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《中小学生动手动脑小实验(全十册)物理趣味游戏

发布时间:Mar 24, 2019         已有 人浏览

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  序言 编写该丛书的目的是培养广大中小学生动手动脑的习惯,通过各种形式 的游戏和实验,学会手脑并用,全面提高中小学生的素质。 丛书紧密联系现行中小学教材,并适当予以延伸,以拓宽学生的知识面。 趣味性是丛书最大的特点,所选素材力求生动活泼、形式多样、题材广泛, 力戒死板单调,使广大中小学生能于轻松愉快中学习和掌握各科知识,收到 课堂教学所不曾有的效果。丛书还注意从多角度启迪少年儿童的智慧,特别 注重培养学生逆向思维和发散思维的能力。 丛书包括以下十本: 《语文趣味游戏》、《数学趣味游戏》、《英语趣 味游戏》、《物理趣味游戏》、《化学趣味游戏》、《生物趣味游戏》、《谜 语趣味游戏》、 《棋牌趣味游戏》、《制作趣味游戏》、《智力趣味游戏》。 《语文趣味游戏》包括字、词、句、标点诸方面的内容。通过各种形式 的趣题,帮助学生掌握、巩固、归纳、总结已学过的语文知识。 《数学趣味游戏》包括100多道精选的数学趣题,这些趣题对中小学生 的课堂学习将有很大的帮助。 《英语趣味游戏》将向大家介绍如何通过游戏来学习英语。不失为广大 中学生和中学英语教师的良师益友。 《物理趣味游戏》、《化学趣味游戏》、《生物趣味游戏》主要是向中 小学生介绍一些简便易行、富有启发性的小实验。一方面帮助中小学生巩固 课堂上所学的知识,另一方面可培养中小学生做实验的能力。 《谜语趣味游戏》精选谜语5000条之多,分为字、自然、人体、地理、 谜语故事等十余类,内容全面、新颖。 《棋牌趣味游戏》介绍了扑克牌和象棋的各种趣味玩法,生动活泼,于 游戏中训练中小学生的思维能力。 《制作趣味游戏》一书将教你如何从身边取材,制作一些精美的装饰品 和生动有趣的小玩具,通过这些小制作,你将拥有一双灵巧的手。 《智力趣味游戏》主要通过形式多样的智力题来培养学生的智力,读过 这本书,你的脑筋将变得更加灵活。 由于编者水平有限,未免有不尽人意之处,恳请广大读者批评指正! 编者 1997.6 物理趣味游戏 中小学生动手动脑小实验 一、液体与力 水上浮字 这是一项小的表演项目,在一个白色水盆里能浮起各种毛笔字。 本实验需要材料和工具:白色脸盆、清水、毛笔、墨汁、竹板、大葱。 制作方法如下:准备一块竹板,把竹皮表面打磨光洁,把大葱撕开,用 葱白有葱汁的部分在竹板的光洁面来回擦几次,将葱汁涂在竹板表面,稍干 后用毛笔蘸浓墨汁在涂有葱汁的竹板处写字,写什么字体都可以,稍干一会 儿以后,把竹板平按入水中,按竹板时慢些,不要带起水波纹,然后慢慢地 把竹板从水中斜向抽出来,黑字便一一漂浮在水面上,不散不乱。 之所以如此,是因为葱汁有粘性,在竹板上形成一层薄膜,能托住毛笔 字浮在水面上。 水面绘画 利用水面的浮力可以画出 “抽象派”画面。下面我们来做这个实验。 材料和工具有:水盆、清水、浓墨汁、毛笔、小木棍、白纸。制作方法 如下:将水盆盛满清水,平放在桌上,用毛笔蘸浓墨汁滴在水面上,用小木 棍将墨滴推开,让墨滴散乱成不规则的乱云形花纹,取一张白纸平放在水面 上,再轻轻提出纸张,水面上的花纹画面就会翻印到纸上,凉干印好的纸张, 再精心剪裁一下四边,就能出现类似山脉、云层等 “抽象”画面。 之所以如此,是因为水面平时总会有一层肉眼看不到的表面油脂,它可 以把墨迹托起来,形成水平面印刷版,如果用油漆倒在水面上搅拌还可以在 木板上印出假大理石花纹来。 水上旋转盘 本实验将介绍一种制作会自动在水中旋转的双鱼形纸盘。 所需材料和工具包括:硬纸板、剪刀、肥皂、水盆、清水。 制作方法如下:在硬纸板上画一个双尖鱼形,用剪刀把它剪下来,在双 尖内弯曲处用小刀豁开两个小开口,用小刀切两块小肥皂片,将肥皂片插在 两个小开口内。准备好一盆清水,把双尖鱼形轻轻地平放在水面上,等一会 儿两块小肥皂块在水中稍一溶解,双尖鱼片就会慢慢动起来,它会越转越快, 好像有动力的水轮一样。 肥皂在水中溶解时,产生一种向四面扩散的推力,由于纸鱼挡住了它向 前的推力,两块肥皂所产生的同向反作用力便推动纸鱼旋转起来。 水下 “盒”爆炸 在水杯里放入一个小纸盒 (包),会噼噼啪啪炸出很多水花来。 下面我们来做一下这个实。所需材料和工具:跳跳糖、薄纸、玻璃杯、 清水。 制作方法如下:准备一包 “跳跳糖”,用薄纸一小块,在铅笔上卷一个 小纸筒,不用浆糊粘,将底边多出的部分向内折叠压紧,把纸筒从铅笔杆上 拔下来,作成一个圆筒形无盖有底的小纸盒,把跳跳糖的颗粒倒入纸盒里, 将上口收拢捏一下,不必捏得太紧。倒一杯清水,最好用无条纹的平面玻璃 杯。将装有跳跳糖的小盆投入水中,用铅笔压一下让它下沉,当水渗透到薄 纸包里接触了跳跳糖就会发生 “爆炸”,水花四溅还发出噼噼啪啪的小声响, 看上去非常有趣。 跳跳糖着水后会有强大的吸水性,在吸水过程中自身迅速分裂,好像跳 起来一样,用纸包住它,再让它渗透水分,就控制了吸水过程,加大它的爆 发力量,以它的跳动力量再去冲击水,便会产生水花溅起的现象。 潜水人 潜水人是穿了水下防护用具在水下作业的人员,这里制作的小玩具能在 我们手的控制下在深水中自由沉浮。 所需材料和工具包括:旧的玻璃眼药瓶、及时贴彩纸或不干胶透明胶条、 深的直口标本瓶、水。 制作方法如下: 向直口标本瓶中倒入清水,使水面距瓶口约6厘米。取小眼药瓶,用手 指堵住下出水口,向瓶内倒满清水,把挤眼药的胶皮帽扣紧,这时药瓶内的 水不会从下口流出来。把这个眼药瓶放在标本瓶内,它自然会下沉到底,用 手按眼药瓶上的胶皮帽使瓶内的水从下口滴出,水滴出去以后瓶的上部就会 出现小的气室,气室越大浮力越大,不断挤出水,不断放在标本瓶里试浮沉, 当小瓶内的气室大小,刚刚能使小瓶垂直浮在水平面上,就是调试完成了。 这时如果用手掌按住标本瓶口,用力向下一压,小眼药瓶便会缓缓下沉,再 加压力它会直沉到底,如果把手掌稍微松一点力,小眼药瓶又会从水底上升, 小瓶在水中上下浮沉很像潜水人在水下工作。试验成功以后,用彩色及时贴 纸 (即不干胶彩纸)为小眼药瓶美化装饰,使它变成个潜水人形,如果没有 及时贴纸,可用白纸包粘画成人形,再用透明胶纸包粘,起到防水作用也可 以。做成人形的眼药瓶在水中沉浮,会更好玩更好看些。 在正常环境中,大气的压力是一致的,眼药瓶内的小气室内的空气是在 正常情况下留出的,它的气压和正常环境中气压一样。 把它放在水里它能沉下去,说明瓶中水的重量与气室气体的浮力均等。 当用手掌按压大标本瓶口时,大瓶内,水平面上的气室气压产生了变化,将 比正常大气压力增高许多,可这时眼药瓶里面小气室还是正常大气压,它便 托不住瓶水的重量,就自动沉下去,当减弱大瓶气室的压力时它还会从水底 向上升。 硬币怕肥皂 打一盆清水来,准备几个硬币,把硬币竖直地向水里扔,硬币必定沉没 在水中。用食指托住硬币,慢慢地使指头没入水中,使硬币平落水面。奇迹 发生了,硬币居然漂浮在水上! 硬币浮在水上是有道理的,那是表面张力把它托住了。水面的分子受到 水里分子的吸引,使水面趋向收缩。荷叶上的一滴水,会收缩成水珠,细管 子里的水,水面会向管口凸起。