《伽尔顿板演示实验》
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“热学”课堂教学多样性途径方法论文
“热学”课堂教学多样性的途径与方法探讨作者简介：马贺（1981年- ）男，山东冠县。
讲师，博士在读，主要研究方向为：碳纳米管物性及第一性原理模拟计算。
摘要：本文探讨了应用物理学专业基础课程“热学”课堂教学的多样性，介绍了丰富“热学”课堂教学的多种具体实施方法，这些方法提高了学生的学习兴趣及能力，取得了较好的教学效果。
关键词：热学；课堂教学；演示实验abstract: this paper applied physics the basis of professional course “ calorifics “ of the classroom teaching of diversity is discussed, and introduced the duozhong concrete implementation methods to enrich the“ calorifics “ classroom teaching, to improve the students’ learning interest and ability which has played a positive role in promoting and obtained a good teaching effect. this paper discussed the teaching diversity of calorifics course which is a basic course of applied physics, introduces many methods in detail to enrich the calorifics course teaching, improves the learning interests and ability of students, and achieves better teaching effect.key words: calorifics; classroom teaching; demonstration experiment中图分类号：g642.4 文献标识码：a 文章编号：1673-9795(2012)01(a)-0000-000 引言“热学”课程是高等院校物理学及应用物理学专业必修的专业基础课程之一，它主要研究的是自然界中与物质的冷热程度有关的性质及变化规律的科学[1]。
统计规律在生活中的使用与判断
本科毕业论文论文题目：统计规律在生活中的使用与判断学生姓名：戚德鹏学号：200600910136专业：物理学指导教师：李健学院：物理与电子科学学院2010年5月20日毕业论文（设计）内容介绍目录摘要 (1)Abstract: (1)一、引言 (2)二、统计规律概念的引入及阐述 (2)三、统计规律的特点 (4)四、统计规律在生活中的使用 (5)五、总结 (7)参考文献： (8)统计规律在生活中的使用与判断戚德鹏（山东师范大学物理与电子科学学院，济南，250014）摘要：随着社会与科技的发展，统计规律被大量应用到社会国民经济，工业生产等各个领域，也逐渐的显示出统计规律的重要性。
统计规律是对大量偶然事件整体起作用的一种客观规律，它反映了事物整体的本质和必然的联系。
本文依据统计规律的基本概念，从其在生活中的实例，总结出它的基本特点，使大家在理论和实际生活中对统计规律有一个比较深刻的认识，进而可以使大家在日常生活中有所启发。
关键词：统计规律，偶然事件，大量，概率，联系The use and judgment of statistical rule in lifeQi Depeng(College of Physics and Electronics，Shandong Normal University，Jinan，250014) Abstract:As society and technology development, Statistical law is applied to a large number of social economy, industrial production and other fields, Also gradually show the importance of statistical law. Statistical law is a whole lot of chance events play a role as an objective law, it reflects the nature of matter as a whole and the necessary link. This basic concept of law based on statistics from its instances in life, summed up the basic characteristics of it, so that people living in the theoretical and practical rules on statistics have a more profound understanding of, and then you can have in everyday life inspired. Keywords: statistical law, incident, a great quantity, probability, connection一、引言早在1654年，有一个赌徒梅累向当时的数学家帕斯卡提出一个使他苦恼了很久的问题：“两个赌徒相约赌若干局，谁先赢m局就算赢，全部赌本就归谁。
