演示实验十.docx

1、演示实验十实验一 角动量守恒【实验目的】定性观察合外力矩为零的条件下，物体的角动量守恒。【实验器材】角动量守恒演示仪，哑铃一副。【实验原理】绕固定轴转动的物体的角动量等于其转动惯量与角速度的乘积，而外力矩等于零时，角动量守恒。【实验操作与现象】 演示者坐在可绕竖直轴自由旋转的椅子上(不要用竖直轴上有螺旋的转椅，以免急速旋转后椅座脱落，发生危险)，手握哑铃，两臂平伸。使转椅转动起来，然后收缩双臂，可看到人和凳的转速显著加大。两臂再度平伸，转速复而减慢。这是因为当人收缩两臂时，转动惯量减小，因此角速度增加。【注意事项】 起始速度不可太快，避免人收缩两臂时脱离椅子发生危险。实验二 角速度矢量合成【实

2、验目的】通过角速度矢量合成演示仪，演示角速度物理量是一个矢量，其合成角速度矢量与二分角速度矢量间遵守矢量合成的平行四边形法则。【实验器材】角速度矢量合成演示仪。【实验原理】若球体参与两个不同方向的转动，一个方向转动的角速度矢量是，另一个方向转动的角速度矢量是，则刚体的合成转动的角速度矢量等于两个角速度矢量和矢量和，它遵守平行四边形法则。【实验操作与现象】1转动左手轮，是球体沿一确定的转轴匀速转动，观察者可以看到球上的红点描绘出一簇圆弧线，这些圆弧线位于与确定的方向相垂直的平面上。这些圆弧线转动方向按右手法则旋进的方向就是分角速度矢量的方向。转动半圆弧标尺并沿弧移动箭头，使其箭头指示的方向。2

3、按1中所述的操作步骤，摇动右手轮，移动箭头示出加速度矢量的方向。3用左右两手分别同时摇动两个手轮，使球体同时参与两个确定的转动方向转动，使分角速度矢量沿和两个方向。当摇动两个手轮转速相同时，即二分角速度矢量的大小相等，则圆点所描绘出的一簇圆点位于与两箭头所指的方向的分角线方向相垂直的平面上。且此圆点转动方向按右手法则旋进的方向（分角线的方向）就是合角速度矢量的方向，它们满足平行四边形运算法则：。【注意事项】实验前检查球体是否充满气体，若没有，需要充足气体。 实验三 共振【实验目的】利用长短不同的弹性刚片在周期性外力作用下做强迫振动，当弹性片的固有频率与强迫外力频率相同时产生共振现象。调节频率，

4、观察在弹性片中形成的驻波。【实验器材】共振演示仪，直流稳压电源。【实验原理】一个振动系统，如果没有能量的不断补充，振动最终会停下来。因此，为了获得稳定的振动，通常对系统加一个周期性的外力，称为策动力。在周期性的策动力作用下的振动为受迫振动。理论计算表明，受迫振动在稳定后的振动频率与策动力的频率相同。振幅与策动力的频率有关系。策动力的频率公式 （3-1）式中为系统固有频率，为阻尼系数。当策动力的频率满足式（3-1）时，则系统振幅达到最大，称为共振。一般因为阻力很小，所以共振的条件可以近似写为： （3-2）即当策动力的频率与固有频率相同时发生共振现象。系统的固有频率一般与系统的弹性系数和惯量有关系

5、。在惯量相同的情况下，弹性越大，固有频率越大；在弹性相同时，惯量越大，固有频率越小。所以，由同种材料做成的截面相同的弹簧片，越长的固有频率越小。【实验操作与现象】1将仪器放置在水平桌面上，按通电源，仔细调节电源电压，使电机转速逐渐增快，可观察到弹性刚片从长到短逐个振动。2弹性刚片从长到短逐个振动的过程中，可观察到同一弹性刚片在不同频率时，两个方向的振动情况，还可以发现一个方向上会出现两次振动并观察比较振动时的振幅。3调节到一定频率时（调节电压），在较长的刚片中可观察到驻波现象。【注意事项】 直流稳压电源输出电压最大为24伏，切记不要超过，以免损坏电机。实验四 鱼洗实验目的】演示共振现象。【实验

