数理展厅（一、二、三、四）背景知识库(一)

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编

名知识背景知识来源

号

称

双眼单视是指双眼分别看物体,经大脑https://wenda.so.com/q/1397294363060774

融象形成单融合图象；

合双眼单视分级：同时视、融合视、立体视

C1

三级同时视即大脑左右眼看同物像重叠

成幅重叠图像能力融合视：即大脑左右

01

眼看相同有缺陷物像融合成无缺陷物像

能力;立体视：即大脑左右眼看相同有视

差物像融合成有前景深感物像能力。

如果我们看照片的时候使用两只眼睛http://blog.sina.com.cn/s/blog_70cef7f401015525.html

看，那么，会觉得照片似乎缺少立体感，

看起来就只是一张平面的照片。这就是

神我们眼睛结构的特殊性。因为两只眼睛

C1秘看东西时，物体映在两眼视网膜上的像

的就会不一样，所以若用双眼看，就会比

02微用单眼看缺少立体感，这也是单眼看物

笑体就会有立体感的原理。当然，单眼看

物体的时候，我们看到的物体也会跟实

际的情况不大重合,会有一定的位置差。

C1阿透镜成像中，当物的位置改变时，像的阎金铎主编.中国中学教学百科全书•物理卷.沈阳：沈阳出版社.1990.第

尔位置、大小、性质随之改变的规律。可275-276页

03贝由透镜公式得到，也可以用实验验证。

蒂透镜的种类不同，其成像的规律也不同。

的凸透镜可以使实物成放大与缩小的实

透像、放大的虚像。其成像规律可用图1

视来表示。在物体从无限远处靠近凸透镜

窗的过程中，距离光心2倍焦距(2f)的2F

□点是成缩小像与成放大像的分界；焦点

F是成实像与成虚像的分界，也是像趋

近于无限大的极限点。凸透镜的这些成

像特性，使它成为多种光学仪器中的重

要元件。附表列出了凸透镜的成像规律

及各种用途。凹透镜对实物只能成缩小

的虚像，反映了它的成像情况。透镜成

的实像与物在镜的异侧，且倒立;成的虚

像与物在镜同侧，且正立。

灰色彩错视主要因色彩的对比和色彩的空https://wenda.so.com/q/1534464213216536

Cl度间混合而产生。所谓色彩对比因不同性

滑质的色彩并置而影响视觉的准确性。如

04块明亮色的扩张和深色的收缩，会使面积

的色彩显得不一样大。

不几何图形错视是几何形和线形的组合产https://wenda.so.com/q/1534464213216536

Cl可生了特殊的环境，致使视觉发生错误。

能有一些是“由于对周围事物对比的相对

05的大小造成的”，正常的直线发生了不真

图实的弯曲感，这一规律虽然可以在设计

形中应用，但更多的时候是设法避免发生

此类情形。另一种情况则是“假定图形

是投射在三维空间中”的“多义空

间”，视觉对图形的判断会闪烁不定。

著名的“内克尔立方体”是瑞士博物学

家内克尔在1832年设计的，意在说明

视觉对透明立方体的透视关系可以作不

同的理解，画有斜线的面既可在最前

面，也可在最后面。

滤光片是塑料或玻璃片再加入特种染料https://tieba.baidu.com/p/5887371991?red_tag=1439201115&traceid=

做成的，红色滤光片只能让红光通过，

颜如此类推。玻璃片的折射率原本与空气

色差不多，所有色光都可以通过，所以是

Cl

消透明的，但是染了染料后，分子结构变

失化，折射率也发生变化，对某些色光的

06

了通过就有变化了。比如一束白光通过蓝

色滤光片，射出的是一束蓝光，而绿

光、红光极少，大多数被滤光片吸收

To

所谓加色法，是指颜色光的红(R)、绿https://zhidao.baidu.com/question/1865786681684165307.html

球(G)、蓝⑻三基色。它们按不同比例相

Cl的加而混合出其他色彩的一种方法。当三

颜基色RGB物理分量比例相同时混合得到

07色白色光，三基色分量比例不同时混合后

可产生各种颜色光，当三基色照射至白

纸或物质上反射的颜色是补色(也即减

色）叫三补色，三基色与三补色的关系

称做互补色。

一束平行光射到平面镜上,反射光是平

行的，这种反射叫做镜面反射。https://zhidao.baidu.com/question/2145043036308881508.html

当一束光射到凸凹不平的物体时，他的

臼

Cl反射光线也是射向不同的方向的，不是

我

平行的，所以我们才能从不同的地方看

镜

08到同一个物体，而这种反射方式称为“

像

漫反射“，否则,如果都是镜面反射的

话，我们只有站在特定的地方才能看的

到物体。

1.光密度定义为材料遮光能力的表1.https://wenku.baidu.com/view/46fcl74378563clec5da50e2524de51896