从这种收缩的倾向中,我们看到相邻的两部 分水面之间存在着相互牵引力,这就是表面张力,它使硬币漂在水上。水面 的表面张力很小,水盆稍有摇晃,硬币就会落到水中。 盆里漂浮着一个硬币,在水面稳定不动的时候,拿一小块肥皂,轻轻地 从硬币旁边插入水中,你会看到硬币迅速移动,远离肥皂而去。看上去,真 有点硬币怕肥皂的样子。 这是什么道理呢? 你在思考问题的时候,一定想到了表面张力。提醒你吧,肥皂在水里会 慢慢溶解,一部分水面成了肥皂水。肥皂水的表面张力比水要小,水将硬币 推离肥皂了。请你动手试一试。实验原理如下: 硬币靠近肥皂的这一侧,肥皂的表面张力小,而在相反的方向,纯净的 水表面张力大,于是部分水面被拉了过去,漂在水面上的硬币也跟着被拉过 去了。 如果试验的次数太多,水面上的肥皂太多,这个试验的效果就会削弱, 硬币也许不移动了。这时,要另换一盆清水,才能继续实验。 试一试水的表面张力 液体表面分子间相互吸引的力称为表面张力,正是由于表面张力的作 用,晶莹的露珠才呈现为球形。下面我们做一个实验来试一试水的表面张力。 用品:水、杯子、眼药瓶、薄纸、剃须刀片、汤盘。 取一个杯子,向杯里尽量灌水,但注意不要让水从杯中溢出。把杯子放 入汤盘中,然后用眼药瓶向杯中一滴一滴地加水,直到水面高出杯口为止。 正是因为水的表面张力,才使你能这样向杯中倒入过量的水。 将一片刀片浮在水面上,可以进一步证明这种张力。先将刀片放在一小 张薄纸上,让纸浮在水面上。一两分钟后,薄纸被浸润 (即是说浸入纸中的 水赶走了空气)沉向杯底,而刀片仍然留在水面。实验时你还可以用一颗针 来代替刀片。 液体的比重 不同的液体有不同的比重,不同比重的液体是很难将其混合在一块儿 的。一般说,重的液体总在下面,轻的液体总在上面,这一点可以通过下面 的实验来证实。 向瓶中倒入少许油和水,其量相同。用软木塞盖好瓶子,用力猛烈摇晃。 看起来水和油好像混合在一起了,但是,一放下瓶子,二者又分离开来,油 不久就会浮在水面上。不管你在摇晃瓶子时用力多猛,你也绝不可能使它们 溶合在一起。 试一下将其它一些液体混在一起会产生什么情况。假如它们的颜色相 似,则用墨水掺放在中间以便区别。只要小心从事实验,完全有可能使瓶内 充满各层颜色不同的液体。装瓶时让重质液体,如甘油,先进入瓶中。 水怎样喷射 取一段纸筒或竹管,用手钻在管上钻四个距离相等的孔。 在管子的一端,用力将粘土堵住管口,当做管塞以防漏水。 取一壶水,将水灌入管内,水立即由四个钻好的孔向外喷射。你会发现 最靠近管子顶部的孔喷水的力最弱,而位于最下面的孔喷水的压力最强,由 上而下,四个孔喷水的距离越来越远。 做一个简单的虹吸器 这是一个极其简单的实验,但它却具有实际使用价值。在必须从盛有液 体的容器中取出液体,特别在有障碍物存在而影响取出液体的情况下,通常 可以用得着这一方法。 当你用一根麦秆喝桔子水时,你是在使桔子水克服重力。先吸去麦秆中 的所有空气,让外面的空气在桔子水表面往下施加压力,从而帮助桔子水从 杯里送到你的嘴里。 用一根虹吸管来完成相同的事——吸空一杯水,或者轻而易举地吸空一 大桶水。 做虹吸器时,先在一个空杯中装上清水,并将皮管的一头插入杯子中。 再将第二个杯子放在皮管的另一头易于到达的低处。 在皮管位置较低的一头吸气、吸掉管中的所有空气,管内则充满了水。 从嘴里拿开皮管时要小心,一旦管口离开你的舌头,便用一根手指紧紧地堵 住管口,以维持吸力。 将管口放在空瓶中,放开你的手指,这时水便从上面的杯子中往低处的 杯中缓缓流去。只要放在高处的管口仍处在水面以下,水就一直往下流。 微型潜水器 科学家探索海洋深处的秘密,靠的是潜水器。虽然一些潜水器带有压缩 空气瓶,但通常还是通过泵从地面往下输送空气。 我们有可能利用一个倒置的杯子来构成一个微型潜水器。 首先,将手帕搓成一个球,紧紧塞进杯底,杯子颠倒过来后,要使手帕 不至于掉出来。将杯子垂直放入水中,用手按住,以免杯子往上翻。 从水中取出杯子,整理好手帕。手帕竟一点也没有被水浸湿。原来奥妙 在于杯子在放进水时,留在杯中的空气将水阻住,使它不能完全进入杯里。 薄膜的戏法 (上) 下端蒙着一块橡皮膜的玻璃管内装有一定高度的水。把它往量杯里放的 时候,使玻璃管的水面保持以下三种位置: (1)玻璃管水面高于量杯水面; (2)玻璃管水面和量杯水面一样高; (3)玻璃管水面低于量杯水面。请你 想想:在这三种情况,橡皮膜的形状是什么样呢? 答: (1)当玻璃管水面高于量杯水面时,在A点处,玻璃管内的压强为 ρgh,玻璃管外 (量杯内)的压强为ρgH,因为H>h,所以ρgH>ρgh,薄 膜往外凸。 (2)当玻璃管水面和量杯水面一样高时,橡皮内外的压强相等,即ρgH= ρgh(∵H=h),因此,橡皮膜保持平面。 (3)当玻璃管水面低于量杯水面时,H<h,因此橡皮膜内外的压强关系 为ρgH<ρgh,外部压强较大,所以膜向内凹。 薄膜的戏法 (下) 两个同样的、在底部蒙着橡皮膜的试管,装着同样高的水。它们分别放 进两个装有同样多水的量杯,并保持试管的水面与量杯的水面同样高。这时, 试管下端的橡皮膜,不发生凹凸现象。 接着你取两块同样的手帕,分别把两个量杯盖住。你对它们吹气、念咒, 过这么半分钟左右,你再掀开手帕,大家可以看到奇怪的现象:一个量杯中 橡皮膜往外凸;另一个量杯中橡皮膜往里凹。可是水面保持原来位置。大家 正在发楞,你如何向大家解释呢? 答:在你盖手帕的同时,你做了一个小动作:把一小块盐放进其中一套 器具的量杯中,又把一小块盐放进另一套器具中的试管中。由于盐水的比重 大于淡水的比重,所以同样高度下盐水的压强大于淡水的压强。这样,量杯 中是盐水的那个,橡皮膜外的压强大于橡皮膜内的压强,橡皮膜内凹。而试 管中是盐水的那个,橡皮膜内的压强大于橡皮膜外的压强,橡皮膜外凸。 (十三)“汽轮机” 利用一只盛冰淇淋的纸杯和盖子,再找一根8厘米长的蜡纸吸管做成两 个喷嘴。在纸杯一半高度处,对称地开两个小孔,然后把蜡纸吸管斜插在小 孔里,并用蜡把喷嘴固定牢。把纸杯放在塑料碟子上。让碟子漂浮在一只盛 水的脸盆里。 然后,在纸杯里先加三分之一的水,再放进一小块生石灰,立即把纸盖 盖严。石灰遇水产生大量二氧化碳气体,急速地从二个喷嘴喷出,使小汽轮 机欢快地旋转。 纸杯中的气体通过喷嘴向外喷的时候,气体对纸杯产生反作用力,从而 使纸杯转动。 (十四)喷泉的秘密 在两个大烧瓶的橡皮塞上各打两个小孔,把一个长管玻璃漏斗穿过一个 孔并接近瓶底 (漏斗下接皮管也可以),瓶里盛一些水。把一根尖嘴玻璃管 插进另一个盛满水的大烧瓶。两个塞子的另两个小孔各插一短玻璃管,相互 用皮管连接,接口处必须密封好,只要往漏斗里灌水,尖嘴玻璃管就喷水。 漏斗内的水漏完时,那边的喷泉也停止。如果把喷口弯一个角度,使喷出的 水正好喷入漏斗,喷泉就能持续进行下去。 原来,漏斗里的水进入烧瓶后,瓶内的空气受压,因为两瓶是相通的, 另一瓶的气压也相应增大,于是就把水从尖嘴压出,形成喷泉。 (十五)灌不满的漏斗 只要有一只漏斗、一根橡皮管和一根塑料吸管,就可制作一个神秘的装 置。 将硬塑料管放在热水里使它变软,将其弯成 “?”形。尾部套一段约 2 厘米长的橡皮管,然后把 “?”形管塞入漏斗的直颈里面使漏斗不能直接漏 水。漏斗下面放一个空瓶。 现在向漏斗里缓缓加水,那么漏斗永远不会被装满。每当水面升到弯管 顶部时,就开始虹吸作用,把漏斗里的水虹吸到瓶里。当水面降到底部时, 虹吸作用停止。