6、器材】鱼洗盆。【实验原理】用手摩擦“洗耳”时，“鱼洗”会随着摩擦的频率产生振动。当摩擦力引起的振动频率和“鱼洗”壁振动的固有频率相等或接近时，“鱼洗”壁产生共振，振动幅度急剧增大。但由于“鱼洗”盆底的限制，使它所产生的波动不能向外传播，于是在“鱼洗”壁上入射波与反射波相互叠加而形成驻波。驻波中振幅最大的点称波腹，最小的点称波节。用手摩擦一个圆盆形的物体，最容易产生一个数值较低的共振频率，也就是由四个波腹和四个波节组成的振动形态，“鱼洗壁”上振幅最大处会立即激荡水面，将附近的水激出而形成水花。当四个波腹同时作用时，就会出现水花四溅。有意识地在“鱼洗壁”上的四个振幅最大处铸上四条鱼，水花就像从鱼口

7、里喷出的一样。【实验操作与现象】 实验时，把“鱼洗”盆中放入适量水，将双手用肥皂洗干净，然后用双手去摩擦“鱼洗” 耳的顶部。随着双手同步地同步摩擦时，“鱼洗”盆会发出悦耳的蜂呜声，水珠从4个部位喷出，当声音大到一定程度时，就会有水花四溅。继续用手摩擦“鱼洗”耳，就会使水花喷溅得很高，就象鱼喷水一样有趣。实验五 气体火焰驻波【实验目的】本仪器用来演示声驻波现象【实验器材】1.信号源信号源前端设有频率和幅度调节旋扭，可调节输出信号和频率及其幅度，后端设有高频插头与扬声器连接。2.金属管金属管道钻有一排小孔，一端封闭，另一端开口，开口端装有高音扬声器，上端设有一凸起的开口，从此处通入液化气。【实验原

8、理】当信号源向扬声器输入信号使扬声器在管内向另一端发出一定频率的纵波，纵波到达金属管另一端反射返回，反射波与原波产生叠加，当金属管的长度等于纵波波长的整数倍时，管内空气形成驻波，使管内空气压力产生差别，管外的火焰随之高低不同，形成驻波的波形。【实验操作与现象】1 将金属管通入液化气，并沿小孔处将液化气点燃，这时可看到火焰在一水平线上。2将信号源输出端与高音扬声器两极相连接，接通信号源电源，打开开关把幅度调到适当位置。然后再缓慢调节频率旋扭，这时可看到火焰有规律的起伏，从而形成驻波。当频率由低到高可看到驻波48个逐渐增加。如果在某一驻波点波形不太明显时，可适当调节幅度旋扭。3 实验完毕，关掉信号

9、源电源开关，关闭液化气阀门开关，熄灭火焰。【注意事项】1液化气塑料管与金属管要连接紧密，不要漏气，点燃时注意安全。2实验中频率要缓慢调节，以免跃过驻波点。3实验完毕，不要立即去碰金属管，以免烫伤，待其放凉后，再移开。4实验不要常时间操作，以看到现象为好，因液化气不能充分燃烧，产生有害气体，损坏健康。实验六 水波盘【实验目的】利用水波的投影显示波的形成、传播、反射、干涉和衍射等的形象。【实验器材】水波盘演示仪，水槽，振动源，光源，各种振子包括单振子、双振子、平面波振子及挡板2块。1 1 水槽及壳体水槽是用底部装有密封、透明玻璃的不锈钢盆制成。壳体用金属料材制成，上面放有水槽，正面竖直安装毛玻璃，

10、作为水波投影的屏幕。框架内部倾斜45装有平面镜，用来反射水面的影象到屏幕上，底部装有变压电源，后面装有一立杆。立杆上端安装光源盒，中部安装振动源盒，在立杆的中部开有长槽孔，用来调节振动源盒的高度。2 2 振动源振动源采用电磁、激励式。它是由电磁铁、电位器、振杆、振子、主板等组成。振频调节是一个与电磁铁线圈串联的可调电阻，控制其电流以改变振动的频率。调节振幅螺丝，可使投影波形的清晰度达到最佳。振动源盒后面有一插孔，使用时与光源盒插头相接。3 3 光源光源为盒式机械遮挡频闪光源，灯泡为12V 100W幻灯机溴钨灯，频闪器是由直流微型电动机驱动一个可旋转的遮挡叶片，使其遮光次数为5060次/秒。盒的

