中學(xué)物理教學(xué)全書(shū)-實(shí)驗(yàn)篇

中學(xué)物理教學(xué)全書(shū)-實(shí)驗(yàn)篇

實(shí)驗(yàn)

固體的壓強(qiáng)

(1)如圖1所示，泡沫塊穿過(guò)插在底板上的導(dǎo)桿。利用T形塊可以改變受

力面積，換用不同重物以模擬壓力變化。

從泡沫塊形變程度可演示壓力產(chǎn)生效果(壓強(qiáng))跟受力面積和壓力的關(guān)系。

(2)如圖2所示，取廢食品罐，把開(kāi)口處剪成利口。把罐放在沙箱的沙面

上，壓一塊、兩塊磚(或其他重物)于罐上，觀察罐底向下和向上放時(shí)下陷的程

度，以演示壓力產(chǎn)生的效果。演示時(shí)可準(zhǔn)備兩只相同的罐，并在罐側(cè)面貼帶有刻

度的紙條以作對(duì)比。

圖2

圖3

（3）如圖3所示，取兩枚圖釘，將其中一枚釘尖磨鈍。用兩用測(cè)力計(jì)測(cè)壓

力，先后把兩枚圖釘壓入肥皂塊，肥皂塊所承受的壓強(qiáng)是?定的，由實(shí)驗(yàn)可知當(dāng)

壓力相同時(shí)，受力面積小的尖頭圖釘比受力面積大的鈍頭圖釘產(chǎn)生的壓強(qiáng)大；若

要產(chǎn)生相同的壓強(qiáng)，就需要在接觸面積大的鈍頭圖釘上施加較大的壓力。

兩用測(cè)力計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3所示，這種測(cè)力計(jì)不但可拉、壓兩用，而且還有“記

憶”功能。自制時(shí)，取一根木棒作秤桿，棒的一端開(kāi)有狹縫，縫內(nèi)插入一片厚度

適當(dāng)?shù)募埰羯咸子袕椈?，把裝有彈簧的圓棒插入圓管固定，將所受不同重力

的祛碼掛在秤鉤上，在木棒上標(biāo)上與祛碼所受重力相應(yīng)的刻度。用力拉測(cè)力計(jì)棒

上的秤鉤或用力壓測(cè)力計(jì)棒的另一個(gè)端面時(shí)，都可使彈簧伸長(zhǎng)，在彈簧伸長(zhǎng)的同

時(shí)，紙片便在槽內(nèi)移動(dòng)。撤走外力，彈簧就恢復(fù)原狀，而紙片因摩擦而停留在原

處，這樣就可記錄測(cè)力計(jì)達(dá)到的最大示數(shù)。

液體的壓強(qiáng)

（1）液體對(duì)壓強(qiáng)的傳遞

①圖1所示為帕斯卡定律演示器。用注射器增加密閉的廣口瓶里液體的壓

強(qiáng)，微小壓強(qiáng)計(jì)能顯示所加壓強(qiáng)的大小，從瓶?jī)?nèi)3根玻璃管液面高度始終相同，

說(shuō)明密閉液體的各個(gè)方向傳遞的壓強(qiáng)跟加在上面的壓強(qiáng)相同。實(shí)驗(yàn)前應(yīng)保證瓶

塞、玻璃管和橡皮管等連接處封閉良好，并使微小壓強(qiáng)計(jì)兩液面相平。用扁平容

器(圖1(b))替代傳統(tǒng)廣口瓶可提高演示效果，扁平容器可截取有機(jī)玻璃膠

合而成。

金屬球

圖2

②圖2所示為帕斯卡球。演示時(shí)將活塞推至金屬球處，旋去金屬球，提起活

塞，讓筒的下部吸滿水，再把金屬球旋上。使球體朝上，推動(dòng)活塞，水柱能向各

個(gè)方向均勻噴射，說(shuō)明“密閉液體能夠把它受到的壓強(qiáng)向各個(gè)方向傳遞若球體

朝下演示，學(xué)生易誤解為由于重力而射出。

帕斯卡球可自制。如圖3(a)所示，塑料瓶近底部的側(cè)壁上用針刺小孔，

把注射器針頭插入瓶口軟木塞即成。

圖3(b)所示裝置中，當(dāng)壓氣球向瓶?jī)?nèi)打氣時(shí)，水連續(xù)不斷從球的小孔中

射出。演示了液體對(duì)壓強(qiáng)的傳遞。

（2）液壓機(jī)模型

①圖4所示是水壓機(jī)模型。

底座上裝有唧筒和水柜，它們的底部有管相通，并分別裝有只能進(jìn)水的單向

閥。演示時(shí)，按動(dòng)手柄，唧筒內(nèi)活塞上、下移動(dòng)，水一邊從進(jìn)水管吸入唧筒，一

邊被壓入水柜。待水柜充滿水后，繼續(xù)按動(dòng)手柄，加在唧筒液面上的壓強(qiáng)通過(guò)水

傳遞到大活塞，推動(dòng)大活塞上移，舉起重物。

圖5所示為用兩個(gè)直徑不等的注射器連通起來(lái)做成的液壓機(jī)演示器。

為了克服因注射器出口內(nèi)徑太小，液體流動(dòng)時(shí)阻力太大而影響演示效果，可

用鐵球（直徑約2cm）擊掉注射器底部（也可以磨掉），用有機(jī)玻璃做一個(gè)容器,

把兩注射器的底連通起來(lái)，注射器和容器間可用環(huán)氧樹(shù)脂或玻璃膠封合粘結(jié)。

為了減少摩擦，可在注射器內(nèi)壁涂上牙膏，來(lái)回推動(dòng)活塞進(jìn)行研磨，使用時(shí)

再抹上稀潤(rùn)滑油（縫紉機(jī)油）。

兩活塞頂端可膠上托盤(pán)以承擔(dān)重物。

（3）液體內(nèi)部壓強(qiáng)

圖6

①圖6所示是演示液體內(nèi)部壓強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)裝置。蒙有橡皮膜的金屬盒可浸入液

體內(nèi)任一深度，并在同一深度改變橡皮膜的方向。微小壓強(qiáng)計(jì)液面差能顯示液體

內(nèi)部的壓強(qiáng)大小。

演示時(shí)應(yīng)注意：金屬盒上橡皮膜務(wù)必繃緊，且要平整，和橡皮管連接處不漏

氣。

容器里所盛的液體溫度必須接近室溫，否則因金屬盒內(nèi)氣體受液體溫度影響

而增大實(shí)驗(yàn)誤差。

上述實(shí)驗(yàn)裝置可自制。U形管可用內(nèi)徑為3?4mm的玻璃管彎制（圖7）。

用小金屬片將U形管固定在木支架上，支架面板上畫(huà)上刻度。金屬盒可用截去

底的小塑料瓶代替。

fl--<s

圖7

圖8

②如圖8所示，在兩端開(kāi)口的長(zhǎng)玻璃筒下端蓋上圓片，將筒壓入水中，因受

水的向上壓力，圓片不下落。如在筒內(nèi)注水（可染色），開(kāi)始時(shí)圓片并不落下；

而當(dāng)筒內(nèi)水柱高度跟容器內(nèi)水面一致時(shí)，圓片才落下。由此表明液體壓強(qiáng)與深度

有關(guān)而與液體體積無(wú)關(guān)。如改用酒精，當(dāng)筒內(nèi)酒精液面與水面相平時(shí)，圓片不落

下；只有酒精液面高于水面一定高度時(shí)，圓片才落下。由此表明液體壓強(qiáng)不僅與

深度有關(guān)，還與液體密度有關(guān)。

③如圖9所示，在小塑料瓶的瓶壁上用薄刀片縱向切兒條刀口，瓶塞上插?

