五一小长假中国科技馆中的物理知识
中国科技馆很用心地从几百件展品中挑选了与中考知识点贴近的展品向同学们推出，并附上相关的科学原理，希望对正在冲刺阶段的同学们能有所帮助。...
为了帮助同学们更好地掌握物理知识来备战中考，中国科技馆很用心地从几百件展品中挑选了与中考知识点贴近的展品向同学们推出，并附上相关的科学原理，希望对正在冲刺阶段的同学们能有所帮助。
1.作用力与反作用力
位置：中国科技馆主展厅二楼A厅
展品简介与原理：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”这个知识点。
发射炮弹，大炮会后退并撞击摆针。之所以大炮会后退，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，迫使大炮后退。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。
2.掉？不掉？
位置：中国科技馆主展厅二楼A厅
展品简介与原理：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？试着用你在课堂所学到的关于摩擦力的知识来解释这些现象吧！
两个相对滑动的物体间的摩擦力大小，与它们之间的压力、摩擦系数有关。木棍和转轮接触时，摩擦系数是基本不变的，因此摩擦力只与压力有关。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，上面的木棍会在两轮之间左右往复运动而不会掉下来，这是因为：一旦木棍偏向某一侧转轮，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两轮中间的，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，但此时摩擦力的方向是指向两轮外侧的，所以木棍很容易离开平衡位置而掉下来。
3.伯努利定律
位置：中国科技馆主展厅二楼A厅
展品简介与原理：本展项由两个小展品构成——球吸现象和气流投篮。
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“伯努利定律”。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“气流投篮”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，以顺利完成投篮动作。
4.水中沉浮
位置：中国科技馆主展厅二楼A厅
展品简介与原理：潜艇和小鱼在水底如何实现上浮、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，如果浮力大于物体的重力，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。潜艇的上浮和下沉同鱼的原理相似，但过程不同。潜艇需要沉入水中时，会在水舱中充水，使潜艇自重增大，实现下沉；反之，当潜艇利用压缩空气排掉水舱中的水，就可以减小自重，实现上浮。
5.独轮车走钢丝
位置：中国科技馆主展厅二楼A厅
展品简介与原理：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多少公斤才能保证骑行人的安全呢？
其实，人、车、配重三者构成一个杠杆，车轮与钢丝绳的接触位置可以被看作杠杆的支点，支点上方的人、车，以及支点下方的配重，分别可以被看作杠杆的两端。当车发生倾斜时，支点上方的力矩倾向于使倾斜加剧，支点下方的力矩倾向于使车身回到平衡位置。配重的高度和重量，决定了支点下方能产生的最大力矩。如果支点下方的力矩足够大，一旦车身歪斜，下方的力矩就会使车身回到竖直位置；反之，如果配重不够重，或者配重位置不够低，一旦车身歪斜，支点上方的力矩会使车身的歪斜加剧，从而使独轮车倾倒。
6.电磁波大家族
位置：中国科技馆主展厅二楼A厅
展品简介：电磁波是一个庞大的家族，不同频率的电磁波都有哪些特性和用处？这件展品会告诉你具体的答案。
根据英国科学家麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场产生变化的磁场，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，其后依次是红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。它们的性质、功用各不相同，在科研、工程、军事、医疗等多个领域发挥作用。
7.电磁感应摆
位置：中国科技馆主展厅二楼A厅
展品简介：闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中就会产生感应电流，这种现象叫电磁感应。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：两端的金属线圈是通过导线互相连通的且分别放置于两个马蹄形磁铁的南北磁极之间。当你拨动右侧线圈进行前后摆动时，会发现左侧线圈竟然如魔术般自己也开始前后摆动起来。这是由于右侧金属线圈在磁场中做切割磁感线运动时，由于电磁感应，右侧金属线圈中会产生感应电流（这就是发电机的原理，将机械能转化为电能）。电流通过导线传至左侧线圈，由于左侧线圈也位于磁场之间，而磁场对通电导线有力的作用，因此左侧线圈也会自己摆动起来（这就是电动机的原理，将电能转化为机械能）。
请注意观察两只线圈的摆动方向是否同步。扳动闸刀开关使两只单摆反接，并再次使右侧线圈摆动，此时左侧线圈的摆动情况刚好与前一次相反。即如果前一次两只线圈的摆动是同步的，则此次为异步。这是由于磁场对通电导线作用力的方向与导线内电流方向有关，扳动闸刀开关使得左侧线圈内电流方向相反，导致左侧线圈在磁场中的受力方向相反，因此产生了同步或异步的变化。
8.伸缩的线圈
位置：中国科技馆主展厅二楼A厅
展品简介：通过观察小磁针的指向，你能否区分出通电螺线管的NS极？又能否进一步分析出通电螺线管中的电流方向？听起来高难度的实验探究题全部浓缩在这件展品之中！
通电导线的周围存在着磁场，这是电流的磁效应。对于螺旋线圈形成的导体，可以借助安培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。因此，通过观察小磁针的指向，利用安培定则可以分析出通电螺旋线圈中的电流方向。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，无论通入的电流是正向还是反向，各匝在通电后都会在引力作用下收缩在一起。
9.汽车发动机
位置：中国科技馆主展厅三楼D厅
展品简介：关于四冲程汽油机，你以为能看懂示意图、能背诵“吸气、压缩、做功、排气”八个字就OK了？NO！这里有展示发动机内部结构的实物，还有演示发动机工作过程的动画、视频和可操作的展品，你还在等什么？
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，并带动飞轮做功；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。
10.液氮表演
位置：中国科技馆主展厅四楼A厅
展品简介：还傻傻分不清“水蒸气、水、冰”三者之间转化关系？还在为究竟是“放热”还是“吸热”而迷惑？抽空来科技馆的能源实验室听一场精彩的液氮表演秀，亲眼看看液氮的神奇现象，相信对你理解这些热现象大有帮助！
液氮是氮的液态形式。氮气在-195.8摄氏度时会液化，变成液氮。可以利用液氮的温度低、汽化迅速的性质完成一些有趣的实验和应用。将少量液氮倒入气球，它会迅速汽化并使气球膨胀。将液氮泼在地上，它会由于汽化形成一层氮气层，托着上方的液氮液滴滚来滚去。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。
（选编自 中国科学技术馆官网 作者：李光明 李博）
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