3三楼魅力科学展厅讲解.docx

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3三楼魅力科学展厅讲解

魅力科学展厅

欢迎来到科学探秘展厅，本展厅下设运动之律、数学之趣和电磁之秘四个展区，在这里，我们将开启智慧的大脑，领略基础科学和科学经典的独特魅力。

运动之律

首先我们来到运动之律展区，一起认识运动的规律与奥妙。

机械狗

摇动手轮，通过机械狗的运动直观的了解连杆机构的灵活应用。

连杆机构由若干个刚性构件通过低副（转动副、移动副）联接，且各构件上各点的运动平面均相互平行的机构，又称平面低副机构。

低副具有压强小、磨损轻、易于加工和几何形状能保证本身封闭等优点，故平面连杆机构广泛用于各种机械和仪器中。

自己拉自己

坐在座椅上，拉动绳索把自己拉起来。

为什么能轻而易举的拉起自己？

这里我们利用了动滑轮和定滑轮组成的滑轮组。

定滑轮可以改变力的方向，但不能省力；动滑轮可以省力，但不能改变力的方向。

两者组成的滑轮组既可以省力，又可以改变力的方向。

滑轮组在我们日常生活中运用相当广泛。

升国旗时，旗杆上有滑轮，起重机上有滑轮，升降机上有滑轮……滑轮虽小，发挥的作用却很大。

动量守恒

碰撞，一般是指两个或两个以上物体在运动中相互靠近，或发生接触时，在相对较短的时间内发生强烈相互作用的过程。

如果两个碰撞小球的质量相等，联立动量守恒和能量守恒方程时可解得：

两个小球碰撞后交换速度。

如果被碰撞的小球原来静止，则碰撞后该小球具有了与碰撞小球一样大小的速度，而碰撞小球则停止。

滚球旅行记

操作手轮，驱动各种机械结构，把小球完成一个运动循环。

在小球的运动循环中，我们利用了哪些机械结构呢？

这里有阿基米德螺旋机构、棘轮机构、蜗轮蜗杆机构、同步带机构、链条机构、曲柄导杆机构、链传动、凸轮机构等。

生产生活中的复杂机械设备都是由杠杆、滑轮、轮轴、链条等简单的机械结构组合起来的。

这些机构的合理使用，为我们的生产生活带来了便利。

比扭力

握住大圆盘时，稍稍用力就可以获胜。

这是因为大转盘的半径是小转盘半径的两倍，因此能省一半的力。

这是一种变形的杠杆——轮轴，汽车上的方向盘是应用轮轴省力的实际范例。

万有引力

万有引力定律是物体间相互作用的一条定律，1687年为牛顿所发现。

任何物体之间都有相互吸引力，这个力的大小与各个物体的质量成正比例，而与它们之间的距离的平方成反比。

万有引力定律影响着整个宇宙。

小到苹果落地、大至行星围绕太阳运动、超新星诞生、黑洞的形成等自然现象都是遵循着这一定律。

椎体上滚

这里我们会看到锥体沿轨道往高处滚动的奇怪现象。

这是因为物体受到重力的作用，会向着重心降低的趋势运动。

表面看锥体是沿着轨道向上滚动，仔细观察你会发现轨道低端窄，高端宽，锥体向轨道高端运动时，其重心位置却是在逐渐下降的。

空气迷宫

空气占有一定的空间，但没有固定的形态和体积，当我们对密闭的容器施加压力时，空气的体积就被压缩了，其内部的压强随之增大，我们的作用力撤销时，空气在内部压强的作用下，就会恢复到原来的体积。

如果在容器中一个活动的物体，比如我们的小球，当空气恢复原来的体积时，小球将被外面空气的压力推弹出来。

声光之绚

彩色的影子

光线在同种均匀介质中沿直线传播，不能穿过不透明物体而形成的较暗区域，形成的投影就是我们常说的影子。

为什么我们看见的影子是彩色的呢？

这是因为人眼对红、绿、蓝最为敏感，人的眼睛像一个三色接收器的体系，大多数的颜色可以通过红、绿、蓝三色按照不同的比例合成产生。

同样，绝大多数单色光也可以分解成红、绿、蓝三种色光，这是色度学的最基本的原理，也称三原色原理。

声驻波

管中的小颗粒为什么会跳舞呢？

当调整声源频率时，会发现在不同频率下管中颗粒振动的高度和位置会发生变化。

管子的一端是一个扬声器，另一端封闭，扬声器发出的入射声波在管内另一端发生反射而形成反射波，在特定频率下入射波和反射波互相叠加形成驻波，振幅最大的点称为波腹，振幅最小的点称为波节。

