物理演示实验仪器~44c86.doc

物 理 演 示 实 验 仪 器 使 用 说 明 书 目 录1. 转动惯量与质量分布……………………………… 42. 激光演示李萨如图形………………………………43. 激光多普勒演示仪………………………………… 54. 饮水鸟………………………………………………65. 太阳能电池演示…………………………………… 76. 太阳能发电站演示系统……………………………77. 磁滞回线演示仪………………………………… 88. 布鲁斯特角演示仪……………………………… 129. 压电效应与逆压电效应………………………… 1310. 声音延迟效应…………………………………… 1411. 电磁波的发射与接收演示趋肤效应……………1512. 三原色…………………………………………… 1713. 亥姆霍兹线圈演示仪……………………………1814. 蒸汽机模型……………………………………… 1915. 共振演示仪……………………………………… 2016. 激光综合光学演示仪…………………………… 2117. 窥视无穷………………………………………… 2118. 红外线演示仪…………………………………… 2219. X射线演示………………………………… 2320．激光琴……………………………………… 2521. 声悬浮演示………………………………… 2622. 神奇的普氏器……………………………… 2623. 氢电池……………………………………… 2724. 电磁波的发射与接收演示仪……………… 2825. 超声雾化器………………………………… 2926. 光学转盘…………………………………… 3027. 传感器……………………………………… 321、转动惯量与质量分布   通过演示说明转动物体的转动惯量不仅与其质量有关还与其质量分布有关。

原理和操作：   转动物体的转动惯量是这个物体的一个重要的转动物理量以圆柱体绕其中心轴的转动惯量为例，它的转动惯量为：上式表明转动惯量J不但与其质量m成正比，还与其半径R的平方成正比在更一般的的下，转动物体的转动惯量要用积分形式表示，此处不多介绍为了定性说明这一关系，本演示实验提供了两对圆柱状的物体进行转动情况的比较：一对外形相同但质量不同的圆柱体，当它们在圆弧曲面上滚动时，质量较小的圆柱体因其转动惯量较小，故转动时角加速度较大，转速也较快另有一对质量相同但质量分布不同的被打孔的圆柱体（圆柱体上打孔离轴线的距离不同），当它们在圆弧曲面上滚动时，质量分布向轴线比较集中的圆柱体其转动惯量较小，而质量分布比较分散的圆柱体转动惯量较大所以它们在转动时转动惯量较小的圆柱转速较快而转动惯量较大的圆柱转速较慢注意事项：作为比较的两个圆柱在做实验时要从圆弧的上端同时释放，以便于比较2、激光演示李萨如图形本实用新型是一种激光李萨如图形演示仪，是普通物理教学演示实验仪现有技术的该类实验仪演示李萨如图形都是用电振荡信号合成，而用机械振动仪演示的屏幕小、操作复杂本实用新型运用X、Y两组方向的振动器和激光器组成演示仪。

两组振动器均是通过振动条圈中间穿过，且又处在两个磁极片之间，当线圈通有正弦波电流时形成振动，激光照射在振动条X一端的反射镜上经反射又到达振动条Y一端的反射镜形成合振动调节两振动频率成整数比，则演示了李萨如图形 　一种激光李萨如图形演示仪，由振动器、功率源和放大器组成，其特征是振动器是X、Y两组，每组的振动条(25)穿过线圈(21)中间，并且位于永久磁钢(22)的上、下两个磁极片(24)之间，振动条一端是反射镜(23)，激光器(3)在X组振动器一侧并面朝振动条，两组振动器的振动条位置是X、Y相互垂直，产生正弦波电压信号的功率源联振动器的线圈，同时联频率调节与振幅调节放大器 　3、激光多普勒演示仪观察了解电磁波的多普勒效应 原理 如图1所示，当观察者O以速度 运动，波源S以速度 运动时，观察者接收到的波频率 ν' 与波源发出的频率 ν 不一致，这种现象为多普勒效应 其中 ν' 和 ν 满足如下： 其中u为波速 多普勒效应不仅对声波、机械波适用，对电磁波（光波）仍然适用对于光波，波速 u 等于光速 c ，上式变为： ，若 ，即观察者o、光源S沿其连线相对运动，称其为多普勒纵向效应若 或 ，即观察者o、光源S中任意一个垂直于其连线运动，称其为多普勒横向效应。

