有关北京中考题的科技馆展品讲解

“中国科技馆题”

第14题：在中国科技馆“探索与发现A厅”，有一个有趣的磁悬浮灯泡，其示意图如下，在磁悬浮灯泡的内部装有一块永磁体，在灯泡上方的展柜中安装有永磁体和一个励磁线圈，先给励磁线圈通电，在控制电路的调节下，永磁体和励磁线圈产生的磁场使灯泡静止悬浮在空中。关于灯泡受力情况，下列说法正确的是：

A．灯泡受到的磁力方向竖直向下

B．灯泡受到的磁力方向竖直向上

C．灯泡受到的磁力小于灯泡受到的重力

D．灯泡受到的磁力大于灯泡受到的重力

第38题：学校组织学生参观中国科技馆，同学们

在“探索与发现A厅”里面看到一个十分有趣的“物体

上滚？”实验。实验时，将双圆锥体轻轻放在倾斜轨道

的最低端，看到双圆锥体从静止向轨道高处滚去。实验

引起了同学们的讨论，小军认为“双圆锥体上滚”是真

的，眼见为实；小乐认为：“双圆锥体上滚”是错觉，

双圆锥体不可能自动由低处向高处运动。小乐和小军为

证明各自的观点，取了两根木条放在水平桌面上，将木

条左端垫高，做成一个倾斜轨道，将双圆锥体放在轨道右端，如图甲所示，由静止释放后双圆锥体向轨道高处滚去，双圆锥体最终停在轨道左端，如图乙所示。这个实验成功再现了在科技馆看到的现象。

请你根据图甲、乙所示的实验，选择适当的器材，通过测量判断小军和小乐谁的观点正确，写出你的测量方法并简要说明。

答案

器材：刻度尺

实验步骤：（1）将双锥体放在轨道右端，用刻度尺测量出双锥体锥尖到桌面的距离记为h1；（2）将双锥体放在轨道左端，明刻度尺测量出双锥体锥尖到桌面的距离记为h2;

(3)通过测量发现h1>h2; h1、h2为双锥体重心的高度，在左端轨道虽然高，但是双锥体的重心位置其实低，所以双锥体由于受到重力作用，不能由低处向高处运动。所以小军的观点错误，小乐的观点正确。

科技馆推荐的十件展品

力学篇

1作用力与反作用力

位置：中国科技馆主展厅二楼A厅

知识点：力的作用效果

原理：物理书上说“力是物体对物体的作用”。如果你听起来觉得有点抽象不容易理解，那么请亲手操作和观察这件展品吧。通过现象你会深刻领会“物体间力的作用是相互的”。

之所以大炮后推撞击摆针，是因为在发射炮弹时，大炮对炮弹施加了向前的作用力，同时，炮弹也会对大炮施加向后的反作用力，迫使大炮后推。那为什么选择射击的力度不同，摆针的摆动幅度也不同呢？这是因为反作用力的大小是和作用力相等的，射击炮弹的力度越大，炮身受到炮弹的反作用力也越大，后退的距离也就越大，使摆针以更大的幅度摆动。掉？不掉？

2影响滑动摩擦力大小的因素

位置：中国科技馆主展厅二楼A厅

知识点：影响滑动摩擦力大小的因素

原理：将木棍平放在转动的两轮之上，你可以调节两个转轮的转速与方向。请你亲手探究一下，看看决定木棍是否掉下来的关键因素究竟是什么？

两个相对滑动的物体间的摩擦力大小，与它们之间的压力、摩擦系数有关。木棍和转轮接触时，摩擦系数是基本不变的，因此摩擦力只受压力影响。木棍对转轮的压力越大，摩擦力就越大。当两个转轮同时向内转动时，上面的木棍不会掉下来，这是因为，一旦木棍偏向一侧转轮，这一侧的压力就会变大，摩擦力也会相应变大，而摩擦力的方向是指向中央的，

这就会迫使木棍回到中央的平衡位置。相反，当两个转轮同时向外转动时，木棍很容易掉下来，这是因为，尽管仍然是木棍偏向哪一侧，那边的摩擦力就会增大，但摩擦力的方向是背离中央的，所以木棍很容易离开平衡位置而掉下来。

