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晋江市科技馆第二展厅

——物理学展厅


第二展厅为常设展厅,在科技馆二楼,面积700平方米。
展厅共43台展教设备,向观众展示声、光、电、磁、力等方面物理知识及数学原理,使观众在动手动脑后学到科学知识,培养学习的兴趣。


光学转盘
    操作:接通电源,分别按动四个开关键,观看四个圆盘旋转时图像的变化。
    说明:人眼对运动图像的快速扫视,会产生一种生理错觉,本展品采用四个旋转的不同图像和圆盘,分别出四种有趣的错觉现象。

魔球
    操作:打开开关,看到球体发出不断变化的信息内容。
    原理:贮存在球内集成元件的信息,通过发光二极管发送出来,同时发光二极管在快速转动,由于人的眼睛保留所看到的信息的时间大约时十分之一秒(即视觉暂留现象),使得我们能看到球体发出连续不断的信息。


穿针引线

    操作:手拿一根线,站或蹲至观察孔,在孔板上进行穿线。
    说明:物体经过平面镜多次反射,造成像与实物上下颠倒,左右颠倒, 从而使你穿线十分困难。


锥体上滚

    操作:将锥体移至轨道的低处,松开手,观察其滚动情况。
    说明:物体在斜坡上会下滑或下滚。本展品同样遵循这一自然规律。本展品从表面上看来是物体由低向高运动,实际上这只是由于锥体形状、轨道不平行以及导轨两端高低不等给人们造成的错觉、此展品由一个双锥体和两根互成角度同时又与水平成一角度的导轨组成。设锥体顶角为A,两导轨所成角度B,导轨平面与水平面夹角为C,则只要满足SinC<tg(B/2)tg(A/2),就会实现这种锥体从轨道低端向高端的滚动。

画五星
    操作:按复位开关,使计数显示为零。握住笔,在五角星路径的平面上移动,一旦偏离路径,就会发出声响,同时计数器累计偏离数。 
    原理:在五角星路径的平面上,配有一支移动的“笔”,观众的眼睛通过一面镜子观察五角星的路径,并在平面上按五角星的路径移动“笔”,由于加了一面镜子,使路线的相位发生了180度的变化,由此可观测观众的手眼协调能力。
    说明:用自动控制理论来观察,人的眼使传感器,脑使控制器,而手使执行机构,在一种完全陌生的环境下,这套控制系统是否还能正常工作?这对于不同的人结论是不一样的。这件展品就是测试操作者的这一能力的。


一笔画

    操作:拿起手柄,保持不与金属图形接触。按复位按钮,使计数显示为零,从一端向另一端移动手柄,以不碰撞金属图形为好。
    原理:本展品由计数电路和译码器组成。手柄每接触一次一笔画图形,使计一次数(由数码管显示),同时喇叭发出一声报警声。本展品仅是用来测试脑、手、眼的配合能力。以手柄不接触金属图形为好。


磁力线演示

    操作:接通电源,启动开关,使中心磁铁旋转。
    说明:本展品中间是一个可以旋转的具有强磁场的大磁铁。分布在各层次的的有小磁针即摆脱了地磁场的微弱作用,当大磁铁慢慢旋转时,小磁针随大磁铁旋转方向同步旋转;当大磁铁静止时,小磁针不但不再指向南北极,而且不同位置的小磁针北极所指的方向也是不同的。此时每一个小磁针北极所指的方向就是大磁铁磁场在那一点的磁力线方向。


沙摆

    操作:左手堵住锥形漏斗下口,右手将细沙装入漏斗中,松开左手,轻轻摆动沙摆,观察所漏沙子的轨迹形状。
    原理:沙摆是由两个单摆的结合体。当一个摆按照自己的周期振荡时,通常只是单摆的振荡,它的轨迹就是这两个单摆事实的合力振荡轨迹。一个摆由漏斗漏出的沙子可以看出是一条直线。当两个摆平面不至合时,复合摆平面不断变化,漏斗漏出的沙子将形成各种类似椭圆的图案。


无弦琴(电磁)

    操作:手握小磁棒,靠近琴键上小红圈点处(不必接触键盘),即能发出音响,“弹奏”这些键,即能发出优美的音乐。
    原理:由于磁性开关的作用,相应的电子设备产生一定的频响,从而产生了优美的琴声。


魔棒

    操作:用手握棒,在挥棒处快速上下移动,观察挥棒形成的图象。
    原理:幻灯机的光线将一张幻片的图象集聚在挥棒处,当你快速探棒时,图象的光线被运动的捧一段一段地反射到你眼中。由于人眼保留每段图象的时间大约为十分之一秒(即视觉暂留现象),这足以使你的眼睛来得及把它们拼成一幅完整的图象。