根玻璃管，管上連?根橡皮管，管的另?端接?漏斗。演示時(shí)先使漏斗口與瓶口

平齊，并注滿水，瓶的切口處因塑料彈性并不漏水。逐漸提高漏斗位置，當(dāng)水柱

高度超過(guò)某一值時(shí)，刀口張開(kāi)，水就噴射出來(lái)，模擬了著名的帕斯卡裂桶實(shí)驗(yàn)。

圖9

大氣壓

(1)大氣有質(zhì)量

①用抽氣機(jī)抽出瓶?jī)?nèi)的空氣，然后用夾子夾緊橡皮管，把瓶放在天平上，加

祛碼使天平平衡。松開(kāi)夾子，讓外面的空氣進(jìn)入瓶?jī)?nèi)，天平就失去平衡。增加硅

碼，天平恢復(fù)平衡，這增加的祛碼就等于瓶中空氣的質(zhì)量。因空氣是無(wú)色透明的，

演示過(guò)程中瓶?jī)?nèi)有無(wú)空氣，學(xué)生無(wú)法感受。如圖1(a)所示，在瓶?jī)?nèi)放些紙屑，

且噴入煙霧，抽氣時(shí)，能觀察到煙霧被抽去；當(dāng)空氣進(jìn)入時(shí)，紙屑飛起來(lái)，

學(xué)生便清晰感到空氣的進(jìn)、出。這樣把瓶?jī)?nèi)有、無(wú)空氣在學(xué)生腦中形成強(qiáng)烈

對(duì)比。還可在管口裝上哨子，演示時(shí)學(xué)生不但看到空氣沖入時(shí)紙屑飛舞的情景，

而且還可聽(tīng)到空氣進(jìn)入時(shí)發(fā)出的哨聲。

②如圖1(b)所示，噴霧空罐側(cè)面焊?個(gè)自行車(chē)氣門(mén)芯。演示時(shí)往罐內(nèi)打

氣，比較充氣前、后罐的質(zhì)量，可演示空氣有質(zhì)量。一般容積為100ml空罐，用

自行車(chē)打氣筒打10余次，質(zhì)量可增加5?8克。

(2)證明大氣壓存在的幾則演示

①圖2(a)所示為馬德堡半球，它是一對(duì)由鑄鐵制成的空心圓盤(pán)，其中一

個(gè)圓盤(pán)帶有可啟閉的氣嘴。

演示時(shí)，先把兩圓盤(pán)的對(duì)口處擦凈，并抹上一薄層油脂，隨后把兩圓盤(pán)合在

?起，要用力壓一下并稍微轉(zhuǎn)動(dòng)?下再抽氣。

半球的對(duì)口處有污垢時(shí)，實(shí)驗(yàn)不易成功。用可揮發(fā)性液體(如汽油)把對(duì)口

洗凈。拉半球時(shí)，不要扭轉(zhuǎn)用力。如很容易拉開(kāi)，大多是氣嘴和對(duì)口處漏氣。為

了保證演示時(shí)安全，可用長(zhǎng)約半米的繩子把兩個(gè)半球的把手連起來(lái)，以防半球脫

開(kāi)時(shí)發(fā)生意外。

如圖2(b)所示，三通管用有機(jī)玻璃制成，板面兩端的孔和板的側(cè)小孔

相通，小孔內(nèi)插一根裝有閥門(mén)的塑料管，管端扎一個(gè)小氣球，兩個(gè)塑料皮碗作半

球。實(shí)驗(yàn)時(shí)把兩半球分別貼在板的兩平面上，半球的中心對(duì)準(zhǔn)板上的孔。打開(kāi)閥

門(mén)，用手輕壓半球，氣球鼓了起來(lái)，“顯示”半球內(nèi)空氣的去路：閉合閥門(mén)后用力

拉半球，很難使球與有機(jī)玻璃分開(kāi)，顯示了大氣壓的作用。打開(kāi)閥門(mén)，氣球變癟,

“顯示”空氣又進(jìn)入半球，半球落下。這樣把半球內(nèi)空氣的來(lái)龍去脈形象地顯示出

來(lái)。

圖3所示的幾種裝置可替代馬德堡半球進(jìn)行演示。圖3(a)是用注射器，

演示時(shí)把活塞推到底端用手指壓緊注射口，在活塞上吊重物，重物不會(huì)掉下；圖

3(b)是用兩只吸盤(pán)式的衣鉤，把它們的“吸盤(pán)”對(duì)齊，用力壓緊，然后提起，在

鉤下端掛重物，兩個(gè)衣鉤不會(huì)分開(kāi)；圖3(c)是用裝有木柄的橡皮吸盤(pán)(廚房

洗菜池用的吸水器)，先將凳面(比較光滑)弄濕，把橡皮吸盤(pán)直立在凳面上，

握住木柄往下壓，壓出吸盤(pán)內(nèi)的空氣，提起木柄，凳子被一起提起。

(a)(b)(c)

圖3

(a)Cb)

圖4

②如圖4(a)所示，當(dāng)水杯側(cè)過(guò)來(lái)或倒置時(shí)紙片都不會(huì)落下，水不會(huì)流出,

由此證明大氣壓的存在。如在杯子底部開(kāi)個(gè)小孔(采用塑料杯加工比較方便)，

演示時(shí)，先用手指堵住小孔，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與前述相同，但當(dāng)放開(kāi)堵住小孔的手指時(shí),

紙片隨即落下，進(jìn)一步證實(shí)大氣壓的存在。圖4(b)是在大口瓶?jī)?nèi)做上述實(shí)驗(yàn),

抽走瓶?jī)?nèi)空氣，紙片會(huì)落下，從“反面”說(shuō)明大氣壓的存在。

塞子

③如圖5所示，取一根直徑約1.5cm的長(zhǎng)玻璃管，上端用塞子封閉，另找一

個(gè)直徑稍小于玻璃管的小瓶(以小瓶能在管內(nèi)自由移動(dòng)為宜)。實(shí)驗(yàn)時(shí)先在管內(nèi)

灌滿水，將小瓶（瓶口朝下）插入玻璃管，管內(nèi)水徐徐流下，小瓶不但不落下，

反而在大氣壓作用下漸漸上升，一直到管的頂部為止。

為了證實(shí)小瓶確是因大氣壓的作用而上升的，可在玻璃管的木塞上開(kāi)個(gè)小

孔。開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)，用手指堵住小孔，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，小瓶徐徐上升；當(dāng)小瓶升到

一定高度時(shí)，放開(kāi)堵孔手指，小瓶立即落下，這時(shí)因長(zhǎng)管上端也有空氣。

（3）大氣壓的測(cè)定

①托里拆利實(shí)驗(yàn)（圖6）是驗(yàn)證和測(cè)量大氣壓的?個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，由于實(shí)驗(yàn)中

使用水銀量較多，要注意安全。往托里拆利管內(nèi)灌水銀時(shí)，可用?根長(zhǎng)絲線穿一

枚大號(hào)縫衣針?lè)湃牍艿?，小漏斗插入管口，然后一邊灌水銀（也可用注射器灌注）,

一邊提著線將針拉起來(lái)，這樣管內(nèi)的殘留空氣將被排凈（圖6（a））o

水銀注滿后，戴上乳膠指套，以右手食指抵住管口（因管內(nèi)水銀是灌滿的，

此時(shí)會(huì)有一些水銀被排出，注意預(yù)先放好盛器），左手反握管子的閉端附近，小

心地將管子豎直倒立在已盛有適量水銀的水銀槽內(nèi)，并使管口連同食指,齊浸沒(méi)

在水銀里（圖6（b））o在水銀面下放開(kāi)右手的食指，可觀察到管內(nèi)水銀柱先

是下降，然后穩(wěn)定在某一高度。用演示米尺的零刻度線對(duì)準(zhǔn)槽內(nèi)水銀面，測(cè)量管

內(nèi)水銀柱的豎直高度h（約76cm）。當(dāng)玻璃管傾斜時(shí)，水銀柱的長(zhǎng)度雖然增大,

但它的豎直高度不變（圖6（c））。

水銀蒸汽對(duì)人體非常有害，操作時(shí)切不可使水銀濺落在教室里?？煞旁诖蟮?/p>

搪瓷盤(pán)里做實(shí)驗(yàn)，以盛接濺落的水銀。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，一定要帶上乳膠手套(或指套)，

不能用手指直接觸及水銀。若水銀已濺落在地而無(wú)法收集時(shí)，可撒些硫磺粉末并

打開(kāi)窗戶通風(fēng)。

水銀的密度很大，管子又長(zhǎng)達(dá)1m,故要選擇管壁較厚的管。當(dāng)管內(nèi)灌滿水

銀后，必須注意兩手握管的位置，嚴(yán)防管子折斷。

圖5

②圖7裝置可方便地演示托里拆利實(shí)驗(yàn)，并可模擬大氣壓變化時(shí)水銀柱高度

的變化。把長(zhǎng)約1m、兩端開(kāi)口的玻璃管，上端用橡皮管接?帶有活栓的玻璃導(dǎo)

管，下端插入厚壁玻璃瓶?jī)?nèi)的水銀里。瓶塞上另插L形短玻璃管，通過(guò)此管

可向瓶?jī)?nèi)打氣加壓或抽氣減壓。演示時(shí)先打開(kāi)玻璃管上的活栓，用打氣筒向瓶?jī)?nèi)

打氣，這時(shí)瓶?jī)?nèi)水銀沿玻璃管上升，升到活栓口時(shí)停止打氣。要小心操作，以免

水銀從管口噴出。關(guān)閉活栓，并拿掉打氣筒，這時(shí)管內(nèi)水銀而落下，并穩(wěn)定在一

定高度，用刻度尺量出瓶?jī)?nèi)水銀面到管內(nèi)水銀面的高度，即為大氣壓的量值。向

瓶?jī)?nèi)打氣或抽氣，可模擬大氣壓變化。

流體的壓強(qiáng)

