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1、中国科技馆学习手册以及任务单物理组编撰 中国科技馆之旅 姓 名： 班 级： 组 员： 日 期： 一、运动之律1.运动的世界现象原理生活应用2.惯性定律现象原理生活应用3.作用力与反作用力这件展品由炮、指针、小球等装置构成。将小球放入炮筒之中并选择发射力度的大小。大炮会将小球射出。在小球发射的同时，炮身后退并撞击后面的指针。选择发射的力量不同，指针的摆幅也就不同，指针摆幅大小显示的就是炮身所受的反作用力大小。根据牛顿第三定律，两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。炮身之所以会后退，是因为在发射炮弹时，大炮对小球施加作用力，小球也向大炮施加反作用力，作用力和反作

2、用力相等。选择的发射力度不同，炮身对小球的作用力就不同，这时大炮所受到的反作用力也不同，后退时撞击指针的力量也不相同。现象原理生活应用4.小球旅行记现象原理生活应用5.飞鹰现象原理生活应用6.物体上滚（2015年中考题）本展品由双锥体和倾斜轨道组成。操作时，观众可将双锥体放置于轨道的高处，双锥体并不从高处滚向低处；如果将双锥体放置于轨道的低处，双锥体却能从低处滚向高处。双锥体为什么能从低处滚到高处呢？本展品利用了双锥体与轨道形状的巧妙结合，给人一种物体由低向高滚动的错觉。仔细观察会发现，两根倾斜轨道并不是平行的，而是一头宽一头窄，呈“V”形。宽口处高，窄口处低。在窄口处，两根轨道间距最小，双锥

3、体重心最高；在宽口处，两根轨道间距最大，双锥体重心最低。在重力场中，物体在地球引力的作用下，总是以降低重心来趋于稳定。所以，看似“由低到高”的滚动过程，实际上是双锥体重心降低的过程。现象原理生活应用7.独轮车走钢丝现象原理生活应用8.空中自行车现象原理生活应用9.科里奥利力现象原理生活应用10.掉？不掉？摩擦力的方向与两物体运动方向相反。现象原理生活应用11.香蕉球现象原理生活应用12.水中沉浮现象原理生活应用13.伯努利定律现象原理生活应用14.流体阻力这件展品分为两组。左边池内的三件被测物体形状各不相同，观众可通过操纵摇杆比对物体在流体中的运动速度。右边池内的两件物体形状相同，放置方向相反

4、，观众操纵摇杆后，会发现它们之间的运动速度也各不相同。当物体在流体（气体或者液体）中和流体做相对运动时，物体就会受到流体的阻力。物体在流体中受到的阻力包括两部分：摩擦阻力和由于前后压强不一致引起的压差阻力。对流线型物体来说，在迎流体面积相通的情况下，它的压差阻力最小，其迎面阻力中主要部分为摩擦阻力。欧美国家在二十世纪三四十年代就开始着手于流线型设计。由于流线型物体在流体中运动时受的阻力最小，流线型化在设计高速运动的运输工具和武器时得到了广泛应用。我们身边的汽车、火车、飞机、潜水艇的外型便经常被设计为流线型。现象原理生活应用二、光影之绚1.光的色散现象原理生活应用2.光学潜望镜现象原理生活应用3

5、.自然的光影现象原理生活应用4.颜色屋颜色屋的墙壁是白色的，屋内摆放着各色物品：红色的沙发和果汁、绿色的茶几和灯罩，墙上分别是红，蓝，绿，白的“光影之绚”四个大字。房间内灯光的颜色会在白色，红色，蓝色，绿色之间变化，观众会看到家具，地板，墙壁上的字在不同颜色的灯光照射下，呈现出不同的色彩。人眼是如何看到颜色的呢？人眼具有光的接收器，能够将光信号传递给大脑，大脑将光信号转变成颜色。光由人类眼球底部薄薄的一层被称为视网膜的细胞所接受，在视网膜上有两种感光细胞：杆状细胞和锥状细胞。杆状细胞只有一种，负责在亮度低时接受光。锥状细胞有三种，分别对应红色、蓝色、绿色。当我们看到光时，不同的锥状细胞会将不同