征。它用透光镜测量,表示被检测物4bd3c0.html

吸收掉的光密度，阴性即可光通过2.阎金铎主编.中国中学教学百科全书•物理卷.沈阳：沈阳出版社.1990.

被检测物，前后的能量差异即是被第264页.

消检测物吸收掉的能量，特定波长

失下，同一种被检测物的浓度与被吸

Cl的收的能量成定量关系。

玻2.在光的折射现象中确定折射光线方

09璃向的定律。几何光学的基本定律之

棒一。折射定律是人们经过长期观察

和实验逐步建立起来的。公元139

年，古希腊天文学家托勒密经测量

认为折射角和入射角成正比。德国

天文学家开普勒在1611年发表的

《折光学》一书中，肯定托勒密的

结论在小入射角的情况下是正确

的。荷兰数学家斯涅耳在1618年，

从实验中发现了折射定律。笛卡儿

于1637年在《屈光学》一书中也提

出了折射定律。后人一般把折射定

律称为斯涅耳定律。光入射到两种

媒质的平滑分界面，从第一种媒质

进入到第二种媒质时，光的行进方

向常要发生改变，这称为光的折射

现象。折射定律的内容是：折射线

OB位于入射线AO和过入射点0的

界面法线ON所决定的平面(称为入

射面)内；折射线和入射线分别位于

法线的两侧;入射角il和折射角i2

的正弦之比为一常数。

透镜成像中，当物的位置改变时，像的阎金铎主编.中国中学教学百科全书•物理卷.沈阳：沈阳出版社.1990.第

用位置、大小、性质随之改变的规律。可275-276页

透由透镜公式得到，也可以用实验验证。

镜透镜的种类不同，其成像的规律也不同。

Cl能凸透镜可以使实物成放大与缩小的实

让像、放大的虚像。其成像规律可用图1

10物来表示。在物体从无限远处靠近凸透镜

体的过程中，距离光心2倍焦距(2f)的2F

隐点是成缩小像与成放大像的分界；焦点

形F是成实像与成虚像的分界，也是像趋

近于无限大的极限点。凸透镜的这些成

像特性，使它成为多种光学仪器中的重

要元件。附表列出了凸透镜的成像规律

及各种用途。凹透镜对实物只能成缩小

的虚像，反映了它的成像情况。透镜成

的实像与物在镜的异侧，且倒立;成的虚

像与物在镜同侧，且正立。

光场的光振动（电矢量的振动）位于垂直阎金铎主编.中国中学教学百科全书•物理卷.沈阳：沈阳出版社.1990.第

于传播方向的平面内，在每个时刻都有325页.