(1)流體的流速和壓強(qiáng)的關(guān)系

①如圖1所示，向張紙面上吹氣，紙將向吹氣一面飄起。向兩張紙面中間

吹氣，兩紙面相互靠攏。實(shí)驗(yàn)表明，氣流速度增大時(shí)壓強(qiáng)減小。

圖1

②如圖2所示，一乒乓球放在玻璃漏斗內(nèi)的管口附近，從管口向漏斗吹氣，

由于漏斗頸口流速增大，壓強(qiáng)減小，乒乓球被壓向漏斗，不會(huì)落下。

③如圖3所示，瓶?jī)?nèi)裝大半瓶水，用壓氣球（或氣筒）向瓶?jī)?nèi)打氣（為了防

止瓶?jī)?nèi)壓力增大而使瓶塞沖出，可用鐵絲扎緊瓶塞），水即從尖口噴出。這時(shí)把

一個(gè)乒乓球輕投在噴出的水流上，小球幾乎停留在水流的上端翻動(dòng)而不落下。實(shí)

驗(yàn)說(shuō)明，水流中間流速大壓強(qiáng)小，當(dāng)球偏離中心位置時(shí)，壓強(qiáng)差使球向中間靠攏

并穩(wěn)定在水流上端。

圖2

圖3

守恒量

相

電子同

電時(shí)

互子重位奇

角電輕同宇荷間聯(lián)合

能動(dòng)輕子旋異

作動(dòng)荷位稱共反變換

量量子數(shù)分?jǐn)?shù)

子

量Q旋ip物演CPT

數(shù)Bhrs

用cT

Le數(shù)Iz

Lp

強(qiáng)qqqqqqqqqqqqq

電磁qqqqqqqXqqqqqq

弱qqqqqqqXXXXXXq

如圖4所示，在高壓鍋內(nèi)放入1/4?1/3水，將水燒開(kāi)直到蒸汽急速噴出時(shí)停

止加熱，把一個(gè)乒乓球輕投在噴出的蒸汽流上，小球在蒸汽流上端懸浮翻滾。

④如圖5所示，把兩個(gè)粗細(xì)不同的T形管，用橡皮塞連接，當(dāng)水從粗管向

細(xì)管流動(dòng)時(shí)，從豎管的水位，可顯示壓強(qiáng)的大?。捍止艿牧魉傩?，壓強(qiáng)大；細(xì)管

的流速大，壓強(qiáng)小。

(2)演示噴霧器的主要構(gòu)造和它的工作原理如圖6所示，用力向水平放置

的尖嘴玻璃管吹氣，因尖口處流速增大而形成低壓區(qū)，水被壓到豎直插在杯里的

玻璃管管口，并被氣流沖散成霧狀。

(3)水流抽水機(jī)

如圖7所示，三通管上、下兩端的軟木塞均插有玻璃管，上端的玻璃管拉成

尖嘴狀，下端的玻璃管成喇叭口，尖嘴正:對(duì)喇叭口，兩管間形成的細(xì)窄部分正好

位于抽氣管處。抽氣管通過(guò)橡皮管與微小壓強(qiáng)計(jì)相連。演示時(shí)，從上端管口灌水

(接自來(lái)水或抬高的水桶)，水即從尖口流入喇叭口，并從下面流出，壓強(qiáng)計(jì)出

現(xiàn)壓強(qiáng)差，說(shuō)明水經(jīng)過(guò)細(xì)窄部分時(shí)流速大大增加，壓強(qiáng)變小。

(4)機(jī)翼升力

如圖8所示，用薄木片制作兩塊翼肋，并以吹塑紙作蒙皮做成機(jī)翼在其重

心的軸線上穿兩根直徑約0.15mm的漆包線，漆包線兩端固定在支架上。電風(fēng)扇

位于機(jī)翼的前方，當(dāng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于空氣流動(dòng)，機(jī)翼獲得升力。

圖8

浮力產(chǎn)生原因

(1)如圖1(a)所示，容器隔成上、下兩層，隔板中間開(kāi)有圓孔，另插長(zhǎng)、

短細(xì)玻璃管各?根。演示時(shí)在隔板上放蠟塊，蠟塊蓋住隔層中間的圓孔，用手指

堵住長(zhǎng)管管口，同時(shí)緩緩地向容器內(nèi)注水，蠟塊被浸沒(méi)后仍不浮起，這是因?yàn)橄?/p>

塊下端沒(méi)有水，沒(méi)受到向上的壓力，不產(chǎn)生浮力(圖1(b))o堵住管口的手

指放開(kāi)后，容器上層的水通過(guò)短管進(jìn)入下層，當(dāng)水升到蠟塊下端而時(shí)，蠟塊即刻

浮起(圖I(c))。

圖1

(2)如圖2所示，將可樂(lè)瓶剪去一截成一漏斗狀容器，讓一個(gè)乒乓球把瓶

口堵住。向瓶?jī)?nèi)倒水，浸在水中的乒乓球雖然排開(kāi)-定量的水，但并不浮起。用

瓶蓋(可用手)將瓶口堵住，讓流出的水聚集在球的底部，這時(shí)球獲得產(chǎn)生浮力

的條件，即向上浮起。

阿基米德原理

(1)圖1(a)所示為阿基米德原理演示器，它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)附有圓形小桶

和圓柱體的專用測(cè)力計(jì)(小桶的容積與圓柱體體積相同)。演示時(shí)將圓柱體浸入

溢流杯中，直到浸沒(méi)。此時(shí)，水從溢流杯流入燒杯，測(cè)力計(jì)彈簧縮短，圓形指標(biāo)

上移，它與活動(dòng)指標(biāo)之間形成差距(圖1(b)),該差距指示著圓柱體所受水

的浮力大小。

將燒杯中的水全部倒入小桶，小桶內(nèi)的水正好被灌滿，這表明被圓柱體排開(kāi)

的水的體積等于圓柱體的體積。同時(shí)測(cè)力計(jì)的彈簧乂伸長(zhǎng)到原來(lái)位置，圓形指標(biāo)

又與活動(dòng)指標(biāo)對(duì)齊(圖1(c))。表明圓柱體浸入水中所受浮力的大小等于它

所排開(kāi)水所受的重力。如果換用其他液體，如鹽水、酒精，可得相同結(jié)果。

由此可以得出這樣一個(gè)結(jié)論：浮力的大小等于所排開(kāi)的液體所受的重力。這

就是著名的阿基米德原理。

（2）取一只小塑料袋，袋內(nèi)裝滿水，用細(xì)線把袋口扎緊（要求袋內(nèi)不留空

氣），再用彈簧秤將它吊起（圖2）,稱出它所受的重力。隨后將這袋水逐漸浸

入水中，彈簧秤讀數(shù)逐漸變小。證明水袋受到水對(duì)它作用的浮力，方向向上，浮

力的大小等于彈簧秤減小了的讀數(shù)，而且浮力的大小還隨排開(kāi)水的體積的增大而

增加。當(dāng)水袋全部浸沒(méi)時(shí)，彈簧秤讀數(shù)恰好為零，說(shuō)明浮力與排開(kāi)的水所受的重

力相等。

（3）如圖3所示，杠桿端掛有硬卡紙做的體積相同的杯狀圓桶和封閉的

空心筒。演示時(shí)將空心紙筒放入一較大容器內(nèi)，調(diào)節(jié)重物在杠桿上的位置，使杠

桿平衡。將已準(zhǔn)備的二氧化碳?xì)怏w注入容器，空心紙筒浮起，杠桿失去平衡。然

后再把二氧化碳?xì)怏w注入上面的紙杯，注滿時(shí)，杠桿又恢復(fù)平衡。演示說(shuō)明，阿

基米德原理不僅適用液體，也完全適用氣體。

因?yàn)槎趸細(xì)怏w密度和空氣密度相差不多，所以紙筒的體積要大些（如直

徑10cm、高10cm）,實(shí)驗(yàn)效果才比較明顯。為了檢驗(yàn)二氧化碳是否已充滿容器

或紙杯，可用點(diǎn)燃的蚊香放在容器或紙杯的邊沿，若蚊香熄滅，說(shuō)明已充滿二氧

化碳?xì)怏w。二氧化碳可用下述簡(jiǎn)單方法制取：在杯內(nèi)放入小蘇打（NaHCCh）和

醋（含有乙酸CH3coOH成分）即可;注意，在傾倒杯中二氧化碳?xì)怏w時(shí)，不要

將杯內(nèi)液體倒出。為了實(shí)驗(yàn)需要，可多制兒杯。

浮沉條件

（1）如圖1所示，把雞蛋放在鹽水中，使蛋有?小部分浮在水面，將清水

慢慢注入盛有鹽水的筒內(nèi)，并用棒輕輕攪拌，雞蛋會(huì)逐漸下沉、懸浮、沉到底部。

上述現(xiàn)象是注入清水，鹽水密度逐漸變小而致。演示所用的雞蛋應(yīng)選用新鮮的，

因變質(zhì)的雞蛋的密度可能小于1,即使在清水中也不會(huì)下沉。鹽水的濃度要根據(jù)

