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硬币的物理学应用2012-04-10

陈姿惜
2019-09-20 0人阅读 告发 0 0 暂无简介

简介:本文档为《硬币的物理学应用2012-04-10doc》,可适用于高中教育范畴

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硬币的物理学应用李斌张国晨王逸鸥居里夫人说:“我们要把人生化作科学的梦然后再把梦化作现实。科学缔造改变了世界科学缔造让人们的梦想照进现实。科学并不是呆板枯燥的科学与世界上其他的艺术一样充满魅力。”物理也是如此它闪现着本身迷人的光辉。物理学作为严格的定量的自然科学的带头学科一直在科学技术的发展上发挥着积极主要的作用不管在生活中还是在社会中都有着举足轻重的地位。物理是以实验为底子的学科物理规律的发现和物理理论的建设都务必以严格的物理实验为底子并受到实验的检验因此物理学本身与实验是紧密不可分的。物理实验可以造就学生们实事求是的科学态度进步学生良好的实验素质锻炼学生的改进能力、观察能力、同盟能力帮助他们发现和掌握物理规律、获取物理知识。同时又能让学生理论联系实际运用理论指导实践在今后的物理教学中使学生进修物理更贴近生活激发学生的进修兴趣。所以此次课题研究是以实验为主。在生活中物理知识与我们息息相干那小小的一枚硬币中存在那些物理知识呢?下面我们就来对此进行探究。在本章节的内容中我们着重从如下方面进行研究:首先讲述硬币的起源其次硬币在初、高中物理实验中的主要应用。一、硬币发展史中国是世界上最早使用货币的国度之一使用货币的汗青长达五千年之久。中国古代货币在形成和发展的过程中先后经历了六次重大的演变。(一)由自然货币向人工货币的演变在中国的汉字中凡与价值相关的字大都从“贝”。由此可见贝是我国最早的货币。随着商品交换的迅速发展货币需求量越来越大海贝已无法得志人们的需求人们开端用铜仿制海贝。铜贝的出现是我国古代货币史上由自然货币向人工货币的一次重大演变。随着人工铸币的大量使用海贝这种自然货币便渐渐退出了中国的货币舞台。(二)由杂乱形状向规范形状的演变从商朝铜贝出现再到战国时期我国的货币逐渐形成了以诸侯称雄割据为特色的四大系统即:铲币、刀币、环钱、楚币(爰金、蚁鼻钱)(如右图)。秦统一中国后秦始皇于公元前二一〇年颁布了中国最早的货币法“以秦币同天下之币”规定在宇宙范畴、内通行秦国圆形方孔的半两钱。圆形方孔的秦半两钱在宇宙的通行停止了我国古代货币形状各异、重量悬殊的杂乱状态是我国古代货币史上由杂乱形状向规范形状的一次重大演变。秦半两钱确定下来的这种圆形方孔的形制一直沿续到民国初期。?(三)由地方铸币向中央铸币的演变据《汉书·食货志》记载刘邦建汉后允民私铸钱币。豪绅富商和地方势力乘机大铸恶钱而牟利。文帝时“邓通大夫也以铸钱财过王者。”元鼎四年(前一一五年)汉武帝收回了郡国铸币权由中央统一铸造五铢钱。从此确定了由中央政府对钱币铸造、发行的统一治理这是中国古代货币史上由地方铸币向中央铸币的一次重大演变。此后历代铸币皆由中央干脆经管。铸币权收归中央对牢固各朝的政局和经济发展起了主要的作用。(四)由文书重量向通宝、元宝的演变秦汉以来所铸的钱币通常在钱文中都明确标明钱的重量如“半两”、“五铢”、“四铢”等等(二十四铢为一两)。唐高祖武德四年(六二一年)李渊决心改革币制废轻重不一的历代古钱取“开辟新纪元”之意统一铸造“开元通宝”钱。开元通宝一反秦汉旧制钱文不书重量是我国古代货币由文书重量向通宝、元宝的演变。开元通宝钱是我国最早的通宝钱。此后我国铜钱不再用钱文标重量都以通宝、元宝相称它一直沿用到辛亥革命后的“民国通宝”。