11、顶部开有散热窗，当电机旋转时，带动遮光叶片，驱动盒内热空气排除盒外，使之降温。【实验原理】两列同频率、振动方向相同、相差恒定的波在某一区域相遇，会产生干涉现象。有的地方振动始终干涉加强，有的地方干涉减弱。理论计算表明，干涉加强与干涉减弱由下式确定： （6-1）其中，为波长。【实验操作与现象】1准备工作（a）在水槽内注38mm深的清水，充分湿润水槽四周及实验用的附件。（b）将振荡波所需的振子固定在承接块上，调节振动源盒的高度，使振子插入水面12mm。（c）先把光源电源插头、直流电源插头及振源插头插入到相对应的插座中，再插上220伏输入电源插头。2实验操作（a）圆形波将单振子固定在承接块上，打开电

12、源开关，溴钨灯亮，遮光叶轮转动，振杆弹动，屏幕上即显示图象，为圆形波。根据实验需要调节振频旋扭，当振动次数与光源频闪次数一致时，水波在屏幕上的图象是处在静止状态；当振动次数大于频闪次数时，水波在屏幕上的图象是扩散状态；当振动次数小于频闪次数时，水波投影图象为收缩状态。如果水波投影图象不清晰时，慢慢调节振幅螺丝，直至清晰。（b）波的衍射按（a）上述方法调整好圆形波后，将两块挡板一字形放在离振中心约20mm处，两块挡板缝隙距离接近波长，然后调整挡板间隙距离，则可见到不同的衍射投影图象。（c）双振子干涉波把单振子取下，将双振子固定好，可看到明显的干涉波形投影图象。如果水波投影图象不清晰时，慢慢调节振

13、幅螺丝，直至清晰。（d）平面波把双振子取下，将平面振子固定好，使振子的平面与水平面平行，相交处要充分湿润，否则投影图象将略有弯曲。（e）波的反射在平面波前45斜放直挡板，即可看到平面反射波的投影图象。【注意事项】1因溴钨灯工作时产生大量的热能，故实验时间较长时，不要碰触光源盒以免烫伤。2水槽加水时不要过满，以免水溢出水槽，淋湿框内的电源变压器，损坏仪器。3输入电源电压不稳定时，暂时不要开机。4实验结束后，将振杆还原在自由状态。实验七 光纤通讯【实验目的】观察声音信号通过光纤由发射到接收的现象，了解光纤通讯的原理。【实验器材】光纤通讯演示仪，U形光纤。【实验原理】光纤通讯主要是利用光纤的全反射原

14、理来传输信号的。1信号源（收录机）发出的电信号经过电光转换装置（电光二极管）转换成光信号传递给光纤。2当光线由光密媒质（光纤折射率为Ni）射入光疏媒质（空气折射率为Nt），由于NiNt，且入射角大于临界角，这样光线在光纤内部就会发生全反射，使光信号沿着光纤内部传递给另一侧的光电转换系统。3光电转换装置把接收到的光信号经过光电二极管重新转换成电信号，通过功放送给扬声器，发出声音。框图如下：【实验操作与现象】1接通电源，打开电源开关，电源指示灯亮。2打开信号源，调整调谐旋钮，可接收电台信号，若把磁带放入收录机磁带仓中，则由收音状态转换为放音状态，即可听到磁带放出的声音。3将光纤左端托起，离开支柱，

15、音乐声停止，这是因为光纤离开支柱使传递信号中断，所以音乐声停止。4将光纤U端进入甲苯中，音乐声也停止。是由于甲苯的折射率大于光纤折射率，在光纤内部不能发生全反射，使光信号直接折射入甲苯中。这样，光电转换系统接收不到光信号，所以声音停止。5演示完毕，关掉信号源开关，关闭电源。【注意事项】1光纤管要轻拿轻放，以免破碎。2支柱两侧导线不要用力拉，以免折断。3如果接通电源，打开电源开关，指示灯不亮，则应检查保险丝是否已断（保险丝在电源插座内）。4接通电源后，若无信号，而保险丝完好，则应检查信号源（收录机）是否有故障，如信号源正常，则应检查发射和接收是否正常。5如以上都正常，则应检查接收功放电路和电源是

