1、 “中国科技馆题” 第 14题 ：在中国科技馆“探索与发现 A厅”，有一个有趣的磁悬浮灯泡，其示意图如下，在磁悬浮灯泡的内部装有一块永磁体，在灯泡上方的展柜中安装有永磁体和一个励磁线圈，先给励磁线圈通电，在控制电路的调节下，永磁体和励磁线圈产生的磁场使灯泡静止悬浮在空中。关于灯泡受力情况，下列说法正确的是： A灯泡受到的磁力方向竖直向下 B灯泡受到的磁力方向竖直向上 C灯泡受到的磁力小于灯泡受到的重力 D灯泡受到的磁力大于灯泡受到的重力 第 38题 ：学校组织学生参观中国科技 馆，同学们在“探索与发现 A 厅”里面看到一个十分有趣的“物体上滚？”实验。实验时，将双圆锥体轻轻放在倾斜轨道的最低端
2、，看到双圆锥体从静止向轨道高处滚去。实验引起了同学们的讨论，小军认为“双圆锥体上滚”是真的，眼见为实；小乐认为：“双圆锥体上滚”是错觉，双圆锥体不可能自动由低处向高处运动。小乐和小军为证明各自的观点，取了两根木条放在水平桌面上，将木条左端垫高，做成一个倾斜轨道，将双圆锥体放在轨道右端，如图甲所示，由静止释放后双圆锥体向轨道高处滚去，双圆锥体最终停在轨道左端，如图乙所示。这个实验成功再现了在科技馆 看到的现象。 请你根据图甲、乙所示的实验，选择适当的器材，通过测量判断小军和小乐谁的观点正确，写出你的测量方法并简要说明。 答案 器材：刻度尺 实验步骤：（ 1）将双锥体放在轨道右端，用刻度尺测量出双
3、锥体锥尖到桌面的距离记为 h1； （ 2）将双锥体放在轨道左端，明刻度尺测量出双锥体锥尖到桌面的距离记为 h2; (3)通过测量发现 h1h2; h1、 h2 为双锥体重心的高度，在左端轨道虽然高，但是双锥体的重心位置其实低，所以双锥体由于受到重力作用，不能由低处向高处运动。所以小军的观点错误，小乐的观点正确。 科技 馆推荐的十件展品 力学篇 1 作用力与反作用力 位置 ：中国科技馆主展厅二楼 A 厅 知识点 ：力的作用效果 原理 ：物理书上说“力是物体对物体的作用”。如果你听起来觉得有点抽象不容易理解，那么请亲手操作和观察这件展品吧。通过现象你会深刻领会“物体间力的作用是相 互的”。 之所以
4、大炮后推撞击摆针，是因为在发射炮弹时，大炮对炮弹施加了向前的作用力，同时，炮弹也会对大炮施加向后的反作用力，迫使大炮后推。那为什么选择射击的力度不同，摆针的摆动幅度也不同呢？这是因为反作用力的大小是和作用力相等的，射击炮弹的力度越大，炮身受到炮弹的反作用力也越大，后退的距离也就越大，使摆针以更大的幅度摆动。 掉？不掉？ 2 影响滑动摩擦力大小的因素 位置 ：中国科技馆主展厅二楼 A 厅 知识点 ：影响滑动摩擦力大小的因素 原理 ：将木棍平放在转动的两轮之上，你可以调节两个转轮的转速与方向。请你亲手探究一下，看看决定木棍是否掉下来的关键因素究竟是什么？ 两个相对滑动的物体间的摩擦力大小，与它们之
5、间的压力、摩擦系数有关。木棍和转轮接触时，摩擦系数是基本不变的，因此摩擦力只受压力影响。木棍对转轮的压力越大，摩擦力就越大。当两个转轮同时向内转动时，上面的木棍不会掉下 来，这是因为，一旦木棍偏向一侧转轮，这一侧的压力就会变大，摩擦力也会相应变大，而摩擦力的方向是指向中央的，这就会迫使木棍回到中央的平衡位置。相反，当两个转轮同时向外转动时，木棍很容易掉下来，这是因为，尽管仍然是木棍偏向哪一侧，那边的摩擦力就会增大，但摩擦力的方向是背离中央的，所以木棍很容易离开平衡位置而掉下来。 33.中国科技馆探索与发现 A 厅有这样一样展品，一根质地均匀的金属杆架在两个可以旋转的光滑程度相同的轮子之间，两轮