这个过程周而复始地进行着,大自然中的间歇泉的存在,就 是这个道理。 (十六)纸片的浮沉 拿一个两端开口的玻璃筒或塑料筒,用硬纸片或塑料片挡住下端筒口, 并且用手按住,竖直插入水中,松开后手,硬纸片并不下沉。然后用一只杯 子把水沿筒边缓缓地倒入筒内,这时你会发现,当筒内水面接近筒外水面时, 硬纸片就掉了下去。 原来,水是有压力的,它不仅对容器的侧面有压力,而且对容器的底面 也有压力 (各方压力的向上合力叫浮力)。水越深,压力越大。在同一深度, 水对各个方向的压力都相等。当筒内水向下的压力超过了筒外底面水向上的 压力,硬纸片就掉下来了。 (十七)奇怪的“鱼洗” 在桌上放一只直径约15厘米、高约2厘米的圆形铁圈,然后把一只直径 约50厘米的洗脸盆洗净,并盛满清水,在铁圈上放稳。洗净双手,不必擦干, 立即用两手的大拇指在脸盆对称的两侧边缘上有节奏地摩擦。这时盆内会发 出轻微的嗡嗡声,靠近盆壁的水面发生剧烈的振动,会有成串的小水珠向上 方飞窜,最高可离水面30厘米左右。做这个实验,用薄壁盆比用厚壁盆喷水 效果好。这是模仿我国古代一种叫做 “鱼洗”的器皿。不过“鱼洗”的喷水 效果更好,它喷出的小水珠可达1米来高。 “鱼洗”经摩擦喷射小水珠,是 固体振动在液体中传播和干扰引起的。 (十八)铅笔比重计 如果能做一个简易比重计,使你在做实验时能准确区分各种比重的溶 液,那该多好! 找一支橡皮头铅笔,把图钉按入橡皮头的正中,浸入水里,在铅笔静止 的位置刻一道线,作为水的比重的标记。在这以下的位置,刻上间隔相等的 细线……这样,一支铅笔比重计就做好了。把这支铅 笔比重计浸入盐水,这时候刻度会大于0,盐水越浓,度数越大。 铅笔比重计是利用液体比重越大浮力也就越大的道理制成的。图钉的作 用是为了降低铅笔的重心,使它能够垂直地浮在液体中。 (十九)液体中的“楼房” 找一个管形小瓶,装进一些钢珠或铁钉子,轻轻地把它放入一杯水中, 使它直立在水中浮动。如果在那杯水里加入食盐,小瓶就会上升;水中盐分 越多,瓶子就升得越高。这是因为盐水的比重比水大。在小瓶里放入一张带 有刻度的纸条,就能够看得更清楚。 利用不同比重不溶于水的液体,可以建造一栋三层 “楼房”。每层都有 “住户”。第一层,倒入四氯化碳,在上面放上一个塑料瓶盖。第二层,倒 入一层水,放上带有几只钉子的小木块。最上面一层,倒上油 (食用油、机 油都可以),在上面放一只软木。这时,液体 “楼房”就建造完毕了。 (二十)懒惰的瓶子 找两个同样大小的圆柱形瓶子,一个放入半瓶蜂蜜或甘油,另一个放入 半瓶水,并盖好盖子。 拿一块表面粗糙的木板,用两本书把它的一头垫高,搭成一个斜坡。把 两只瓶子横放在斜面的顶部,让它们同时向下滚。哪一只瓶子先滚到呢?一 定是装水的瓶子先到。这是因为蜂蜜或甘油的粘滞力比水大得多,装蜂蜜的 瓶子向下滚的时候受到的阻力比较大,所以滚得较慢。 现在你试试看:1.如果一只瓶子装三分之一的水,而另一只装三分之二 的水,哪个瓶子滚得快? 2.如果装了半瓶凝固的猪油,它能滚下坡吗? (二十一)卫生球跳舞 在一只玻璃杯中充水到将满时,加入两匙醋和六至十片小苏打,溶解后, 放入几粒卫生球。把杯子放在一个安全的地方。过一两个小时后再看看,奇 怪的事情发生了,这些卫生球在杯中上下舞动。仔细看那些卫生球,在它们 表面附着很多小气泡。 因为卫生球比水稍重些,所以通常没入水底。小苏打和醋作用产生出二 氧化碳气体,在水中形成许多小气泡,附着在卫生球表面时就使卫生球升到 水面,这时一部分气泡破裂了,于是卫生球又往下沉,直到附着上足够的气 泡才会重新升起来。 (二十二)听话的火柴 在一只脸盆里倒上水,在水面上放几根火柴或小木片,拿一块糖接触水 面中心,有趣的现象就发生了:糖块附近的火柴或小木片立刻聚集到糖的周 围。如果拿一块肥皂接触水面中心,火柴就会立刻向四周散开。 这是因为糖溶于水后,水的表面张力突然增大,于是火柴便向着表面张 力大的方向移动;当肥皂溶于水后,这部分肥皂水的表面张力突然减小,于 是就出现了相反的情况。 (二十三)为什么水会向上升? 找两块干净的长方形玻璃板,在它们较长的一边竖直夹一根火柴棍,用 文具夹把两块玻璃尽量夹紧。把它们竖直放在一只盛水的盆子里。过一会儿, 你会看到,在两块玻璃板中间出现了一条美丽的曲线。玻璃之间空隙最小的 地方,水柱上升得最高。 曲线说明了什么呢?两块玻璃靠得最近的地方,相当于一根细管子,水 遇细管就会沿管壁往上升,这叫做 “毛细现象”。毛细管越细,液体上升越 高。 (二十四)毛细管的魔力 把包装盒、鞋盒等硬纸板剪成足够多的方形小片,把它们分别放入两个 相同的空罐头盒里。请一个人站在上面,这时要求罐头盒内的纸片要高出罐 头盒。注意量一下鞋底距离罐头盒有多高,然后向罐内倒水。当水逐渐渗进 纸板的纤维里时,纸板就开始膨胀。不多久,你就会发现站在罐头盒上的人 升高了好几厘米。这是水渗进多孔物质的毛细管后出现的强大力量。二、气 体、固体与力 (一)天平上的气球 有一个实验十分有趣,可以引人深入思索。在天平的一端,放着一只灌 满压缩空气的瓶子,瓶塞上的开关紧闭着,瓶口上套着一个瘪气球;天平的 另一端放砝码,使天平平衡。 然后,打开瓶塞上的开关,压缩空气进入气球,气球胀大。这时,天平 上放着砝码的那一端往下沉,说明瓶子和气球变轻了。 这为什么会这样呢? 有人说: “压缩空气从瓶子冲到气球里,给了气球一个向上的力,由于 气球和瓶子是相互连着的,所以瓶子也受到向上的力,这就变轻了。” 有人说: “这个说法不对。火箭向下喷气,火箭向上运动。瓶子里的压 缩空气向上冲,瓶子应该向下运动,等于给天平的这一端加了一个力,瓶子 应该显得重一些才对。” 这两个答案对吗? 这两种说法都没有说到要紧的地方。压缩空气引起气球向上运动,喷气 又引起瓶子向下运动,这两边大小相等,方向相反,相互抵消,实际上对天 平称重没有任何影响。 应该说,这两种说法都对思考问题产生了干扰,我们排除干扰,再做一 次实验。把气球中的空气压挤到瓶子中去,关闭开关,让瘪气球垂在托盘外 面,使天平再次平衡。 这时,打开开关,气球又胀了起来,我们可以看到,盛砝码的那头又下 沉了,气球和瓶子又变轻了。 那么,到哪里去答案呢? 我们分析一下气球胀起来以后发生了什么变化?瓶子、气球、空气这三 种东西的重量变了吗? 没有。瓶子和气球的重量不会变,空气的重量也没有减少。唯一有变化 的是气球中的空气的体积,空气的体积胀大以后,它的轻重也会有变化。 因为这一连串问题的根子出在压缩空气上。空气被压缩到瓶子里以后, 它的重量就不是一瓶空气,而是两三瓶,或者是四五瓶的重量了。这说明, 瓶子里的压缩空气受到的空气浮力比较小,而当部分压缩空气进入气球以 后,空气的体积增加,浮力也变大了。浮力增大,瓶子、气球和空气的重量 就显得轻了一些。 问题到这里,并没有完结。 有人问: “慢着,刚才说到气球体积增加,浮力也变大,这个道理对不 对呢?我觉得有点问题,怎么能说空气把空气浮起来呢?这就好像说水把水 浮起来,你什么时候看见水浮在水上呢?” 那么,到底大气能不能对气球里的空气产生浮力呢? 请你用实际的例子来说明。 (二)鸡蛋的魔术 只见魔术师手持一个带壳的完整的鸡蛋,一转眼放进一个瓶口比鸡蛋略 小的玻璃瓶子内。鸡蛋在玻璃瓶子内仍然是完整的、蛋壳也完好无裂缝。但 是想要再从玻璃瓶子内倒出鸡蛋却不可能了。你知道魔术师是耍了什么花 招? 答:有两种办法,可以使鸡蛋放到口径略小的大肚瓶里。 