确定方向的现象。牛顿在1704〜1706年

间研究双折射时曾设想：光微粒在不同

的侧面也许具有不同的性质。1808年，

马吕斯研究通过方解石观察反射光时所

发现的现象后，认为光微粒确实有这种

立性质，并把这种现象称作偏振。杨在

体1817年，根据菲涅耳和阿喇果研究偏振

Cl

的光干涉时的发现，提出了光是横波的设

影想。但是，直到1873年麦克斯韦建立光

11子

的电磁理论后，才从本质上说明了偏振

现象。光的电磁理论认为光是一种电磁

波，而电磁波是横波，即它的电矢量振

动垂直于它的传播方向，偏振是横波所

特有的现象。普通光源发出的光，光振

动位于垂直于传播方向的平面内，但在

各个时刻方向是随机的，只是各个方向

的光振动出现的概率相同。所以光振动

对传播方向是统计对称的，不具有偏振

特性。当光振动失去这种统计对称性时，

例如光矢量沿某直线作振动，或光矢量

的端点、沿圆周运动，这种现象就是偏

振。

光的偏振应用十分广泛。①工业生产中，

利用光偏振可以检验玻璃元件的内应

力，检验矿物;通过旋光测量可测定糖溶

液的浓度等。②研究物质结构，根据对

微粒反射光的偏振特性，可得到关于它

的结构的信息。如从宇宙光的研究，也

推断出银河系中存在着宇宙微粒，而且

还确定出其较长的方向与银河磁场方向

平行；还可知土星环是由冰的晶体所组

成。由病毒所散射的紫外光的偏振，可

以确定病毒微粒的大小和形状，同样的

方法可分析分子的结构。根据光谱的偏

振，可以得到关于原子和原子核结构的

知识。③日常生活，如立体电影中放映

和观看的都是偏振光；夜间行车时汽车

灯光使迎面司机耀眼，利用偏振片就可

消除这种影响。

弯由于液体只能承受压应力，不能承受剪https://www.guokr.com/question/509111/

Cl曲

切应力，因此声波在水中必定为纵波，

的

纵波中介质的质点受到交变拉压应力作

12水

用产生伸缩变形，质点疏密相间。纵波

流的特点：质点的振动方向与波的传播方

向互相平行。

声

人脑通过对感受到的声音信息的分析结朴永馨主编.特殊教育辞典.北京：华夏出版社.2006.第180页.

Cl音

合而对客观事物作出的整体反映。人认

错

识外部世界、了解语言信息的重要途径

13觉

和能力之一，建立在听感觉基础之上。

1.就人而言，听觉系统由左右两只耳朵http://wap.sciencenet.cn/home.php?do=b1og&id=1142151&mod=space&uid

