创新物理演示实验.docx

创新物理演示实验.docx创新物理演示实验
物理演示实验
1麦克斯韦速率分布
一、演示目的：
通过伽尔顿板模拟空气分子的麦克斯韦速率分布规律。二、装置和原理：
如图七所示，当转动伽尔顿板时，内部的钢球按一定的数量规律分布在小槽内。气体 分子始终在做无规则热运动，速率范围从零到数千米/秒。对一定量的、温度确定的气 体，它的速率分布是有规律的，这里我们举例说明，设在1定的体积内，有一万个空气分 子，它的速率分布如下表所示：单位：m/s
速率范围
0-100
100-200
200-300
300-400
40C
分子个数
600
900
1200
1400
1
速率范围
500~600
600-700
700-800
800-900
>1
分子个数
1330
1140
800
500
4
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
麦克斯韦速率分布图象
实验中每一小槽代表速率区间，小槽内的钢球数代表这一区间内的分子个数。其中有一 个小槽内的分子数最多，我们把这一速率叫做最概然速率，将这一速率分布的曲线叫做麦 克斯韦速率分布规律。对于特定的温度它的分布规律是确定的，对不同的温度有不同的分 布曲线：如图八所示。三、应用示例：
因为对体积一定气体分子的数量是巨大的，运动又是杂乱无章的，定量研究非常困难， 所以必须应用统计规律进行研究，而这一规律就是麦克斯韦速率分布。
2热力学第二定律的开尔文表述
一、 演示目的：
验证热力学第二定律中的开尔文表述：“不可能制造这样一种机器，在一个循环动作 后，只从单一热源吸收热量，使之全部变成功，而不产生其他影响。”所以本实验要演示 在一个循环动作后，从高温热源吸收热量送到低温热源，而对外做功。这就是热力学第二 定律。
二、 装置和演示说明：
如图所示，为一用胶条为辐条的转轮，在下侧左右分布两个射灯。当打开左边射灯后， 左下侧的胶条受热产生收缩的同时将轮轴拉向左下方，这是整个滚轮的重心偏向右上方。 滚轮在重力矩作用下，做顺时针旋转。当受热的辐条转离受热区后，胶条恢复原长，所以 转轮会连续转动下去。这里的高温热源为射灯照射的区域，冷却的区域为低温热源。热量 通过胶条从高温热源向低温热源传递，从而对
外做功，推动轮子转动。如果不照射，这时只
有一个热源，轮子不会转动，也就不会做功。
从而验证了热力学第二定律。
三、 应用示例：
第一类永动机违反热力学第一定律（即能
量守恒定律），所以不可能实现；而第二类永
动机违反了热力学第二定律也是不可实现的。
长期以来很多人不懂热力学的二个定律，所以
设计的永动机都以失败而告终。
3热效率演示仪
一、演示目的：利用半导体组件分别演示热机与制冷机的工作原理，热机效率、热力学 第二定律、塞贝克效应和帕耳帖效应。
、装置和原理:
如图所示，装置为温差发电组件片,
它的一面为A,另一面为B。当装置的A 部分与高温热源接触，B部分与低温热源 接触。那么高温度热源就将热量传递给低 温热源，同时产生电能对灯泡和电机做 功，这就是塞贝克效应。它类似于汽车发 动机的工作原理，发动机内汽油的燃烧为 高温热源，外面的空气为低温热源，当发 动机工作时，高温热源不断地将热量传递 给低温热源，同时对外做功，
图II
使汽车运动。原理如图I所示，其T2
,T1分别为高、
低温热源的温度，热机效率为 1 T1。
2
当将组件接上电源时，以水槽中的水作为高温热源，以组件的上表面作为低温热源，在 电流做功下，热量将从低温热源传递给高温热源，工作原理如图II,也就是制冷机的工作 原理，即帕耳帖效应。
三、演示内容：
热机的原理：在液槽中注入冰水
混合物，充当低温热源，将电热器与
温差组件的上平面接触，以充当高温
热源，也可用一杯热水代替电热器。
当热量从高温热源传递到低温热源
的过程中，电机转动，这说明对外做
功。
制冷机的原理：将组件有字的一面在上并滴几滴水以充当低温热源，以水充当高温热 源。
当外界给组件提供电能时，也就是外界对组件做功时，热量将从低温热源传递给高温热 源，组件的上表面放热，使水变成冰。
四、应用示例：为了提高热机的效率，必须使高温热源与低温热源的温差加大。可利用 海水表面与深水区的温差发电。半导体电冰箱的开发将取代传统的冰箱。
4声波波形演示
一、 演示目的：
通过示波器观察电子琴的音乐
信号与麦克风的语言信号波形。
二、 原理与演示内容：
如图所示，电子琴和麦克风可
分别发出音频信号给示波器与扬声
器。调整好示波器，可在示波器上
同时看到音乐和声波波形，通过扬
声器