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第8章 光电小实验(2)

上述实验中,也可快速晃动一根细木棍,你可以看到木棍像打开的一把扇子,手握处是扇子轴所在地方。

如果在阳光或白炽灯下做这些实验,就看不到如此的效果,这是为什么?

知识延伸:

这个实验向我们揭示了一个秘密,这就是电视屏幕和日光灯发出的光是闪烁的,电视屏幕在1秒中要闪烁50次,也就是亮灭50次;日光灯则在1秒中亮灭100次。

平时我们在日光灯下看书或其他静止的物体时,没有闪烁的感觉是因为人的眼睛有视觉暂留,我们看到的东西可以在眼睛的视网膜上保留0.1秒左右,在日光灯灭了的一瞬间,我们的视网膜上还保留着前面亮时的痕迹,灯亮后被看的东西还在同一个地方,所以我们不会感到灯光的闪烁。

简易电动机

操作难度:★★

实验方法:

用直径0.4毫米、长2000毫米的漆包线,在火柴盒上绕成50毫米×35毫米的长方形线圈。两线头在线圈上扎几圈后,从线圈的同一面拉出,并处在同一直线上。

电动机的支架用两个曲别针弯成,然后固定在小木板上。把线圈放在支架上,它的一面朝下,刮光两线头朝下半边的漆。最后把磁铁固定在线圈的一侧。接通一节1号电池,线圈就能自动旋转起来;交换电池正负极,线圈又会自动变换旋转方向。

知识延伸:

因为线圈两线头是从线圈的同一个面拉出的,所以线圈的重心不在转动轴上,这样的线圈,总是有一面朝下。由于朝下的那一面线头的漆是刮光的,所以接上电池,线圈就能转动。当然,后半圈线圈是靠惯性转过去的。

简易验电器

操作难度:★★

实验方法:

准备一个瓶子,一根金属线,一个塑料梳子,一些薄而软的箔条。

将金属线弯曲,挂在瓶口上;将箔条弯曲后挂在金属线上。然后,用力将梳子在羊毛织物或皮件上摩擦,再将梳子触到金属线上,箔的两端会张开。

知识延伸:

我们知道:梳子因摩擦而带电,当它接近金属线与箔条时,就产生感应电场。因箔条的两端带有相同的电荷,互相排斥,因此两端会张开。

不过,如果空气湿度较高,这个实验就不能做。将各种材料在烘箱中烘一会儿,就可以做了。在有空调的房屋里,或者冬天有暖气的屋里较容易进行。

箔条是用镀铝的薄膜制作的,镀铝的一面必须与金属线接触。

火柴“点”电灯

操作难度:★★

实验方法:

人们常用火柴点燃油灯、蜡烛、煤气灶等。其实,还可以用火柴“点亮”电灯。

取一支长约10厘米的普通铅笔,用小刀细心地将其木质笔杆剖开。小心,别割破了手。取出铅笔芯,用导线把它和一节1.5伏的干电池、一只额定电压为2.5伏的小电珠串联成电路。为了保证接触良好,可把干电池、小电珠放在焊有引出导线的电池盒和装有接线柱的灯座上。连接铅笔芯的导线应在笔芯上绕3~5圈。

先把和小电珠相连的一根导线沿铅笔芯移到和另一根导线相距1厘米的位置上,此时小电珠较亮。然后,向远离另一根导线的方向缓慢移动第一根导线,可以看到随着两根导线间距离的增大,小电珠逐渐变暗。等小电珠刚好熄灭时,就停止移动导线。

现在,划燃一根火柴,并用火柴的外焰加热两根导线之间的铅笔芯。你可以发现,随着铅笔芯温度的升高,本来已熄灭了的小电珠逐渐变亮了。火柴熄灭后,它又慢慢变暗,直至熄灭。这是为什么呢?

知识延伸:

原来,铅笔芯是一种导体,其电阻随着长度的增加而增大。所以,当两根导线间的距离增大时,电路中的电流强度减小,小电珠变暗,最终熄灭。但是,导体的电阻还和温度有关。对一定长度的铅笔芯来说,温度越高,电阻越小。

所以,当用温度很高的火柴外焰加热铅笔芯时,电路中的电流强度又由小增大,导致小电珠由暗变亮。火柴熄灭后,铅笔芯温度降低,电阻增大,使小电珠重归熄灭状态。

对金属导体来说,温度升高,电阻增大。所以,火柴不仅能“点燃”电灯,还能“熄灭”电灯呢!