一种办法是:把一小团棉纱蘸点酒精点燃后放进空瓶内,等快要燃烧结 束时,将蛋扣压在瓶的口径上,让它们周围接触处不要留有缝隙。这时,由 于瓶内热空气变冷,压力降低,瓶子外面的大气压大于瓶内的压力,于是形 成一个向内吸力,正好把直径略大的鸡蛋给吸进瓶内。 另一种办法是:事先把鸡蛋泡在醋内,使蛋壳的石灰质变软,但颜色、 形状仍然没有变化。这时,可以把鸡蛋拉成椭圆形放进玻璃瓶内。等放进去 以后,鸡蛋又恢复了原来的形状,看着觉得鸡蛋放进瓶里是不可能的。 (三)做一个飞旋标 当你做好一架纸飞机在房间里滑翔时,你是在利用一种称作“被动飞行” 的条件。 但是,人们在能够制造飞机以前就已经懂得了 “主动飞行”的知识。主 动飞行最早的形式之一便是澳大利亚土著所使用的飞旋标。让我们来看看它 是怎么一回事。 这种古代武器的主要特点是它能够回到投掷者的手中。用纸板剪一个飞 旋标是容易的。 模仿图中式样和大小,在一张薄纸板上画上飞旋标的轮廓。 将它剪下来,然后在你左手食指上放平。这时,用右手食指往飞旋标的 一只腿上用力一弹。飞旋标从你手中飞出去,像一个小螺旋浆那样,绕着空 气旋转,然后又回到你身边。 再照图样剪一个小三角纸板,做同样实验以后又剪一个比前面那个大一 倍的三角纸板,比较一个它在飞行时与小三角纸板有什么不同。 (四)让空气显显它的力量 你曾注意过轮胎跑了气的汽车吗?空气从轮胎泄出后,汽车就不再保持 平衡了,而在跑气处往下倾斜。 要是你在跑气车轮的轴上使劲的话,你会发现,要想将它抬起,真是无 能为力。 但是,当你用气枪将空气打进轮胎时,汽车就渐渐升起。空气压力能够 以这种方式将相当重的卡车托起。 用一个玩具气球和几本书来做一次相似的实验,以试验一下空气压力的 提举力。用绳子将三、四本书捆好,一端放在玩具气球上。气球的气嘴要留 在桌面外。 深深地吸一口气后,慢慢吹进气球里,你会看到,压着气球的一端很容 易地就升起来了。 (五)空气压缩器 潜水员在潜入海洋的深处时,他们随身带有空气,所以可以在水下呼吸。 空气罐并不大,因为可以将大量空气压缩进较小的容器中。 你可以自制水下空气压缩器。 将玻璃瓶放在一盆水中,瓶底向上。立好瓶子以前让其进水,而皮管的 一头则伸到瓶中。 向皮管吹气,你会看到瓶中的水位因你用力吹入空气而下降。放开管口 时,你会听到空气逸出时发出的咝咝声,同时还会看到瓶中的水位再次上升。 也许你会觉得奇怪,为什么向瓶内吹进了许多空气,而水位下降不多? 那是因为,在密闭的空间,空气是被压缩了的。 (六)与空气较量 在地球这颗行星上,我们生活在空气的 “汪洋大海”之中,空气随时给 予我们周围以及人体以压力。 科学家们已经测定过这种压力,发现每平方厘米上的压力约为1公斤左 右。当你想象人体的面积所受的空气压力时,也许你会提出疑问:为什么人 竟能这样运动自如呢?实际情况是,奇妙的人体早已适应了这种压力,所以, 既然感受不到空气的压力,也不会因此而受到损害。话说回来,假若没有空 气,我们才活不成呢! 证明空气压力存在的简单办法是将一张大报纸盖在尺子上,使尺子的一 端伸出桌面。 在尺子伸出桌面的一端,用你的拳头快速往下一击。报纸面上的空气压 力会仍然将尺子压在桌面上,反抗你的拳击。若是你花大力气向下猛击的话, 你甚至可能折断尺子,却不会撕破报纸。 (七)空气压力的本领 在本书的其它一些实验中,我们已经看到空气压力所起的作用。本实验 说明在一定的条件下,空气能产生相当惊人的压力。 先找一个带螺旋盖的白铁皮桶,螺旋盖要牢实,不漏气。铁桶越大,实 验越惊人。 在铁桶内倒入大半杯水,不上螺旋盖,放在炉子上把水煮沸。 当蒸气从盖口冒出时,从炉上把铁桶拿下来,上紧螺旋盖。 随着铁桶冷却,你会看到桶的四周开始有变形的迹象。到铁桶完全冷却 时,四周向内变形更厉害。单是空气压力就能造成这种情形,你会感到十分 惊奇。 原来是水沸腾时,生成的水蒸气迫使大部分空气排出铁桶,而旋紧了的 螺旋盖又阻止了空气进入铁桶。铁桶冷却下来后,桶内的蒸气冷凝为水,这 样桶内的压力减低。 我们知道,空气是见不得真空和低压区的,它们总想方设法找门道进入 其间。铁桶内的蒸气冷凝下来时,正是铁桶外边的空气压力,使得铁桶产生 朝内凹陷的特殊变形。 (八)找重心 你听说过关于牛顿的故事吗?他坐在花园里,从树上落下一个苹果,打 着了他的头。于是,这位伟大的科学家很快就发生疑问:太阳、月亮和其它 星星依然在头顶上,看不出有向下落的样子,那么,是甚么使得苹果往下落 呢? 牛顿以发现万有引力而闻名于世,他的理论在现代生活的许多方面都证 明是有价值的。 设计师和工程师们为了找出他们所设计的产品的重心,必须要计算许多 复杂的数学公式。不过,我们实验中用的是小件物品,比如各式各样的纸板, 所以找重心就容易得多。 做第一个实验时,要在薄纸板上用圆规划一个圆。剪下这个圆纸板,将 针尖钉在圆规留下的圆心上,你会发现纸板相当平稳。 同样,剪一小块正方形纸板,画出正方形的对角线。两条对角线相交之 点便是重心。当你将针尖放到这一中心时,你会发现正方形纸板也非常平稳。 但是,要在一个不规则的纸板上找到重心就稍稍麻烦一些。先用一节钉 在墙上的线把纸板的一个角悬吊起来,纸板靠墙稳定后,拿一把尺子在纸板 上作吊线的延长线。然后,又悬吊纸板的另一角,等纸板稳定后用尺子再作 吊线的延长线。两条延长线的相交点则是不规则纸板的重心。将纸板上的这 一点放在针尖上,它也会完全平衡起来。 (九)抽汉奸 抽汉奸就是抽陀螺。北京地区也叫抽嗄儿。在抗战时期,爱国人民痛恨 卖国求荣的汉奸,把用鞭子打陀螺比喻为抽汉奸,借以发泄对狗汉奸的刻骨 仇恨。找一长六七厘米,直径五六厘米的圆木段,将一端用刀削尖,圆周面 修平滑。在尖部嵌入一枚钢滚珠。用一根细木棍或细竹竿,头上拴一粗绳做 成一支鞭子。玩的时候,两手拿住陀螺向相反方向同时用力,使陀螺在地上 站立旋转,再用鞭子不断抽打陀螺的下半部,使陀螺不停地转动。初始使陀 螺旋转,也可先用鞭绳缠绕陀螺,再将其垂直与鞭一起放至地面,手松开陀 螺的同时,执鞭手一拉,陀螺便转起来,这时再用鞭子不断抽打陀螺。抽汉 奸不仅可在水泥及硬土地上玩儿,寒冬腊月在冰上玩儿则更有趣。 因冰上摩擦力小,寥寥数鞭,陀螺便旋转不止。 (十)谁用的力大? 三个人抬着一块厚薄均匀的三角形大板,一个人抬一个顶点,边走边讨 论,谁用的力大? 甲说: “要是抬等边三角形,三个人用的力一样大,没有冠军,也没有 亚军。” 乙说: “谁用的力最大,要看他抬的那个顶点离重心多远了,顶点离重 心近,抬的人用力大;顶点离重心远,最省力。” 丙说: “抬不等边三角形,不论顶点离重心多远多近,三个人用的力都 一样大。” 谁的说法准确?不妨试试看。 (三角形的重心是三条中线的交点) (十一)听话的铁筒 你得到的关于重力的知识,使你能够制作一个简单的机械玩具。这个玩 具会驯服地从你身边滚出去又滚回来。 先用锤子和铁钉在铁筒的顶盖和底面上各钉两个小孔。 剪一根长皮筋,使它交叉穿过四个孔,将皮筋的两端收头打结。 然后,将小的重物,比如一个铅块或螺丝钉加螺帽,系到皮筋的中心, 即皮筋在筒内的交叉处。 重新把筒盖盖好,使铁筒在地上向前滚动。筒内的重物使铁筒的重心下 降,于是便将皮筋缠绕起来。当你花在铁筒上的推力消耗完时,缠住的皮筋 反绕,铁筒便慢慢地向你滚回来。 皮筋越粗,铁筒返回的速度就越快。 (十二)萝卜吸盘子 一只小小的水萝卜能把一只盘子吸住,你认为这事可能吗?