科技馆中的物理知识

1、科技馆中的物理知识华夏之光孔德源作(下载者可自行删除)1、明代福船(1)简介：福船,是福建、 一带尖底古海 其船上平如衡,(1)简介：福船,是福建、 一带尖底古海 其船上平如衡,浙江沿海 船的统称, 下侧如刀,底尖上阔，首尖尾宽两头翘，这一船舶结构是中国在 造船方面的一大发明，它提高船舶的抗沉性能，增加 了远航的安全性能。福船与广船、沙船和鸟船并列为 中国古代四大船系(2)特点：一是首部尖，尾部宽，两头上翘，首尾高昂。它的 两舷向外拱，两侧有护板。特别是福船有高昂首部， 又有坚强的冲击装置，吃水又深，可达到四米，适合 于作为战船。二是船体高大，上有宽平的甲板、连续的舱口，船 首两侧有一对船眼。

2、作为战船用的福船全船分四层， 下层装土石压舱，二层住兵土，三层是主要操作场所, 上层是作战场所，居高临下，弓箭火炮向下发，往往 能克敌制胜。科技馆中的物理知识孔德源作（下载者可自行删除）-三是操纵性好，福船特有的双舵设计，在浅海和深 海都能进退自如。（3）帆：船只借助帆的每一面所产生的力量沿着迎风方 向移动.迎风面的正向力量（推力）和背风面的负向力 量（拉力）合在一起形成了合力，这两种力量都作用于 同一方向.在1738年，科学家丹尼尔伯努利发现，气流 速度与周围自由气流成比例增加，从而导致压力的降 低，而这可令气流速度更快.这种情况在帆的背风面 发生即空气流动速度加快并在帆的后面形成低压区 域

3、.（4）尾舵尾舵是安装在轮船、潜艇或飞机上的一个小舵板， 先有此控制较大的方向舵，从控制船或飞机的航行方 向提供稳定性；保证飞机纵向和侧向平衡；产生俯仰 和偏航阻尼力矩；安装升降舵和方向舵，操纵飞机飞 行。二、探索与发现科技馆中的物理知识孔德源作(下载者可自行删除)科技馆中的物理知识孔德源作(下载者可自行删除)吗？台面上有三个 的有机玻璃容 放置着氯化钠 溶液以及缔合1、光路可见吗？台面上有三个 的有机玻璃容 放置着氯化钠 溶液以及缔合(1)简介：在椭圆形的 可以沿轨道滑动 器，容器内分别 溶液、氢氧化铁 胶体。台面外侧有一个激光反射源(2)原理: 当一束光线透过胶体，从入射光的垂直方向可以观

4、察到胶体里出现的一条光亮的“通路”，这种现象 叫丁达尔现象，也叫丁达尔效应(Tyndall effect )丁泽尔效应、廷得耳效应过程中，光 如果粒子很多倍，则或者丁泽尔现象、丁泽尔效应、廷得耳效应过程中，光 如果粒子很多倍，则在光的传播 线照射到粒子时, 大于入射光波长 发生光的反射；如果粒子小于入射光波长，则发生光 的散射，这时观察到的是光波环绕微粒而向其四周放 射的光，称为散射光或乳光。丁达尔效应就是光的散 射现象或称乳光现象。由于溶液粒子直径一般不超过 1 nm胶体粒子介于溶液中溶质粒子和浊液粒子之间，其直径在1100 nm小于可见光波长(400 ne 700 n。, 因此，当可见光透

5、过胶体时会产生明显的散射作用。科技馆中的物理知识孔德源作(下载者可自行删除)而对于真溶液，虽然分子或离子更小，但因散射光的 强度随散射粒子体积的减小而明显减弱，因此，真溶 液对光的散射作用很微弱。此外，散射光的强度还随 分散体系中粒子浓度增大而增强。所以说，胶体能有丁达尔现象，而溶液几乎没有， 可以采用丁达尔现象来区分胶体和溶液，注意：当有 光线通过悬浊液时有时也会出现光路，但是由于悬浊 液中的颗粒对光线的阻碍过大，使得产生的光路很 短。(3)现象：我们把装有氢氧化铁溶液以及缔合胶体的有机玻 璃容器放在激光束通过的路径中时，会观察到容器中 有一个较粗的清晰光路，而在装有氯化钠溶液的容器 里却几