当频率变化时，波腹、波节的位置和振动幅度随之改变，形成看似小颗粒跳舞的现象。

穿墙而过

小球为什么可以穿墙而过呢？

自然光振动方向是四面八方的，但光在通过偏振片后仅在一个方向振动。

在展品的圆筒内左半段安装了纵向偏振片，自然光在通过圆筒的左半段后，仅有纵向振动的光；在展品的圆筒内右半段安装了横向偏振片，自然光在通过圆筒的右半段后，仅有横向振动的光。

由于圆筒内光振动方向互相垂直，通过右半段的横向偏振片看不到左半段的纵向振动光，在两种光波之间就形成了这面不透光的“墙”。

其实这个“墙”根本就不存在，这是互相垂直的偏振片造成的不透光现象。

空中成像

人眼在观察事物时，当景物消失后，影像会在视网膜上保留1/24～1/16秒，这种现象称为“视觉暂留”。

杆上排布LED灯，杆摆动时，电路控制LED灯发光形成扫描图像，虽然不是整幅图像同时发光，由于视觉暂留效应，发光点会在视网膜上保留一段时间，会使人感觉看到了完整的图像。

电影、电视就是利用视觉暂留特性设计制作的。

七色光工坊

光线在同种均匀介质里沿直线传播，但当光线从一种介质进入另一种介质时，由于光线在两种不同的介质里传播速度不同，两种介质的交界处传播方向发生变化，这就是光的折射。

人们利用折射原理发明了凸透镜和凹透镜，并用于制作近视镜、老花镜和放大镜以及望远镜、显微镜等光学系统。

万丈深渊

下面是“万丈深渊”，你敢从上面走过去吗？

放心吧，绝对安全。

因为地下平行安放两面镜子，底面为全反射镜，顶面为半透半反射镜。

箱体中间的发光体接通电源后产生的图象，会在两面镜子之间来回反射。

每次反射后都会产生一个距离加倍的新像，以至无穷。

分型艺术

分形艺术体现出许多传统美学的标准，如平衡、和谐、对称等等，但更多的是超越这些标准的新的表现。

她有内在的秩序，局部与整体的对称屏弃了欧几里德几何形式的对称给人带来呆板的感觉，其结构丰富饱满却不杂乱。

激光竖琴

拨动琴“弦”，会听到美妙的琴声。

为什么无弦琴能发声呢？

秘密在琴的下方有多个激光器，上方对应处装有光电传感器。

当拨动琴“弦”时，手指就遮住了这束激光，触发了相应的光电传感器，使音响系统发出对应的乐声。

连续拨动琴“弦”，就可以听到美妙的琴声。

应用：

激光是20世纪的重大发明，激光光束发散度极小，亮度极高，单色性极好，能量集中，在工业（切割）、农业（育种）、医疗（手术）、通信以及军事等领域都有广泛的应用。

镜子迷宫

为什么在镜子迷宫里很容易迷路？

展项利用镜面反射的原理，在一个相对封闭的空间里，四周都放置平面镜，这样空间内的图像通过镜子不停的反射，形成一个好像没有尽头的空间模型。

传声筒

我们在传声筒的一端讲话，在传声筒的另一端是可以听到的。

声音以声波的形式传播。

声音只是声波通过固体或液体、气体传播形成的运动。

音乐通道

我们将手放入乐器中，聆听不同乐器发出的声音。

每个打击乐器中都装有声控装置。

当我们用鼓槌敲击在乐器上的时候，内置传感器接收到信号，发出与之对应的声音。

声音爬楼梯

声音是一种能量，是以波的形式传递的，可以通过计算机图形处理和数字声音技术直观的显示在我们面前。

电磁之秘

接下来进入电磁之秘展区，探索电磁的神奇与奥秘。

人体导电

人体组织中含有大量水分，和矿物质，电解质，电解质溶解于人的体液中便形成了带电的离子，这着些离子在外电场的作用下，于体液内作定向移动，便形成了电流，人体同样就有了导电性，成了导体。