(五)由金属货币向纸币交子的演变北宋时由于铸钱的铜料紧缺政府为弥补铜钱的不足在一些地区大量地铸造铁钱。据《宋史》记载当时四川所铸铁钱一贯就重达二十五斤八两。在四川买一匹罗(丝织品)要付一百三十斤重的铁钱。铁钱如此笨重不便纸币交子就在四川地区应运而生。交子的出现是我国古代货币史上由金属货币向纸币的一次主要演变。交子不但是我国最早的纸币也是世界上最早的纸币。(六)由手工铸币向机制纸币的演变清朝后期随着国外早进科学技术的逐渐传入光绪年间已开端在国外采办造币机器用于制造银元、铜元。后来广东开端用机器制造无孔当十铜元。因制造者获利丰厚各省纷纷仿效。清末机制货币的出现是我国古代货币史上由手工铸币向机制货币的重大演变。从此不但铸造货币的工艺暴发了重大变化况且使流通了二千多年的圆形方孔钱寿终正寝。?????????二、硬币的物理学分析(一)力学部分巧取水中硬币实验材料:盘子个、玻璃杯个、纸片张、水、打火机。实验步骤及现象()往盘子里倒入少量的水并且把硬币放在盘中。()把一张纸片点燃放入玻璃杯中把杯子倒放在盘子硬币旁边。()玻璃杯中的水位开端上升结尾盘子里的水都进入杯中让出了硬币。道理:纸片燃烧时部分受热膨胀的空气从杯中溢出。杯子倒放后火焰因缺氧熄灭此时杯中气体减少压强降低而外面具备正常大气压强即杯子内外有压强差从而把盘中的水挤入杯中。有趣的碰撞实验器材:硬币数枚实验步骤及现象把几个相同的硬币放在光滑的桌面上一个挨一个的排成一排再在这一排硬币的正后方放一枚与前面同样的硬币。用手指把这一枚硬币弹向前面的一排硬币结果最前方的一枚硬币被弹了出来。道理:由动量定理及动能守恒可知如果有两枚质量近似相等的硬币弹射一枚硬币A时令其速度为v则动量动能当A硬币碰撞到B时由于他们质量相等A硬币会立即静止则B硬币的动量动能。由此可知当一枚硬币A以速度v撞击一排硬图币其动量为由于硬币是一枚紧挨着一枚即不能把一排硬币看作一个整体所以当硬币A撞击最前方的一枚硬币时硬币A会紧挨着它并立即停止()而最前方的硬币会瞬间将能量传至下一枚以此类推结尾一枚硬币得到能量()以速度v运动。水的表面张力实验器材:硬币枚、水盆一个、吸水纸些许、玻璃棒、蜡或肥皂、小铁圈实验步骤及现象()吸引取盛满清水的盆,将硬币(伍分或贰分币)水平地轻轻放入水面,使硬币浮在水面上(硬币应是干燥的,水是平静的,动作要轻)。如有困难,可用以下方法:a在硬币上抹些蜡或肥皂b先将硬币放在吸水纸上,再把硬币连同纸平放到水面上,然后戳掉薄纸c做小铁圈,把硬币托放在上面,然后放入水中,当心翼翼地移去铁圈。用同样方法再放入枚硬币。然后用手指轻轻拨动,或者用嘴轻轻吹气,使硬币逐渐靠拢随着它们连贯地靠近,可以观察到:当硬币间距小于cm时,不用施加一概外力,它们会主动相互靠拢,结尾紧挨在一起,如图(a)所示。如果用手轻轻拨动此中枚,另枚也跟随移动。似乎它们间存在某种相互吸引的力。图a????????????图b()分离水面上漂浮着枚硬币互相连在一起呈三角形,如图(a)所示将根外径为mm的细玻璃棒在丝绸上摩擦,然后将一端从枚硬币中央的水面之上向下运动到距离一段距离时。他们就互相分离了。图(b)是枚硬币分离的俯视图。道理:由于水的表面张力的缘故从而使水的弯月表面形成像拉紧的橡皮膜一样的东西所以放在水面上的东西只要不压破这层表面就可以像被线绳托着一样水的表面张力(为液体的表面张力?系数)。由实验现象可知因为硬币重力的缘故水面向下凹陷暴发了形变从而产生了一个与形变方向相反的弹力故硬币能浮在水面。由于硬币与水是不浸润时水与硬币交界处的液体薄层面积有扩大的趋势使木片四周液面向上弯曲如图所示。