33.中国科技馆探索与发现A厅有这样一样展品，一根质地均

匀的金属杆架在两个可以旋转的光滑程度相同的轮子之间，两

轮均向内侧旋转,发现金属杆做往复运动。若实验开始时把金

属杆水平静止放置在如图16所示位置（L a

属杆的重心，O1、O2分别为两轮和金属杆的接触点，金属杆

与两轮接触点受到向上的支持力分别为N1和N2。（3分）

（1）若以O2为支点，依据杠杆平衡原理可得表达式N1=_________（分别用G 、L a和L b 表示）。同理可得N2的表达式。由此可知：N1N2（选填“大于”、“小于”或“等于”）；（2）当两轮开始转动时金属杆O1、O2处受到摩擦力分别为f1和f2，则f1f2（选填“大于”、“小于”或“等于”）。

3流体压强（伯努利定律）

位置：中国科技馆主展厅二楼A厅

知识点：流体的压强与流速的关系

原理：本展项由两个小展品构成——球吸现象和气流投篮，利用“在气体和液体中，流速越大的位置，压强越小”这个知识点。

18世纪的瑞士物理学家丹尼尔·伯努利发现，理想流体在密封管内流动时，遵循能量总量不变的规律，即“伯努利定理”。由于流体的能量包括受流动速度影响的动能、受高度位置影响的势能，以及能产生压强的能量，因此，在通常情况下，可以认为流体的流速越快，压强就越小。

空气可以被看作是符合伯努利定律的流体。在“球吸”展项中，当空气在两个小球间快速通过时，两个小球间的空气侧向压强小于周围空气静止区域的压强，所以两个小球会向中间靠拢，好像彼此吸引一样。在“伯努利定律”展项中，空气形成一个流速较快的气柱区域，在这个区域里的侧向压强小于周围空气静止区域的压强，从而将小球牢牢地压在空气柱里。3水中沉浮

位置：中国科技馆主展厅二楼A厅

知识点：物体的沉浮条件

原理：潜水艇和小鱼在水底是如何实现上浮、悬浮和下沉呢？不同状态下的浮力和重力又是什么关系呢？

浸在水中的物体会受到水的浮力，浮力大小与物体排开水的重量相等。因此，如果排开的水多，浮力就大，如果大于物体的重力，物体就会上浮；反之，浮力小于物体重力时，物体就下沉。鱼在水中靠改变鱼鳔贮存的气体体积实现沉浮。当鱼要浮起来时，鱼鳔充满空气并增大，鱼受到的浮力大于鱼的重量，鱼就会上浮了；反之，排空鱼鳔的空气，可以使鱼下沉。潜水艇的上浮和下沉同鱼的原理相同，但过程不同。潜水艇需要沉入水中时，会在水舱中充水，使潜艇排开水的量减小，从而减小浮力，实现下沉；反之，当潜艇利用压缩空气排掉水舱中的水，就可以增大浮力，实现上浮。

4独轮车走钢丝

位置：中国科技馆主展厅二楼A厅

知识点：运动杠杆平衡条件解决有关问题

原理：独轮车为什么可以平稳地在钢丝上骑行呢？其下方的配重与杆长需要满足什么条件呢？在这里你可以亲自动手探究，利用杠杆原理分析出独轮车保持平衡的秘密。随后请仔细观察该展品旁边的“空中自行车”，估算一下其下方的配重至少要多少公斤才能保证骑行人的安全呢？

其实，独轮车偶是否会从钢丝上翻倒，与独轮车下方配重有关。人、车、配重三者构成一个整体，其重心的高低受到配重的大小和位置影响。当位置相同时，配重越重，整体重心越靠下；当配重的重量相同时，位置越靠下，整体重心越靠下。如果重心处于支点下方，三者会保持稳定，一旦车身歪斜，支点下方会产生一个回复力矩，使车身回到竖直位置。反之，如果重心位于支点上放，当车身歪斜时，重心产生的力矩会使这个歪斜进一步加剧，从而使独轮车翻倒。

电学和热学篇

5电磁波大家族

位置

中国科技馆主展厅二楼A厅

知识点

电磁波可以进行信息传递

原理

根据英国科学家麦克斯韦的电磁场理论，当变化的电场产生变化的磁场，变化的磁场再产生变化的电场，交替变化的电场和磁场就会形成电磁波，并在空间中以光速传播。赫兹通过实验证明了麦克斯韦的理论。