脚踏发电

    操作:请坐在车座上,双手扶住车把,双脚用力踏脚蹬,观察几盏灯的亮度变化。
    说明:在这里,踏车者踏动自行车所消耗的体能转换为机械能,机械能又转换成电能。通过实验观众所看到的能量转换的真实存在。这也是发电的一种形式。


懒惰管

    操作:将塑料小片及金属小片投入管中。(两者重量相同)不同材质的下降速度一样吗?
    原理:管中有一磁场,不同物质通过磁场做切割磁力线运动时,受力不同,金属铝是导体,导体在磁场中做切割磁力线运动时,就会产生感应电流,感应电流所产生的磁场方向与原磁铁的磁场方向相反,金属铝的小片受到一个与其运动方向相反的阻力(磁力),因此看到金属铝的小片在管中下降速度慢而塑料小片因其不受阻力下降就快。


可视电话

    操作:面向电视屏幕,提起电话,即可与对方通话。同时还可看见通话的对方。
    原理:本展品模拟了未来将进入家庭的可视电话系统。即在普通电话系统中,埋设了一套图象传送系统。


杯中灯影

    操作:启动开关从玻璃往箱内看一看,关掉开关再看一看,一样吗?
    说明:中间的这块玻璃镀了一层金属膜,既能反射光又能透过光线。关灯时,箱子内光线弱,透射出来的光线很少,而反射来的光线强,我们只能看到杯子。开灯时,反射光线强,透射出来的光线也很强,所以我们同时看到了杯子和灯泡。它们的位置正好相对称,因而好象灯泡装在杯子里。 

角反射镜
    操作:先闭上一只眼睛,注视三面镜子的结合处,移动一下头部,睁开的那只眼睛,总是呈现在镜子的顶点处。
    原理:利用三块互相垂直的平面镜构成的角反射器。无论光线从什么角度射入,经过三次反射后,若平行地反射回去,所以角反射器可作为光学测距的辅助目标。

电视直播间
    该展品直观地向观众展示电视直播间主持人(观众自己)的影象和风采。


动画视觉

    操作:用手转动,可以看到转盘内一匹马在向前飞奔。
    说明:这里利用手动系统来演示人眼具有的“视觉暂留”现象及其应用。电影是把一张张照片快速更换,眼睛看到的画面是一幅连接动作的影像场景,而电视屏上的一行行光点扫描,在人眼看来也是一幅幅完整图像,这都是利用人眼“视觉暂留”的现象完成的。如果没有眼睛的视觉暂留现象,就没有现代电影和电视技术了。


潜望镜

    操作:观众首先用自己的眼睛瞄住一观测目标,然后从展品镜筒下方再观察,显然用镜筒观察的结果要比用眼睛观察到的高了一段距离,即可以从低处观察高处物体。转为镜筒可以全方位360度视场范围内搜索目标。
    原理:主要应用光的反射定律,高处物体沿水平方向射入镜筒的光线,经两块平面镜反射后,沿着与入射光线呈180度角的方向射击出,进入观察的眼睛,这样就可从潜望镜中观察高处目标或水下潜艇观察水面上的目标。


拱桥

    操作:将各拱块按模型拼按好,你可以定上拱桥,试试看它是否会倒塌。
    说明:在自身平面内的竖向荷载下产生水平推力的曲杆叫“拱”。拱各截面以受压为主,可将所受向下的力使到两个端点,因此,拱的抗弯,抗剪切能力强。拱是一种中间部位不用支撑的,广泛应用于建筑的结构。它经常用在长跨度的室内建筑及桥梁结构上。


动量守恒

    操作:观众轻轻拉起一个球并放手,观察其碰撞现象。再拉起两个球放手碰撞,观察现象。
    说明:在弹性碰撞过程中,动量与能量都守恒。小球质量相同,当动球碰撞静球时,动球会突然停止运动,而静球会以动球原有的速度运动,这说明了动量的传递和守恒。当小球被提起松手放下时,小球的势能转变为动能,在碰撞另一球时,后者发生运动,并在运动到一定高度时停摆,这说明动能已逐步转化成势能。本展品说明了能量的转化和守恒。


平面肥皂膜

    操作:慢慢拉起浸在皂液槽中的圆棒,肥皂膜就被拉出。注意观察皂膜表面不断变幻的色彩。
    原理:肥皂膜具有表面张力大的特性。当白色光照射到肥皂膜上,并由内外两面三刀个膜面的反射击呈现出的色彩。


是你还是我

    操作:两名观众分别坐在半透明半反光的平面镜的两边,头部大致等高。
         (1) 一方打开照明灯,这时被灯光照亮的一方,只能看到自己的反射象,而对方看到的是透射影象。
         (2) 双方同时打开灯光,看到的是透射象和反射影象的重合。
         (3) 双方打开各自左边的灯光照亮各自左边部分,两人看到的影象,是自己的左半部分和对方透射击过来的右半部分重合为一体,几乎分不清你我。
    原理:半透明反光平面镜,会根据物体光线强弱变化,形成透射和反射现影象。
    说明:半透明半反光平面镜不但可以用在游戏方面,而且广泛地应用在光学仪器中。