人体的导电程度与电压和人体电阻有关，人体短时间忍受的电流约为30毫安以下，一般人体感知电流为1毫安左右。

电磁炮

电磁炮是利用电磁力原理代替火药曝炸力来加速弹丸的电磁发射系统。

位于磁场中的导线在通电时会受到一个力的推动，同时，如果让导线在磁场中作切割磁力线的运动，导线上也会产生电流。

雅各布天梯

电弧沿羊角形电极攀升，而后在顶端熄灭，你知道其中的奥妙吗？

两根下窄上宽的羊角形电极，一根接高压，一根接地。

当两电极间的电压足够高时，电极底部狭窄处的空气被击穿变成导体产生电弧。

由于放电过程中底部温度较高，会形成上升气流，从而推动电弧不断向上爬升，当电弧达到一定高度，电极间距超过“击穿”的临界距离时电弧就熄灭了。

如此循环往复，便形成像梯子一样的电弧放电现象，犹如古希腊神话中的“雅格布天梯”。

怒发冲冠与法拉第笼

法拉第笼是由金属或者良导体形成的笼子。

是以电磁学的奠基人、英国物理学家迈克尔·法拉第的姓氏命名的一种用于演示等电势、静电屏蔽和高压带电作业原理的设备。

它是由笼体、高压电源、电压显示器和控制部分组成。

当在法拉第笼处在高电位时或法拉第笼接地，放电杆对其放电时，法拉第笼带电，但其内部场强为零，站在法拉第笼里面的人是安全的。

怒发冲冠利用静电感应和尖端现象，可以使物体连续不断地带上高压电荷，产生几十万伏的高压，进行放电演示。

但人站的台面是绝缘的，电流就没有经过人体形成的回路。

一部分电荷传到头发上，使头发带有同种电荷，产生静电斥力，因此头发就竖起来了。

磁体与线圈

按下“启动”按钮，转动手轮调整线圈的角度，观察灯珠的亮暗变化。

为什么灯珠的明暗会随着线圈角度的不同而改变呢？

闭合回路中，导体在磁场里切割磁力线时，导体中会产生电流，这就是电磁感应。

“U”型磁铁旋转，带动磁力线转动，调整线圈的角度，当磁力线与线圈平面成一定角度时，线圈切割磁力线，就会产生感应电流，使灯珠亮起；随着磁力线与线圈平面夹角的改变，灯珠亮暗随之变化；当磁力线与线圈平面平行时，线圈未切割磁力线，因此不会产生感应电流，灯珠熄灭。

旋转的银蛋

在银蛋下方放置着三组线圈，给线圈通入三相交流电后会在其周围的空间生成旋转磁场，由于银蛋是闭合导体，在旋转磁场的作用下其中会产生感应电流，形成磁场，两个磁场的相互作用使银蛋旋转。

快速旋转的银蛋在离心力、重力以及摩擦力的作用下便竖立了起来。

人力发电

转动手轮带动发电机，扳动开关接通一个或多个用电设备，我们会发现接入的用电设备越多，转动手轮越费力。

因为转动手轮带动发电机转子相对转动，电流表上的指针随之摆动。

转子处于磁场中，做切割磁力线运动，从而在闭合回路中产生出感应电流，供给电路中的用电设备使用。

随着接入电路中用电设备的增加，负载所需要的电流也相应增加，同时增加了发电机转动时的阻力，因此，参与者也能感受到用电荷最多时转动手轮最吃力。

辉光球

辉光球又称为电离子魔幻球。

通电后，震荡电路产生高频电压电场，由于球内稀薄气体受到高频电场的电离作用而光芒四射，产生神秘色彩。

由于电极上电压很高，故所发生的光是一些辐射状的辉光，绚丽多彩，光芒四射，在黑暗中非常好看。

尖端放电

为什么放电现象经常发生在金属的尖端呢？

导体上电荷的分布与其表面的弯曲程度有关，导体表面突出和尖锐的地方，电荷的分布比较密集，因此其附近的电场强度也特别强。

在高压电极通电时，随着接地极的旋转，两根尖针逐渐靠近，在强电场的作用下，尖端附近的空气被电离，从而产生尖端放电现象。

我们可以利用尖端放电现象制作避雷针、电子打火装置、工业烟囱除尘装置等。

但有时我们要避免尖端放电现象的发生，如高压设备的金属元件要做成光滑的球面防止尖端放电。

电磁加速器

点击按钮，启动小球，小球的运动的速度越来越快。

金属小球进入圆环槽内后开始运动，当接近一个线圈时，附近的感应开关闭合，小球前面的线圈因通电产生磁场，小球在磁场吸引下加快速度，小球通过该线圈时感应开关断开，小球以较高的速度向另一个线圈运动。