找一只已不会亮的100瓦白炽灯泡,敲碎玻璃,取下其中的灯丝。把灯丝小心地接在接线板的两个固定接线柱上。再用导线把它和一节1.5伏的干电池,一只额定电压为2.5伏的小电珠串联。此时,小电珠发光。

划燃火柴,用其火焰顶部加热灯丝。你会发现,随着灯丝温度升高,小电珠逐渐变暗,直至熄灭。火柴熄灭后,小电珠又重新变亮。

温度对金属导体电阻的影响确实是很大的。以常用的40瓦白炽灯中的钨丝为例,不通电时电阻约110欧姆,加上220伏电压,正常发光时电阻是1200欧姆左右,相差10倍以上。当温度降低到接近-273℃时,电阻甚至会消失。这就是人们常说的“超导”现象。

旋转的铝片

操作难度:★★

实验方法:

在软木塞中心反插一枚缝衣针,另外找一块平整的薄铝片或铜片,把它剪成圆形。小心地把圆片的圆心放在针尖上,使它保持平衡,并能沿水平方向转动。用一根一尺半长的细线,系住一块磁性较强的马蹄形磁铁,把它挂在离圆片的中心很近的位置,把磁铁拧转30圈左右后松开手,磁铁旋转起来,下面的圆片也沿磁铁旋转的方向滴溜儿旋转起来了。

知识延伸:

这是因为磁铁旋转的时候,铝片受到旋转磁场的作用,产生感生电流,同时感生电流本身也产生磁场。磁铁的磁场与感生电流产生的磁场相互作用,结果就使铝片受力而转动起来。

在液体中放电

操作难度:★★

实验方法:

为了勘探海底石油资源,石油勘探工人利用在液体中放电作震源,使强大的冲击波传到海底下几千米甚至上万米,通过对接收到的反射波进行计算处理,便可了解海底的地质构造情况。下面这个小实验可让你观察到在液体中放电的现象,并了解它的威力。

取一个壁较厚的大口玻璃瓶,盛上3厘米高的蓖麻油或机油。取两个各焊有一根铜芯导线的鳄鱼夹,各夹一根缝衣针。

把鳄鱼夹的头部侵入油中,使两针尖间隔1~2毫米。夹子通过导线固定在干燥的塑料板或厚纸板下。为固定方便,焊在鳄鱼夹上的导线宜粗一些,或在厚纸板的小孔中再穿一支毛笔笔杆,用细线把导线缚在笔杆上。

现在把两根导线的另一端分别与感应起电机的两极相连。转动起电机,两极间的电压可达2万伏。这时,在油中的两根针尖之间出现了明亮的闪光,同时发出清脆响亮的爆裂声,随即在针间的油中浮起一个气泡。

这就是在蓖麻油中的放电现象。继续转动起电机,放电便连续发生,气泡也不断产生。把厚壁的大口玻璃瓶换成薄壁的烧杯,并使针尖靠近杯壁放置。针间放电时就会把烧杯壁震裂。原来,当电压足够高时,两根针尖间的蓖麻油由绝缘变成导电,而且在很短的时间被强烈加热,迅速膨胀;由于液体是几乎不可压缩的,因此就对周围物体产生很大的压力,造成较强的破坏。

知识延伸:

人们从水中放电现象得到启示,想到了用在水中爆炸的方法来修复被碰瘪的水壶。

铝制水壶在使用中很容易碰瘪,由于一般水壶的口都较小,碰瘪后不易修复。现在简单了,买一个像筷子粗细、长约4厘米的鞭炮。把要修复的瘪壶灌满水,注意,水一定要灌得满满的。找一张比壶口大一些的厚纸片,在纸片中心开一个直径比鞭炮略小一些的孔,把鞭炮紧插在孔里,使纸片的位置靠近鞭炮有捻的一端。把水壶放稳在地上,把插好鞭炮的纸片放在壶口上。注意,要让鞭炮的1/2~2/3浸在水中,但别让炮捻沾上水。迅速擦燃火柴,点着炮捻,随着“嘭”的一声爆炸声,瘪水壶就修好了。

如果水壶瘪得程度较轻,用一个较小的鞭炮就可以了。对瘪得严重的水壶,用两个3~4厘米长的鞭炮,爆炸两次,一定可修复。如果一时没有瘪水壶要修,可找一个用过的易拉罐,敲瘪一处,试试看效果如何。

也许有的同学要问,能不能用“水中放电”来修复瘪水壶呢?从理论上来说,能。但请你们别这样做。因为水是电的良导体,在水中进行放电,需通过高压电容和特殊的开关等装置进行,这是你们现有的实验条件难以办到的。即使把水换成蓖麻油,从操作方便和实际效果上来说,也还是用鞭炮在水中引爆的方法好。

巧认旋转的字

操作难度:★★

实验方法:

用卡片纸剪一个直径30~40毫米的圆片,上面写上你的姓,把玩具电动机轴插过圆纸片的中心,用一节电池使它高速转动。不管在阳光下还是灯光下(包括日光灯),你是无法看清圆纸片上的字的。

但是,你把电视机放在空频道上,并用深色布遮住上面大部分屏幕,下部只留约10毫米宽的窄缝时,在窄缝屏幕光的照射下,只要用手指摩擦电动机轴,调节转速到一定值时,就能看清楚圆纸片上的字了。有趣的是,字看上去是静止不转的。

知识延伸:

