演示实验

物理演示实验要求
1． 预习内容： （1）将下面概念原理写在实验报告的预习部分。 衍射 光栅 驻波 电磁波 偏振片 起偏 检偏 力矩 角动量 角动量守恒 温差电动势 极性分子 非极性分子 静电感应 辉光放电 法拉第电磁感应定律 楞次定律 自感现象 互感现象 伯努利效应 涡电流 铁磁质磁化特点 电磁阻尼 等厚干涉。 （2）阅读后面的演示实验介绍（这里只介绍了实验室的部分演示实验）。（自愿购买演 示实验教材，可以参考我校图书馆《大学物理演示实验》（张智 主编，湖南大学 出版社）等有关物理演示实验教材， 也可以在网上查找资料和视频。）
实验现象看到即可，不要长时间通电，避免线圈过 热烧坏。 相关概念原理：涡电流 问题与思考：
互感概念演示仪
根据法拉第电磁感应定律，当闭合回路中的磁通 量发生变化时，会引起感应电流。因此从感应电流的 变化规律能够体现原电路的电流变化情况。本实验即 利用这个道理，使原电路产生的磁场穿过感应回路， 从而在感应回路中听到原电路的音乐。 注意事项：实验完毕关闭电源。 相关概念原理：磁通量 法拉第电磁感应定律 互感 问题与思考：两个螺线管怎样放置时，感应回路中效果最明显？
属球相碰中和剩余电量。 相关概念原理: 孤立导体静电平衡时表面电荷分布规律 问题与思考：为什么暴风雨时避雷针的顶部容易放电？
为什么暴风雨中应避免在空旷的地方行走？还应避免站在树下？
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多功能涡电流仪
金属相对永磁铁转动时，在金属内部产生涡电流，涡电 流产生磁场。这个磁场与永磁铁的磁场相互作用，于是观察 到金属相对永磁铁运动。 注意事项：实验完毕关闭电源。铝盘转速高时不要碰。
静电除尘
静电除尘仪器的透明圆筒中间，是一根与四周绝缘的铜 丝，接维氏起电机的一个放电叉。圆筒上缠绕的铜丝接维氏 器电机的另一个放电叉。中间是空气。当维氏起电机给铜丝 形成的两个电极加电压后，在透明圆筒中形成轴对称的非均 匀强电场。在强电场作用下，灰尘粒子定向运动，灰尘便会 在电极附近聚集落下。 注意事项：实验完毕，一定将香灭掉，并中和维氏起电机放
上的剩余的电荷。 相关概念原理： 问题与思考：为什么开始时静止在下极板的小球向上极板跳跃？
将极板上的两鳄鱼夹互换，对实验结果是否有影响？
电介质极化模拟演示装置
平行板中间的细线上有很多极性分子模型，小 球分别代表极性分子的正负电荷中心。当给极板加 电压时，两极板之间产生电场，在电场的作用下正 负电荷中心分别向不同方向移动，在靠近极板处即 电介质表面处形成一层束缚电荷，束缚电荷产生的 电场，与电容器极板产生的电场方向相反，使极板 间总电场减小。 注意事项：实验完毕，中和掉维氏起电机放电叉杆上的剩余的电荷。 相关概念原理： 极性分子及其极化机制 非极性分子及其极化机制 问题与思考：极化后电介质宏观上出现了怎样变化？
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爱情温度计
应用热胀冷缩原理。封闭玻璃腔内分上下腔，上下腔中间用虹吸管连接。使 用时两人手捂住下腔。下腔里有一半液体，一半空气。空气受热后体积膨胀，会 在下腔内形成压力。压力会作用于液体表面，直接把液体通过虹吸管压到上腔。 手越热，膨胀度越大，压到上腔的液体越多。手离开下腔后，液体会自动回复到 下腔。 注意事项：小心不要碰碎玻璃 相关概念原理：热胀冷缩 问题与思考：
是否存在干涉条纹？
偏振光演示仪
偏振片只允许沿某一特定方向的光通过，这个方向叫做偏 振化方向。偏振片通常是一种人工膜片，其中有大量按一定规 则排列的分子或晶粒等材料，对不同方向的光振动能够进行选 择性吸收，吸收某一方向的光振动分量，垂直于该方向的光振 动分量通过，而获得线偏振光，利用这个特性可以制成偏振片。 聚乙烯醇薄膜在碘溶液中浸泡后，在高温下拉伸、烘干，然后 粘在两个玻璃片之间就形成了偏振片。它有一个特定的方向， 只让平行于该方向的光振动通过，这一方向称为透振方向。