构成,一方面能帮助我们形成立体听觉，=3389532

调

Cl有助于辩识声音的位置，另一方面也方

越

便我们收集不同的声音，交给大脑处理。

来

142.声音的感知仍是以个体的主观感受为

越

主，循环的播放会让大脑处理信息时，

高

以前一个音阶为基础，会觉得越来越高

当其内部空气受到外界波动的强制压缩https://wenku.baidu.com/view/0d004e69a8114431b90dd885.html

时（无论强制力施加于空腔内的空气还

是管道内的空气，施加的外力是来自声

波还是腔体振动）,管道内的空气会发生

腔振动性的运动，而空腔内的空气对之产

Cl

体生恢复力。在声波波长远大于共鸣器几

震何尺度的情形下，可以认为共鸣器内空

15

动气振动的动能集中于管道内空气的运

动，势能仅与腔体内空气的弹性形变有

关。这样，这个共鸣器是由管道内空气

有效质量和腔体内空气弹性组成的一维

振动系统，因而对施加作用的波动有共

振现象

声波在传播过程中,碰到大的反射面（如https://baike.so.coo/doc/133911—141557.html

建筑物的墙壁、大山里面等）在界面将发

生反射，人们把能够与原声区分开的反

射声波叫做回声。回声在地质勘探

中也有广泛的应用。例如在石油勘探时，常采

用人工地震的方法，即在地面上埋好炸药包，

放上一列探头，把炸药引爆，探头就可以接收

到地下不同层间界面反射回来的声波，从而

巨

探测出地下油矿。

Cl型

在建筑方面，设计、建造大的厅堂时，

回

必须把回声现象作为重要因素加以考

16声

虑。在封闭的空间里产生声音后，声波

筒

就在四壁上不断反射，即使在声源停止

辐射后，声音还要持续一段时间，这种

现象叫做混响。混响时间太长，会干扰

有用的声音。但是混响太短也不好，给

人以单调、不丰满的感觉。所以设计师

们须采取必要的措施，例如，厅堂的内

部形状、结构、吸声、隔声等，以获得

适量的混响，提图室内的音质。

Cl克克拉尼图形,又称''克拉德尼声音图案”，https://baike.so.com/doc/23825765-24382184.html

拉

十八世纪，德国物理学家恩斯特•克拉

尼

17德尼做过一个实验，他在一个小提琴上

图安放一块较宽的金属薄片，在上面均匀

形地撒上沙子。然后开始用琴弓拉小提琴，

结果这些细沙自动排列成不同的美丽图

案，并随着琴弦拉出的曲调不同和频率

的不断增加，图案也不断变幻和越趋复

杂一这就是著名的克拉尼图形。克

拉尼图形现在常用在电声乐器如小提

琴、吉他和大提琴的设计和施工上。20

世纪以来，用于电子信号发生器，实现

了更精确的可调频率驱动的扬声器。

错觉是在特定条件下产生的对客观事物

的歪曲知觉。错觉又叫错误知觉，是指https://baike.so.com/doc/1332958-1409254.html

不符合客观实际的知觉，包括几何图形

错觉（高估错觉、对比错觉、线条干扰

错觉）、时间错觉、运动错觉、空间错觉

感以及光渗错觉、整体影响部分的错觉、

Cl觉声音方位错觉、形重错觉、触觉错觉等。

很错觉是对客观事物的一种不正确的、歪

18重曲的知觉。错觉可以发生在视觉方面，

也可以发生在其他知觉方面。如当你掂

量一公斤棉花和一公斤铁块时，你会感

到铁块重，这是形重错觉。当你坐在正

在开着的火车上，看车窗外的树木时，

会以为树木在移动,这是运动错觉等等。

Cl欺错觉是在特定条件下产生的对客观事物

骗的歪曲知觉。错觉又叫错误知觉，是指https://baike.so.com/doc/1332958-1409254.html

19大不符合客观实际的知觉，包括几何图形

脑错觉(高估错觉、对比错觉、线条干扰

的错觉)、时间错觉、运动错觉、空间错觉

感以及光渗错觉、整体影响部分的错觉、

觉声音方位错觉、形重错觉、触觉错觉等。

错觉是对客观事物的一种不正确的、歪

曲的知觉。错觉可以发生在视觉方面，

也可以发生在其他知觉方面。

错觉是在特定条件下产生的对客观事物

的歪曲知觉。错觉又叫错误知觉，是指https://baike.so.com/doc/1332958-1409254.html

天不符合客观实际的知觉，包括几何图形

鹅错觉(高估错觉、对比错觉、线条干扰

Cl

绒错觉)、时间错觉、运动错觉、空间错觉

的以及光渗错觉、整体影响部分的错觉、

20

感声音方位错觉、形重错觉、触觉错觉等。

觉错觉是对客观事物的一种不正确的、歪

曲的知觉。错觉可以发生在视觉方面，

也可以发生在其他知觉方面。

马

C216545月8日，德国马德堡市的市民们[1]李明.马德堡半球实验漫谈[J].物理教学探讨,2008,26(14):26-27.

德

看到了一件令人惊奇又困惑的事情：他[2]商隐.十七世纪马德堡市长:鄂图•居里克[J].时代风采，1996(11):58-59.

堡

01们的市长，就是发明抽气机的奥托•格

半

里克，把两个直径40多厘米的空心铜半

球

球紧贴在一起，用抽气机抽出球内的空

气，然后用两队马向相反的方向拉两个

半球，“连16匹马(拼命挣扎着)都不

能把它们拉开，或者只有费了很大的劲

才能拉开它们，当马用尽了全力把两个

半球最后拉开的时候，还发出了很大的

响声，像放炮一样。”(引自奥托格里克

写的1672年出版的一本书《在无空气空

间里进行的所谓新的马德堡半球实验》)

市民们惊奇得问:“是什么力量把它们压

合得这么紧呢？没有什么，是空气。”

市长这样回答。而如果把铜半球上的阀

门拧开，空气经阀门流进球里，用手一

拉，球就开了。这就是著名的马德堡半

球实验。［，1

C2龙龙卷风的形成：

卷龙卷风是大气环流或涡旋的一种自然现［1］卢栓仓.削弱或消除龙卷风的有效方法［A］.中国气象学会.第35届中国

02风象，常发生于夏季的雷雨天气时，其直气象学会年会S16人工影响天气理论与应用技术研讨［C］.中国气象学会:中

径从几米到几百米，平均为250米左国气象学会,2018:14.

右，最大为1千米左右。在空中直径可［2］骆丽，吴云清.从盐城阜宁龙卷风事件看龙卷风的防治［J］.池州学院学

有几千米，最大有10千米。极大风速报，2017,31(06):81-85.

可达150〜450km/s。［3］冉国禄.浅谈龙卷风的观测［J］.科技资讯,2017,15(22):245-246.