气体分子运动论
N
v1
例题14：求分布在 v1 ~ v2 速率区间的分 子平均速率。
解：
v2 v dN
vv2 f (v)dv
v1 v2 dN
( )
v1
f v2
v dv
v1
v1
对于g(v)：
v2 g( v ) f ( v )dv
2、分子热运动永不停息，绝对零度不可到达。
3、温度是气体处于热（动）平衡的物理量。
4、温度是统计量。
5、温度与气体整体运动（有规则运动）无关。
例题5:下列各式中哪一式表示气体分子的平均
平动动能？（式中M为气体的质量，m为气体
分子质量，N为气体分子总数目，n为气体分子
数密度，NA为阿伏加得罗常量）
√
气体速率分布曲线
在v附近，单位速率区
v 间的分子数占总分子数
的百分比。
显然： f (v)dv 1 为归一化条件。
0
f(v)又称概率密度：
某一分子在速率v附近的单位速率区间内出现
的概率。
某一分子出现在v~v+dv区间内的概率：
dN N
某一分子出现在v1~v2区间内的概率：
N v2 f (v)dv
分子运动论 ＝ 牛顿力学 + 统计方法
§6-2 理想气体压强公式
一、气体分子热运动的特征 大距离 、短程力，无规则热运动永不停息。
※分子无规则热运动≠布朗运动
二、 理想气体的分子模型： 质点、完全弹性碰撞、分子间作用力不计。
三、统计假设 在平衡态下：
1、分子数密度处处相同。
2、分子沿任一方向的运动，机会均等。
斥 力
本特征及统计规律： 0 r0
基本特征：
引
学生分组实验
实验滚摆演示目的1．通过滚摆的滚动运动演示机械能守恒；2．演示滚摆的平动转动动能之和与重力势能之间的转化。
实验原理滚摆滚动下落的重力势能变为滚摆饶过质心的轴转动的动能和质心平动的动能。
机械能守恒定律告诉我们滚摆的重力势能与滚摆的动能之和保持不变。
操作说明1．将滚摆轴保持水平，均匀使悬线绕在轴上，待滚摆到达一定高度，使轮在挂绳悬点的正下方，放手使其平稳下落；2．在重力作用下，重力势能转化为轮的转动动能。
轮下降到最低点,轮的转速最大，转动动能最大，然后又反向卷绕挂绳，转动动能转化为重力势能,轮的转速减小，位置升高。
如此可多次重复。
注意事项：切勿使滚摆左右摆动或扭转摆动。
实验拓展1，试分析滚摆下落速度（平动）与位置高度的关系。
2，试分析滚摆上下平动运动的周期与轴径的关系。
3，试分析滚摆上下平动运动的周期与滚摆质量的关系。
4，试分析滚摆上下平动运动的周期与滚摆转动惯量的关系实验静电滚筒演示目的本实验是演示尖端放电而产生的力学效应实验原理本实验是演示尖端放电而产生的力学效应。
可绕中轴转动的绝缘塑料筒（矿泉水瓶），表面粘有一些横条形导体箔，作为演示滚筒，滚筒两边与滚筒中轴平行安置放电电极杆，在杆上设置若干垂直于电极杆但指向滚筒切线方向的尖针作为放电的尖端。
当两个电极杆之间加上高电压时，放电将通过电极杆、尖针和筒上横条，在滚筒附近发生，尖针放电所产生的带电粒子冲击滚筒而产生力矩使滚筒转动。
操作说明1．将静电高压电源输出端接到两个电极杆上，将接地线接触地板；2．开启高压电源，调节高压输出电压V（15~20KV），两电极杆分别带上正、负电荷后, 绝缘塑料筒在静电尖端放电形成电风的作用下转动；3．断电后，绝缘塑料筒也将随之停止转动。
实验锥体上滚演示目的1．通过观察与思考双锥体沿斜面轨道上滚的现象，加深了解在重力场中，物体总是以降低重心、趋于稳定的规律。
2．说明物体具有从势能高的位置向势能低的位置运动的趋势，同时说明物体势能和动能的相互转换。
演示实验
5: 煤油驻波昆特管讨论了半充满煤油的昆特管实验现象的产生原理，结果表明“喷泉”现象源自空气中声波的驻波，而非煤油的激烈振荡。
在驻波的波腹处，空气振动剧烈，气压小，从而吸起该处的煤油，形成了“喷泉”现象在昆特管中驻波的波腹处，空气振动剧烈，气压小，从而吸起该处的煤油，使得波腹处的煤油飞溅；而在驻波的波节处，驻波能量极小，且两侧波腹处的空气向此聚集，气压大，将此处煤油下压，使得煤油只能向两侧（波腹位置）流动。
最终两者达到动态平衡，形成了在实验中看到的“喷泉”现象操作方法：1. 将信号源电压输出调至最低，打开信号源；2. 信号频率调至某一参考值附近，调节频率微调旋钮至管内形成驻波。
此时能看到激起的片状水花（若现象不明显可适当增大电压值）；3. 依次观察在各参考频率下管内出现驻波的情况；4. 测量出某频率下驻波两相邻波腹的距离（半波长），以便根据公式算出波速。
注意事项：1. 改变频率之前先降低输出电压，调好频率后再增大电压，以免声音太大。
2. 注意提醒学生，声波是一种纵波，观察纵波的驻波现象。
3. 在出厂前，形成驻波的频率都经过测试标在仪器平板的表面，频率可根据标示值选择，也可在大约180 赫兹、280 赫兹、360 赫兹、420 赫兹左右选择。