太阳、白炽灯泡等普通光源直接发出的是自然光。利用偏振片可以从自然光 中获得线偏振光。偏振片是常用的起偏器。偏振片也可以作为检偏器，即检测一 束光是否是线偏振光。实验中，光源发出的光经过两个偏振片。第一个偏振片起 到起偏器的作用，光经过后变成线偏振光。用眼通过两个偏振片观察光源，同时 转动一个偏振片，会发现光的强弱发生变化。当光最强时，两个偏振片透光方向 相同；当光最弱时，两个偏振片的透光方向垂直。 注意事项：实验结束后关闭电源。 相关概念原理： 偏振片 自然光 线偏振光 部分偏振光 问题与思考： 烈日下经常有人带偏光太阳镜，偏振光太阳镜的原理是什么？
互感与哪些因素有关？
角动量守恒演示仪
对于定轴转动的刚体，当不受外力矩时，刚体的角动 量守恒，即刚体对轴的转动惯量与绕轴的角速度乘积是常 量。如果改变刚体的转动惯量，则角速度会相应改变。用 手使红色球快速转动起来，然用力后上下移动立柱上的螺 丝，会发现球的转速快慢发生明显变化。 注意事项：用力适当。 相关概念原理：力矩 转动惯量 角动量 角动量守恒 问题与思考：体操运动员为什么要伸直身体落地？
电叉杆上剩余的电荷。 相关概念原理： 静电除尘 问题与思考： 为什么灰尘会向一个方向定向移动？
6
静电滚筒
当孤立导体带一定电量时，导体外表面是 等势面，表面外凸曲率半径越大（越尖锐）的 位置，电荷密度越大。所以尖端邻域有极强的 电场，使空气分子电离。空气中的带电粒子受 到电场的作用加速运动，形成离子风吹动滚筒 运动。 注意事项：注意排针尖端不要接触滚筒。
2． 实验课堂要求：对每个演示实验现象都应观察到，必须注意实验说明牌上的注意事项。 3． 实验报告书写要求：
自己选择感兴趣的实验，深入理解其原理，进行实验分析，必要时可以进行改进。 尽可能多的查找相关的实验和应用，进行总结分析比较，报告中要指出资料的出处。报 告内容不要过于简单。 4． 思考题: （1）等厚干涉磁致伸缩演示仪实验中, 干涉圆环半径扩大时镍棒变长还是变短? （2）汤姆逊温差电磁铁实验中，如何用实验确定闭合回路中的电流方向？是否可以用
太阳光直接照射到平玻璃上反射后是哪种偏振光？
5
热磁轮演示仪
热能转化为机械能的具体方式有多种，本实验 是一种。利用低居里点的金属材料做成的圆环，在 其边沿附近放一永磁体，在整个圆环处于同一温度 时，永磁体对环的静磁力是关于磁场中心和圆环中 心的连线而对称的，因此圆环在磁场中受力而不受 力矩的作用。若在永磁体旁边放一酒精灯，烧灼圆 环的某处，酒精灯焰烧灼处的温度若高于圆环材料 的居里点，则该处将发生相变而由铁磁质变成为一 般的顺磁质，永磁体对该点的吸引力将大大减弱，此时圆环受的永磁体的吸引力 产生了关于圆环中心的力矩，此力矩使圆环转动起来。低居里点的金属圆环的各 部分不断地进入高温热源区，不断地被加热、相变、产生力矩，圆环便持续地转 动起来。 注意事项：注意酒精灯的使用。 相关概念原理：居里点 问题与思考：
动起来？原因是什么？
尖端放电
当孤立导体带一定电量时，导体外表面是等势面。表 面外凸曲率半径越大（越尖锐）的位置，电荷密度越大， 所以尖端邻域有极强的电场。强电场使空气分子电离产生 带正负电荷的带电粒子，在尖端电场的作用下。形成离子 风，使火焰熄灭。 相关概念原理: 孤立导体静电平衡时表面电荷分布规律 注意事项：实验结束后，熄灭火焰，并中和掉剩余电荷。 问题与思考：尖端放电有很多实际应用，请举一些实际例 子。
验完毕，中和掉维氏起电机放电叉杆上 剩余的电荷。维氏起电机不要转动太快。 相关概念原理： 静电平衡时导体表面电荷分布 问题与思考： 滚筒为什么会转动?