6、的信息送向脑部。例如黄色，当有一道真正具有黄色频率的光线射入你眼睛时，并没有专门负责接收黄光的锥状细胞。但是因为黄色和绿色接近，也和红色接近，所以负责红色和绿色的锥状细胞会被激活，分别传送信息到人的脑部。又或者当红色和绿色光同时射入人眼，负责红色和绿色的锥状细胞同时被启动。所以对于大脑来说，红光加绿光就成了黄光。那为何人类无法在黑暗中辨别色彩呢？这是因为在低亮度的状况下，是由视网膜上的杆状细胞来感光。因为只有一种感光细胞，所以它只能送出一种信号：亮或者暗，所以没有办法使人眼看到颜色。牛顿发现，颜色不是物体固有的特性，而是光经过物体表面吸收和反射之后，我们只能看到反射的光。比如，红色不是苹果本身

7、带有的，而是苹果表面将其他波长的光吸收掉，苹果表面反射的光的波长被我们的眼睛所接受，大脑识别是红色的，所以我们看到的苹果是红色的。因此，一个物体能显示白色是因为这个物体能反射所有的光，显示黑色则是因为它能吸收掉所有的光。现象原理生活应用5.光学迷宫：小孔成像现象原理生活应用6.奇幻之水现象原理生活应用7.空中成像人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经，需要经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，这种残留的视觉称为“后像”，视觉的这一现象被称为“视觉暂留”。视觉实际上是靠眼睛的晶状体成像，感光细胞感光，并且将光信号转换为神经电流，传回大脑引起人体视觉。感光细胞的感光是靠一些感光色

8、素，感光色素的形成需要一定的时间，这就是形成视觉暂停的机理。空中成像就是一个关于视觉暂留的展项。观众在触摸屏上随意写字，画图或输入特定的符号或图像后，成像杆在空中摇摆出的圆形轨迹面上就会呈现出观众输入的文字或图案。成像杆其实是一个线阵发光LED运动成像装置，该LED运动成像装置为一长直棒体，其表面分布有线阵排列的多个LED，棒体内部容纳有微处理器和LED驱动电路，微处理器根据显示图形的需要控制各LED的明灭，来呈现指定的图像。现象原理生活应用8.光子乐队现象原理生活应用9.视夜如昼现象原理生活应用10.绚烂缤纷现象原理生活应用三、电磁之奥1.宇宙射线-云雾室现象原理生活应用2.捕获闪电现象原理

9、生活应用3.静电滚球展品由中心电极、金属小球、接地的金属板三部分构成，当观众转动手柄时，金属小球会在中心电极与接地的金属板之间循环往复运动。当转动手柄时，使中心电极带正电，此时由于静电感应，金属小球内原本无序的电荷会重新排布，靠近电极一侧带负电荷，远离电极的一侧带等量的正电荷。中心电极对负电荷有吸引力，对正电荷有排斥力。由于负电荷离中心电极距离更近，所以吸引力大于排斥力，金属小球就会滚向中心电极。当金属小球与中心电极碰撞时，负电荷被中和，此时金属小球带正电，由于同性相斥，金属小球远离中心电极。当金属小球与接地的金属板碰撞时，正电荷被导入地下，此时小球又恢复电中性。这件展品向观众展示了感应起电、

10、接触带电以及静电所具有的同性相斥、异性相吸的原理。现象原理生活应用4.神奇的静电该展品展示的是法拉第笼的静电屏蔽现象。观众可通过透明罩看到左右两个静电发生器上各有一个小风车。右侧的风车上端有一个悬挂的法拉第笼。当观众按下按钮时，两边的风车随着静电发生器的电压升高而开始旋转。按下“下降”按钮后，右侧风车上端的法拉第笼缓慢落下，当笼体与静电发生器相接触时，可以看到电火花亮起，风扇随之慢慢停止转动。法拉第笼是一种用于演示静电屏蔽和高压带电作业原理的设备。当高压电源升至一定值时，笼体内部发生静电感应。根据导体静电平衡条件，法拉第笼体是一个等位体，感应电荷只分布在笼体表面，其内部电位为零，电场为零。由于