6、乎看不到。2、手蓄电池(1)简介：这件展品由多个金属棒和检流计组成，金属棒 分两组，左侧红色标牌的金属棒材质为铁、铜、铝， 右侧黑色标牌的金属棒材质为铜、铝、铁。(2)原理：这是因为我们手上的汗液是电解质，握住不同 的金属棒时，汗液便和金属发生了化学反应。使电子科技馆中的物理知识孔德源作(下载者可自行删除)科技馆中的物理知识孔德源作(下载者可自行删除)在不同的金属间转移手蓄电池人手 上带有汗液，而汗液是一 种电介质，里面含有一定 量的正负离子。铝板比铜 板活泼，铝板上汗液中的 负离子发生化学反应，而把外层电子留在铝板上，使 铝板集聚大量负电荷，铜板上集聚大量正电荷。当用 与线把铜板和铝板连接起

7、来，铝板上的电子通过电流 计将向铜板移动，在导线中有电流通过，从而产生了 电流。故电流计指针偏转。这实际上就构成了一个简 单的原电池(3)现象：当用手握住不同的金属棒时，可看到检流计的 指针发生偏转，证明有电流产生。当左手所握得材质 不变的情况下，变换右手的材质，检流计的指针一般 都会发生改变，当换一个人去握同样的材质时，显示 的数字也会发生改变。3、空中自行车(1)简介：展台上的两根立柱之间，固定有一根 钢丝，钢丝一端的高度可以用操作手柄进行操作，使科技馆中的物理知识孔德源作（下载者可自行删除）独轮车从高到低运动，独轮车下方有配重装置，连接 杆可以伸缩调节长度，配重物体多少也可以改变。（2）

8、原理：运用的是“不倒翁”重心稳定的原理。上轻下重 的物体比较稳定，也就是说重心越 低越稳定。当不倒翁在竖立状态处 于平衡时， 重心和接触点的距离 最小，即重心最低。偏离平衡位置后，重心总是升高 的。因此，这种状态的平衡是稳定平衡。所以不倒翁 无论如何摇摆，总是不倒的。不倒翁竖直时重心最低，所以当不倒翁向任意方 向倾倒时,重心都要升高,不稳定.最终要回答原来的 位置（竖直位置）.4、旋转的金蛋（1）简介：所谓“旋转金蛋”就是将 一个用铁基金属制作的形状 为旋转对称的椭球体（一个 对称轴的长度大于其它两个轴的长度）。将它放在一个 光滑铮亮的薄平板上，薄板的下边是一个由导线缠绕 铁磁体构成的电磁场。

9、当给线圈通交流电时，交变电科技馆中的物理知识孔德源作（下载者可自行删除）磁场驱动金蛋开始缓慢旋转。（2）现象：一开始，金蛋绕垂直于台面的短轴旋转，随着电流 持续作用，金蛋越转越快，在它的转速达到某一速度 时，它就自动立起来，绕长轴转动；这时的长轴将垂 直台面。持续通电，它将持续转动，直到切断电流， 它又缓慢躺下，回到原始的状态。（3）原理：根据理论力学的刚体动力学，一个三轴对称椭球体的 转动惯量（即抗拒转动的惯性量）的大小与它的转动轴 方向有关。如果椭球的三个轴的长度不同，它具有三 个大小不同的转动惯量：令Jx , Jy , Jz分别代表绕x, y, z轴的转动惯量，它们是椭球体质量 m,和三