雞蛋的新鮮程度而定，應(yīng)使雞蛋放入鹽水中，只有很小一部分露出水面，否則注

入清水后不易下沉。

圖1

雞蛋也可用蠟制小球（內(nèi)含?小重物）替代，調(diào)節(jié)重物大小，使其密度略大

于1即可。這樣制成的蠟球比雞蛋易于保存。

圖2

（2）如圖2所示，把牙膏管的尾端剪掉，管口用蓋子旋緊，張開(kāi)尾部將牙

膏管擴(kuò)張成空筒狀。將牙膏管放入水中，它浮在水面上；將它稍為捏癟一些，它

沉入水中的部分就多?些；再捏癟一些，再下沉一些；捏到?定程度，它就沉入

水底。

(3)潛水艇模型

如圖3所示，取一塑料瓶，將其底部切開(kāi)，瓶?jī)?nèi)粘放適量橡皮泥，配重后當(dāng)

作船底。瓶塞插兩根皮管，短管瓶?jī)?nèi)一端用膠固定在船的底部，瓶外一端用膠水

紙固定在瓶底部，作進(jìn)(排)水管。長(zhǎng)管瓶?jī)?nèi)一端用膠固定在船的頂部，另一端

作氣口。最后將瓶的截口和底的截口放在加熱的鐵板上，使兩截口熔化，立即將

兩截口對(duì)齊緊壓封閉。另取一塑料小瓶，剪成合適的形狀加熱后壓到瓶的上部，

這樣，整個(gè)裝置像潛水艇的形狀。

實(shí)驗(yàn)前先在模型內(nèi)滴幾滴酚釀溶液，往水槽中加少量的堿溶液。將模型放進(jìn)

槽內(nèi)水中，對(duì)氣口抽氣，水進(jìn)入模型內(nèi)，進(jìn)入的水馬上變紅色，模型漸漸浸入水

里；停止抽氣，模型可以停留在水下的任意位置。由此演示了潛艇在水下的停留

和下沉狀況。再?gòu)臍饪诖驓猓Ｐ蛢?nèi)紅色的水逐漸從下面管被壓出，模型漸漸上

浮直至全部浮出水面，演示了潛艇的上浮狀況。

(4)浮沉子

如圖4(a)所示，瓶子里裝大半瓶水，另在個(gè)?一端封閉的小玻璃管里裝

進(jìn)適量的水，用手指按住管口倒放入瓶?jī)?nèi)水中，然后松手，小玻璃管剛能浮出水

面，用橡皮膜將瓶口繃緊扎牢。用手指壓橡皮膜，小玻璃管下沉一點(diǎn)；松開(kāi)手指,

小玻璃管上浮；壓力適度，小玻璃管可懸浮在水中。為著清管內(nèi)水面升降情況，

可在小玻璃管內(nèi)水面處放一顆有色的蠟制小圓球作水面指示。為使浮沉子比較靈

敏，小玻璃管倒置在水中時(shí)，管底應(yīng)剛好和筒內(nèi)水面相平。

小玻璃管浮在水面時(shí)，它所受到的浮力等于管浸入水里的部分所排開(kāi)的水的

重力與管內(nèi)氣體所排開(kāi)水的重力之和。手指壓橡皮膜，瓶?jī)?nèi)氣體被壓縮，水面上

壓縮空氣加到密閉液體上的壓強(qiáng)由水傳遞，將水壓入玻璃管內(nèi)，管內(nèi)的氣體被壓

縮，體積變小，因而管內(nèi)空氣所排開(kāi)水的體積變小，管所受的浮力變小，當(dāng)浮力

小于玻璃管所受的重力時(shí)，玻璃管就下沉一點(diǎn)。放松手指，加到密閉水面上的壓

強(qiáng)減小，管內(nèi)的壓縮空氣將管里的水壓出一點(diǎn)，管內(nèi)氣體體積增大，壓強(qiáng)減小，

因而它所排開(kāi)的水量增大，管所受浮力也增大，浮力大于玻璃管受到的重力，玻

璃管就上浮一點(diǎn)。

如圖4(b)所示，將插有玻璃管的瓶塞代替橡皮膜，再在玻璃管上接一根

長(zhǎng)膠皮管，管內(nèi)充滿水。若將管口升高或下降，浮沉子會(huì)下沉或上浮。置管口于

適當(dāng)高度，浮沉子可懸浮在某一位置。

如圖4(c)所示，利用舊牛頓管代替玻璃瓶，用注射器改變液面氣體壓強(qiáng),

以此捽制“浮沉子”的沉浮。

簡(jiǎn)單機(jī)械

(1)杠桿

圖1所示為自制演示杠桿。桿長(zhǎng)取1m,桿上涂有紅、白相間的有色線段作

為刻度。為了演示作用力方向和杠桿成角度，可用輕質(zhì)吹塑紙做量角器，用橡皮

泥固定在杠桿上任一位置。

實(shí)驗(yàn)時(shí)可邊講邊演示，且在講解演示過(guò)程中，在杠桿上安插標(biāo)有0、A、B

等符號(hào)的輕質(zhì)小紙旗，在鉤碼下懸掛標(biāo)有B、F2等符號(hào)的小紙旗。這樣比較形

象直觀，有助于學(xué)生對(duì)支點(diǎn)、力、力的作用點(diǎn)和力臂等概念的理解。

演示時(shí)動(dòng)力和阻力可.根據(jù)教學(xué)要求任意設(shè)定，各類(lèi)杠桿的省力、費(fèi)力演示方

案可自行設(shè)計(jì)選擇。

(2)圖2所示為杠桿原理多用輪，它不僅能演示杠桿、滑輪、輪軸等簡(jiǎn)單

機(jī)械的各自特點(diǎn)，還能反映它們之間的內(nèi)在聯(lián)系。多用輪由杠桿、軸、輪(直徑

約20cm)和框等組成，通過(guò)不同組合可作下列演示。

①杠桿原理演示：

(c)(d)

圖2

把多用輪按圖2(a)組合，改變力與力臂，可演示各類(lèi)杠桿作用。

②定滑輪原理演示：

把多用輪按圖2(b)組合，使杠桿在水平位置，可以明顯顯示定滑輪是'

個(gè)等臂杠桿。

滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，任何時(shí)刻總可以認(rèn)為滑輪的一條水平直徑起到杠桿的作用，據(jù)

此可以說(shuō)明定滑輪是等臂杠桿的變形。

③動(dòng)滑輪原理的演示：

把多用輪按圖2(c)組合，使杠桿在水平位置，可以演示動(dòng)滑輪是一個(gè)不

等臂杠桿，據(jù)此可以說(shuō)明動(dòng)滑輪能省一半力。

④輪軸原理的演示：

把多用輪按圖2(d)組合，使杠桿在水平位置，可以演示由輪和軸組成的

輪軸也是一種不等臂杠桿的變形。在軸上再套上圓環(huán)，增大軸半徑，可演示不同

輪半徑和軸半徑時(shí)的省力情況。

物體的形變

(1)玻璃瓶的形變

如圖1所示，在橢圓形的大墨水瓶瓶塞中插?根內(nèi)徑約1?1.5mm毛細(xì)管，

瓶?jī)?nèi)裝滿染色水，管后襯臼色紙屏。演示時(shí)，在瓶的截面短軸方向(圖1(a)

所示方向)施加壓力，水柱上升，說(shuō)明瓶體微小形變使容積減?。怀啡毫Γ?/p>

柱下降到原位。在瓶的長(zhǎng)軸方向(圖1(b)所示方向)施加壓力，水柱下降，

說(shuō)明瓶的容積變大；撤去壓力，水柱升到原處。

演示長(zhǎng)軸方向施力時(shí)水柱下降，可糾正學(xué)生錯(cuò)誤認(rèn)為這是瓶?jī)?nèi)水柱受熱膨脹

所致。玻璃管的長(zhǎng)短、內(nèi)徑的大小要經(jīng)實(shí)驗(yàn)選擇，以液柱變化明顯為宜。

(2)桌面的形變

如圖2所示，用激光束照在桌面平面鏡上，經(jīng)兩次反射后照在墻上。

演示時(shí)，用力壓桌面，墻上的光點(diǎn)會(huì)發(fā)生明顯偏移，說(shuō)明桌面受外力而產(chǎn)生

形變。若無(wú)激光器可用幻燈代替，用?塊開(kāi)有狹縫的黑紙片插在透鏡前，利用墻

上的狹光帶偏移演示桌面的形變。

(3)鋼絲的形變

如圖3所示，在長(zhǎng)約1m的底板上，一端固定?個(gè)定滑輪，另?端裝?立柱。

在靠近滑輪一端處有個(gè)帶有小輪并可繞垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)的小平面鏡。把鋼絲的?端