16、否正常。6使用后，则应存放与通风干燥处实验八 散射光干涉【实验目的】加深对光的干涉原理的理解，扩大知识面。【实验器材】散射光干涉仪。包括散射凹球面，凹面直径800mm；凹球面聚脂铝薄膜，在其表面适当抛光处理，形成散射中心；高为1400mm 1800mm可调整的金属支架；点光源50W，12V。【实验原理】 频率相同、振动方向相同、相差恒定的两列光为相干光。当几列相干光在相同的区域中相遇时，就会产生干涉现象。有的地方干涉加强，看起来很亮；有的地方干涉减弱，看起来很暗。于是形成明暗相间的干涉图象。明暗位置与产生干涉的光的波长有关。因此，白光形成的干涉图象一般是彩色的。【实验操作与现象】散射光干涉演示

17、装置是一种简单而实用的白光干涉仪。以往在做分振幅等倾干涉实验时，常采用单色光源，用白光很难看到干涉现象。特别是在大教室内演示白光的干涉现象从没有过，此实验就可以观察到散射光的干涉。 先将凹面从金属支架上拿下，把光源支架安在金属支架上，再将凹面固定在支架上。将凹球面固定在支架上。将凹球面中心置于约1.5米高处，调节点光源上下高度位置使其位于凹球面曲率中心处，打开电源使光源发出的光照射在凹球面聚脂铝薄膜上，观察者站在远离曲率中心适当的地方，视线过点光源相凹球面中部看去，就可以看到在过点光源的竖直平面上有四到五条彩色散射干涉环。实验九 光的偏振【实验目的】演示光的起偏和检偏，观察光的偏振现象。【实验

18、器材】偏振光演示仪。【实验原理】当自然光通过偏振片时，其强度为入射光的一半，同时透射光为完全偏振光（称为光的起偏）；当完全偏振光通过偏振片时，透射光的强度为（式中为偏振光的偏振方向与偏振片的偏振方向的夹角），同时透射光的偏振方向与偏振片的偏振方向相同，称为马吕斯定律。所以，将偏振片对准偏振光并旋转偏振片，透射光强将发生变化，称为检偏。若起偏振片与检偏振片的偏振化方向平行，即或，则；若起偏振片与检偏振片的偏振化方向正交，即或，则。【实验操作与现象】接通偏振光演示仪的电源，内部的日光灯即发亮。灯前面有二块偏振片，其中近灯者为起偏振片，另一块为检偏振片，起偏振片与检偏振片中间为一曲线板。演示时，先取

19、下起偏振片，则旋转检偏振片时，不管旋到什么位置，看到的光都一样亮；然后把起偏振片放进去，再旋转检偏振片，则发现当旋到90（起偏振片与检偏振片轴间的夹角），看到的透射光最暗，再继续旋转检偏振片，则逐渐变亮，转到180时最亮，然后又逐渐变暗。中间的曲线板应力未消除，光经过时由于（）各处不同产生双折射现象，可以观察到彩色光斑。【注意事项】 旋转旋扭时，不要用力过大，以免损坏仪器。实验十 尖端放电静电滚筒【实验目的】演示尖端放电形成的电风吹动转筒旋转的现象。【实验器材】电风转筒仪，直流高压电源。【实验原理】在针形导体接通高压电源后，针形导体就带电了。因为电荷密度与表面曲率半径有关，曲率半径越大，电荷分

20、布越少；反之越多。所以导体尖端处电荷密度最大，附近场强最强。在强电场的作用下，使尖端附近的空气中残存的离子发生加速运动，被加速的离子与空气分子相碰撞时，使空气分子电离，从而产生大量新的离子。与尖端上电荷异号的离子受到吸引而趋向尖端，最后与尖端上电荷中和；与尖端上电荷同号的离子受到排斥而飞向远方形成“电风”，即电离的气体流，从而推动转筒快速旋转。【实验操作与现象】 演示前将放电排针杆错开，对着圆筒的边缘部分。把电源正、负极分别接在放电排针杆上端或下端处，接通高压电源，看到转筒由慢到快地旋转。演示后，关闭电源。【注意事项】1转筒旋转的起动电压约几千伏，转速快慢与外接高压高低成正比，但高压不能超过四