只要亲自试 一试,就会得到答案。 取一个新鲜水萝卜,用锋利的刀在萝卜中间切开,要求切得很平直。然 后在中间挖个浅凹坑,把带有根须的半个萝卜的切面,按在盘子的中心位置, 然后慢慢地提起萝卜,盘也会跟着萝卜被提起来。因为萝卜和盘子接触面有 一层很薄的水,萝卜被提起来时,在萝卜的凹坑处形成了近似真空的状态, 这时大气的压力就会把盘子托住了。在工厂里经常用真空吸盘来送料,搬运 零件。 (十三)跳进跳出的小球 口对口地平拿着两个玻璃杯,两个杯子的距离不能太大。在一个玻璃杯 里,放一只乒乓球,用嘴往这两个玻璃杯的中间用力吹气,你会发现,吹一 下,球就会从原来的玻璃杯里跳到另一个杯里,再吹一下,球又跳回原来的 玻璃杯中,不断地用力吹气,球就会在两个玻璃杯里不断地跳来跳去。 因为气体的流速越快,它侧面的压力越小,乒乓球就是被你吹出的气流 “吸”得跳来跳去的。 (十四)烟圈炮 找一个硬纸筒,把两个口用牛皮纸封住,牛皮纸要尽量绷紧。在一端的 牛皮纸当中剪一个直径约1厘米左右的圆孔。这个纸筒就算是炮身。要放烟 圈,就得要有烟,这只得请一位会抽烟的人从小圆孔中吹进几口浓烟。把炮 放平,用手指一下一下地弹纸筒的底面,就会看见一个个美丽的烟圈从圆孔 里飞出来。即使没有烟,用同样的方法弹筒底,也能产生看不见的气浪。如 果炮口对得很准,一个气浪就能把十几厘米远的蜡烛火焰扑灭。 因为弹击筒底时,纸筒里的空气受到压缩就从小孔中喷出,形成一个气 浪,这种气浪的速度和力量都比较大,足以把烛焰扑灭。 (十五)薄膜气压计 找一只大口瓶,把废气球薄膜绷在瓶口上,并用橡皮筋或绳子扎住。用 薄纸卷一个细长的管子 (冷饮吸管就可以),在薄膜上滴一滴胶水,把管子 横粘在膜上,这就是气压计的指针。 在瓶子中间绕一铁丝,铁丝伸出的部分弯成竖直向上的形状,在上面粘 一张白色硬纸,用笔在纸上标上刻度,使指针指向初始位置。 天气变化时,你会发现,指针的位置也会变化。这是因为气压变低时, 瓶内空气膨胀,使薄膜向上鼓起,指针便向下;相反,气压升高时,把薄膜 压下而使指针向上。 (十六)哪个先落地? 找两张报纸,把其中一张揉成一团拿在左手,另一张保持原样拿在右手, 然后一齐举过头顶,并同时放手。这时你可以看到揉成团的报纸很快地落到 地上,而平展的报纸慢慢地飘落下来。 空气对运动着的物体有阻力,物体的面积越大,受到空气的阻力越大, 所以平展的报纸比揉成团的报纸下落得慢。汽车、火车、飞机的外形都做成 流线型,目的也就是减小空气阻力。 (十七)注射器提物 找一只大注射,在推柄上挂一把水果刀。把注射器的内管推到底,一只 手拿住注射器,另一只手紧紧按住小管口。轻轻拿起注射器,使推柄朝下, 这时小刀就被提起来了。由于手指按住了进气口,注射器内几乎呈现真空, 在大气压力的作用下,注射器内管就能把重物提起。 (十八)喷雾器 把一根塑料管的中部用火拷软后拉细,在最细处剪断,成为两根滴管形 状的管子。其中一根细的一头朝上,竖直放在盛水的杯子里;另一根平拿着, 把细口对着杯子里那一根细口用力吹气,你将看到杯子里的水雾从竖直的管 子冒出来,并被强烈的气流吹成雾状。 从平拿的管子吹出强烈的气流时,直立管子的细口处气压变小,杯子里 的水受到大气压力的作用而上升,当水升到顶端时,恰好被强烈的气流冲击 成雾状。 家用灭蚊蝇的喷雾器,工业上常用的喷漆枪等,都是用这个原理制造的。 (十九)冲不走的小球 拿一只乒乓球,放在水龙头下边的地面上。打开水龙头,让水形成一股 均匀的细流;调节小球位置,使它正好处在水柱正中。这时候,球不会被冲 走,只在原地滚动。这是因为水流使附近空气的流动速度加快,根据伯努利 定理,气流加速,空气的压力就会减弱。这样,它周围的空气压力相对比较 大。大气压力把乒乓球推向压力较小的水流区域,所以小球就在原地滚动。 (二十)土豆气枪 把薄壁管子插进一块生土豆片里,土豆就会嵌进管子的一头,把管子堵 住。用同样的方法把管子的另一头也堵住,这就成了一支土豆气枪。用木棍 或铅笔把一头的土豆慢慢地往管子里推。注意,这时一定要推得准确,要敏 捷。预备——射击! “啪”的一声,另一块土豆就像子弹一样向目标射去。 因为管子两端的土豆片把管里的空气密封起来了,当一块土豆被快速推 向另一端时,管里会产生较大的气压,把另一端的土豆射出去。 其实不用土豆,用浸湿的废报纸团代替土豆,也可以玩这种游戏。 (二十一)沸腾的冷水 准备大半杯水,用一块湿手帕覆盖在杯子上,在手帕中央按一个凹坑。 用右手掌使劲压杯口,把杯子里的空气挤出一点,接着把杯子连同手帕一起 压住,并翻个身,使杯底朝上。稍稍放松压住杯口的手,就会有水泡不停地 向上冒,看起来杯中的水好像开了似的。 这是因为用手掌压杯口的时候,挤出了杯里的一点空气;当把杯子倒过 来的时候,杯内的气压小大气压力,杯子周围的空气通过湿手帕的间隙钻进 杯内,你就会看到气泡不断从水底下冒上来。 (二十二)手指阀门 找一个有盖的铁皮罐,要求盖上盖子后不漏气。在罐子底部用钉子扎三 个小孔,在盖子上扎一个小孔。然后把整个罐子浸入水中,等水充满罐子后, 用食指按住盖上的小孔,把罐子从手中拿出来。这时候,罐子里一点水也流 不出来。松开食指,三股细水就从罐底流出来;手指重新按住盖上的小孔, 水又不流了。 盖上的小孔没有堵住的时候,罐子上下水面受大气压力是大小是一样 的。罐子里的水因重力作用从底下三个小孔流出。堵住盖上的小孔,这时候 空气无法进入罐内,罐子上方水面不受大气压力影响,而罐子下方大气压力 超过了罐内水的重力,所以罐内的水就流不出来了。 (二十三)气球提杯 用一只气球,可以把两只茶杯一块儿提起来。你来试试:把两只茶杯紧 紧挤住气球,然后轻轻地往气球里吹气,当气球吹得很大时,松开按住茶杯 的手,茶杯不会掉下来,这样,就可以把两只茶杯一块提起来了。 为什么茶杯会紧靠在气球上不掉下来呢?因为气球还比较小的时候,直 径比较小,气球占据杯中空间比较多;气球吹气变大的时候,占据杯中的空 间小,杯中的空气体积增大,杯中的压力就低于大气压。是大气压力把茶杯 压紧在气球上。 (二十四)气垫 找一块直径约五六厘米的光滑的圆木块,在它的中心打一个孔,塞进一 根空心的小竹管,使竹管不能在小孔里转动,竹管的头部不要在木块的底上 露出。在木块上面小孔与竹管的接缝处涂上胶水。再取一根较长的细皮管, 一头紧紧套在细竹管上,另一头通过一个一头细一头粗的过渡接头与打气筒 相连。把木块放在平整光滑的玻璃板上,在玻璃板的一头垫上几本书,用力 打气,木块会顺着玻璃板滑下去。如果一边打气,一边用手指弹一下平放在 玻璃板上的木块,木块也会轻松地 “飞”到玻璃板的另一头。 这是由于打气时,受压的空气经皮管从小竹管喷出,在这股空气压力下, 木块被顶起,木块和玻璃板之间存在一层薄薄的空气。因为空气的摩擦阻力 极小,所以木块稍微倾斜,就能移动,稍推一下也能移动。现在的气垫船就 是运用这个道理制成的,不过,它前进时可不是用人推,而是像飞机那样, 用螺旋桨推动。 (二十五)牛顿摇篮 做一个牛顿摇篮需要: 一个鞋盒, 五个有穿孔的玻璃球或钢球, 二支铅笔,线厘米长的线,每根线中间缚上一小段火柴梗。把线的两头同时 穿过玻璃球的孔,使玻璃球紧靠火柴梗,并且把两根线在玻璃球上面打个结, 这样,就把玻璃球固定在火柴梗和线结之间。 把五个球的各两根线,分别系在两支铅笔上,使每支铅笔上的五根线互 相平行,球与球之间刚好互相接触。