美国位于大西洋中部，三面环海，大西

洋有强烈的上升气流，水汽活动频繁而

剧烈，易形成环形气旋射流，在随后的

环孔中增加流风暴，这种环形气旋射流

速度的不断加强和加剧，最后形成具破

坏力的龙卷风。在干燥的气候年代龙卷

风爆发率较高。龙卷风的形成可以分为

四个阶段：

(1)大气的不稳定性产生强烈的上升气

流，由于急流中的最大过境气流的影

响，而且不断的加强；

(2)由于与垂直方向的速度和方向，有

切变的风相互作用，上升气流在对流层

的中部区域开始旋转形成中尺度的环形

气旋；

(3)随着中尺度气旋向下(地面)发展

和向上(高空)延伸，使其本身变细并

增强。同时，一个小面积的增强辅合，

即初生的龙卷在气旋内部形成，产生气

旋的同样过程，形成龙卷核心。

(4)龙卷核心中的旋转与气旋中的不

同，它的强度足以使龙卷一直伸展到地

面。当发展的涡旋到达地面高度时，地

面气压急剧下降，地面风力急剧加速，

一场较大而强烈的龙卷风就这样形成

了。［，1

发

C2空气占有一定的空间，但它没有固定的[1]压缩空气_360百科https://baike.so.com/doc/3052859一

射

形状和体积。在对密闭的容器中的空气3218145.html

小

03施加压力时.，空气的体积就被压缩，使

球

内部压强增大。当外力撤消时，空气在

内部压强的作用下，又会恢复到原来的

体积。如果在容器中有一个可以活动的

物体，当空气恢复原来的体积时，该物

体将被容器内空气的压力向外推弹出

来。这一原理被广泛应用在生产、生活

中。例如：皮球里打入压缩空气，气越

足，球越硬；轮胎里打入压缩空气，轮

胎就能承受一定的重量。在大型汽车上，

用压缩空气开关车门和刹车；水压机利

用压缩空气对水加压，在工厂里，压缩

空气用来开动气锤打铁；在煤矿里，它

能开动风镐钻眼。还用于管道输送液体

和粒状物体。⑺

C2漂伯努利定理是瑞士科学家丹尼尔•伯努[1]王洪鹏，欧亚戈.浅谈多感官学习法在科技馆展厅辅导中的应用一一以伯努利定律为

浮利(1700—1782)在1726年提出的,例[J].学会,2017(01):56-61.