当硬币A靠近硬币B时B左右两侧受到水的表面张力的水平分量不相等B右侧所受表面张力的水平分量方向向右大小为,与A未靠近时相等其方向为水面的切线方向为水面与硬币B的接触角由于左侧水面水沿硬币A升高而使它与硬币B的接触角从增大到这样硬币B说收的方向向左的表面张力水平分量。硬币B受到硬币A的“吸引”作用。故当硬币间距小于cm时,不用施加一概外力,它们会主动相互靠拢,结尾紧挨在一起。分离是由于摩擦玻璃棒会带电当把玻璃棒靠近硬币时硬币会感应起电此时硬币上所带电性一致同性排斥异性吸引故硬币能彼此分开。会跳舞的硬币实验器材:一只空玻璃瓶、一枚硬币、水实验步骤及现象:把硬币平放在瓶口上端并在硬币周边轻轻地涂上几滴水。然后用硬币把瓶口严严得封住。再用双手握住瓶体。道理:在一个容器里气体的温度与压力之间有干脆的关系温度升高气体分子受热运动加剧则容器内的压强增加。容器内外有压强差时硬币被掀起来掀起来后容器内外压强相等硬币由于重力落下来。硬币的旋转实验器材:硬币实验步骤及现象:现将硬币竖起再用手将硬币旋转起来道理:立起的硬币是因为角动量守恒。角动量是描述物体转动状态的量。又称动量矩。如质点的质量为m速度为v它关于O点的矢径为r则质点对O点的角动量。角动量是矢量它通过O点某一轴上的投影就是质点对该轴的角动量(标量)。旋转物体有个向上的角动量假设它有个向右的小扰动转铀就倾斜了。自转角动量就向右转了个角度而总角动量是守恒的所以整个系统会出一个向左的角动量。而向左的角动量会使旋转体向前倒。这样自转转轴就转了起来自转转轴的下端就是支撑力的点。转轴的转动会使支撑力的力矩方向连贯改变。(二)电磁学部分梳子与硬币实验器材:塑料梳子、几枚一角硬币。实验步骤及现象()将一枚一角硬币竖立在平整的桌面上拿把塑料梳子在头上梳几下凑近竖立硬币的侧面硬币会被梳子上的静电吸引而倒下。()将一枚一角硬币竖立在光滑的桌面上拿带电的梳子从上方靠近它硬币会保持静止。如果用带电的梳子去吸引它的边缘硬币会跟着梳子滚动。()将数枚硬币叠成一叠竖立当心地用卡纸将它们分开一点间隙再用梳子反复梳头发靠近硬币的正上方小也可以梳几下头发后靠近硬币十次再梳再靠近。结尾、竖立成一列的硬币会向两边倒下。中间一两枚硬币有时会站立不倒。道理:因为梳子摩擦起电把梳子靠近硬币时硬币会感应出相反的电荷所以当梳子与硬币之间的库仑力力矩大于硬币与桌面的摩擦力力矩时硬币会倒地或跟着梳子的运动而跟随。当把硬币排成一排时梳子摩擦起电把梳子靠近硬币时硬币会感应出相反的电荷由于一切硬币都带有同种电荷对于最左边的硬币所受的库仑力是相对它来说一切右边的硬币给它施加的所以库仑力力矩大于摩擦力力矩硬币会倒地同理最右边的硬币也会倒下。硬币每倒下一枚库仑力就会减小。当硬币组为偶数时如果中间的两枚硬币所受的库仑力大于摩擦力那么一切的硬币都会倒下。如果中间的两枚硬币所受的库仑力小于摩擦力那么中间的两枚硬币会立着其余的都会倒地。当硬币组为单数时遵循对称关系可知中间硬币一定会竖立其余会倒地。会爆炸的硬币实验器材:一元硬币一枚、充电电源实验步骤及现象:将一枚硬币至于电瓶的正负极之间并形成回路。道理:将硬币靠近充电电源的电极时硬币和电极相当于电容器的两个极板两者之间存在一个恒定电压。由电场强度公式E=Ud可知在硬币逐渐靠近电极的过程中由于板间距逐渐减小两者之间的电场强度逐渐增强。位于两极板之间的空气分子因为外层电子与原子核电性相反而受到相反方向的电场力的作用当电场强度增强到Vm时空气分子中的外层电子和原子核就会因为电场力过大而分离原本绝缘的空气中迅速充满了能够自由移动的正负离子瞬间转变为具备良好导电性的等离子体电源因此暴发了短路。设等离子体导电通道的长度为l、半径为r、导电通道内等离子体的电阻率为R、通电电流为I由电阻定律和焦耳定律可得导电通道内等离子体的发热功率为?