固定在立柱上，另一端在小輪上環(huán)繞一周后跨過(guò)滑輪掛上重物。在平面鏡前置一

激光器(也可用幻燈或手電筒作光源，但需將小平面鏡用墨紙掩住，只留一條垂

直狹縫作反射用），讓光線射向平面鏡并反射投影至屏上或墻上。這樣，鋼絲受

力伸長(zhǎng)，帶動(dòng)平面鏡轉(zhuǎn)動(dòng)，反射光線在屏上就有一較大位移。

（4）扭轉(zhuǎn)形變模擬演示器

如圖4所示，在?根橡皮管上，固定若干個(gè)圓形泡沫塑料片，用以模擬金屬

絲上橫截面，圓形片上畫(huà)上表示半徑的直線。橡皮管的末端塞上一段小木柱。一

根橫桿穿過(guò)橡皮管末端作扭轉(zhuǎn)用。橡皮管的上端用木塞裝在固定夾上，夾上還裝

有一根豎直指針。

演示時(shí)，用力扭橫桿，橡皮管發(fā)生扭轉(zhuǎn)，圓形片轉(zhuǎn)過(guò)?定的角度，角度的大

小可由圓形片上的半徑線與豎直指針間的夾角0看出。撤去外力，橡皮管恢復(fù)原

狀。

摩擦

（1）圖1所示為顯示摩擦力方向和大小的演示器。在長(zhǎng)方形木塊上，各裝

?塊長(zhǎng)方形薄板作為木塊的模擬接觸層，薄板通過(guò)短橡皮筋與木塊連在起。要

求木塊和薄板間摩擦力很?。ㄟ@可以通過(guò)它們之間的小輪或貼上摩擦力很小的聚

四氟乙烯薄片等方法達(dá)到）。為了增大接觸面的摩擦，上薄板的頂面和下薄板的

底部都貼上表面粗糙的砂布。上、下層側(cè)面各裝一枚指針，木塊上標(biāo)有刻度，以

指示上、下層滑動(dòng)的方向和大小。

利用上述裝置，可作多種演示，舉例如下:

①如圖1(a)所示，把摩擦塊放在桌面上，用測(cè)力計(jì)鉤住摩擦塊?端小鉤。

在未施力時(shí)，接觸層上指針不動(dòng)，當(dāng)向右施力而木塊發(fā)生滑動(dòng)時(shí)，從指針指示說(shuō)

明木塊受到桌面對(duì)它的靜摩擦力和施力方向相反；隨著測(cè)力計(jì)拉力加大，指針偏

移增加，說(shuō)明靜摩擦力隨拉力的增大而增加。

②如圖1(b)所示，把A、B兩塊摩擦塊重疊在一起，放在桌面上，當(dāng)向

右拉A時(shí)，從指針指示說(shuō)明桌面對(duì)A的靜摩擦力方向向左；A、B之間的接觸層

存在摩擦力。如果向右拉B(圖1(c)),從指針指示可分析各木塊所受摩擦

力的方向。

③如圖1(d)所示，把摩擦塊放在斜面上，從指針指示可知斜面對(duì)它的靜

摩擦力方向?yàn)檠匦泵嫦蛏?。?dāng)斜面角度增加時(shí)，從指針指示可知靜摩擦力隨著增

加。

如圖2所示，用長(zhǎng)毛板刷的毛面模擬接觸層，從毛的形變情況可判斷摩擦力

的方向，若效果不明顯，可在刷上放一重物。

(2)圖3所示為?種摩擦力描繪器，底座上有軌道，裝有兩用測(cè)力計(jì)的木

塊可在軌道上滑動(dòng)，秤鉤處裝一筆架。筆用固定在筆架上的細(xì)橡筋卡住。細(xì)繩系

住秤鉤繞過(guò)上、下兩滑輪。當(dāng)用力拉繩，屏上描繪出一條如圖所示的曲線。

曲線的豎線部分表示靜摩擦力隨外力的增加而增大，曲線的最高點(diǎn)即為最大

靜摩擦力，曲線的水平部分即為滑動(dòng)摩擦力。從圖線可清楚看出靜摩擦力、最大

靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力間的關(guān)系。

若在木塊上放不同的重物，在底座的軌道上鋪粗糙程度不同的材料?，還可描

繪出不同壓力、不同摩擦系數(shù)下的摩擦曲線。

(3)滾動(dòng)摩擦和滑動(dòng)摩擦比較①圖4所示為一木圓柱體滾子，其軸心處裝

有鐵絲鉤環(huán)，圓柱體一個(gè)端面上鉆有小孔。

演示滑動(dòng)摩擦?xí)r，把銷(xiāo)子插進(jìn)圓柱體小孔內(nèi)，然后用測(cè)力計(jì)拉著鉤環(huán)使圓柱

體在桌面上作勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)測(cè)力計(jì)的示數(shù)即為滑動(dòng)摩擦力。拔出銷(xiāo)子，仍用測(cè)

力計(jì)拉滾子作勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)測(cè)力計(jì)的示數(shù)便是滾動(dòng)摩擦力。演示說(shuō)明，滾動(dòng)摩

擦力比滑動(dòng)摩擦力小得多。

廣

早

圖15

②如圖5所示，選擇直徑5cm的大滑輪，滑輪可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，但用螺母鎖緊

時(shí)滑輪可止動(dòng)。

演示時(shí)，細(xì)繩一端掛祛碼，另一端跨過(guò)滑輪后接測(cè)力計(jì)。

先放松滑輪，用測(cè)力計(jì)勻速拉磋碼，滑輪隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)測(cè)力計(jì)示數(shù)和祛碼