原来,电视机的屏幕光,是一种每秒闪动50次的频率闪光,遮掉大部分屏幕,就使每一次闪光的持续时间变得极短,这就使字在眼中的映像不致因“视觉暂留”所模糊,只要圆纸片的转速和闪光频率一致,字看上去就是不动的了。

水果发电

操作难度:★★

实验方法:

取一个熟一点的苹果,把一根铜丝和一把小刀插入苹果2~3厘米深处,使铜丝和小刀相距1厘米左右,不要相碰。

把耳机引线的一头接到铜丝上,另一头跟小刀断断续续接触,你就会听到耳机里发出“喀喀”的响声。

放下耳机,另取两根导线分别和铜丝、小刀相连,再把它们的另一头放到你的舌头上,但不要让它们相接触。这时,你的舌头就会有异样的感觉。这都证明苹果产生的电流通过了耳机和你的舌头。

把苹果换成西红柿、柠檬,重复上述实验,你可发现它们都能产生电流。

你可能会说“这么小的电流,连小电珠都点不亮,不带劲。”那好,咱们来做个大电池,把小电珠点亮。

取12个大一点的土豆,12块锌片和12块铜片。锌片可用旧电池的外皮剪成。若没有铜片,可用细铜丝密绕在小木片上来代替。如果铜丝是漆包线,那要把漆皮刮净。在每个土豆上间隔1厘米插入一块锌片和一块铜片。然后用导线依次把一个土豆上的铜片和另一个土豆上的锌片连接起来。

现在,把头尾两个接头接到1.5伏的小电珠上,你瞧,小电珠亮了。

知识延伸:

其实,不仅水果、蔬菜能产生电流,连冷热温度差异也能发电呢。取两条粗一些的铜丝和一条铁丝,长度30厘米左右。刮净每条铜丝两端的绝缘漆,然后把铁丝的两端分别与两根铜丝的一端紧紧铰接在一起。用导线把两根铜丝的另一端,分别与灵敏电流计的两个接线柱相连。

现在,把铁丝的一个接头放到盛有冰水混合物的烧杯里,保持低温;另一个接头放到酒精灯的火焰上加热,升到很高的温度。这时,电流计的指针发生明显的偏转,说明电路中产生了电流。

这一现象引起了科学家们极大的兴趣,进一步的实验证明,产生的电流大小与连接的两种金属的性质,以及两个连接点的温度差有关。因此,这种现象很快被用来测量温度,做成了灵敏度极高的温度计。科学家们还在研究利用海洋表面和深层的温度差建设温差发电站呢。

有趣的是,如果把电流计换成电池组,两根铜丝的另一端通过导线分别与电池组的两极相连。那么,原来热的接头就会放出热量,温度降低;原来冷的接头就会吸收热量,温度升高。这一现象已被科学家们用来制成制冷器。

十里停车场

操作难度:★★

实验方法:

一只小盒,两辆小汽车模型,看上去像一座十里长的停车大厅。

在白板纸上画一展开图,剪下来折叠粘成一个小方盒,小方盒一边的上沿挖一个小观察孔,在观察孔与相对一面,各镶入一面小镜子,镜子长度要与盒体相同,镜子宽度稍低于盒体,上面留出观察孔来,在盒内不装镜子的两侧,贴进两条纸,纸上画大窗户图样,用彩色粉笔头雕刻两辆小汽车模型,也可以用纸折粘两个小汽车模型,将小汽车模型粘在方纸盒里,在纸盒的开口顶面,平粘一块半透明纸,十里停车场便做成了。把半透明纸对着有光亮的地方,使光线透入盒中,用一只眼从小观察孔向盒里看去,你会发现一个令你惊奇的场面,小小的纸盒里变成了一望不到头的大停车库,两辆小汽车模型变成了十几辆,简直深远得难以置信。这是为什么?

知识延伸:

平面镜的反射、折射作用,是常见的,可是两面镜子平行相对地摆放,它们就要互相反射,将镜中的物体影像不断地重复出来,给人造成深远的感觉,这就是镜像迷宫的构成原理。

头发丝的影子

操作难度:★★

实验方法:

太阳光下,粗大的电线杆子可以形成清晰的影子,比较细的铅笔也有自己的影子,一根头发丝呢?很可怜,却留不下影子。

为什么会这样呢?可以做一个实验。

晚上,你拿一根头发放在白纸上,走到白炽灯下,可以看到头发比较清晰的影子。而走到日光灯下,头发的影子就非常模糊了。白炽灯和日光灯的差别之一,就在于发光面积不同。

白炽灯只有灯丝发光,可以看作一个点光源,而日光灯却是整条灯管发光,发光面积比较大。太阳也是发光面积大的光源,所以无法给头发留下影子。

知识延伸:

请你想个办法,使头发在太阳光下也能现出清晰的影子来。有两个办法:

1.使用凸透镜,把平行的太阳光聚合在一点,以这个小光点为光源,能照出头发的影子。

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