10、个主轴长度（a, b, c）的函数。c是z轴方向的轴 长；对于本文情况，金蛋为旋转椭球体，两个短轴相 等，即a = b ;所以公式可以简化（详见附录1）。其中桁清球体的质量；中上U是JT,其上轴方向的惊球体的三个长I对于本爻 情况金量为旋转惭球体.a =b i所以 J =#= gYi J =r由于广大于毒与白*所乩7. = X J,55#又知刚体转动动能T是椭球体转动惯量Jx , Jy ,Jz和转动角速度的函数，其表达式请见附录2。可见,科技馆中的物理知识孔德源作(下载者可自行删除)当转动角速度相同时，绕z轴转动的动能最小，因为 这时的转动惯量最小。我们注意到，当金蛋立起来绕长轴转动时，它的

11、重心较高，位能较大；那么，为什么它还要立起来旋 转呢？这是由于刚体旋转状态要取它的总量最小的形 式(最小能量原理)。下边用图4说明其中的奥秘。令金蛋绕短轴旋转为状态I,而金蛋绕长轴旋转 为状态II ,那么我们可以比较状态I与状态II哪个 总能量最小呢？现在用UI与UII代表两种状态下的 总能量，它们等于动能和位能之和。动能 T已经在附 录里给出，位能(AI, AII)的公式是：AI = hx mg, AII =hz mg,其中g是重力加速度。根据最小能量原理，当UIUII时，金蛋将奋 力站立起来，绕长轴c旋转。下边求出旋转状态改变 的临界旋转角速度，在UI与UII公式中，hx mg与hz mg

12、两项是固定值，和旋转角速度无关，二者之差等于 (hz - hx )mg 。状态I和状态II金蛋的旋转动能请 见附录2;该附录中也给出了临界转动角速度。当转科技馆中的物理知识孔德源作(下载者可自行删除)比UII大得越多，金蛋绕c轴转动越稳定。这就是金 蛋旋转之谜。3-网坤M状各位检 &.当料*等于电界口叫时.所爱转班点的年相号.所以,.恪，转母/=；今/J、事当妾要蚓勒律 厦*干1时*羹就立H呆.5、惯性车(1)简介：本展品以一段铁路为场 景，由可以匀速行驶并装有抛球 装置的火车以及操作平台构成。当小球被抛出时，小 球从火车上的窗口被抛出，过桥之后小球又再一次 落到车里。(2)原理：惯性车是用了

13、牛顿第一定律，我们在物理课 上也学了。牛顿第一运动定律，简称牛顿第一定律。又 称惯性定律、惰性定律。常见的完整 表 一述：任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。牛顿第一定律给出了惯性系的概念，第二、 第三定律以及由牛顿运动定律建立起来的质点力学体 系只对惯性系成立。因此，牛顿第一定律是不可缺少科技馆中的物理知识孔德源作(下载者可自行删除)的，是完全独立的一条重要的力学定律。三、挑战与未来1、双向记忆合金(1)简介:滑动的小船:本展品在一 内，容器内有保 热水内有一个 的轮子由金属记忆合本展品在一 内，容器内有保 热水内有一个 的轮子由金属记忆合个圆柱形容器 持

14、恒温的热水， 金属小船，小船 弹簧构成。 金生态虫：本展品在一个圆柱形容器内，容器底有一个金属网, 网上有三个螺旋状的金属丝。操作台上有一个开关, 握下可以向上吹热风(2)现象：滑动的小船：发现小船轮子上的弹簧会在热水和空气切换时压 缩和拉伸，带动轮子旋转，从而使小船缓缓行驶。记忆合金生态虫：我们会看到热风向上吹，金属丝自动伸展，停止吹 风后，金属丝自动恢复原状，金属丝一伸一缩就像一 条虫子。科技馆中的物理知识(3)科技馆中的物理知识(3)原理：孔德源作(下载者可自行删除)“记忆合金”，即拥有“记忆”效应的合金，在航 空航天领域内的应用有很多成功的范例。人造卫星上 庞大的天线可以用记忆合金制作