的重力基本相同。

然后鎖緊滑輪，勻速拉動(dòng)測(cè)力計(jì)時(shí)，測(cè)力計(jì)示數(shù)比祛碼的重力大，從而說(shuō)明

滾動(dòng)摩擦力比滑動(dòng)摩擦力小得多。

力的合成和分解

(1)力的合成——平行四邊形法則

①圖1所示的磁性力盤(pán)，可.用來(lái)驗(yàn)證平行四邊形法則。板上的滑輪燈利用磁

性定位在鐵皮黑板上。磁定位滑輪由磁環(huán)、軟鐵蓋板、鋁質(zhì)滑輪和固定螺絲組成。

演示時(shí)按要求在板上把滑輪和橡皮條定位，先用兩組鉤碼Fl、F2把橡皮條下端

拉仰到A處，再用一組鉤碼F也使橡皮條拉伸到A處，兩次實(shí)驗(yàn)橡皮條有同樣

的伸長(zhǎng)，顯示了合力和兩個(gè)分力是等效的。再用粉筆在板上作力的圖示，可以看

出F是以B與F2為鄰邊的平行四邊形對(duì)角線。

改變分力大小和夾角，可得到同樣結(jié)論，從而歸納出平行四邊形法則。

本裝置也可演示合力大小與分力間夾角的關(guān)系。以鉤碼代替測(cè)力計(jì)，可提高

課堂演示的直觀性。如果合力湊不成整數(shù)，也可改用可見(jiàn)度大、標(biāo)度清晰的演示

測(cè)力計(jì)。

②圖2所示模型可演示合力隨兩分力間夾角改變而改變，以加深對(duì)平行四邊

形法則的認(rèn)識(shí)。用木條制成平行四邊形，C、D兩點(diǎn)用鉀釘鉀住作轉(zhuǎn)軸，B點(diǎn)用

?蝶形螺絲夾住，A點(diǎn)處用5mm的空心鉀釘鉀住。旋緊蝶形螺絲，就可固定平

行四邊形的形狀。

圖2

把根比AD間距離稍長(zhǎng)的松緊帶，一端固定在C端，另一端穿過(guò)斜孔后

固定在D點(diǎn)，AB和AD邊上畫(huà)兩個(gè)帶箭頭的線段表示兩分力，松緊帶AC就可

作為這兩個(gè)分力的合力。在C端畫(huà)上一箭頭，以代表合力方向。BC與DC邊可

用顏料畫(huà)上虛線，以顯示完整的平行四邊形。

調(diào)節(jié)蝶形螺絲，改變AB、AD間的夾角，可看到合力的大小變化的情況，

并可粗略地顯示出它們間的數(shù)量關(guān)系。由于合力由松緊帶顯示，當(dāng)合力較小時(shí)(如

AB、AD邊反向)，其多余部分可通過(guò)A孔收縮在AD背后。圖示尺寸供自制

時(shí)參考。

(2)三角形支架的受力分解如圖13所示，支架做成插入式，插口用鐵皮制

成，豎桿上開(kāi)有兩個(gè)缺口，兩根桿分別和缺口上的橡皮膜固定，缺口處貼上透明

有機(jī)玻璃。支架受力后，從橡皮膜的形變可顯示出桿的受力情況。演示時(shí)可如圖

3(a)所示把支架固定，在O點(diǎn)掛上鉤碼，這時(shí)N處的橡皮膜被拉伸，M處的

橡皮膜被壓縮。橫桿和斜桿的受力明顯可見(jiàn)，即祛碼對(duì)支架產(chǎn)生了兩個(gè)效果：沿

NO方向拉橫桿(力Fi),沿OM方向壓斜桿(力F2)。也可如圖3(b)所示

把木條插入插口，這時(shí)在O點(diǎn)掛上祛碼后，橡皮膜顯示橫桿受壓力，斜桿受拉

力。如圖3(c)所示把演示器底座豎直放置，可模擬演示電線桿等裝置的受力

情況。

松緊帶

圖4所示的實(shí)驗(yàn)裝置可用直徑2?3mm的鐵絲做成。0、M、N三個(gè)端點(diǎn)彎

成小圈，在M、N兩個(gè)小圈內(nèi)分別穿?根橡皮圈，將橡皮圈對(duì)折后套進(jìn)支架直

桿里。在0點(diǎn)掛上適量鉤碼后，橡皮圈發(fā)生形變，從而形象地顯示物體的受力

情況，并可進(jìn)行力的分解。

如圖5所示，一適當(dāng)粗細(xì)的鋁管或竹管套在水平軸上，管內(nèi)放一段彈簧，將

橫桿AB插進(jìn)管內(nèi)抵著彈簧，并在桿上作好刻度。繩子BC的中間連一段彈簧。

將鉤碼掛在橫桿B端，管內(nèi)的彈簧被壓縮，橫桿上的刻度減小，BC上彈簧被拉

長(zhǎng)。同前面一樣可進(jìn)行力的分解演示。圖6裝置也可供自制時(shí)參考。

(3)重力在斜面上的分解

①如圖7所示，在豎直板上裝有傾角可變的斜面，滑輪A和滑輪B分別可

沿垂直槽上下移動(dòng)和水平槽左右移動(dòng)，并可固定在槽內(nèi)的任?位置(旋緊板后螺

絲)。小車(chē)的車(chē)頂和車(chē)后分別裝上掛鉤，以便用繩拉住，且使正交的兩根細(xì)繩恰

好穿過(guò)車(chē)子的重心。作為重物的桶內(nèi)裝入適量的鐵砂。

演示步驟如下：如圖7(a)所示，調(diào)節(jié)斜面為某?傾角，并調(diào)節(jié)滑輪B在

槽內(nèi)的位置，使細(xì)繩沿著斜面方向；增減桶內(nèi)的鐵砂，使小車(chē)靜止在斜而上。此

時(shí)，桶和鐵砂所受的重力恰好等于小車(chē)所受重力沿斜面方向的分力B。調(diào)節(jié)滑

輪A在槽內(nèi)的位置，使懸掛小車(chē)細(xì)繩垂直于斜面；增減桶內(nèi)鐵砂，使小車(chē)不依

靠斜面的支承仍靜止在原來(lái)的位置上。此時(shí)，桶和鐵砂所受的重力恰好等于小車(chē)

所受重力垂直斜面方響的一個(gè)分力F2。這時(shí)移去斜而，小車(chē)仍留在原位靜止不

動(dòng)(圖7(b))。

演示說(shuō)明，斜面上物體所受的重力可分解為沿斜面方向和垂直斜面方向的兩

個(gè)分力。其大小分別等于桶與桶內(nèi)鐵砂所受的重力沿斜面或垂直斜面方向的拉力

的大小，其方向就是這兩個(gè)拉力的反方向。用量角器測(cè)出斜面的傾角，可加以驗(yàn)

證。

②如圖8（a）所示，在傾角可以改變的斜面上鋪放兩塊軟泡沫塑料（可用

厚約5mm的泡沫塑料多層疊放），在泡沫塑料面上墊上光滑的薄板。演示時(shí)放

上足夠重的圓柱體，兩塊泡沫塑料都發(fā)生形變，從形變的大小可間接反映圓柱體

在斜面上所受重力的兩個(gè)分力的大小。如果把原來(lái)垂直于斜面的泡沫塑料改為在

豎直方向固定，仍放上圓柱體，這時(shí)可看到如圖8（b）所示的現(xiàn)象：豎直擋板

對(duì)圓柱體的彈力變?yōu)樗椒较虻腘i，斜面對(duì)圓柱體的彈力為N2。顯然此時(shí)重力

的兩個(gè)分力與圖（a）所示情況是不同的。這樣可使學(xué)生認(rèn)識(shí)到斜面上的物體所

受重力的分解并非一成不變，而應(yīng)根據(jù)具體情況而定。為使演示清晰，兩塊泡沫

塑料的邊緣可涂上鮮明的顏色，并畫(huà)上規(guī)則的小方格，圓柱體可用裝滿砂子的圓

罐代替。

力的平衡

（1）共點(diǎn)力作用下物體的平衡

①如圖1所示，木板兩端裝有滑輪A和滑輪B,其中B可升高。演示時(shí)，

先使兩滑輪等高，小車(chē)在等量鉤碼作用下保持平衡。改變其中個(gè)鉤碼所受的重

力或把滑輪B升高，平衡都會(huì)破壞。演示說(shuō)明兩力平衡條件是作用在同一物體

上兩力，大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。

圖2

②如圖2所示，將磁性滑輪布力盤(pán)(鐵皮黑板)上定位，小圓環(huán)在三個(gè)力作

用下平衡而保持靜止，在紙上標(biāo)出圓環(huán)中心位置，用力的圖示法畫(huà)出三個(gè)力，應(yīng)

用平行四邊形法則可得此三力合力為零。實(shí)驗(yàn)表明物體在三個(gè)共點(diǎn)力作用下的平

衡條件是合力為零。

圖3

③如圖3所示，三個(gè)測(cè)力計(jì)附有磁性較強(qiáng)的磁鐵。這樣，測(cè)力計(jì)就可在鐵皮

力盤(pán)上任一位置定位。演示時(shí)，讓小圓環(huán)在三個(gè)測(cè)力計(jì)作用下處于平衡。根據(jù)測(cè)

力計(jì)示數(shù)，用作圖法能很方便驗(yàn)證共點(diǎn)力的平衡條件。

(2)力矩的作用

如圖4(a)所示，用木條自制?個(gè)單臂梁，梁上畫(huà)上相等的刻度，用硬紙

片制成兩量角器，其中一個(gè)量角器固定在梁的轉(zhuǎn)軸上以指示梁的水平位置，另一

量角器可在梁上移動(dòng)，以指示施力方向。演示時(shí)按圖4(b)所示，梁一端懸掛

鉤碼，用測(cè)力計(jì)在A、B點(diǎn)先后使梁保持水平平衡。計(jì)算兩次力矩，可看出它們

的力矩相等。說(shuō)明相等的力矩產(chǎn)生效果相同。測(cè)力計(jì)仍在A點(diǎn)施力，但改變角

度，計(jì)算其力矩，仍然得到上述結(jié)論。

(3)有固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸物體的平衡

①仍用圖4(a)所示單臂梁，按圖5(a)所示保持鉤碼所受重力和懸點(diǎn)不

變，測(cè)力計(jì)拉力始終垂直于梁，但使梁分別在與水平成不同夾角的位置上平衡。

讀出各次測(cè)力計(jì)的不同示值，測(cè)量出各次鉤碼的不同力臂，可看到每一平衡狀態(tài)

下，兩個(gè)力矩代數(shù)和總為零。

如圖5(b)所示，保持鉤碼所受重力和懸點(diǎn)不變，改變梁的傾斜角，但測(cè)

力計(jì)始終水平拉梁使其平衡。讀出拉力，測(cè)算出每次測(cè)力計(jì)和鉤碼的力臂，仍可

得到以上的結(jié)論。

②圖6所示為演示力矩盤(pán)(圖盤(pán)要選用均勻板材(如鋁板)制成，直徑約4

0cm),盤(pán)上鉆有分布均勻的小孔。支架上裝有可上下、左右移動(dòng)并固定在任一

位置的滑輪。演示前，根據(jù)教學(xué)要求，設(shè)計(jì)力矩平衡方案，如圖(a)、(b)、

(c)、(d)所示。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，在力矩盤(pán)的相應(yīng)孔中插放香蕉插頭，懸掛祛