21、万伏。2放电排针杆与旋转圆筒保持相切并靠近，但不能接触。3由于电源电压较高，关闭电源后，不能完全充分放电，故应取下电源任一极接头，与另一极接头相碰触人工进行放电，以确保仪器设备和操作者的安全。4晴天演示电源电压应降低些，阴天演示电源电压应提高些。5静电高压电源是用一号电池供电， 改变电池伏数（即改变电池电压输出电极位置），高压输出亦随之改变。实验十一 静电跳球【实验目的】观察金属球在静电场的作用下，在容器内上下跳动。【实验器材】装有金属小球的圆形容器，直流高压电源。【实验原理】当装有金属小球的圆形容器上下两极金属板分别带有正、负电荷时，此时金属小球也带有与下板同号的电荷。根据同号电荷相斥、异号

22、电荷相吸的原理，金属小球受下极板的排斥和上极板的吸引，跃向上极板。一旦金属小球与上极板接触后，金属小球所带的电荷被中和反而带上了与上极板相同的电荷，于是又被排斥返回下极板。如此周而复始，可观察到金属小球在密闭的容器内上下跳动。当两极板电荷被中和时，金属小球随之停止跳动。【实验操作与现象】 把电源正、负极分别接在密闭容器的上极板和下极板处，接通高压电源，即可看到金属小球在容器内上下跳动，关闭电源金属小球停止跳动。【注意事项】1由于电源电压较高，关闭电源后，不能完全充分放电，故应取下电源任一极与另一极接头相碰触人工进行放电，以确保仪器设备和操作者的安全。2晴天演示电源电压应降低些，阴天演示电源电压

23、应提高些。3静电高压电源是用一号电池供电， 改变电池伏数（即改变电池电压输出电极位置），高压输出亦随之改变。实验十二 避雷针工作原理【实验目的】观察避雷针的工作原理。【实验器材】避雷针演示仪，直流高压电源。【实验原理】当避雷针演示仪接通静电高压电源后，绝缘支架上的两个金属板带电了。在极板间电压超过1万伏时，由于导体尖端处电荷密度大于金属球处，所以金属尖端附近形成了强电场，在强电场的作用下，空气分子被电离，致使极板和金属尖端之间处于连续的电晕放电状态，即尖端放电现象。而金属球与极板间的电压不能达到火花放电的数值，故金属球不放电。在实际应用中，尖端导体与大地相连接，云层中的电荷通过导体与大地中和，

24、因而避免了人身和物体遭到雷电等静电的伤害。如高层建筑物顶端都安有高于屋顶物体的金属避雷针。【实验操作与现象】 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。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。演示完毕后，关闭电源。 2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。

25、演示完毕后，关闭电源。【注意事项】1由于电源电压较高，关闭电源后，不能完全充分放电，故每一步演示后都应取下电源任一极与另一极接头相碰触人工进行放电，以确保仪器设备和操作者的安全。2晴天演示电源电压应降低些，阴天演示电源电压应提高些。3静电高压电源是用一号电池供电， 改变电池伏数（即改变电池电压输出电极位置），高压输出亦随之改变。实验十三 静电屏蔽【实验目的】观察并演示电荷只分布在导体外表面的现象。【实验器材】用铁丝编织而成的网状金属罩，彩色轻细的小纸条，静电直流高压电源。【实验原理】导体在静电场中处于静电平衡时，具有下面三个性质：1 导体内部设有宏观电场。2 导体是一个等势体。3 电荷只分部在