6、均向内侧旋转 ,发现金属杆做往复运动。若实验开始时把金属杆水平静止放置在如图 16 所示 位置（ LaLb），图中 O 为金属杆的重心， O1、 O2 分别为两轮和金属杆的接触点，金 属杆与两轮接触点受到向上的支持力分别为 N1 和 N2。（ 3 分） （ 1）若以 O2 为支点，依据杠杆平衡原理可得表达式 N1=_（分别用 G 、 La 和 Lb表示）。同理可得 N2 的表达式。由此可知： N1 N2（选填 “大于 ”、 “小于 ”或 “等于 ”）； （ 2） 当两轮开始转动时金属杆 O1、 O2 处受到摩擦力分别为 f1和 f2，则 f1 f2（选填 “大于 ”、“小于 ”或 “等于 ”）
7、。 3 流体压强（伯努利定律） 位置 ：中国科技馆主展厅二楼 A 厅 知识点 ：流体的压强与流速的关系 原理 ：本展项由两个小展品构成 球吸现象和气流投篮，利用“在气体和液体中，流速越大的位置，压强越小”这个知识点。 18 世纪的瑞士物理学家丹尼尔伯努利发现，理想流体在密封管内流动时，遵循能量总量不变 的规律，即“伯努利定理”。由于流体的能量包括受流动速度影响的动能、受高度位置影响的势能，以及能产生压强的能量，因此，在通常情况下，可以认为流体的流速越快，压强就越小。 空气可以被看作是符合伯努利定律的流体。在“球吸”展项中，当空气在两个小球间快速通过时，两个小球间的空气侧向压强小于周围空气静止区
8、域的压强，所以两个小球会向中间靠拢，好像彼此吸引一样。在“伯努利定律”展项中，空气形成一个流速较快的气柱区域，在这个区域里的侧向压强小于周围空气静止区域的压强，从而将小球牢牢地压在空气柱里。 3 水中沉浮 位置 ：中国科技馆主展厅二楼 A 厅 知识点 ：物体的沉浮条件 原理 ：潜水艇和小鱼在水底是如何实现上浮、悬浮和下沉呢？不同状态下的浮力和重力又是什么关系呢？ 浸在水中的物体会受到水的浮力，浮力大小与物体排开水的重量相等。因此，如果排开的水多，浮力就大，如果大于物体的重力 ，物体就会上浮；反之，浮力小于物体重力时，物体就下沉。鱼在水中靠改变鱼鳔贮存的气体体积实现沉浮。当鱼要浮起来时，鱼鳔充满
9、空气并增大，鱼受到的浮力大于鱼的重量，鱼就会上浮了；反之，排空鱼鳔的空气，可以使鱼下沉。潜水艇的上浮和下沉同鱼的原理相同，但过程不同。潜水艇需要沉入水中时，会在水舱中充水，使潜艇排开水的量减小，从而减小浮力，实现下沉；反之，当潜艇利用压缩空气排掉水舱中的水，就可以增大浮力，实现上浮。 4 独轮车走钢丝 位置 ：中国科技馆主展厅二楼 A 厅 知识点 ：运动杠杆平衡条件解决有关问题 原理 ：独轮车为什么可以平稳地在钢丝上骑行呢？其下方的配重与杆长需要满足什么条件呢？在这里你可以亲自动手探究，利用杠杆原理分析出独轮车保持平衡的秘密。随后请仔细观察该展品旁边的“空中自行车”，估算一下其下方的配重至少要
10、多少公斤才能保证骑行人的安全呢？ 其实，独轮车偶是否会从钢 丝上翻倒，与独轮车下方配重有关。人、车、配重三者构成一个整体，其重心的高低受到配重的大小和位置影响。当位置相同时，配重越重，整体重心越靠下；当配重的重量相同时，位置越靠下，整体重心越靠下。如果重心处于支点下方，三者会保持稳定，一旦车身歪斜，支点下方会产生一个回复力矩，使车身回到竖直位置。反之，如果重心位于支点上放，当车身歪斜时，重心产生的力矩会使这个歪斜进一步加剧，从而使独轮车翻倒。 电学和热学篇 5 电磁波大家族 位置 中国科技馆主展厅二楼 A 厅 知识点 电磁波可以进行信息传递 原理 根据英国科学家麦克斯韦的电磁场理论，当变化的电