碼的細(xì)繩套在插頭上。調(diào)節(jié)滑輪位置，使力的作用線的方向滿足力矩平衡方程,

此時(shí)力矩盤(pán)處于平衡狀態(tài)。

③圖7所示的力矩盤(pán)用薄鐵皮(或鍍鋅鐵皮)制成。圓盤(pán)上部安放?把刻度

明顯的尺，尺上掛?條可水平移動(dòng)的重垂線，以便于測(cè)量力臂。當(dāng)用幾塊質(zhì)量相

同的磁鐵同時(shí)吸在盤(pán)上不同位置時(shí)，圓盤(pán)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)達(dá)到平衡。用重垂線從刻度

尺上讀出各力力臂，通過(guò)計(jì)算可演示具有固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸的物體的平衡條件。

物體平衡和穩(wěn)度

(1)平衡的種類(lèi)

」①①①

(a)(b)(c)

圖1

①如圖1所示，圓環(huán)中央鐵絲上有一塊可上、下移動(dòng)的重物。如圖(a)、

(b)、(c)所示將重物固定在鐵絲的不同位置，可演示穩(wěn)定平衡、隨遇平衡和

不穩(wěn)定平衡。

②如圖2所示,細(xì)頸瓶?jī)?nèi)裝滿水，把瓶如圖(a)、(b)、(c)所示放置,

可演示三種平衡。

(2)穩(wěn)度

圖2

圖3

如圖3所示，瓶塞上插一根細(xì)竹簽，竹簽上粘一團(tuán)橡皮泥，改變竹簽上橡皮

泥位置，可改變瓶的穩(wěn)度。實(shí)驗(yàn)中可發(fā)現(xiàn)，重心愈高，穩(wěn)度愈差。如在瓶底部套

?塊圓板，瓶底面積增加，再重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，即使重心較高，也比較穩(wěn)定。演示

了物體穩(wěn)度與重心位置及底面積的關(guān)系。

勻速直線運(yùn)動(dòng)

（1）如圖1所示為?根長(zhǎng)約L2m的有槽軌道。軌道的支架可調(diào)整其傾斜度,

指示鋼球位置的小旗可用夾子夾在軌道邊上。演示時(shí)先調(diào)節(jié)軌道，使起始端略高,

以抵消鋼球滾動(dòng)時(shí)的摩擦阻力。用節(jié)拍器計(jì)時(shí)，輕推鋼球，使球有一個(gè)初速，用

旗子標(biāo)出每個(gè)節(jié)拍時(shí)球在軌道上的位置。從測(cè)量結(jié)果可知：球在相等時(shí)間內(nèi)通過(guò)

的位移相等。

（2）如圖2所示，一端封閉、長(zhǎng)約1.5m的玻璃管，固定在貼有薄鐵皮的長(zhǎng)

板一側(cè)，用紅色蠟做一個(gè)長(zhǎng)約3?4cm、直徑稍小于管徑的圓柱體，近底部處繞

幾圈細(xì)鐵絲。蠟柱裝入管中后注滿清水，蠟柱能緩慢地在管中勻速上升。蠟柱與

管子間隙大些，上浮的速度也大些。演示時(shí)，在管外用磁鐵吸住蠟柱，并置蠟柱

在管內(nèi)底部位置。取掉磁鐵釋放蠟柱上浮?，利用節(jié)拍器計(jì)時(shí)，在每個(gè)節(jié)拍時(shí)記下

蠟柱位置（可用小磁塊吸在管旁鐵皮上作標(biāo)記）。可以發(fā)現(xiàn)，蠟柱在相等時(shí)間內(nèi)

通過(guò)的位移相等。蠟柱剛釋放時(shí)作加速運(yùn)動(dòng)，但隨著速度增加，水的阻力也增大,

當(dāng)阻力等于浮力和重力之差時(shí)，即勻速上升。為便于測(cè)量，也可在木板上標(biāo)好刻

度，并事先調(diào)節(jié)節(jié)拍器的頻率，使蠟柱每通過(guò)?格的時(shí)間與節(jié)拍器合拍。管內(nèi)清

水中加少量氫氧化鈉，可以預(yù)防日久蠟使水混濁。管子上端裝一光源，豎直向下

照明，可增加演示清晰度。

，/光源

勻變速直線運(yùn)動(dòng)

（1）身變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律

①應(yīng)用勻速直線運(yùn)動(dòng)的有槽軌道，演示時(shí)把軌道調(diào)成適當(dāng)傾斜位置，調(diào)整節(jié)

拍器達(dá)120次/分，即兩響間隔為0.5s。觀察球由靜止?jié)L下，節(jié)拍器每響?次球

所在的位置，然后把旗子夾在各時(shí)刻的位置?？梢钥闯?，在相等時(shí)間內(nèi)，球通過(guò)

的位移不相等，并且速度愈來(lái)愈快。測(cè)出球在時(shí)間5t2、t3內(nèi)的位移小S2、

S3……，可得S1：S2:S3……=1：22：32……，可見(jiàn)小球在軌道上作勻變速運(yùn)動(dòng)（圖

1）。

此演示也可這樣進(jìn)行：把球由起始點(diǎn)滾下，調(diào)節(jié)斜槽傾角，使球滾到下端時(shí),

節(jié)拍器剛好響4下（即0,1,2,3,4）。然后把整個(gè)軌道分成16等分，并在1:

4：9：16處作標(biāo)記。球滾下時(shí)可發(fā)現(xiàn)節(jié)拍器響時(shí)，球正好處于標(biāo)記處，使學(xué)生

22

獲得si:s2:S3……=1：2：3……的感性知識(shí)。

電磁鐵

標(biāo)尺

AB

圖2

②圖2（a）所示為J04227型斜槽軌道，A、B分別為啟動(dòng)光電門(mén)和停止光

電門(mén)。其配合J0202型簡(jiǎn)式計(jì)時(shí)器，可完成多項(xiàng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)。用斜槽軌道研究勻變

速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)示意圖如圖2（b）所示。調(diào)節(jié)軌道成傾斜狀態(tài)（軌道標(biāo)尺“0”

位處比末端處高出約2cm）,電磁鐵固定在軌道平直部分，吸住鋼球時(shí)，球前緣

應(yīng)正好在標(biāo)尺“0”位處。拆去啟動(dòng)光電門(mén)A,把停止光電門(mén)B固定在軌道標(biāo)尺5c

m處。計(jì)時(shí)器使用同步計(jì)時(shí)法（即在電磁鐵斷電釋放鋼球瞬間，計(jì)時(shí)器即開(kāi)始計(jì)

時(shí)，到鋼球經(jīng)過(guò)停止光電門(mén)時(shí)即終止計(jì)時(shí)）。

釋放小球，測(cè)出球運(yùn)動(dòng)5cm（S1）的時(shí)間力（重復(fù)測(cè)三次，取平均值）。把

停止光電門(mén)依次移至標(biāo)尺20cm（S2）、45cm（s3）處，同樣測(cè)得平均值t?、t3。

從數(shù)據(jù)分析可見(jiàn)，si：S2：S3=5:20:45=1：4：9=1：22：3\

的懿關(guān)系知…

a（a為軌道傾角），但a/g.sina,而且aVg.sina。這是因?yàn)殇撉虺絼?dòng)外

還有轉(zhuǎn)動(dòng)，因此調(diào)節(jié)傾角可改變加速度。

如果演示丫胸的勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以在軌道弧形部分釋放鋼球，也可

在平直軌道上釋放鋼球，但要在離開(kāi)釋放點(diǎn)某一距離才開(kāi)始計(jì)時(shí)，以給鋼球獲得

初速度的時(shí)間。

為了減少誤差，鋼球的加速度應(yīng)小些，以增加運(yùn)動(dòng)時(shí)間，減小計(jì)時(shí)的相對(duì)誤

差。

(2)即時(shí)速度

辱

圖3

①圖3所示為用斜槽軌道測(cè)即時(shí)速度示意圖，調(diào)節(jié)軌道成傾斜狀態(tài)，軌道標(biāo)

尺"0”位處比末端高出約2cm。電磁鐵固定在軌道彎曲處，其高度應(yīng)使鋼球吸住

后，球下緣高出軌道的平直部分2?3cm為宜。把啟動(dòng)光電門(mén)A固定在軌道水平

標(biāo)尺10cm處，把停止光電門(mén)B固定在30cm處，兩光電門(mén)距離作為As】。計(jì)時(shí)