11、笼子与地面相接，因此电势也为零。法拉第笼的应用很广泛，当高压作业人员进行带电工作时，可以通过穿着用金属丝制成的防护服。当接触高压线时，形成了等电位，使得作业人员的身体里并没有电流通过，起到了很好的保护作用。现象原理生活应用5.弯曲的水流现象原理生活应用6.手蓄电池现象原理生活应用7.吸引与排斥现象原理生活应用8.直流电机现象原理生活应用9.法拉第的试验现象原理生活应用10.电磁感应摆现象原理生活应用11.漂浮的磁铁现象原理生活应用12.旋转的金蛋展品左右两侧各有一个托盘，托盘中有一颗金属蛋，按下启动按钮，托盘上的金蛋便开始旋转并慢慢竖立起来。当按下反向按钮时，正向旋转的金蛋会迅速结束正转并渐渐

12、反转起来。在右边的托盘里，可以放进其他金属的小物品，比如硬币。下方的旋转磁场也会使它们旋转起来。在托盘下方布置着一组三相线圈，每个线圈都通有交流电，但三个线圈的交流电在振动变化中，达到峰值的时刻各相差三分之一个周期。这样的一组线圈就能产生旋转的磁场了。将金属蛋放入旋转的磁场中，由于电磁感应现象，金属蛋内会产生感应电流，此种感生电流为涡流。不断变化的电流又会产生一个新的磁场，线圈产生的磁场与金属蛋涡流产生的磁场相互作用就会使金属蛋旋转起来。该展品是现代异步电动机的雏形。现象原理生活应用13.电磁感应发电现象原理生活应用14.电从哪里来？温差发电现象原理生活应用15.电路游戏现象原理生活应用16.

13、跳跃环现象原理生活应用17.磁悬浮灯泡（2015年中考题源）现象原理生活应用18.跳舞的磁液现象原理生活应用19.伸缩的线圈本展品由刚性螺线管和软螺线管两部分组成。在刚性螺线管前按动“正向”按钮给螺线管通电，螺线管中的电流所形成磁场，周围的小磁针发生转动，指示出通电螺线管周围的磁场分布情况。按动“反向”按钮，改变螺线管内电流的方向，此时螺线管附近的磁场发生反转，小磁针清晰地显示出磁场的变化。在软螺线管前按下按钮为螺线管通电，螺线管的各单匝线圈均产生磁场，由于各匝线圈的磁场都是异性磁极相对，因此他们之间相互吸引，在吸引力的作用下螺线管收缩在一起。丹麦物理学家奥斯特于1820年发现通电物体会产生磁

14、场后，法国物理学家安培重复了奥斯特的实验，并确定了电流与磁场方向之间的关系，提出了“安培定则”，即“用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致，那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极”。通过这一定则，可以容易地判断出展品中两组螺线管产生的磁场方向，解释软螺线管收缩及刚性螺线管周围磁针偏转的原因。现象原理生活应用四、声音之韵1.人类的声纹现象原理生活应用2.摆与琴弦现象原理生活应用3.声音罐头现象原理生活应用4.声聚焦这件展项由两个具有抛物面的圆形物体组成，两名观众分别站在两个抛物面的交点处，一个人说悄悄话，另一个人可以清晰地听到对方的声音。声聚焦是指凹面对声波形成集中反射，使反射声聚焦于