15、。发射人造卫星之前, 将抛物面天线折叠起来装进卫星体内，火箭升空把人 造卫星送到预定轨道后，只需加温，折叠的卫星天线 因具有“记忆”功能而自然展开，恢复抛物面形状。2、超导磁悬浮列车(1)简介：展品由一个环形轨道和超导磁悬浮列车模型组成。 当工作人员开启列车时超导磁悬浮列车处于悬浮状态(2)原理：超导磁悬浮列车是利用超导磁体使车体上浮，通 过周期性地变换磁极方向而获取推进动力的列车。超 导磁浮列车除速度快之外，还具有无噪音、无震动、 省能源的特点，有望成为21世纪交通工具的主力超导现象是 后在接近绝对 失，电流无限大 无限大.列车就超导现象是 后在接近绝对 失，电流无限大 无限大.列车就金属线

16、圈通电 零度时，电阻消 这样安培力就 是利用安培力悬浮起来的.当然了，现实中我们要做到绝对零度是非 常困难的，要花费具大的代价.是极度不经济的.所以科技馆中的物理知识孔德源作(下载者可自行删除)超导现象很早就发现了 ，但是一直没有实际应用.直到 近代，随着材料学的发展，科学家们发现一些材料在高 于绝对零度的条件下也会发生超导现象.这种材料就 称高温超导材料.这个温度相对于绝对零度越高越好, 如果能接近常温那就是最好的高温超导材料.现在应 用的材料还是很低的的温度，磁悬浮列车的线圈是侵 在液氮中的,零下一百多度.不过这想对于绝对零度是 很高的温度，技术上已不难实现，才使超导得以实用.3、电磁屏蔽

17、玻璃(1)简介：II这是中国科技馆四层A厅的 “电磁屏蔽玻璃”展品。很多观 众在体验这件展品时，都会将手 机放入到金属小屋内部，打开门 时，拨打手机，手机可以接通；关上门后，拨打手机， 手机无法接通，证明了电磁屏蔽玻璃能够屏蔽电磁波。 这不正是这道题的答案嘛，相信体验过这件展品的童 鞋，绝对是手到擒来！II(2)原理：实际上电磁屏蔽玻璃是在玻璃的表面镀金属锢、锡、铜离子膜层，形成肉眼看不见的金属膜层，从而达到 屏蔽电磁波的效果。科技馆中的物理知识四、运动之律科技馆中的物理知识四、运动之律孔德源作(下载者可自行删除)1、球吸现象(1)简介：小展品构 和气流投 和液体中, 压强越小”本展项由两个

18、成一一球吸现象 篮。利用“在气体 流速越大的位置， 这个知识点，你能否揭开这两件展品神奇现象背后的 秘密呢？小展品构 和气流投 和液体中, 压强越小”(2)原理：两个小球之所以可以互相吸引是因为我们所学过的流体压强，即伯努利效应。1726年，伯努利通过无数次实验，发现了 “边界 层表面效应”：流体速度加快时，物体与流体接触的小，反之压力会 学家的贡献，这 努利效应”。伯 括气体在内的一 定流动时的基本界面上的压力会减 增加。为纪念这位科 一发现被称为“伯 努利效应适用于包 切流体,是流体作稳 现象之一，反映出流体的压强与流速的关系，流速与 压强的关系：流体的流速越大，压强越小；流体的流 速越小

19、，压强越大。小，反之压力会 学家的贡献，这 努利效应”。伯 括气体在内的一 定流动时的基本科技馆中的物理知识孔德源作(下载者可自行删除)比如，管道内有一稳定流动的流体，在管道不同截 面处的竖直开口细管内的液柱的高度不同，表明在稳 定流动中，流速大的地方压强小，流速小的地方压强 大。这一现象称为“伯努利效应”。伯努利方程：p+1/2 p 92+p 9卜=量(其中，p为压强，p为流体 密度，v为流体速度，g为重力加速度,h为高度。)。1在列车站台上都划有安全线。这是由于列车高速驶 来时，靠近列车车厢的空气将被带动而运动起来，压 强就减小，站台上的旅客若离列车过近，旅客身体前 后出现明显压强差，将使旅客被吸向列车而受伤害。伯努利效应的应用举例：飞机机翼、喷雾器、汽