重复以上动作，小球的运动速度将越来越快，这就是进行科学探究用的粒子加速器的原理，科学家用粒子加速器来探索原子核和粒子的性质、内部结构和相互作用。

数学之趣

正交十字磨

这里介绍了卡尔丹椭圆规。

卡尔丹椭圆规是一种古老的绘画椭圆的简易工具。

常见的椭圆规由十字形滑槽的底板和旋杆组成。

在十字形滑槽上各装有一个活动滑标。

滑标下面有一根旋杆。

此旋杆与纵横两个滑标连成一体。

移动滑标，其下面的旋杆能作360°的旋动画出符合椭圆方程的椭圆。

趣味数学拼图

七巧板，也称“七巧图”、“智慧板”，由七块板组成的。

而这七这块板可拼成许多图形（1600种以上），例如：

三角形、平行四边形、不规则多边形、玩家也可以把它拼成各种人物、形象、动物、桥、房、塔等等，亦可是一些中、英文字母。

华容道游戏取自著名的三国故事，曹操在赤壁大战中被刘备和孙权的“苦肉计”、“铁索连舟”打败，被迫退逃到华容道，又遇上诸葛亮的伏兵，关羽为了报答曹操对他的恩情，明逼实让，终于帮助曹操逃出了华容道。

游戏就是依照“曹瞒兵败走华容，正与关公狭路逢。

移动棋盘中代表曹操、关羽、张飞、赵云、士兵等十个大小不一样的妻子，移动时不得跨越妻子，将“曹操”移到棋盘下方的出口，就可以帮曹操虎口逃脱。

针幕

用自己手向上轻轻一托，就可以看到针幕上形成了一个与手相对应的造型

展项展示像素的概念，即任何一副画面或造型都是由多个点元素构成的。

像素是构成点阵图的最小单位，像素越高图像越精致。

通常用“水平像素数×垂直像素数”表示一幅点阵图的大小。

反射抛物线

左右平移轨道，把小球放在轨道上，你会发现不管轨道平移在哪个位置，小球滚下去反弹回来后总会落入洞中。

为什么小球总会落入洞中呢？

抛物线的反射特点是平行于对称轴的光线经抛物线反射后，会聚于焦点；过焦点的入射光线经反射后平行于对称轴。

正是由于抛物面反射的这个特点，小球经轨道滚下去，平行运动，碰到抛物面后，被反弹回来必定经过焦点，于是就会落入洞中。

百发百中

将圆环放到椭圆的焦点位置，将圆环向任意方向弹出，圆环总能击中目标。

从椭圆一个焦点发出的光，经过椭圆边缘反射后，反射光线都汇聚到椭圆的另一个焦点位置，这是椭圆的光学特性。

因此无论圆环向哪个方向弹出，经过椭圆边缘反弹后，都会击中另一焦点位置上的目标。

椭圆的这种特性，常被用来设计一些照明设备和聚热装置。

多米诺骨牌

多米诺效应的物理道理是：

骨牌竖着时，重心较高，倒下时重心下降，倒下过程中，将其重力势能转化为动能，它倒在第二张牌上，这个动能就转移到第二张牌上，第二张牌将第一张牌转移来的动能和自已倒下过程中由本身具有的重力势能转化来的动能之和，再传到第三张牌上，以此类推，所以每张牌倒下的时候，具有的动能都比前一块牌大，因此它们的速度一个比一个快，也就是说，它们依次推倒的能量一个比一个大。

滚出直线

转动手轮，大家会发现小玩偶的运动轨迹是条直线。

一个圆沿着同一平面上的直线或圆滚动时，动圆上一个固定点的轨迹叫做摆线。

如果把小圆与两倍于它直径的大圆相内切，且小圆在大圆内部作滚动时，小圆圆周上任意一点的轨迹为一条直线，这是摆线的一个特例。

小玩偶正好位于小圆圆周上一点，所以在小圆滚动过程中，它作直线运动。

反射抛物线

左右平移轨道，把小球放在轨道上，你会发现不管轨道平移在哪个位置，小球滚下去反弹回来后总会落入洞中。

抛物线的反射特点是平行于对称轴的光线经抛物线反射后，会聚于焦点；过焦点的入射光线经反射后平行于对称轴。

正是由于抛物面反射的这个特点，小球经轨道滚下去，平行运动，碰到抛物面后，被反弹回来必定经过焦点，于是就会落入洞中。

圆的周长与半径

圆周率π是指平面上周长与平面之比（常取3.14），历史上曾用过圆周率的多种近似值，随着科学的发展和社会的进步，π值的计算越来越精确，最新记录是小数点后14221亿位。

圆的周长是圆周率与直径的乘积。

勾股定理

伽利略说过：

“大自然这本书是用数学语言写成的。

”数学与我们的生活密切相关，是开启科学大门的金钥匙。

那么我们进入“数学魅力”展区认识奇妙的数学知识。

在我国，把直角三角形的两直角边的平方和等于斜边的平方这一特性叫做勾股定理或勾股弦定理，又称毕达哥拉斯定理或毕氏定理。

数学公式中常写作a^2+b^2=c^2。

勾股定理现发现约有400种证明方法，是数学定理中证明方法最多的定理之一。