04的概括起来就是:在水流或气流里，如果

板速度小，压强就大;如果速度大，压强

就小。伯努利在数学、物理学等诸多领

域都做出了贡献，被誉为数学物理方程

的开拓者和奠基人。据说在一次旅途中，

伯努利同一个陌生人闲谈，他谦虚地自

我介绍说：“我是丹尼尔•伯努利。"陌

C2球生人立即带着讥讽的神情回答道:“那我

往就是伊萨克•牛顿了！”人们将其与牛顿

05哪相提并论，可见伯努利的科学地位。伯

边努利定律是在流体力学的连续介质理论

跑方程建立之前流体力学所采用的基本原

？理，实质是流体的机械能守恒，即''动

能+重力势能+压力势能=常数二等高流

动时，流速大，压力就小。3

C2机

翼

的

06

升

力

C2气阿基米德原理发现的背景故事：[1]浮力_360百科https://baike.so.com/doc/3938542-4133226.html

泡公元前245年，赫农王命令阿基米德

07沉(Archimedes)鉴定一个皇冠。赫农王

船给金匠一块金子让他做一顶纯金的皇

冠。做好的皇冠尽管与先前的金子一样

重，但国王还是怀疑金匠掺假了。他命

令阿基米德鉴定皇冠是不是纯金的，但

是不允许破坏皇冠。这似乎是件不可

能的事情。在公共浴室内，阿基米德注

意到他的胳膊浮到了水面上。这时他脑

中闪现出一丝模糊的想法。他把胳膊完

全放进水中全身放松，这时胳膊又浮到

水面上。

他站了起来，浴盆四周的水位下降；再

坐下去时，浴盆中的水位又上升了。

他躺在浴盆中，水位则变得更高了，而

他也感觉到自己变轻了。他站起来后，

浮

C2水位下降，他则感觉到自己重了。一定

沉

是水对身体产生向上的浮力才使得他感

子

08到自己轻了。

他把差不多一样大的石块和木块同时放

入浴盆，浸入水中。石块下沉到水里，

但是他能感觉到石块变轻了。而且，他

必须要向下按着木块才能把它完全浸到

水中。这表明浮力与物体的排水量（物

体体积）有关，而不与物体重量有关。

物体在水中感觉有多重一定与它的密度

（物体单位体积的质量）有关。

阿基米德因此找到了解决国王问题的方

法，问题关键在于密度。如果皇冠里面

含有其他金属，它的密度会不相同，在

重量相等的情况下，这个皇冠的体积是

不同的。把皇冠和等重的金子放进水里，

结果发现皇冠排出的水量比金子的大，

这表明皇冠是掺假的。最重要的是，阿

基米德发现了浮力原理（亦做阿基米德

原理）,即水对物体的浮力等于物体所排

出水的重量。

定律为：

物体在流体（液体或气体）所受浮力，

等于所排开的液体（气体）的重量。

浮力=物体在液体中所减轻的重量=

物体在空气中重量-物体在液体中的

重量=物体所排开液体的体积X液体

密度X重力加速度=物体所排开的液体

重量

显然，当物体上浮时，浮力大于物体的

重力，当物体漂浮或悬浮时，浮力等于

重力；但当物体处于下沉状态时，浮力

小于重力。

结论

根据浮力定律，可以得出物体浮沉与密

度的关系：

当物体上浮时，浮力大于物体排开液体

(气体)的重力；当物体飘浮或悬浮时，

浮力等于物体排开流体的重力；当物体

下沉时，浮力小于物体排开流体的重力。

那么，当流体密度大于物体密度时物体

上浮；当流体密度等于物体密度时物体

悬浮；当流体密度小于物体密度时物体

下沉。tl]

流

C2物体在流体中运动时，要受到流体的阻[1]胡生青.浅谈阻力与流体的阻力[J].物理教师,2008(07):21-22+24.

体

力作用，阻力的方向与物体相对于流体

阻

09运动的方向相反，如：汽车、火车、飞

力

机等在空气中运动,要受到空气的阻力；

轮船、潜艇在水面或水下航行，鱼在水

中游动、人在水中游泳等，也要受到水

的阻力。

当物体在粘滞性流体中运动时，物体将

受到流体的阻力作用，在相对运动速率

不大时，这种阻力主要来自于流体的粘

滞力，并称为粘滞阻力。由于在流体中

物体表面附着有一层流体，这层流体随

物体一起运动，在物体表面周围的流体

中必然形成一定的速度梯度，从而在各

流层之间产生内摩擦力，阻碍物体的相

对运动，对物体的作用效果可为阻力，

也可动力。［11

C2转进动性是指当陀螺转子以高速旋转时，[1]进动性_360百科https://baike.so.com/doc/4340332—4545289.html

椅

如果施加的外力矩是沿着除自转轴以外

与

10的其它轴向，陀螺并不顺着外力矩的方

车

向运动，其转动角速度方向与外力矩作

轮

用方向互相垂直，这种特性，叫做陀螺

陀

螺仪的进动性。

仪陀螺是一个既能绕自转轴高速旋转，又

能够绕其它轴旋转的物体。利用陀螺的

特性制作的测量装置就是陀螺仪。能够

绕2个轴旋转的陀螺称为二自由度陀

螺，能够绕3个轴旋转的陀螺称为三自

由度陀螺。利用陀螺的特性制作的测量

仪器（或装置）就称为陀螺仪。

不论是二自由度陀螺，还是三自由度陀

螺，都有一个重要的特性一进动性。1”

车

C2所谓“定轴性"，是三自由度陀螺仪旋转[1]定轴性_360百科https://baike.so.com/doc/4339101—4544029.html

轮

时产生的一种特性，就是当陀螺转子以

11高速旋转时，在没有任何外力矩作用在

陀螺仪上时，陀螺仪的自转轴在惯性空

间中的指向保持稳定不变的特性。也称

为稳定性。

三自由度陀螺其稳定性与以下的物理量

有关：

1、转子的转动惯量愈大，稳定性愈好；

2、转子角速度愈大，稳定性愈好。

所谓的“转动惯量”，是描述刚体在转动

中的惯性大小的物理量。当以相同的力

矩分别作用于两个绕定轴转动的不同刚

体时，它们所获得的角加速度一般是不

一样的，转动惯量大的刚体所获得的角

加速度小，也就是保持原有转动状态的

惯性大;反之,转动惯量小的刚体所获得

的角加速度大，也就是保持原有转动状

态的惯性小。转动惯量的大小与转子的

质量、形状等因素有关。质量越大，转

动惯量就越大;沿外缘分布的物质越多，

其转动惯量也越大。［”