選用“光控”計(jì)時(shí)。接通計(jì)時(shí)器電源，電磁鐵吸住鋼球。把計(jì)時(shí)器置零后，電磁鐵

開(kāi)關(guān)撥向“放”，這時(shí)鋼球開(kāi)始在軌道上加速運(yùn)動(dòng)。記下計(jì)時(shí)器上示數(shù)，即為鋼球

通過(guò)所需時(shí)間△3重復(fù)三次，算出4力的平均值，再算出平均速度。把停

止光電門(mén)B分別移到和光電門(mén)A的距離為10cm、5cm、2cm、1cm處，重復(fù)上

述步驟，分別求出它們的平均速度。

由實(shí)驗(yàn)所得的各次平均速度可見(jiàn)，當(dāng)停止光電門(mén)B越靠近啟動(dòng)光電門(mén)A時(shí),

鋼球在這段位移內(nèi)快慢程度改變得越小，也越接近A點(diǎn)的真實(shí)速度，即A點(diǎn)的

即對(duì)速度。

②用阿特武德機(jī)測(cè)即時(shí)速度的裝置如圖4所示。演示時(shí)，先使滑輪兩邊祛碼

之差等于運(yùn)動(dòng)中阻力，這樣祛碼作勻速直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)在較重?邊祛碼上加附加祛

碼，祛碼下落時(shí)就作勻變速直線運(yùn)動(dòng)。在祛碼下落途中，安一圓環(huán)，使祛碼本身

可通過(guò)，而附加祛碼被截住，祛碼的運(yùn)動(dòng)就在通過(guò)環(huán)的那瞬間由勻變速直線運(yùn)動(dòng)

變?yōu)閯蛩龠\(yùn)動(dòng)。用秒表測(cè)出由圓環(huán)到底座的距離As和所需的時(shí)間At,即可測(cè)出

祛碼通過(guò)圓環(huán)時(shí)的即時(shí)速度。上、下移動(dòng)圓環(huán)位置，可以測(cè)出祛碼在不同位置（或

時(shí)刻）的即時(shí)速度。也可在圓環(huán)下安置啟動(dòng)光電門(mén)和停止光電門(mén)，從兩光電門(mén)的

間距和祛碼通過(guò)兩光電門(mén)的時(shí)間，測(cè)出它通過(guò)圓環(huán)時(shí)的即時(shí)速度。

圖5

（3）空氣阻力小時(shí)物體自由下落圖5所示是一種“毛錢(qián)管”，又叫牛頓管。

管內(nèi)裝有金屬片和羽毛。演示時(shí)，先、后讓管內(nèi)充滿空氣和抽出空氣（氣壓約達(dá)

20mmHg）,觀察管內(nèi)物體在不同空氣密度時(shí)下落的速度。

牛頓管演示時(shí)，學(xué)生注意力往往集中在急速翻轉(zhuǎn)的動(dòng)作上，待觀察下落物體

時(shí)，物體已落到管底，因此較難看清不同物體的下落情況。為了克服上述缺點(diǎn)，

可在羽毛上粘上小鐵屑，再和鐵片一起裝入牛頓管，演示時(shí)先用磁鐵將羽毛和鐵

皮吸到頂端，移開(kāi)磁鐵，就可觀察不同物體同時(shí)下落的情況。

演示時(shí)應(yīng)注意，因管的容積較大，若用手搖抽氣機(jī)抽氣，需要抽4?5分鐘

才能使管內(nèi)氣壓降到20mmHg。連接抽氣機(jī)的橡皮管應(yīng)選擇管壁較厚的，不然抽

氣時(shí)會(huì)把橡皮管壓扁。如果管中含有水氣會(huì)使羽毛沾濕，不能自由下落。如果管

子完好，而抽氣達(dá)不到演示要求，這時(shí)就要檢查管口是否漏氣。檢查方法是先向

管內(nèi)壓入少量空氣，然后關(guān)緊活栓，把管口部分浸入水里，有氣泡冒出處，即為

漏氣地方，應(yīng)修復(fù)后再演示。

（4）自由落體運(yùn)動(dòng)

圖4

圖6所示為自由落體位移一時(shí)間圖線描繪器，落體上裝有筆架，當(dāng)其落下時(shí)

可在轉(zhuǎn)鼓的紙上描繪圖線，帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓的電動(dòng)機(jī)用可變電阻調(diào)速。演示時(shí)，調(diào)節(jié)電

動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（使轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動(dòng)?周所需時(shí)間和落體下落到底端時(shí)間相等），當(dāng)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速

均勻后，放手讓落體下落。此時(shí)筆在紙上畫(huà)出?條曲線，取下紙，畫(huà)上位移（豎

直）和時(shí)間（水平）坐標(biāo)，將落體起始和終止的時(shí)間四等分，由每一等分作垂直

時(shí)間軸的直線（圖中虛線），直線和曲線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的位移就是自由落體在某一

時(shí)間的位移。由測(cè)量可得此位移（h）和時(shí)間的平方（t2）成正

可待此位移（D和時(shí)間的平方成正比.即.：.：%：?…“=

t：：t：：t：：........=1：4：9：...........,JI鑰聘時(shí)間內(nèi)發(fā)生的位移之比

依次為1：3：5：……，由此可證實(shí)自由落體運(yùn)動(dòng)是初速為零的勻變速直線

運(yùn)動(dòng)。

（5）重力加速度的測(cè)定

①圖7所示裝置是利用等時(shí)落下的水滴測(cè)重力加速度。演示時(shí)，調(diào)節(jié)滴液瓶

閥門(mén)，傾聽(tīng)水滴碰到盤(pán)子時(shí)的響聲，并注視閥門(mén)口的水滴，使個(gè)水滴碰到盤(pán)子

的瞬間其后?個(gè)水滴恰好從閥門(mén)處下落。計(jì)算兩水滴下落的時(shí)間間隔t（可測(cè)出

50滴或100滴水落下的時(shí)間，算得其平均值），測(cè)出水滴下落通過(guò)的距離h。根

據(jù)公式h=l/2gt2,可得g=2h/t2。

水滴了?定時(shí)間后，管中的壓強(qiáng)將減少，水滴的間隔就變化，可采用圖示的

定壓滴液瓶。

②圖8所示裝置可較精確測(cè)量重力加速度。電磁鐵吸住鋼球，啟動(dòng)光電門(mén)A

和停止光電門(mén)B置于小球的下端。計(jì)時(shí)器選用光控計(jì)時(shí)。

演示時(shí)，切斷電磁鐵電源，球落下。此時(shí)計(jì)時(shí)器顯示的數(shù)字即為鋼球通過(guò)光

電門(mén)A、B所需時(shí)間t,分別測(cè)出球到A的距離山和球到B的

距離兒，由2=2（匹-匹＞/產(chǎn)即可求舐值.

此實(shí)驗(yàn)可用現(xiàn)成的阿特武德機(jī)或?qū)⑿辈圮壍镭Q直裝置后使用。

作用力和反作用力

（1）圖1所示裝置可顯示浮力和物體對(duì)液體的相互作用。兩圓盤(pán)測(cè)力計(jì)A、

B分別懸掛重物和放一盛水容器，把測(cè)力計(jì)所掛重物部分或全部浸入水中，這時(shí)

測(cè)力計(jì)A的示數(shù)變小，測(cè)力計(jì)B的示數(shù)增加。重物浸入水中后，測(cè)力計(jì)示數(shù)變

小是由于水對(duì)重物的浮力，托盤(pán)秤示數(shù)增加是由于重物對(duì)液體的作用力。這是一

對(duì)作用力和反作用力，其大小相同，方向相反。

圖1

潟”電磁鐵

T

圖2

(2)圖2所示裝置可顯示磁力的相互作用。兩個(gè)圓盤(pán)形測(cè)力計(jì)的拉桿上，

分別固定演示用的圓形電磁鐵和引鐵，電磁鐵與引鐵間的距離約5?8mm。演示

時(shí)，先調(diào)整兩圓盤(pán)測(cè)力計(jì)零點(diǎn)。接上電源，兩測(cè)力計(jì)示數(shù)大小相同，方向相反。

如把引鐵改為非鐵磁性物質(zhì)，它們之間就沒(méi)有磁相互作用。若演示斥力，只需將

引鐵換成相同的電磁鐵。

圖3

(3)如圖3所示，兩人分別站立在兩磅秤上，豎直拉一根繩子，這時(shí)兩秤

示數(shù)發(fā)生變化，?磅秤上減少的示數(shù)和另一磅秤上增加的示數(shù)值相同。改變?nèi)说?/p>

拉力大小，兩秤增加示數(shù)和減少示數(shù)的數(shù)值總相等，可說(shuō)明牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律相

互作用力的關(guān)系。