为了使线固定在一定的位置上,在铅笔 上系线的地方,用小刀刻一个小缺口,然后再把线系在缺口中间。 把鞋盒切成两半,在两边相同位置各剪两个缺口,两个缺口相距 10厘 米,把两支铅笔架在纸盒的缺口上。这就是 “牛顿摇篮”。 如果把任何一边的第一个球向外拉起,放手让它自由地摆回,你就能看 到一个奇怪的现象:当这个球撞击到和它相邻的那个球时,它一动也不动了, 而另外一边的第一个球却弹了出去。当那个球摆回时,这一边的第一个球又 弹出去。于是,这排球的两个边球一来一往地轮流弹起来,摆动越来越小, 最后停止下来。 在这个装置中,中间的三个球始终不动,好像没有用似的。其实它们是 传递力的。第一个球摇摆回来产生的力,通过它们一个一个往边上传,由于 最边的球是自由的,所以就弹了出去。 弹球、克郎棋等许多游戏都是利用这个原理。你还可以试试,把两边的 边球同时拉起来,放手后,会发生怎样的情形?把一边的一、二两个球一起 拉起来,让它们摆回去,又是怎样的情形呢? (二十六)枕头怎么使转椅转动? 请你坐在转椅上,用最大的力量抛出一只枕头。枕头向前抛,你的身体 就会向后退,转椅就会转起来。枕头越重,抛出时用的力越大,转椅旋转得 也越快。 这是因为你用力向前抛枕头时,枕头也产生一个力,向你反推过来。这 就是牛顿第三定律:作用力与反作用力方向相反,大小相等。火箭在太空飞 行,也是因为它飞行时不断喷出大量气体,强大的气流的反作用力推动火箭 向前运动。 (二十七)轻物提重物 用一根牢固的绳子,穿过约 20厘米的管子,一端系上一个比较轻的物 体,另一端系上一个比较重的物体。用左手托住重物,右手竖直握住管子, 同时,使轻的物体连细绳一起,沿水平方向旋转起来,并逐渐增加旋转速度, 这时候,松开左手,重物不仅不往下坠,反而会渐渐上升。 物体作圆周运动,需要向心力,重物对绳子的拉力提供了向心力。轻物 转得越快,需要的向心力越大,旋转半径也越大,就有足够的力量提拉起重 物了。 (二十八)地球是圆的吗? 准备一个玩具电动机,一根细铁丝。用一段塑料套管把电动机的轴和铁 丝对接上。另外用一条30厘米长,1.5厘米宽的厚纸条粘成一个圈。使铁丝 穿过纸圈,并且通过圆心。把纸上端与铁丝固定牢,纸圈上端的小孔要比铁 丝直径略大些。纸圈静止时,保持圆形,电动机一转动,纸圈跟着旋转起来, 这时候可以明显地看到纸圈变成椭圆了,转得越快,纸圈就变得越扁。 我们居住的地球,经过几十亿年不停地自转,形成了现在这样一个略呈 椭圆形的星球。 (二十九)巧取硬币 在一张铺有台布的桌子上,倒扣一只玻璃杯,杯的边缘用两枚平放的五分硬 币垫起来,杯子中间放一枚一分硬币。你能够既不触到玻璃杯,又不触到五 分硬币,把那枚一分的硬币从玻璃杯下面取出来吗? 用手指甲在靠近杯口处向你自己的方向刮桌布,注意那硬币,它会缓慢 地向你 “爬”来,不一会儿就从杯口底下顺顺当当地“爬”出来了。 这是由于你每刮一次台布,就把台布向前拉一点,硬币也就向前移动一 点。手指抬起时,台布的弹性使台布很快缩回去,由于惯性作用,硬币却停 留在移动后的地方。这样多次刮动台布,硬币就 “爬”出来了。 (三十)纸条比木条结实 用牛皮纸做两个圆环,取一根干燥的细木条,在它两端各用一个纸环套 住。把纸环固定在支架上,让纸环把木条水平吊起。如果用粗金属棒或木棒 压木条中部,逐渐用力,纸环断,木条完好。如果用金属棒对准木条中心位 置,猛击一下,那会发生什么情况呢?也许纸环没有断,倒是细木条断了。 难道绘会比木条结实?不是的。是物体的惯性在起作用。当打击的力量 作用在细木条上时,由于一瞬间细木条不能立刻运动起来,还来不及把你打 击它的力传递给纸环,细木条上被打击的地方,却因经受不住这样大的力而 已经先断掉了。 (三十一)哪根线先断? 用两根强度相同的约30厘米长的细线,各系一个秤锤或其他重物。秤锤 的重量应当是用细线把它提起来的时候,细线不致被拉断。 先把一个秤锤挂起来,用手掌托着第二个秤锤,小心地把它挂在第一个 秤锤直,然后,把手移开。这时候,哪一根线先断呢?如果手慢慢地向下移 开,这样是上面的线先断,因为上面的线要承受两个秤锤的重量。如果手迅 速地向下移开,下面秤锤上的线被猛地向下一拉,就受到比秤锤重量还大的 力,而上面的秤锤由于惯性作用,在瞬时间内还处于静止状态,所以在这种 情况下,上面的线没有断,倒是下面的线先断了。 (三十二)沙袋为什么能阻挡枪弹 先做一个实验。找一根30厘米长的玻璃管或金属管(直径约1.5厘米), 一根可以插入管子的略为长一些的实心棒。 再拿一张包书纸叠成几层,包住管子的一端,并用橡皮筋捆紧。然后把 盐倒入管子里约8厘米高。好了,你一手拿住管子,另一手拿住实心棒,用 力戳管子里的盐。任凭你用多大的力气也不能把纸盖戳穿。 秘密在哪里呢?因为实心棒戳向盐的力传到许多盐颗粒上,转变成沿各 个方向传递的许多分力,真正作用到纸盖上的力就减少了。 沙袋能有效地阻挡子弹,道理就在这里。 (三十三)巧断铁丝 你想用一个手指弄断0.5毫米粗的铁丝吗? 取两根长约 15厘米的木条,中间用铰链连接。在木条两端钉上两只钉 子,并用金属片挡在木条的两端。把细铁丝绕紧在钉子上,绕过金属片绕到 另一端的钉子上,同样绕紧,并使两根木条成 150°夹角。这时,只要用一 个手指在人字形木条的中间处往下一按,铁丝就能被绷断。 如果两根木条的夹角很大 (接近175°左右),根据力可以分解与合成 的原理,在两根木条交接处施加一个垂直向下的力,就可以使细铁丝受到比 这个力大六七倍的力,从而使细铁丝绷断。 (三十四)单手锁千斤 找两根1米长的结实竹竿或木棒,请两个身强力壮的成年人用双手把竹 竿平衡拿住。把绳的一端在竹竿的一头打结,然后来回穿绕二三次。这时你 单手握住绳子多余的部分用力拉,你很容易使两根竹竿靠拢,但成年人无论 如何不能使两根竹竿分开。 把绳子绕在竹竿上,相当一个由动滑轮和定滑轮组成的滑轮组,所以你 用单手的力量就能抵挡住两个成年人的力量。 由动滑轮和定滑轮组成的滑轮组可以省力,它常用于起重机以及轮船救 生艇的升降装置等。 (三十五)拉不直的绳子 取一根一米多长的绳子,系在一本书的中间,绳子的两端在两手上各绕 几圈,然后尽力把绳子拉直。不管你的力气有多大,绳子总是拉不直。 为什么呢?因为两边绳子中间的夹角越大,为了克服书本的重量,用手 拉绳子的力也必须越大。当绳子接近水平状态的时候,它受到的力大到足以 使绳子断掉 (如果你有那么大力气的话)。两根电线杆之间的电线为什么总 有些下垂呢?原因之一就是把它拉得太紧,就会由于它本身的重量而被拉 断。 (三十六)难舍难分 找两本比较厚的书,把它们的书面对页对插起来,对插的书页越多越好。 然后请一位同学用双手抓住一本书,你也用双手抓住另一本书。现在你们用 力拉吧,你们会发现,这两本书很难被拉开。 这是由于书页与书页之间存在着摩擦力,虽然这种摩擦力并不大,但是 由于对插起来的书页很多,这些书页之间存在的摩擦力加起来就形成了一个 非常大的力了。 (三十七)筋斗大王 找几个大小不同的钢珠和几张包香烟的铝箔纸。先把铝箔纸放在水中浸 泡片刻,用手搓掉铝箔后面的衬纸。把铝箔剪成长方形,按钢珠大小卷成圆 筒,把两头捏紧,使里面的钢珠不会掉出来,然后放在纸盒中摇动一二十下, 圆棍的两头就成了圆的了。这时把它们放在粗糙的斜面上,它们就会不断地 向下翻筋斗。有几个大小不同的 “筋斗王”一起翻筋斗,更是有趣。 