多普勒效应在科学研究、工程技术、交通管理、医疗诊断等方面都有广泛应用 现象演示 接通电源，待激光稳定，用手转动横向移动光栅注意要轻柔，切不可过猛匀速调节音量，光栅移动速度变大，音调升高；反之，音调降低因此不同的速度将获得不同的音调，这样就可以调出一些动物的叫声，颇有趣味4、饮水鸟原理当然这种玩具并不是永动机，它之所以能不停地点头喝水，是因为它包含着复杂的物理学原理原来“饮水鸟”内的液体是乙醚一类易挥发的液体，在高温里很容易蒸发，而液体的饱和蒸汽所产生的压力又会随温度的改变而剧烈的改变a.头部受冷，气压下降，尾部的液体因为吸力沿颈部上升这样头的重量在增加，尾部的重量在减轻，重心位置发生变化，当重心超过脚架支点而移向头部时，鸟就俯下身到平衡位置这个位置可以通过鸟嘴的重量来调试b.头部降低，内部发生两个变化一是“饮水鸟”的嘴浸到了水，这样鸟头被打湿二是上下的蒸汽区域连通，两部分气体混合，没有了气压差，但由于吸收了周围空气的热量，蒸汽的温度略有上升这时上升到头部的液体，在本身的重量作用下流向下端尾部c.尾部变重，头部向上翘，液体全部集中到尾部，同时，头部的蒸汽因为刚粘到的水又开始冷却原来“饮水鸟”头部不断蒸发所吸收的周围空气的热量，就是这奇妙的“饮水鸟”能够活动的原动力。

正是因为它使用的是周围察觉不到的能源，所以才会被人误认为是永动机5、太阳能电池演示太阳电池能量转换的基础是结的光生伏特效应当光照射到pn结上时，产生电子一空穴对，在半导体内部结附近生成的载流子没有被复合而到达空间电荷区，受内建电场的吸引，电子流入n区，空穴流入p区，结果使n区储存了过剩的电子，p区有过剩的空穴它们在pn结附近形成与势垒方向相反的光生电场光生电场除了部分抵消势垒电场的作用外，还使p区带正电，N区带负电，在N区和P区之间的薄层就产生电动势，这就是光生伏特效应此时，如果将外电路短路，则外电路中就有与入射光能量成正比的光电流流过，这个电流称作短路电流，另一方面，若将PN结两端开路，则由于电子和空穴分别流入N区和P区，使N区的费米能级比P区的费米能级高，在这两个费米能级之间就产生了电位差VOC可以测得这个值，并称为开路电压由于此时结处于正向偏置，因此，上述短路光电流和二极管的正向电流相等，并由此可以决定VOC的值6、太阳能发电站演示系统演示用太阳能电池发电来驱动电扇、电灯和电动小车的模型，说明对太阳能（光能）的应用构造： 本演示系统包括一个小木屋模型（在其屋顶安装有太阳能电池板）、六盏射灯和电风扇、灯泡、电动机车模型用法：1、将演示用小木屋用太阳光或灯光照亮，再把电风扇和小灯泡的电路板插在屋顶的接线柱上，于是风扇就立刻转动起来，小灯也被点亮了。

