触物及理 令人眼界大开的物理小实验 下

本书中的很多物理小实验会用到儿童玩具和科学玩具。用这些玩具做的实验，可以帮助读者掌握很多复杂难懂的物理学概念，因而从某种程度上可以说“几只玩具，半部物理”。本书中主要包含趣味性内容，如音乐中蕴含的物理学知识；但也包含一些启发性内容，如接近抵消与非接近抵消等。

吴进远，曾担任中学物理教师，1977年考取北京大学地球物理学系，获理学学士学位，后于中国科学院声学研究所获超声学硕士学位，于宾州州立大学物理系获高能物理学博士学位。现主要从事粒子物理探测器的电子学和触发系统的研发工作。

前言
第一章与直觉相悖的几个现象
一、大气球和小气球
二、平板玻璃是透镜吗？
三、“蚂蚁吊大象”
四、泊松光斑
五、偏振片互相叠合的实验现象
六、自行车轮与磁共振成像
七、海潮为什么每天涨落两次？
第二章从台球到引力弹弓：接近弹性碰撞
一、台球技巧
二、运动物体与静止物体相碰撞：卢瑟福实验
三、球类比赛中的碰撞与引力弹弓
第三章音乐中的物理知识
一、高脚杯乐器
二、音乐声学的初步知识
三、弦乐器研究
四、钢管琴
五、声音的音色
六、频谱
七、谱图
八、钢琴学人语
第四章管道中的波
一、管道中的声波
二、汽车消音器
三、管乐器的原理和圆号手的手
四、波在同轴电缆中的反射
第五章电磁现象直观化
一、摩擦生电与电池里的电
二、弱电与强电
三、用电容器储存电荷
四、光电二极管
五、涡流阻尼
六、温差电偶
七、洛伦兹力
八、霍尔效应器件
第六章白光分解的不同机制
一、棱镜折射
二、彩虹
三、全反射及其临界角的色散
四、光栅的衍射与干涉现象
五、薄膜上的干涉
六、光弹性
第七章从空谷回声到超声探测
一、回声法测定声速
二、医学超声检测的基本原理
三、多普勒效应与彩超
第八章接近抵消与非接近抵消
一、斜面滚球
二、偶极子
三、橡皮筋弦的性质
四、磁四极子在粒子加速器中的应用
五、同轴电缆与双绞线电缆
第九章小玩具中的大科学
一、磁悬浮陀螺
二、锅盖滚球
三、液面上的液珠
四、自流酒壶
五、回旋陀螺
六、翻转陀螺与熟鸡蛋
彩图

     第一章 与直觉相悖的几个现象 学习物理很少有人能够仅靠背公式或定律深入下去的，大多需要建立相应的直觉，而这种直觉又大多是通过对自然现象及实验现象进行观察得来的。在物理学中，把实验仅仅看成是验证理论的一种手段是对实验的重要性的严重低估，事实上，实验现象及由此建立起来的直觉是物理学继续前进与发展的重要支点。 在一定的理论与实验证据的支持下，人们建立了某种直觉，但我们经常发现有的现象与我们的直觉不相符合。然而，眼见为实，当我们的主观直觉无法与客观现象吻合时，显然不应排斥客观现象，而是需要修正并更新我们的直觉。 每当人们进一步探索建立了新的理论，找到新的实验证据后，都应该对我们的物理直觉做相应的补充修正与更新。本章中我们将讨论几个与日常生活直觉看似相悖的现象，并帮助读者建立新的物理直觉。 一、大气球和小气球 气球是我们从儿童时代开始就会玩的玩具。吹气球时需要向气球内吹气，大多数人直觉上觉得气球吹得越大越费力。而事实上，当气球膨胀超过一定直径后，吹起来就不那么费力了。你注意过这个现象吗？ 1.实验现象 用物理学语言来说，气球的内外压强差在直径比较小的时候随直径增加，而当直径超过某一数值后，压强差随着直径的增加反而降低。这好像很难想象，让我们通过实验来验证一下吧！找两个规格一致的气球，注意选择弹性比较好的。如果是在冬天且室温比较低的时候做这个实验，要将气球先在温水中浸泡一段时间，以使气球乳胶恢复良好的弹性。 安全提示：为了防止气球炸裂带来伤害，实验时应佩戴好防护眼镜。实验选用的气球应是玩具气球，不要选用探空气球等外皮过厚的产品。 将两个气球吹到接近其额定的直径，在吹气过程中，我们多少能感受到，当气球大到一定程度时，吹气球所需要的力气开始变小。那一刻我们将两个气球口临时绞拧，然后将两个气球通过一根直径为1厘米左右的细管连接起来，再将绞拧的气球口松开，使得两个气球连通，如图1．1所示。两个气球连接起来后，很可能会出现一个持续变小，把空气挤入另一个，使之变大。如果两个气球的大小没有显著变化，可以轻轻挤压其中一个。当两个气球大小不再变化后，轻轻地挤压其中比较大的那个，如图1．2所示的浅色气球。挤压比较大的浅色气球时，能够听到大气球里的空气逐渐充入小气球的声音。如果在两个气球变得差不多大小之前放开手，深色气球里的空气又会回到浅色气球中，使得两者恢复到原来一大一小的状态。当被挤压的浅色气球变小到一定程度后，会自动地持续变小，使另一个深色气球持续变大。在两个气球的总体积一定的情况下，会在直径一大一小的某种状态下达到平衡。这时可以轻轻挤压直径比较大的深色气球，如图1．3所示。当我们持续挤压深色气球，直到深色气球略小于浅色气球时，可以发现深色气球开始自己向浅色气球充气，即使我们放开手不再挤压，深色气球也会将浅色气球充到很大。两者会在直径一大一小的某种状态下达到平衡。 如果使用质量比较好的气球，这个实验可以重复若干次。当然，实际上很多气球膨胀收缩几次后，弹性与开始时会大不相同。但是无论如何，我们确实看到了在一定条件下，气球直径较小而内外压强差反而较高的现象。 P1-3