因为钢珠和铝箔的摩擦力很小,而铝箔和粗糙斜面的摩擦力较大, “筋 斗大王”从高处向下翻滚的时候,钢珠在铝箔壳内由高处迅速落到低端,和 铝箔外壳一起滚动半圈后,钢珠又处在高处,所以就不断地翻起筋斗来了。 (三十八)跌倒比赛 把两把长度不同的尺子并排竖起,扶好,然后同时放后,你猜哪把尺子 先跌倒?结果总是短的尺子先倒在桌了。 尺子跌倒的快慢实际上是由它的重心的高度决定的。对于截然相同或相 似的物体来说,物体越高,该物体的重心也越高,跌倒的过程也越长。为什 么小孩总比大人容易跌倒?道理就在于大人的重心高,跌倒的过程较长,这 就有充足的时间使自己站稳。 (三十九)奇怪的漏斗 用胶布或胶带把两个漏斗的大口相对粘住。做一个硬纸“桥”,要求“桥” 的中间高于两端,但高低之差要小于漏斗大口的半径。 “桥”中间最高处的 宽处要小于漏斗两个颈部之间的距离。 把这对漏斗放在 “桥”的一头,它会滚向“桥”的顶部。 对 “桥”来说,漏斗好像是在向上滚动。实际上,漏培对桌面来说,它 的重心是向下降。 (四十)傅科摆 用一个照相三脚架,或用本根细竹竿做个三脚架,在中点处用线挂一个 重物作摆,并把三脚架放在一个有边的大盘上。先在盘上画一条通过圆心的 直线,并使摆沿着这条直线摆动起来。然后,把盘子绕它的中心点慢慢地转 动开来,模拟地球的旋转。你会发现,当你旋转圆盘时,摆的摆动平面不变。 很早以前,人们认为地球是不动的。后来法国科学家傅科通过对摆的长 期观察研究,发现摆动平面是不变的。摆在大厅里改变摆动平面,他认为是 由于地球在不停地自转造成的。傅科摆证明了地球在自动。在纬度40度的城 方,傅科摆每小时旋转大约10度,大约36小时旋转一周。三、热学 (一)热气球 热气球是实用飞行器的一种,我们自己动手制作的小热气球也会升上天 空。 需要的材料和工具有:全开两张薄纸、铁丝、竹条、棉花、酒精或煤油、 剪刀、胶水或浆糊。 制作方法如下: 将两张全开纸顺长边对折,将另外两张全开纸平放在折纸的上下,沿长 边粘贴四个边条 (图1),斜向收粘上口和下口 (图2),由于粘成的纸气球 较大,所以要用折叠平放办法去制作。作成后比着下口大小,弯一个大竹圈, 在竹圈中横拴一根铁丝,在铁丝中部用铁丝拴一块棉球或破布,在底圈上拴 三条小线,收拢后再拴一条长线,以便在气球升空后拉住球体,使球不能带 着火种任意飘飞 (图3)。放飞时在棉球上浸酒精或煤油,由两人托举纸球, 一人在球下点火,当火焰将纸球中的空气烤热后,气球便会缓缓升上天空。 另一种放飞办法是在气球的底圈上不拴火种,只用炉火把气球内的空气烤热 后放飞上空,这样作没有危险,球内空气冷却后会自动落回来。 热空气比普通空气轻,球体内热外冷就能上升,但制作热气球时球体不 可制作得很小,只能做大些,热空气容量体积越大越容易飘上去,而且在空 中停留的时间会长些。 (二)棉花糖 一小勺白糖加工以后变成一大团 “棉花”,虽然味道并没有太大改变, 但是小孩都喜欢边吃边玩。你知道棉花糖是怎么加工成的吗?假如用一小勺 盐,你能不能加工出 “棉花盐”? 把一小勺白糖一边加热融化,一边放在一个转动的离心机上,于是成为 粘液状的糖液被甩了出去,然而甩出去的糖液又在空气中冷却,形成了细细 的糖丝。因此,一小勺糖可以加工成一大团棉花糖。 由于糖随温度变化时,它的状态变化很复杂,必须在一定的温度范围才 能形成粘性最大的状态,如果超过这个温度,糖就会焦化。也就是说,糖是 一种非晶体物质,它没有固定的熔点。 因为盐与糖不同,盐是晶体物质,它有固定的熔点,低于这个温度是固 态,高于这个温度是液态,所以它不可能甩出丝来,至多只能甩出细细的盐 花来。 (三)水结冻时膨胀 水结冻时,它占据的体积 (空间)比它在流动状态时要大一些。做一个 简单的实验便能证明这一点。实验在寒冷的冬夜或是用冰箱来进行。 取一个带螺旋盖的空瓶,用水装得满满的,然后旋紧盖子。假如气温在 零度以下,睡觉前将它放在门外无遮盖的地方。如果气温高,就只好装在纸 盒内,一起放在冰箱中,但是要使瓶子立稳。 瓶中的水变成冰时,情况怎样呢?因为冰比水需要更多空间,而从螺旋 盖处找不到出路,于是瓶子便会破裂。 做另一次实验时,用一只塑料杯来代替空瓶子,水一直装到杯口处。将 杯子放在冰箱内让水有充足的时间冻结为固体。你会看到冰面比杯口要高得 多。 (四)热水怎样向上升 有些楼上的住宅有热水供应,而加热水的热源又在楼下,热水是怎样上 楼的,你感到奇怪吗? 原因是热水要向上升——这正是工程师们和管道工们所要利用的原理。 做一个简单的实验便能充分说明问题。 在一只牛奶瓶中装冷水,用方形的硬纸板盖上。第二个牛奶瓶中装热水, 并先在热水中加些墨水。两个瓶子的水都须装满。 小心地把装冷水的瓶子倒转来,压住放在瓶口的硬纸板,当做一个简单 的瓶塞,迅速将它放在装热水的瓶子上。 掌稳瓶子,从中取出硬纸板,注意会出现什么情况。有颜色的热水将上 升进入装冷水的瓶子中,而冷水则往下面的瓶里沉。 (五)膨胀的瓶盖 你曾见过你妈妈在开启罐头盖时多么费劲吗? 你已经知道金属是一种比玻璃好得多的热导体。因此,只要想办法加热 金属盖,使它膨胀得大于瓶口,你就能够打开瓶盖了。 加热金属盖很容易。将罐头瓶倒转头来放在碗里,再向碗里倒入一些热 水就行了。 同样道理,如果你的乒乓球不小心被踩着了,凹进一块,又该怎么办呢? 乒乓球的外壳是用赛璐璐制成的。那是一种易燃物,比空气不易膨胀。 你只要将乒乓球放入热水中,用手按住,令凹面朝下,一会儿功夫,乒乓球 便会完好如初。 你知道这是因为什么吗? 原来,乒乓球内的空气受热膨胀,遇到外壳的阻挡,便拼命向外窜,横 冲直撞,于是凹进去的一面首当其冲,被推了出来。 (六)一个简单的温度计 温度计之所以能测量温度,靠的是流体遇热时膨胀,遇冷时收缩的原理。 大多数温度计利用水银来显示温度。我们用水来做一个简单的温度计。 在瓶中倒一杯水,并将瓶子放入盆中。在软木塞上钻一个孔,将玻管从 中穿过。将软木塞紧紧盖住瓶口,玻管的一端应伸入瓶内水面以下。 接着,将热水淋到瓶子上。这样瓶中的水受热而在玻管中上升。 再向瓶子倾倒冷水,于是水便在你自制的温度计内往下降落。 (七)膨胀比赛 不同物质的膨胀系数是不一样的,这点可以通过下面的实验得到证实。 取三个带有严实的软木塞、大小相同的小瓶子。将软木钻上小孔,玻管 穿孔而过。 在瓶中装入不同的液体,例如水、松节油、酒精等。每个瓶上贴上分辨 标签。 将热水 (不是开水)倒入盆中,并放进三个瓶子。由于瓶中的液体被加 热,它们便膨胀起来,但是膨胀的程度不同。 膨胀液体外溢的唯一通道是玻管。你立刻会看到,哪一种液体在膨胀比 赛中获胜。酒精在玻管中上升的位置比松节油的高,从而表明,在相同温度 下它的膨胀比率要大些。在这三种液体中,水的膨胀比率最小。 用其它液体再做相同的实验,可以得出不同液体的膨胀系数的大小。 (八)热导体 我们常常谈到,某些材料是优良的热导体,另一些材料是不良热导体。 我们这样说,意思是指前者会很容易地吸收热,并且传导开去,而后者则抵 抗热,还竭力将热源禁闭起来。 一支普通蜡烛上的火焰,可以用来为我们做几个简单的实验,目的是看 一看不同类型材料的相对导热能力。 首先,将一根玻棒的一端放在蜡烛火焰上烧。不管你在火焰上烧多久, 你所握住的那一端不会受到另一端的热影响。这是因为玻璃是极端不良的热 导体。 现在用木棒做同样的实验。火焰烧着的那一端会成为木炭,也许在蜡烛 火焰上烧不到几秒钟就可能被烧光。