26、导体的表面上。所以，当一空腔导体在静电场中处于平衡时，导体内部以及腔内的场强为零。这样，空腔内的系统将不会受腔外电场的影响。这就是静电屏蔽。【实验操作与现象】 把彩色轻细的小纸条贴在网状金属罩的内、外上，将静电高压电源正或负极接在网状金属罩上。当接通电压，可看到网状金属罩外面的小纸条由于带上电荷而受到罩及相互间的斥力而张开，里面的小纸条则纹丝不动。演示完毕后，关闭电源。【注意事项】1由于电源电压较高，而且只用一极工作，关闭电源后，一定要人工进行放电，把两极相碰触，确保仪器设备和操作者的安全。2晴天演示电源电压应降低些，阴天演示电源电压应提高些。3静电高压电源是用一号电池供电， 改变电池伏数（即

27、改变电池电压输出电极位置），高压输出亦随之改变。实验十四 电介质极化【实验目的】模拟偶极子在电场中的定向排列，加深理解电介质在电场中的极化。【实验器材】电介质极化演示仪，静电直流高压电源。【实验原理】电偶极子在电场中受力矩作用，使电偶极子转到平行于电场的方向。电介质内的极性分子在没有外加电场的情况下，由于热运动而杂乱无章地取向。从宏观上看没有偶极矩。当外加一电场后，在电场的作用下，每个偶极矩都趋向于与外场一致，宏观上表现出极化现象。【实验操作与现象】 将静电高压电源正、负极接在电介质极化演示仪的两极板上，此时电介质极化演示仪内模拟电偶极子的石蜡细棒排列方向是混乱状态（沿任意方向）。当接通电压，

28、模拟偶极子极化使两端带上等量异号电荷，从而形成偶极子，并立即由混乱状况变为有向排列。关闭电压，则偶极子又处于混乱状态。【注意事项】1关闭电源后，把两极相碰触进行放电，确保仪器设备和操作者的安全。2晴天演示电源电压应降低些，阴天演示电源电压应提高些。3静电高压电源是用一号电池供电， 改变电池伏数（即改变电池电压输出电极位置），高压输出亦随之改变。实验十五 楞次定律【实验目的】利用通电线圈及线圈内的铁芯所产生的变化磁场与铝环的相互作用，演示楞次定律。【实验器材】楞次定律演示仪，铝环（3个）。【实验原理】当线圈通有电流时，在铁芯中产生交变磁场，穿过闭合的铝环中的磁通量发生变化。根据楞次定律，套在铁芯

29、中的铝环将产生感生电流，感生电流的方向与线圈中的电流方向相反。因此与原线圈相斥，相斥的电磁力使得铝环上跳。【实验操作与现象】1 闭合铝环的演示打开演示仪电源开关，将闭合铝环套入铁棒内按动操作开关。当操作开关接通时，则闭合铝环高高跳起，保持操作开关接通状态不变，闭合铝环则保持一定高度，悬在铁棒中央。断开操作开关时，闭合铝环落下。2 带孔铝环的演示把闭合铝环取下，将带孔的铝环套入铁棒内按动操作开关。当操作开关接通时，则带孔的铝环也向上跳起，但跳起的高度没有闭合铝环高。保持操作开关接通状态不变，带孔的铝环也保持一定高度，悬在铁棒中央某一位置，但还是没有闭合铝环悬的高。断开操作开关时，带孔的铝环落下。

30、这是由于带孔的铝环产生的感生电流没有闭合铝环大，所以带孔的铝环没有闭合铝环跳的高。3开口铝环的演示把带孔的铝环取下，将开口铝环套入铁棒内按动操作开关。当操作开关接通时，开口铝环静止不动。这是由于开口铝环没有形成闭合回路，无感生电流，没有受到电磁力的作用，故静止不动。4演示完毕后，关闭楞次定律演示仪电源。【注意事项】不要长时间按动操作开关，以免使线圈过热而损坏。实验十六 互感现象演示【实验目的】观察一通有交变电流的线圈对另一线圈的互感效应及铁芯在电磁感应中所起的作用。【实验器材】初级线圈，铁芯，带灯泡的感应线圈，金属圆环（闭合、不闭合）。【实验原理】 当一个线圈中的电流发生变化时，不仅在自身线圈中产生自感电动势，同时在邻近的其它线圈中还产生感应电动势。这种由于一个线圈中电流发生变化而在附近的另外一个线圈中产生感应电动势的现象叫做互感现象。这种感应电动势叫做互感电动势。【实验操作与现象】1将初级线圈接