2、把电动小车顶部的接线柱用导线和太阳能电池连接（注意，电源极性不要接错），当太阳光或射灯灯光照射在太阳能电池板上时，光能转换成的电能就可以推动电动机车运行注意事项：太阳能电池的输出端注意不要短路，以免损坏电源7、磁滞回线演示仪实验原理铁磁物质是一种性能特异，用途广泛的材料铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧化物（铁氧体）均属铁磁物质其特征是在外磁场作用下能被强烈磁化，故磁导率μ很高另一特征是磁滞，即磁化场作用停止后，铁磁质仍保留磁化状态，图1为铁磁物质的磁感应强度B与磁化强度H之间的关系曲线图中的原点O表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态，即B=H=O，当磁场H从零开始增加时，磁感应强度B随之缓慢上升，如线段oa所示，继之B随H迅速增长，如ab所示，其后B的增长又趋缓慢，并当H增至Hs时，B到达饱和值Bs，oabs称为起始磁化曲线图1表明，当磁场从Hs逐渐减小至零，磁感应强度B并不沿起始磁化曲线恢复到“0”点，而是沿另一条新的曲线SR下降，比较线段OS和SR可知，H减小B相应也减小，但B的变化滞后于H的变化，这现象称为磁滞，磁滞的明显特征是当H=0时，B不为零，而保留剩磁Br当磁场反向从0逐渐变至－HD时，磁感应强度B消失，说明要消除剩磁，必须施加反向磁场，HD称为矫顽力，它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力，线段RD称为退磁曲线。

图1还表明，当磁场按Hs→O→HD→Hs→O→HD→Hs次序变化，相应的磁感应强度B则沿闭合曲线SRDS′R′D′S变化，这闭合曲线称为磁滞回线所以，当铁磁材料处于交变磁场中时（如变压器中的铁心），将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁在此过程中要消耗额外的能量，并以热的形式从铁磁材料中释放，这种损耗称为磁滞损耗，可以证明，磁滞损耗于磁滞回线所围面积成正比应该说明，当初始态为H=B=O的铁磁材料，在交变磁场强度由弱到强依次进行磁化，可以得到面积由小到大向外扩张的一簇磁滞回线，如图2所示，这些磁滞回线顶点的连线称为铁磁材料的基本磁化曲线，由此可近似确定其磁导率μ=B/H，因B与H非线性，故铁磁材料的μ不是常数而是随H而变化（如图3所示）铁磁材料的相对磁导率可高达数千乃至数万，这一特点是它用途广泛的主要原因之一 图1 铁磁质起始磁化曲线和磁滞回线 图2 同一铁磁材料的一簇磁滞回线可以说磁化曲线和磁滞回线是铁磁材料分类和选用的主要依据，图4为常见的两种典型的磁滞回线，其中软磁材料的磁滞回线狭长、矫顽力、剩磁和磁滞损耗均较小，是制造变压器、电机、和交流磁铁的主要材料。

而硬磁材料的磁滞回线较宽，矫顽力大，剩磁强，可用来制造永磁体图3 铁磁材料μ与H并系曲线 图4 不同铁磁材料的磁滞回线观察和测量磁滞回线和基本磁化曲线大线路如图五所示 图5 实验线路待测样品为E1型矽钢片，N为励磁绕组，n为用来测量磁感应强度B而设置大绕组R1为励磁电流取样电阻，设通过N的交流励磁电流为I，根据安培环路定律，样品的磁化场强H=Ni/L (L为样品的平均磁路) ∴ (1)（1） 式中的N、L、R1均为已知常数，所以由U1可确定H在交变磁场下，样品的磁感应强度瞬时值B是测量绕组n和R2C2电路给定的，根据法拉第电磁感应定律，由于样品中的磁通Φ的变化，在测量线圈中产生的感生电动势的大小为 (2)S为样品的截面积如果忽略自感电动势和电路损耗，则回路方程为 式中为感生电流，为积分电容C2两端电压设在Δt时间内，向电容C2的充电电量为Q，则 ∴如果选取足够大的R2和C2，使》Q/C2则 ∴ (3)由（2）、（3）两式可得 上式中C2、R2、n和S均为已知常数。

所以由U2可确定B0综上所述，将图5中的U1和U2分别加到示波器的“X输入。