15、某个区域，造成声音在该区域特别响的现象。声聚焦能够使声音像手电筒的光束一样聚焦，它主要应用在博物馆、展览馆、主题公园等很多场合，它的主要特点就是能使各个区域播放的声音互不干扰。现象原理生活应用5.耳听为实展项由一组音箱与操作台组成。在离地面2米高的墙壁上设置等距的8个音箱，展项中央设置一个圆形操作台，墙壁上有一面显示器。观众站在地面上特设的一双脚印位置上，通过操作按键、观察屏幕体验展品。按下开始按键后，展品会出现悦耳的声音，根据系统提示观众用手捂住自己的任意一只耳朵，倾听声音的发声规律，发声结束后，观众按照所听到的音箱顺序按键确认，屏幕会显示判断的结果。然后用双耳聆听，按上面的顺序再次测试，得

16、到双耳判断的结果。双耳效应是由人体的神经系统与生理结构系统共同作用形成的，由于双耳的位置在人的头部两侧，如果声源不在听音人的正前方，而是偏向一边，那么声源到达两耳的距离就不相等，声音传输到神经的信息在时间与相位上就有差异，大脑把这种细微的差异与原来存储于大脑的听觉经验进行比较，能够迅速做出反应，从而辨别出声音的方位。现象原理生活应用6.多普勒效应测变本展品通过超声波流量测试技术展示了多普勒效应的原理和应用。观众可以通过转动调节轮直观的看出水流的速度变化，同时水槽中的测速设备可以在上方的显示屏显示检测的数据。多普勒效应是指物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化，在运动的波源前面，波被

17、压缩，波长变得较短，频率变得较高。在运动的波源后面，产生相反的效应，波长变得较长，频率变得较低，波源的速度越高，所产生的效应越大。根据光波红/蓝移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。现象原理生活应用7.多普勒效应-远近的声音现象原理生活应用8.留住声音该展项由七个子展项构成，包括留住声音、传声器、扬声器、留声机、钢丝磁带录音机、CD播放器、MP3数码播放器。其中“留住声音”子展项以多媒体的形式展示了几种电声器件和设备的发展历史和科学原理。当观众走到子展项对应的聚音罩下时，聚音罩的红外感应开关感应到有人，会自动播放声音，观众离开后播放自动停止。传声器展项的展台上安装有三个不同的麦克风，

18、每个麦克风设置相应的操作按钮，观众每按下一个按钮可对着对应的麦克风讲话，并可通过头顶的聚音罩听到自己的声音。留声机展项有一个黑胶留声机实物，观众转动留声机的转动手柄，声音会从头顶上方的聚音罩里发出。钢丝磁带录音机展项设置磁带录音机实物，观众可在工作人员的协助下进行录、放音操作，通过操作按钮，观众可听到不同钢丝录音机发出的声音。CD播放器展项可通过操作按钮，演示光驱播放的过程。MP3数码播放器展项展示了一个放大的MP3数码播放器，观众可以通过操作上面的按钮，体验数码音乐的特点。现象原理生活应用9.定向侦听现象原理生活应用10.窃听与反窃听现象原理生活应用11.延迟的声音现象原理生活应用12.乐音

19、的要素现象原理生活应用13.三维环绕音效现象原理生活应用14.乐音？噪音现象原理生活应用15.声音与听觉现象原理生活应用16.传声筒现象原理生活应用五、新能源 新材料1.太阳能热塔式发电系统太阳能热塔式发电系统也称聚焦型太阳能热发电系统，它是通过收集太阳热能推动热机工作，再由热机带动发电机工作的原理来发电的。太阳能热塔式发电系统由一个集热高塔和排列在其周围大量的“定日镜”组成，“定日镜”能够根据阳光的方向调整角度，将阳光反射至塔尖的集热系统上，集热器通过收集阳光的热能，将塔内的传热介质加热为高温高压蒸汽，再由蒸汽推动汽轮机工作发电。本件展品由集热塔和排列在其周围四面“定日镜”组成，在每面镜子的