尖端放电
静电跳球
两圆形极板中间放有金属球。当两极板分别带正、 负电荷时,金属球与所在的极板带有同号电荷。同号电 荷相斥,异号电荷相吸,小球受下极板的排斥和上极板 的吸引,跃向上极板,与之接触后，小球所带的电荷被 中和反而带上与上极板相同的电荷,于是又被排向下 极板。如此周而复始,可观察到球在容器内上下跳动。 注意事项：实验完毕，中和掉维氏起电机放电叉杆
辉光球
辉光球内部充有稀薄气体，辉光球中间是黑色球形电极 产生高频高强电场，内部稀薄气体原子在电场作用下发生电 离、激发、碰撞、复合等物理过程，同时发光。当手靠近或 接触球体时，会引起电场强度和电势发生变化，从而使发光 强弱分布改变。打开电源开关，辉光球发光。用手指尖触及 辉光球，立刻可见中间球形电极与指尖连接的辉光弧线变得 更加亮，并随着手指尖的移动而移动。 注意事项：严格禁止敲击辉光球体，以免打破玻璃。 相关概念原理： 辉光放电 问题与思考：辉光球内外空气压强是否相同？为什么手指处辉光放电强？
i = dQ / dt ， iR + Q / C = ε ，
i = dQ / dt = (εC − Q) /(RC) ， Q = εC(1 − e−t / RC ) ， i = ε / Re−t / RC 。
从充放电电流变化可见，电流由初态到稳态过渡过程的长短，取决于 R 和 C 的 数值大小。一般将 RC 的乘积称为时间常数，用τ表示，即τ=RC，时间常数越大， 电路达到稳态的时间越长，过渡过程也越长。不难看出，RC 电路的过渡过程与 电容电压的三个特征值有关，即初始值、稳态值和时间常数τ。只要这三个数值 确定，过渡过程就基本确定。 注意事项：实验结束后，注意关闭电源。 相关概念原理: RC 电路的时间常数 问题与思考：为什么电路中采用不同电容时灯亮的时间不同？
磁吊
铁磁质被磁化时，铁磁质产生的磁场是外磁场的 数千倍。在强大的磁场作用下，能够吸引起很重的物 体。磁吊即利用这个原理吊起很重的物体。有很多起 重设备利用磁吊吊起和搬运重物，如 100KG~5000KG 的重物。 注意事项：重物不要离桌子太高，也不要远
离桌子，以免重物掉在地上。 相关概念原理：磁化 铁磁质附加磁场特点 讨论与思考：磁吊能吊起任何重量合适的物体么？
2
RC 电路时间常数演示仪
ε
K
i
R
C
RC 电路充
由于电容的充放电，使电路中的电流 i 变化有一个过渡过程。 本实验既是利用灯泡亮的快慢程度来定性显示这个过程时间长短。 以充电时 RC 电路时间常数的推导：