里把相纸装入黑纸袋内，封好，再拿出暗室。2.调节高压感应圈放电火花间隙，一般调至 8cm 为宜。　　3.把灯泡引出的两根导线(一根在灯泡外壁上)接到感应圈两根放电 杆上，再接通电源，使感应圈工作。感应圈工作电压逐渐调高，观察灯 泡内是否出现淡紫色的荧光。若有荧光，则说明两极与高压感应圈接线 正确，若无荧光，则说明极性接反，应该把感应圈反向开关拨到另一位 置，改变电源极性再做。　　4.当发现灯泡内有淡紫色荧光时，表明对阴极已发射出 X 射线。经 短时间照射后，停止感应圈工作，取下黑纸袋，在暗室里把相纸取出来用 D－11 显影液，再用 F－5 定影液定影，水洗后干燥，就可以得到一张 待摄物的“X 光片”。第八章 趣味物理实验教具制作　　本章从多年教学活动中选编了一些带有趣味性的教具制作，这一部 分教具既可以在初中教学中使用，也可以在高中教学中使用，主要用来 引起同学们学习物理的兴趣，激发同学们的创造能力。分成力、热、电、 光、能量五个部分。　　§8.1 力学趣味实验教具一、小熊猫踩滚筒　　如图 8－1 中的小熊猫两只前爪抓住横杠，两只后爪在不停地踩着滚 筒，多神气！无论滚筒滚得快还是滚得慢，无论是上坡还是下坡，虽然 它前俯后仰，却怎么也没有倒下，仍在不停地踩着滚筒。打开滚筒一看，原来奥妙在这里！　　滚筒的轴如图 8－2 所示。在支点下轴向下弯折，并在下端横轴上固 定着一根粗铁。从支点 OO＇来看，由于支点下方的扭转力矩远大于 OO＇ 轴上方的横杠产生的扭转力矩，使得除了滚筒之外的整个柜架重心始终 在支点运动的平面以下，从而保证了小熊猫在滚筒滚动时不会倒。【制作方法】材料：麦乳精空罐头一个、同样大小的酱菜瓶盖两个、2 号铁丝 0.5m长一根、10cm 长粗钢筋一根、纸剪的小熊猫一个。 将两瓶盖中心各钻一个小孔。去掉麦乳精罐头盒上部与下底，留下中间薄铁皮。剪开薄铁皮，使其可以卷成任意大小的圆筒。 图 8-1 图 8-2将铁丝穿过小孔弯成图 8－2 所示形状，注意接头处在两瓶盖内侧并绑上粗钢筋条。麦乳精罐头薄铁皮以两盖为底，正好撑开两盖成为圆筒。 在硬纸盒上画一个小熊猫，小熊猫的两前爪向上举起，两只后爪向 下蹬直。剪下小熊猫，在向上举起的爪心钻两个小洞，用细线定在横杠上。熊猫的两只后爪要刚好接触滚筒，太长太短都不行。用力推一下做好的滚筒。滚筒在向前滚动，小熊猫始终踩着滚筒——就像马戏团的明星！二、走钢丝的小人(由张茂祥提供)你见过“走钢丝”的杂技表演吗？不妨自己动手做一个。　　图 8－3 是一个走钢丝的小人，他手中握持“长竹竿”，脚下蹬有一 辆“独轮车”，“长竹竿”两端配有重物 A、B。A 在小人的左边，B 在小 人的右边。当小人在钢丝上平衡时，配重 A、B 对于支撑点 O 的力矩大小 相同、方向相反，恰好使小人处于平衡状态。　　当小人偏向右侧时，小人及其手中握持的“竹竿”会如图 8－4 虚线 所示发生倾斜，此时 B 端 O 扭转力矩变小，A 端扭转力矩变大，使得“竹 竿”向左还原，小人重新回到平衡位置。同样道理，当小人偏向左侧时，也会回到平衡位置。 在小人脚下装一个滑轮，犹如杂技演员骑在独轮上一样，可以在钢丝上滚过来滚过去，即使小人左右摇晃，但“杂技演员”是很少“失手 的”。【制作方法】　　材料：一小块三合板、定滑轮一只、4 号铁丝一根、长 36cm、橡皮 泥若干(粘泥巴也行)、单芯铝线(有绝缘外皮的)(2～3)m、粘胶。　　　　在三合板上锯下一个小人，小人的两腿粘在定滑轮的轴架上，滑轮 依然可以灵活旋转。按照图 8－3 所示在两“手”中开一小孔，刚好能穿过 4 号铁丝，铁丝与“手”应该用粘胶固定起来。将铁丝弯曲成弧形， 两端各用一块橡皮泥捏成球状作为配重物。　　把铝线拉直作为“钢丝”。将小人放在平直的铝线上，调整铁丝的 弯度与两边配重的大小，使整个物体重心与滑轮的滑动槽在铝线上的接 触点处于同一竖直线上，保证小人的平衡。　　手持铝线一端，使铝线略微倾斜，小人不断从高端缓慢滑下低端， 就像杂技演员在钢丝上来回走动一样。三、水中开花找一个盐水瓶、一次性输液塑料软管一截、气球一个。 在瓶子的胶塞并排开两个小孔，将两根软管插入胶塞中，瓶内部分均留 4cm 长，用粘胶把软管与胶塞之间固定密封使之不漏气。在其中一 根软管口端系一个气球。　　将瓶中装满水，胶塞盖在瓶上，把它倒置悬挂起来，随着一根软管 向外流水，瓶内的气球也越来越大，仿佛瓶中有一朵花正在水里开放一 样。如果把气球的进气口封住(用封口夹)，水不会向下流了，气球也不再变大。 原来气球皮囊内外压强不一样。皮囊内与大气相通时是大气压强，而皮囊外水的压强比大气压强要小，所以球越胀越大。封住了进气口，气球皮囊内的压强与皮囊外水的压强相同时，水不再向外流，气球也不 再胀大了。
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