20、上方都有一盏750W的照明灯。当观众按动镜子前方的启动按钮时，照明灯会亮起，通过转动“定日镜”将光线反射至塔顶的集热器位置，通过收集热能发电，塔内的LED灯会亮起。反射至集热器上的光线越多，收集热能越多，发电量越高，相应亮起的LED灯也越多。太阳能热塔式发电系统的优势在于：一、聚光倍数高，易达到工作温度，塔顶的工作温度通常高达1000；二、通过镜面反射一次收集热量，方法简捷有效；三、接收器面积较小，能量转化率较高。太阳能热塔式发电系统与传统发电站相比投入成本较高，占地面积也较大，但是，作为一种新型可再生资源，这种发电方式已受到了广泛关注。我国首座70千瓦的太阳能热塔式发电站于2005年在南京市

21、江宁太阳能试验场顺利建成并投入使用，为我国太阳能热发电技术的前行奠定了良好的基础。现象原理生活应用2.水能水力发电是将水的重力势能转化为机械能后，进而转变为电能的一种发电方式。利用河流上下游水位差产生重力势能，通过特殊的装置收集这种能量，并用它来推动水轮机，水轮机带动电机轴旋转就可以发电了。观众可以通过操作按钮启动三套压水装置，把水位提到不同高度，当水位到达一定高度时，通过虹吸的原理，水会顺着管道倾泻，水在落下时带动不同的水轮机发电，水位越高发电量越大，LED灯亮起的也会越多。水能是一种清洁、无污染的新型能源，水力发电以其无与伦比的优点得到了广泛的应用。现在，越来越多的水力发电站在我国的各个角

22、落拔地而起，为解决我国能源短缺提供了不可忽视的力量。现象原理生活应用3.氢能氢能就是氢的化学能，一般是由氢和氧反应所释放的能量。氢能是目前备受关注的一种新型清洁高效能源。氢广泛分布于地球中，不过绝大多数以化合物形式存在，最常见的就是水及有机物。要获得能够释放氢能的单质氢，只能依靠人工制取的方法。海水可以成为氢的最大来源，而氢与氧反应后所得产物是水，不会向环境释放其它有害物质，由此形成了一个“水氢水”的良性循环。本展品向观众展示了“太阳能电解水制氢氢的储存运输燃料电池驱动转盘转动”的全过程，观众可按照指示顺序，依次按下启动按钮，观察各步的现象。当观众按下第一个按钮时，模仿太阳光的灯亮起，光线照到

23、前方的光伏板上发电，利用电能电解水，进而制取氢气和氧气；按动第二个按钮时，氢气和氧气通过特定管道输送，净化后输送至燃料电池；按动第三个按钮时，燃料电池被启动，通过氢与氧的反应产生电能，最终驱动转盘转起。 写出该装置涉及的能量转化4.哪个更节能？ 随着照明技术的不断发展，相较传统灯泡，新型的节能照明技术在能耗和亮度上都有了长足的进步。“哪个更节能”通过对比四种照明设备的亮度及功耗，直观的展示了新型照明技术的优势。操作台上的显示器提示展品的工作状态，观众按照提示，旋转转轮，模拟为电池充电；当电池充满后，按动屏幕下方的启动按钮，开始为照明设备供电。每个照明设备下方均有LED显示器提示其照度和功率，在

24、屏幕上则显示四个电池的消耗情况，当电能耗尽时，相应的灯泡熄灭。通过这件展品，你可以清晰地看到不同照明设备的耗电情况，帮助我们选取更节能的照明设备。现象原理5.风车森林风能是一种取之不尽，用之不竭的清洁能源，很久以前，人类就学会了利用风能，如风车磨坊，帆船的航行等。随着科学的进步和发展，风能作为一种新型清洁能源，在我们的生产生活中发挥着越来越大的作用。“风车森林”就是利用风能发电的装置。这件展品包括四座大小、朝向不同的风力发电机（风车），方向可调的吹风机以及风能视频介绍。观众按动吹风机上的按钮，吹风机开始吹风，观众通过调节风向使前方的风车转动起来，风轮的转动带动内部风轮轴转动，进而带动发电机工作