混沌摆

    操作:观众用手轻轻转动丁字型的大摆,带动位于三个顶点的小摆随之摆动。
    原理:观众轻轻转动丁字大摆后,三个顶点小摆随之摆动,并因互相影响呈现出不规则的运动状态;或摆动或转动,即达到了混沌状态。这种状态从表面看似乎无规律可循,其实,它是一种较复杂的运动形式,是有规律循的,目前在国际上,它发展成一门专门的学科。


声聚焦

    操作:两人分别站在两个“镜”前的小圆环附近,一人在小圆环处说话,另一个在30米外的另一小圆环处可听到很清楚的声音,二人对话就象无线电话一样。
    原理:声波的传播和光波一样,在传播途中遇到障碍处,可反射回来,展品用两个相同的凹面反射镜,演示声波的反射和汇聚现象。镜前小圆环就是反射镜的聚焦点位置。


反重力镜

    操作:观众身体靠近平面反射镜外端,让身体的一半被反射镜遮挡住,可看到另一半身体,以平面镜的反射形成一个完整身体的影象。这时,如果观众以身体一半肢体(即一腿一臂(做腾飞状(或其他奇形怪状有趣形象),那未从镜中观察到的就是表演者脱离地面,腾空飞翔的绝技了。
    原理:本展品是由两块平面反射镜组成的夹角90°的相互反射装置。


柔和的电击

    操作:左手手指、食指按住电极,右手均匀地转动发电机摇柄,观看电压表,感受手指有被水流冲洗的感觉。
    说明:触电时电流通过人体,但是电流通过人体并不都会发生触电事故。原因是电流非常弱(10毫安以内)。超过10毫安就会有生命危险,达到100毫安时,就短时间内引起心跳停止。
通过人体的电流强度决定于外加电压和人体电阻,人体的电阻不是每个人都一样大,同一个人也不是固定不变的。皮肤干燥时电阻大,潮湿时电阻小,实验证明,只有不高于24伏特的电压才是安全的。


彩灯长廊

    操作:启动开关,站在镜子前可以看到无穷无尽的重复的彩灯影像,当你用手轻轻转动 一下镜子可发现所有的彩灯影像位置也都随之变化。
    原理:由于前面是一块半透明反光镜,后面是一块金光反射镜,把两块镜子平等放置,具有多次反射成像的特点。因此,在它们中间放一物体,就可反射出许许多多的重复影像。 
当转动镜框,改变两镜的夹角时,由于光的入射角发生变化,故反射出的影像位置也随之变化。


平衡杆

    操作:依次取长、短平衡杆分别于手指上,平衡杆会摇摆不定的倾斜、手指应随着平衡杆不断移动来调节使其 ,保持平衡。同时注意观察长、短平衡杆平衡的难易。
    原理:平衡杆无法在手面上保持平衡状态。当来自眼睛的信息传到大脑再传达室到肌肉,使你不断地向杆子倾斜的一边移动手指,使它回到垂直状态。这就是反馈机制。杆子越短、越难保持平衡。这是因为重心越低、倾倒的时间越短、因而来不及调整所至。


转椅

    操作:单手握车轮轴把手,坐在转椅上,用另一只手转动车轮,尽量加快转速,然后双手握住车轮轴把手。当车轮轮轴保持水平位置时,转椅不转;而使车轮左右倾斜时,转椅会分别不同方向转动。
    说明:本展品主要演示角动量守恒原理。当车轮倾斜后,对转椅转轴产生了角动量,从而转椅必须转动。使其对转轴的角动量与车轮轮轴的角动量相反,以保持系统的总角动量不变。


最速降线

    操作:直线和曲线的起点和终点相同,把两个球分别放在直线和曲线轨道顶端同时滚下,观察哪线上球先到达终点呢?
    原理:在重力作用下,曲线轨道上滚动的球比直线段轨道上的球先达到最大速度,而且在两轨道的大部分区域中,曲线轨道上的球速超过直线轨道,尽管曲线轨道长于直线,但球速大,所以达到终点。


雅各布天梯

    操作:接动开关,观察电弧沿羊角形电极向上爬的现象。
    原理:雅各布天梯模型是一对上宽下窄,顶部呈羊角型的电极。在2-5万伏高压下,两电极最近处的空气首先被击穿,形成大量正负等离子体,即产生电弧放电。
    空气对流加上电动力的驱使,使电弧向上升,随着电弧被 长,电弧通过的电阻加大,当电流送给电弧的能量小于由弧道向周围空气散发的热量 电弧就会自行熄灭。