C2上这个实验看上去椎体在上滚，但经过仔［1］锥体上滚实验-百度文库

-滚细分析发现，这其实只是一个错觉。这https:〃wenku.baidu.com/viiw/la662d4a2b160b4e767fcf44.html

12还个轨道一头高一头低，锥就会从低的一

是端滚向高的一端，好像是重心在向上滚，

下但分析一下就会知道真相不是这样的，

落如果是那样的话，就违背了能量定理。

首先，这是一个锥而不是一个圆柱体，

其次，这不是一个斜面而是两条轨道，

而且轨道是呈八字形状摆开的，并且高

处张得开。这样的设计会使椎体处于高

处时重心降低，而在低处时由于轨道变

窄使得重心升高，这样看来就变成了重

心由高处向低处走的正常现象，也就没

有违背能量定理。

本实验的核心在于刚体在重力场中的平

衡问题，而自由运动的物体在重力的作

用下,总是平衡在重力势能极小的位置。

如果物体不是出于重力场中势能极小值

状态，重力的作用总是使他往势能减小

的方向运动。本实验演示椎体在斜双杠

上自由滚动的现象，巧妙地利用椎体的

形状，将支撑点在椎体轴线方向上的移

动（横向）对椎体质心的影响同斜双杠

的倾斜（纵向）对椎体质心的影响结合

起来，当横向作用占主导时，甚至表现

为出人意料的反常运动，即椎体会自动

滚向斜双杠较高的一端。［，1

C2哪转动惯量（MomentofInertia）是刚体[1]转动惯量_360百科https://baike.so.com/doc/219160-231855.html

个转动时惯性的量度，其量值取决于物体

13滚的形状、质量分布及转轴的位置。刚体

得

快的转动惯量有着重要的物理意义，在科

学实验、工程技术、航天、电力、机械、

仪表等工业领域也是一个重要参量。

电磁系仪表的指示系统，因线圈的转动

惯量不同，可分别用于测量微小电流（检

流计）或电量（冲击电流计）。在发动机

叶片一、飞轮、陀螺以及人造卫星的外形

设计上，精确地测定转动惯量，都是十

分必要的。

对于质量分布均匀，外形不复杂的物体

可以从它的外形尺寸的质量分布用公式

计算出相对于某一确定转轴的转动惯

量。对于几何形状简单、质量分布均匀

的刚体可以直接用公式计算出它相对于

某一确定转轴的转动惯量。而对于外形

复杂和质量分布不均匀的物体只能通过

实验的方法来精确地测定物体的转动惯

科量，因而实验方法就显得更为重要。S

旋转体系中质点的直线运动科里奥利力

C2

里[1]科里奥利力一360百科https:〃baike.so.com/科c/2152299-

2277276.html

奥是以牛顿力学为基础的。1835年，法国

气象学家科里奥利提出，为了描述旋转

14

利[2]许冬保.科里奥利效应的定性与定量分析一一2018年高考北京市理综卷

体系的运动，需要在运动方程中引入一

转第20题的评价与启示[J].物理教学,2018,40（11）:64-68.

[3]阎金铎主编.中国中学教学百科全书•物理卷.沈阳：沈阳出版社.1990.

盘个假想的力，这就是科里奥利力。引入

科里奥利力之后，人们可以像处理惯性

第26页.

系中的运动方程一样简单地处理旋转体

系中的运动方程，大大简化了旋系的处

理方式。由于人类生活的地球本身就是

一个巨大的旋转体系，因而科里奥利力

很快在流体运动领域取得了成功的应

用。m

科里奥利效应：据报道，在第一次世界

大战中，英国部署在北半球的海军发现，

向远方发射的炮弹总是偏向右方，而在

赤道以南则正好相反。在福克兰群岛（马

尔维纳斯群岛）的一场战斗中，发现炮

弹总是偏向左方。运动的物体在地球北

半球有偏向右边的倾向，在南半球有偏

向左边的倾向，该现象被称为科里奥利

效应,其原因是由于地球的自传引起的。