探索性实验(二)

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1、探索性实验（二）山东交通学院物理实验中心孙海波2014年10月大学物理实验（2）1探索性实验二内容龙卷风科里奥利力回转仪演示多普勒效应角动量守恒演示角速度矢量合成机翼压差实验风洞实验电磁阻尼摆纳米磁液辉光球热磁轮演示巴克豪森效应演示窥视无穷梦幻时钟光线传像束透射光栅变换画互补色图像同自己握手你我换脸会飞的碗2探索性实验要求课前预习：通过图书馆和网络资源了解演示实验内容。课堂要求：对每个演示实验现象都应认真观察，切记老师讲解的注意事项，严禁破环仪器。实验报告书写要求：（1）自己选择感兴趣的实验，深入理解其原理，进行

2、实验分析，解答思考题，可以通过上网查找资料和视频。（2）尽可能多的查找相关的实验和应用，进行总结分析比较，报告中要指出资料的出处。写出自己实验体会。（3）实验报告请撰写到原始数据纸上，内容不要过于简单，要求4页纸以上。3（1）龙卷风4（1）龙卷风5（1）龙卷风6（1）龙卷风7【实验目的】1、了解龙卷风自然灾害现象。2、学习空气动力学知识。3、探究龙卷风产生的原因。【实验仪器】（1）龙卷风8【实验原理】龙卷风实际上是一种小范围的剧烈旋转的空气涡流。在地面或者水面，由于太阳强烈照射而剧烈升温，空气受热膨胀，密度变得比

3、上方的空气小，从而向上升。上升时绝热冷却，在降温或水蒸气自动凝结的外部条件下，促使高湿度空气的水分子凝聚，空气的压强会急剧下降，形成了相对于周围空间的大气负压，这时，周围的空气就会立刻进行补充。由于负压往往是从低温度的高空开始形成的，因而也就形成了自下而上，且周围向中心旋转的空气大漩涡，这就是龙卷风。（1）龙卷风9【实验原理】在地球自转产生的科里奥利力的作用下，北半球的龙卷风是逆时针方向旋转，南半球的是顺时针方向转转。龙卷风的形成需要三个条件：湿润的空气，在不稳定的空气中形成塔雨云，高空风必须与低空风方向相反。三

4、个条件满足后，产生切变。将上升的空气移走，可能形成龙卷风。（1）龙卷风10【实验内容】在雾化器里里加入适量的水。将电源线接好，打开开关。仪器上面的排气扇开始排气，立柱的风扇工作，立柱上的小孔有气流排出。试验结束后，把雾化器里的水倒掉。（1）龙卷风11【注意事项】时间长了要注意定时注水，保持水位，以观察口能看到最低水面为准；实验结束后，要清理干净雾化器里的水，否则时间一长，里面的水会结垢，影响水雾的发生量。注意经常通风，以防止其他物品受潮。如果需要移动，不要提起四根支撑柱，可以横向拉动。（1）龙卷风12【思考题】这

5、里产生的龙卷风与自然界的龙卷风有什么不同？为什么风扇停止时龙卷风就整个塌陷？你看过龙卷风吗？龙卷风有哪些危害，总结归纳一下。赤道不会出现龙卷风吗？（1）龙卷风13【实验目的】利用演示仪演示科里奥利力的存在【实验仪器】（2）科里奥利力（Coriolisforce）演示14（2）科里奥利力（Coriolisforce）演示【实验原理】科里奥利力是对旋转体系中进行直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述。科里奥利力来自于物体运动所具有的惯性。在旋转体系中进行直线运动的质点，由于惯性，有沿着原有

6、运动方向继续运动的趋势，但是由于体系本身是旋转的，在经历了一段时间的运动之后，体系中质点的位置会有所变化，而它原有的运动趋势的方向，如果以旋转体系的视角去观察，就会发生一定程度的偏离。15（2）科里奥利力（Coriolisforce）演示【实验原理】当一个质点相对于惯性系做直线运动时，相对于旋转体系，其轨迹是一条曲线。立足于旋转体系，我们认为有一个力驱使质点运动轨迹形成曲线，这个力就是科里奥利力。从物理学的角度考虑，科里奥利力与离心力一样，都不是在惯性系中真实存在的力，而是惯性作用在非惯性系内的体现，同时也是在惯

7、性参考系中引入的惯性力，方便计算。16（2）科里奥利力（Coriolisforce）演示【实验原理】当小球在一作转动的圆盘上运动时，以盘为参照系，会受到惯性力。其中一部分是与小球的相对速度有关的横向惯性力称为科里奥利力，其表达式为：17（2）科里奥利力（Coriolisforce）演示【实验现象】科里奥利力视频演示1科里奥利力视频演示218（2）科里奥利力（Coriolisforce）演示【实验拓展】人们利用科里奥利力的原理设计了一些仪器进行测量和运动控制。质量流量计让被测量的流体通过一个转动或者振动中的测量管，

8、流体在管道中的流动相当于直线运动，测量管的转动或振动会产生一个角速度，由于转动或振动是受到外加电磁场驱动的，有着固定的频率，因而流体在管道中受到的科里奥利力仅与其质量和运动速度有关，而质量和运动速度即流速的乘积就是需要测量的质量流量，因而通过测量流体在管道中受到的科里奥利力，便可以测量其质量流量。19（2）科里奥利力（Coriolisforce）演示20（2）科里奥利力（