多像镜

    操作:观众站在展品前面,改变两面镜子夹角,观察成像的数量。
    原理:观众作为成像物体,直接观看两镜多次反射形成的影像。由于夹角大小的变化,其影像的数量随之不同,成像的数量与其 角的关系,可用下面的公式表达:n=360/a-1(n为系统多次及射后的影像数量,a为夹角值)。


翻转的镜象

    操作:请你和你的朋友分别从这个轮盘两侧的观察孔往里看,同时用手慢慢地转动轮盘,注意观察你的朋友的影像是怎么变化的,想一想这是怎么一回事。
    原理:里面装有三面镜子,它们排列的方式使用权得光线从一端必须三次反射才能到过另一端,就是因为这三次反射造成了或左右颠倒,或上下颠倒的影像。


手蓄电池

    操作:双手按住两块不同金属的极板,观察电流表指针的变化。
    原理:人手表面总存在一些水分的盐分(电解液),因此,当人的双手各接一块金属板(铜板和铝板)时,就形成一个原电池,用灵敏的电流表就可测出电流。


鱼洗

    操作:浸湿双手,有节奏地磨擦盆耳,观察水波的振动,水花的泛起,同时听到嗡嗡声。
    原理:物体在周期性外力-策动力作用下的振动,叫受迫振动。当策动力的频率与物体的固有频率相等时,振幅最大,这种现象叫共振。
    说明:鱼洗的水花、水波的泛起和铜盆的嗡嗡声是因手对盆耳的磨擦频率与水和铜盆盆腔的振动频率发生共振引起的。共振现象在科学和生活中有其重要性和普通性。但在某种情况下,共振现象也可能造成危害。鱼洗是我国古代盥洗器皿,始现于汉代,距今已有4000年历史。


双曲狭缝

    操作:观众直接用于拨动倾斜的直杆,可以看到直杆通过了双曲狭缝的阻挡板。
    原理:双曲线(单叶双曲面)可以由一运动直线产生,其中截面上的交点连线为双曲线。


麦比乌斯带

    操作:将一条环带的两个端边拉转180度后粘合。即成为麦比乌斯带,也称为麦比乌斯圈。
    说明:麦比乌斯带是由德国数学家麦比乌斯发现的。他设计的曲面有奇巧的特性,即:一个运动的物体能在一条轨道上通过两个面,这个特性在工业上有许多重要用途,在近代数学、物理学中也占有重要的一页。


平衡测定

操作:观众站在踏板上,双手握住手柄,待身体平衡后,松开手柄,显示器开始计时。如果你能保持十秒钟以上,就会欣赏到一段优美的音乐声。
原理:人的平衡能力决定于内耳的平衡感受器,及小脑神经的调节作用。经过训练,平衡能力可以大大提高。


三基色

    操作:启动开关,移动中是滑板,观察照射在后板上红光、绿光、蓝光的混合效果。
    说明:红光、绿光、蓝光按一定比例混合可以获得任何颜色的光,包括白色。所以被称为三基色。生活中广泛被应用。可以用加法运算简单说明:
    红色+绿色=黄色;红色+蓝色=品红色;绿色+蓝色=青色;红色+蓝色+绿色=白色


声控树

    操作:观众用不同的音量(指拍双手)对着声控树发声,观察彩灯亮度的变化。
    原理:声音传感器将接收到的声音转换成电信号,再加以放大然后分级处理,点亮相应的彩灯。声控技术是一门极具发展前途的控制技术,目前世界上已有声控的计算机操作系统。


光岛

    操作:观众可用透镜、反射镜、棱镜等来对准光源演示光的折射、反射、白光分解等现象。
    原理:展台上的光源如同-海岛 于中心,发出各种光束,当光线通过透镜、反射镜、棱镜后会发生折射、反射、分解现象。


魔镜
    操作:观察铜镜的镜面和背面。按下按钮,接通灯光电源,观察铜镜反射的光在屏幕上形成的图案与镜背花纹是否一致。
     原理:在铸造过程中,铜镜内存在残余应力,在魔镜后又产生附加弹性应力,由于这两部分应力的作用,使镜面曲率产生差异,当平行光从镜面反射时,发散度随曲率而变化,从面形成了镜背上所见到的花纹图形。[历史演化]


听话的小球
   
操作:启动开关,看到小球在气流作用下做有趣的循环运动。
     说明:小球为什么能处在下管口上方的位置来回晃动而不外逃呢?根据伯努力原理可知:流速大的地方,压力低;流速小的地方、压力高。因此,小球受到一种来自四周的推力,使小球总是向气流中心运动,而不向四周逃跑。
     小球为什么能沿着气流向前运动呢?这是由于运动中的小球前边形成许多小漩涡,使得小球前边的压力小于右边的压力。在这种压差作用下小球就会向前运动。