25、发电。本展品展示的风力发电机为水平轴风力发电机。另外，根据地形、风力、风向等环境因素的不同，还有螺旋桨风力发电机、荷兰式风力发电机、多翼式风力发电机、涡轮式风力发电机等，它们都被应用于不同的环境中。与传统发电方式相比，风力发电能够减少二氧化碳等温室气体的排放，但风力发电受环境因素影响较大，不够稳定，能量转化率较低，占地面广，这些都将是有待我们今后解决的问题。现象原理6.双向记忆合金该展项由两件展品组成：泡在热水里的小船和放在铁丝网上的金属弹簧。泡在热水里的小船会自己运动；如果按动按钮，铁丝网上的弹簧也会自动伸缩，像小虫一样慢慢蠕动。其实它们并不是真的自己会动，这其中的奥秘在于它们所用的材料双向

26、记忆合金。形状记忆合金就是具有能记住某一温度下外部形状的功能。在一定温度下，记忆合金的微观结构发生晶相转变，宏观上表现为形状变化，而且双向记忆合金的形状还会随着温度的变化进行循环往复的变化。展品中的小船轮子上的记忆合金弹簧通过热水与外部之间的温度交替而产生伸缩变化，拉动偏向轮转动，从而带动小船行驶；而铁丝网上的记忆合金弹簧（生态爬虫）加热时拉伸，降温时再缩回原状。现象原理7.纳米材料纳米材料是指由颗粒尺寸在1-100nm之间的超微颗粒组成的材料。纳米是一个极小的长度单位，1纳米为10-9米。当材料颗粒小至纳米级别时，会赋予该材料很多特有的性质，是普通材料无法比拟的。纳米材料这件展品通过六个部分

27、介绍有关纳米的知识：什么是纳米通过多媒体介绍纳米的概念，纳米材料的特点和应用；纳米磁流体通过互动操作介绍了纳米级磁流体材料的特性；具有纳米涂层的自洁玻璃，通过普通玻璃与纳米涂层玻璃的对比实验，展示了纳米玻璃的优良性能；碳纳米管介绍了碳纳米管强度高、自重轻的特性；钢丝绳、麻绳、碳纳米管纤维的实物展示通过实物外观、尺寸的对比，使观众对碳纳米管小尺度、高强度、强韧性等特质的认识更加直观深刻；最后，观众可以利用展台上的道具，亲自动手拼装一下碳纳米管的结构。现象原理生活应用8.复合材料复合材料是两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。从古至今沿用的稻草增

28、强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复合而成，也是复合材料。这件展品展台的上下分别放置了天然复合材料和人工复合材料模块，观众拿起下方材料模块，放置在扫描器上，用手轻按模块右侧，观看显示器上相应材料的介绍，进一步了解其制作过程及用途。由于复合材料的重量轻、强度高、加工成型快、耐腐蚀性能好等特点，不仅广泛应用于汽车、健身器材、建筑、家居等方面。随着现代科技的发展，复合材料在航空工业上也起到十分重要的作用。现象原理生活应用9.磁致冷技术1920世纪，冰箱和空调最常用的制冷技术是使用氟利昂制冷。氟利昂中的氯氟烃释放到大气中经太阳照射作用，会破坏臭氧层，且连续反应，一个氯分子可破坏一万个臭氧分子，而臭氧层为保护地球上的生物免受过多紫外线照射起到了重要作用。为了保护臭氧层不被破坏，需要寻找一种无害的新型制冷技术。某些磁性材料磁化时会放出热量，退磁时会吸收热量，这个过程称为磁热效应，如果让这种效应持续进行，就能得到理想的低温，利用这种方式制冷称为磁致冷技术。这件展品分为两部分，首先观众可以通过转动手轮来让其中的磁性材料发生磁热效应，并且观察温度变化；旁边还有一个冰箱模型，如果把手放在冰箱的手掌印上