()由于发热功率大等离子体的温度迅速升高形成电弧。考虑到时间很短通过传导和对流方法散失的能量很少能量主要以热辐射形式放出电弧此时可以抽象为一个向外辐射能量的黑体。由斯忒藩玻尔兹曼定律可知一个黑体表面单元面积在单元时间内辐射出的总能量(称为物体的辐射度)与其热力学温度的四次方成正比即(此中为斯忒藩常量)。电弧的表面积乘以电弧的辐射度可以得到电弧的辐射功率为()遵循能量守恒定律电弧的辐射功率等于其发热功率由()、()两式可得电弧的温度为?将斯忒藩常量、等离子体电阻率、典范短路电流I=A和典范电弧半径带入()式可得电弧的温度为T=K相当于℃。这一温度已经远远领先了铁的熔点℃和沸点℃烧蚀硬币是轻而易举的。(三)光学部分实验名称:隐身的硬币实验器材:硬币、烧杯、水实验步骤及现象、先把烧杯装满水把硬币放入烧杯中。从上往下看可以看到硬币。、当我们几乎水平看此时我们无法再看见硬币的踪影了。道理:人们务必借助光线才能看到物体。当我们以倾斜的方法将玻璃杯盖在硬币上杯中就会有水根基上和盆中的水面持平。光线经过水以后就会进入我们的眼睛所以我们就可以看见硬币。当我们以垂直的方法将玻璃杯盖在硬币上杯中就会充满空气这时光线经过时就会被杯中的空气反射回水中所以我们就无法看见硬币了。归纳通过以上实验可以看出:在物理学科的课堂中创设好的实验是进步物理教学效率的症结创设好的物理实验不但可以有效地调动学生进修的主动性发挥学生的主体作用进步学生的当心力活跃课堂气氛激发学生的进修兴趣况且可以诱发学生主动思考开启学生心灵开辟学生智能从而达到事半功倍的课堂效果。直观有趣的物理实验在学生眼前展现时它就成了学生感知的刺激物有利于激发学生的进修动机让学生了解往常我们观察到的种种有趣的物理现象都暴发在我们周围的世界中。据调查学生刚开端进修物理是普遍对物理有着浓厚的兴趣。但随着学生的进程的延伸有相当一部分学生的兴趣开端减退并导致一些学生掉队。此中因素虽然很多但假若教师能够给学生创设轻松愉快的情境做一些直观有趣的实验则被动的进修就会比上年成主动的进修。实验中奇妙的现象激发起学生的进修兴趣和求知欲教师在加以引导使学生自己从中得到了答案更主要的是在实验中进步了探究能力从而使物理的实验教学得到了提升。实验的优势是具体、形象、灵活是取得感性认识的理想手段体现了新课程尺度下过程与方法的目标使学生认识到物理实验的作用能够应用科学探究的方法研究物理问题。通过物理实验是学生养成独立思考的习惯和能力使他们在掌握知识的同时造就他们的实践能力。本次课题研究我们从中体会到了各种酸甜苦辣这次难忘的经历将成为我们记忆中一枚闪光的贝壳。古人有云:纸上得来终觉浅须知此事要躬行。物理实验也是如此。务必亲主动手去做才能发现此中的现象只有亲历了其过程才能更好的解释此中的奥秘。我们小组总的来说有以下三点体会:、一个篱笆三个桩一个好汉三个帮。也就是说团队精神很主要。我们小组充分发挥了团队精神联合努力一起查究不仅加深我们之间的友谊更加深了我们之间的凝聚力。、实验有风险操作须谨慎。做实验时有的实验涉及到加热、电等方面存在着一定的危险性这就条件我们一定要按照实验条件来做以免暴发不必要的麻烦。、书到用时方恨少。通过这次课题研究我们也发现我们的专注科学素养的确很欠缺今后还具备更加努力充实自己进步自己的科学素养。我们靠谱这次课题研究将给我们今后的进修和教学带来深远的感导。??参考文献[]百度文库wwwbaiducom[]中国知网wwwcnticom[]黄国雄重新发现物理实验:中学物理实验资源开辟利用的思想和案例M高等教育出版社

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