现实生活中，我们会接触的各种形式的电磁波，它们按照频率的不同可以被分成不同类型。频率最低、波长最长的是无线电波，广泛用于广播、通讯等领域，其后依次是微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。它们的性质、功用各不相同，在科研、工程、医疗等多个领域发挥作用。

6电磁感应摆

位置

中国科技馆主展厅二楼A厅

知识点

电磁感应现象、磁场对通电导体的作用力

原理

闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应。这个展品涉及电磁感应的几个基本规律：右手定则、楞次定律、安培力等。整个展项分三个互动部分：单摆式感应摆、半圆形感应摆1、半圆形感应摆2。

单摆式感应摆：两端的金属线圈是连通的且分别穿过两个马蹄形磁铁。当你使右侧线圈摆动起来之后，会发现左侧线圈也在摆动。这是由于磁铁末端的磁场分布是不均匀的，右侧线圈的往复摆动会引起穿过线圈的磁通量变化，从而发生产生感应电流。电流传至左侧线圈，左侧线圈位于磁场之中，所以左侧线圈会受到安培力的作用而发生偏移。由于电流的周期变化，安培力将周期变化，最终左侧线圈的偏移也将带有周期性，形成摆动。扳动闸刀开关使两只单摆反接，并再次使右侧任意线圈摆动，此时左侧线圈的摆动情况刚好与前一次相反。

半圆形感应摆1：半圆形摆的中央固定一块强磁铁。展台上固定有一个线圈，摆静止时磁铁正好位于线圈的中心位置。按下按钮“启动”给线圈通电，此时由于电磁感应，磁铁会带动半圆形摆上下摆动。之后，按下按钮“短路”改变线圈中的电流情况，摆动会戛然而止。

半圆形感应摆2：用手拨动半圆形摆，使它上下摆动，在摆动过程中磁铁从固定在台面上的线圈中往返穿过，从而使线圈中产生感应电流，此时可看到与线圈连接的电流表的指针会左右摆动。

7伸缩的线圈

位置

中国科技馆主展厅二楼A厅

知识点

磁体和磁极、电流的磁场

原理 当导体中有电流时，导体周围会产生磁场。对于螺旋线圈形成的导体，可以借助右手螺旋定则来判断电流产生的磁场方向。当螺旋线圈中通电，磁场会使周围的小磁针转向相应的方向。同时，螺旋线圈的每一匝产生的磁场的S 极，都与相邻线圈的N 极相对，而N 极则与相邻线圈的S 极相对，从而使螺旋线圈每一匝之间都产生吸引力，如果螺旋线圈不是刚性固定的，各匝在通电后就会在引力作用下收缩在一起。

32．（2分）如图19甲所示，将一对用软磁性材料制成的弹性舌簧密封于玻璃管中，舌簧端面互叠，但留有间隙，就制成了一种磁控元件——干簧管，以实现自动控制。某同学自制了一个线圈，将它套在干簧管上，制成一个干簧继电器，用来控制灯泡的亮灭，如图19乙所示为工作原理图。与干簧继电器在工作中所利用的电磁现象无关的是

A ．磁化

B ．电流的磁效应

C ．磁极间的相互作用

D ．磁场对电流的作用

8汽车发动机

位置

中国科技馆主展厅三楼D 厅

知识点

四冲程内燃机的工作原理 舌簧 干簧管

图19 甲

原理

目前汽车最常用的动力来源是汽油。发动机的工作包括四个冲程：一、进气阀打开，活塞向下移动使气缸吸入汽油和空气的混合物；二、阀门关闭，活塞向上移动，将汽油和空气混合物压缩；三、火花塞点火，引燃汽油，爆炸使活塞再次向下运动，并带动车轮做功；四、排气阀打开，活塞再次向上移动，推动汽油燃烧爆炸后的尾气从排气管排出。四个冲程循环接替，使发动机源源不断地对外做功，带动汽车前进。

9液氮表演

位置

中国科技馆主展厅四楼A厅

知识点

汽化和液化、升华和凝华

原理

液氮是氮的液态形式。氮气在-173摄氏度时会液化，形成液氮。可以利用液氮的温度低、气化迅速的性质完成一些有趣的实验和应用。一些材料，如橡胶等，在液氮低温下会失去弹性，变硬变脆，很容易折断，纸张、玫瑰花等也会变得易碎，而钇钡铜氧等材料在液氮的低温下则会进入超导态，电阻完全消失，并可以悬浮在磁场中。