而你握住的木棍的那一端仍然是凉的, 其原因是木材也是一种不良的热导体。 最后,取一节铅丝,将它的一端放在蜡烛火焰上烧。不过,你须作好准 备迅速丢掉这节铅丝,因为在瞬息之间,金属丝会把烛光火焰上的热传导过 来烧灼你的指头。 通过实验证明,玻璃和木材是不良热导体,而金属却是优良的热导体。 这时,或许你能回答下面这样一个问题了: 为什么平底锅和水壶要带木手柄? (九)放在门边的蜡烛 这里介绍一个简单的实验,目的是让你观察空气怎样对流。 在一间有暖气或生了火炉的房间里,热空气总要向上升起,并寻找逃跑 的地方。与此同时,冷空气从低处进入房内,以填充由于上升的热空气所造 成的低压区。 将门打开十多厘米。在微开着的门的上方举起一支点燃的蜡烛。火焰的 方向会表明,有一股气流正从房内流出来。 接着,将蜡烛拿到门开处尽可能低的地方。火焰的闪动方向表明,有一 股冷气流正在流入房中。 最后,将蜡烛放到门缝正中再试一下,等你耐心地看到火焰在这些地方 的某一点上燃烧稳定时,这就表明此处不存在气流。 (十)热戏法 对你的朋友讲,你可以用一节烧着的木棍来接触手帕而不致于把手帕烧 坏。 将硬币直立放在手帕正中,围着硬币把手帕叠起来,用力扭转两端,使 手帕将硬币缠得紧紧的。 然后,将小木棍放在蜡烛火焰上烧,直到木棍烧红。将烧着的木棍端对 准紧贴硬币的手帕用力压去。拿开小木棍,吹掉手帕上残留的炭灰,手帕上 看不到烧过的痕迹。 这是因为金属硬币是一种优良的热导体,它能立即通过手帕将烧着的木 棍端的热带走,其速度之快使得木棍来不及将手帕烧着。 (十一)做一个气动螺旋桨 我们知道,热空气总是向上升的。我们可以利用固定热源 (比如炉子或 点燃的灯)形成的热空气流,来转动一个小巧的涡轮或 “气动螺旋桨”。 先准备好图纸或纸板,将圆规的两脚张开到6厘米,在纸上画一个圆。 再将圆规的两脚调到1.5厘米,在原来的大圆内以同圆心画一个小圆。 小心地将画好的大圆从纸上剪下来,然后按图在圆纸盘上画16条或 18 条等分线。 从大圆边沿等分线向内剪断纸板,但将每根线剪到小圆边时就停剪。 要使剪好的纸板成为涡轮,你还须将剪断的每个纸片朝着同一方向轻微 扭转。 仔细扭好纸片后,将一根针的大头插入软木内,并使 “气动螺旋桨”在 针尖上平衡起来。 先试转一下小涡轮,看看是否转动灵活。随后便可以将已做好的“仪器” 放在热源的上方,比如放在炉子或者点燃的灯上。由于热空气上升,接触到 气动螺旋桨的叶片,便使得涡轮旋转。热量越大,涡轮旋转越快。 (十二)冷热水实验 我们可以用两个相同的量热器,温度计,量筒,本生灯,三脚架,铁丝 网,软木垫 (或其他不良导体)来做一个实验。 首先用量筒量100克水倒入一个量热器中,量50克水倒入另一个量热器 中。 接着将装有100克水的量热器放在离火焰相当远的垫子上,测出冷水的 温度。加热另一个量热器直到水的温度略高于70℃,拿走并熄灭本生灯,搅 拌水,正好冷到70℃,然后将热水倒进冷水中。 ........ 然后充分搅拌,记下热水和冷水混合的最高温度。 最后如果有时间,用相同质量的水在同样温度下重复实验,但当热水略 高于 70℃时倒进放在软木垫上的量热器中冷至 70℃,然后将冷水倒进热水 ....... 中。 . 观察结果 冷水的质量=克=千克 热水的质量=克=千克 冷水的温度=℃ 热水的温度=℃ 混合的温度=(1) (2)平均=℃ 热水的温度降低=℃ 冷水的温度升高=℃ 热水失去的热量=热水的质量×温度的降低×水的比热 冷水得到的热量=冷水的质量×温度的升高×水的比热 问题 1你所得的结果是否足以使你得出下面的结论?热水失去的热量= 冷水得到的热量。 问题2注意热水温度的降低不等于冷水温度的升高,除非热水和冷水的 质量正好____。 问题3指出在步骤2中水混合的温度比在步骤4中水混合的温度低的两 个原因。 (十三)拔水杯 在洗脸盆里盛一点水,拿一只玻璃杯倒扣在水里,杯内杯外的水面分不 出高低,都一样平。现在,采用两个简单办法,就可以使杯内的水面拔高一 截。 拿一块沾过热水的毛巾,裹在玻璃杯上,过一会,就会看到有气泡溢出 水面,等气泡不再外溢,把热毛巾拿走。过一会,杯内的水面就会上升,也 就是被拔高了。 还有一个办法,用瓶子夹着一小团棉花,沾一点酒精,把酒精点燃,用 另一只手倒拿玻璃杯,用点燃的棉球,烘一烘杯内的空气,再迅速地把杯子 倒扣在清水里,杯内的水面也会拔高。 这是什么道理? 原因: 这两种办法都是先把玻璃杯内的空气加热,使杯内空气膨胀密度变小。 这时杯子扣在水中,等到杯子冷却以后,杯内空气的温度降低,杯内空气的 压强减小,在杯外大气压强的作用下,杯内的水就要升高。 (十四)听话的火焰 把一小块铁窗纱放在蜡烛的火焰上。你会马上看到,火焰只在窗纱的网 眼下面摇晃,绝不会透过网眼去。把窗纱抬高一点,或降低一点,火焰总是 被 “压”在窗纱下面。 动手做做这个实验。 实验原理如下: 窗纱是铁的,铁的传热性能很好,放在蜡烛的火焰上,火焰的热很快被 传走,使得窗纱上面的蜡烛蒸气达不到可以燃烧的温度,火就熄灭了。 在电池发明以前,矿工下井挖煤都是点普通的油灯照明,但很容易点燃 坑道中的煤气,发生瓦斯爆炸事故。后来,人们在灯的外面罩一个金属网罩, 照明灯的火焰也就再也不会冒出罩外,不能点燃外面的瓦斯气体。这种灯叫 做安全灯。 (十五)尖嘴钳的功劳 用左手拿着一根不太长的铁丝,将悬空那一端放在酒精灯上烧,一会儿 铁丝就会热得烫手。仍然用左手拿着铁丝,用右手拿尖嘴钳夹住铁丝中部, 再用酒精灯烧铁丝的另一端,铁丝不再烫手了。 想一想,这是什么道理? 再想一想,为什么焊接晶体管的时候,也要使用尖嘴钳或镊子? 原来,尖嘴钳是金属器具,为热的良导体。当铁丝上的热量被尖嘴钳吸 收以后,铁丝就不再烫手。晶体管不耐热,焊接时候,烙铁的高温往往把晶 体管烫坏。用镊子夹住晶体管的引线,镊子吸收了大部分多余的热量,晶体 管就不致被烫坏了。 (十六)辐射实验 找两只完全相同的茶杯来,一只茶杯外面套上黑纸套,另一只外面套上 白纸套。 两只杯子里盛满温度相同的冷水,放在太阳光下晒一两个小时,哪只杯 里的水先热? 把杯里的水倒掉,等杯子的温度相同以后,往杯子里倒满温度相同的热 水,放在通风条件相同的地方,哪只杯里的水先凉? 我们知道,杯内的水是通过传导、对流和辐射三种方式和外界交换热量 的。这两只杯子热的传导和对流不受颜色的影响,完全相同,只有辐射受颜 色深浅的影响,套黑纸的杯子吸收太阳辐射的本领强,杯里的水先热。 黑杯子吸收热辐射的本领强,向外辐射热的本领也一样强,所以当杯里 装热水的时候,热水也先凉。 (十七)冷水热水对抗赛 在两个相同的空罐头盒的底部,各打一个大小相同的小孔,分别放在两 只玻璃杯上。一个罐里放热水,一个罐里放冷水。冷热水的体积一样,同时 往罐中倒,看看哪只罐头盒里的水漏得快?结果总是热水漏得快。 当水温比较低的时候,水分子相互靠得比较紧,运动非常缓慢。水变热 的时候,就加速了分子运动,从而引起分子之间自由滑动,所以热水比冷水 漏得快。原油、蜜糖等粘性液体,温度升高加速了分子运动,就变稀,变得 容易流动。 (十八)“小鱼”吃“大鱼” 在一个小玻璃杯中倒入清水至杯口4毫米处 (把它看作“小鱼”)。用 一根细杆把一团柔软蓬松的棉花 (把它看作“大鱼”)一点一点地放入杯内, 压到杯底。只要细心,可以把一

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