11、场产生变化的磁场，变化的磁场再产生变化的电场，交替变化的电场和磁场就会形成电磁波，并在空间中以光速传播。赫兹通过实验证明了麦克斯韦的理论。 现实生活中，我们会接触的各种形式的电磁波，它们按照频率的不同可以被分成不 同类型。频率最低、波长最长的是无线电波，广泛用于广播、通讯等领域，其后依次是微波、红外线、可见光、紫外线、 X 射线和射线。它们的性质、功用各不相同，在科研、工程、医疗等多个领域发挥作用。 6 电磁感应摆 位置 中国科技馆主展厅二楼 A 厅 知识点 电磁感应现象、磁场对通电导体的作用力 原理 闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应。这
12、个展品涉及电磁感应的几个基本规律：右手定则、楞次定律、安培力等。整个展项分三个互动部分：单摆式感应摆、半圆形感应摆 1、半圆形感应摆 2。 单摆式感应摆：两端的金属线圈是连通的且分别穿过两个马蹄形磁铁。当你使右侧线圈摆动起来之后，会发现左侧线圈也在摆动。这是由于磁铁末端的磁场分布是不均匀的，右侧线圈的往复摆动会引起穿过线圈的磁通量变化，从而发生产生感应电流。电流传至左侧线圈，左 侧线圈位于磁场之中，所以左侧线圈会受到安培力的作用而发生偏移。由于电流的周期变化，安培力将周期变化，最终左侧线圈的偏移也将带有周期性，形成摆动。扳动闸刀开关使两只单摆反接，并再次使右侧任意线圈摆动，此时左侧线圈的摆动情
13、况刚好与前一次相反。 半圆形感应摆 1：半圆形摆的中央固定一块强磁铁。展台上固定有一个线圈，摆静止时磁铁正好位于线圈的中心位置。按下按钮“启动”给线圈通电，此时由于电磁感应，磁铁会带动半圆形摆上下摆动。之后，按下按钮“短路”改变线圈中的电流情况，摆动会戛然而止。 半圆形感应摆 2：用手拨动 半圆形摆，使它上下摆动，在摆动过程中磁铁从固定在台面上的线圈中往返穿过，从而使线圈中产生感应电流，此时可看到与线圈连接的电流表的指针会左右摆动。 7 伸缩的线圈 位置 中国科技馆主展厅二楼 A 厅 知识点 磁体和磁极、电流的磁场 原理 当导体中有电流时， 导体周围会产生磁场。对于螺旋线圈形成的导体，可以借助
14、右手螺旋定则来判断电流产生的磁场方向。当螺旋线圈中通电，磁场会使周围的小磁针转向相应的方向。同时，螺旋线圈的每一匝产生的磁场的 S 极，都与相邻线圈的 N 极相对，而 N 极则与相邻线圈的 S 极相对，从而使螺旋线圈每一匝之间都产生吸引力，如果螺旋线圈不是刚性固定的，各匝在通电后就会在引力作用下收缩在一起。 32 （ 2 分） 如图 19 甲所示，将一对用软磁性材料制成的弹性舌簧密封于玻璃管中，舌簧端面互叠，但留有间隙，就制成了一种磁控元件 干簧管，以实现自动控制。某同学自制了一个线圈，将它套在干簧管上，制成一个干簧继电器，用来控制灯泡的亮灭，如图 19 乙所示为工作原理图。与干簧继电器在工作
15、中所利用的电磁现象无关的是 A磁化 B电流的磁效应 C磁极间的相互作用 D磁场对电流的作用 8 汽车发动机 位置 中国科技馆主展厅三楼 D 厅 知识点 四冲程内燃机的工作原理 舌簧 干簧管 220V S E L 图 19 甲 乙 原理 目前汽车最常用的动力来源是汽油。发动机的工作包括四个冲程：一、进气阀打开，活塞向下移动使气缸吸入汽油和空气的混合物；二、阀门关闭，活塞向上移动，将汽油和空气混合物压缩；三、火花塞点火，引燃汽油，爆炸使活塞再次向下运动，并带动车轮做功；四、排气阀打开，活塞再次向上移动，推动汽油燃烧爆炸后的尾气从排气管排出。四个冲程循环接替，使发动机源源不断地对外做功，带动汽车前进。 9 液氮表演 位置 中国科技馆主展厅四楼 A 厅 知识点 汽化和液化、升华 和凝华 原理 液氮是氮的液态形式。氮气在 -173 摄氏度时会液化，形成液氮。可以利用液氮的温度低、气化迅速的性质完成一些有趣的实验和应用。一些材料，如橡胶等，在液氮低温下会失去弹性，变硬变脆，很容易折断，纸张、玫瑰花等也会变得易碎，而钇钡铜氧等材料在液氮的低温下则 会进入超导态，电阻完全消失，并可以悬浮在磁场中。