4. 煤油倒入玻璃管量，按出厂前玻璃管立直时标出的高度即可原理提示：声波在煤油中传播，入射波和反射波叠加形成驻波，在驻波的波腹处，煤油被激起，形成浪花。
在驻波中，波节点始终保持静止，波腹点的振幅为最大，其它各点以不同的振幅振动。
所有波节点把介质划分为长l ／2 的许多段，每段中各点振幅虽不同，但相位皆相同，而相邻段间的相位则相反。
因此，驻波实际上就是分段振动现象，在驻波中没有振动状态和相位的传播，故称为驻波。
6多普勒效应7共振锯条4．弹簧耦合摆（共振锯条）几根锯条，从长到短固定在一根横梁上，调节横梁振动频率，各锯条会随之振动。
实验步骤：打开电源开关。
慢慢调节输出频率，使电机转速逐渐增快，观察弹性钢片的变化。
lesson11
1 n( 2
2
mv )
2
n k
mv
定义为分子平均平动动能
•理想气体的压强正比于气体分子的数密度和分子的平均平 动动能； •理想气体的压强公式揭示了宏观量与微观量统计平均值之 间的关系； •理想气体的压强公式是力学原理与统计方法相结合得出的 统计规律。
例题5-2 容器内装有氧气，质量为0.10kg，压强为10105 Pa， 温度为470C。因为容器漏气，经过若干时间后，压强降到原 来的 5/8，温度降到270C。 问(1)容器的容积有多大？ (2)漏去了多少氧气？ 解:(1)根据理想气体状态方程，
pV RT M M mol RT
求得容器的容积 V 为
第二篇
静止在跑道上的 飞机有没有能量？ 坐在教室的每一 个人是否都有能 量？
热
学
点燃一 团浸过酒 精的棉花 投入瓶内， 接着把一 只剥了壳 的熟鸡蛋 堵住瓶口。 火焰熄灭 后，蛋被 瓶子存入 了瓶肚中， 为什么呢？
【小实验】
？
绪
1．什么是热学
论
• 热学是研究与热现象有关规律的科学。 • 热现象是物质中大量分子无规则运动的集体表现。 • 大量分子的无规则运动称为热运动。
13
投骰子实验
每一面朝上的概率都是1/6
14
飞镖实验
分布曲线
15
每掷一次出现点数是偶然的 掷骰子 共同特点： 1.是群体规律：只能通过大量偶然事件总体显示出来， 对少数事件不适用。 2.量变—质变：整体特征占主导地位，个体特征退居次要地位。 3.与宏观条件相关 （如： 伽尔顿板中钉的分布情况，注入孔位置等） 4.伴有起伏 注意： 统计规律
Ai h i x i
hi
i
伽尔顿板实验原理
伽尔顿板实验原理伽尔顿板实验原理是指通过将细沙或小颗粒摆放于平板上，并在其上方振动，进而产生花纹的实验。
这个实验由英国物理学家欧内斯特·伽尔顿于1868年发明，可以帮助我们了解振动波和声学的基本原理。
伽尔顿板实验原理基于两个基本概念，即共振和驻波。
共振是指当一个物体以其本身的固有频率震动时，能够引起周围物体以相同的频率共振，并开始跟随物体一起震动；驻波则是指在两个相同频率的波在相反方向上传递时，互相干涉并产生定在空间中的振动波。
伽尔顿板实验需要一个平板和一定数量的细沙或小颗粒。
通常，平板材料为玻璃或金属，表面平滑，可以保证细沙或颗粒能在上面均匀分布。
实验开始时，平板需要固定在一个振动器上面，振动器可以以各种频率和振动幅度振动平板。
当振动器开始振动时，细沙或颗粒开始在平板上产生相互干涉的定波。
随着振动器振幅和频率的不同，不同的花纹会在平板上形成和消失。
伽尔顿板实验可以产生各种形状的花纹，包括圆形、椭圆形、线形和点状。
这些花纹是由定在空间中的共振模式产生的，这些共振模式是由相邻区域之间相互干涉的结果。
尤其是，当平板的共振频率达到细沙或颗粒，由于振幅过大而跑出的最高点时，共振模式将表现为一个形状明显的节点。
伽尔顿板实验的主要适用于声学、物理、工程学、机械制造等领域，尤其是在研发、设计和制造筛网过程中使用较多。
因为伽尔顿板实验涉及到共振现象和波动现象的原理，它也可以广泛应用于声学、物理、物理化学等领域的研究中。
伽尔顿板实验是一种基于共振和驻波原理的实验，可以帮助我们了解振动波和声学的基本原理。
通过观察和分析在平板上产生的花纹，我们可以更好地了解和掌握不同频率和振动幅度下的共振模式。
这些模式在不同领域的研究中具有广泛的应用价值。
伽尔顿板实验除了能够展示共振和驻波现象之外，它还能够展示其他一些物理现象。
它可以帮助我们理解波动力学中的波束衍射、相位差和波长等概念。
波束衍射是指当波通过一个狭窄孔洞或障碍物时，波的传播方向会发生折射和扩散现象。
2023届上海市浦东新区高三下学期等级考模拟质量调研(二模)物理试题(含答案解析)
2023届上海市浦东新区高三下学期等级考模拟质量调研（二模）物理试题学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、单选题10．如图，将磁铁插入或拔出线圈过程中检流计指针都发生偏转，则（）A．拔出过程磁场力对磁铁做负功，将其他形式的能转化为电能B．拔出过程磁场力对磁铁做负功，将电能转化为其他形式的能C．插入过程磁场力对磁铁做正功，将其他形式的能转化为电能D．插入过程磁场力对磁铁做正功，将电能转化为其他形式的能11．如图，正六边形线框abcdef，各边电阻相同。
线框垂直于匀强磁场放置，b、c点与直流电源相接。
若闭合电键后fe边受到的安培力大小为F，不考虑各边之间的相互作用，则整个线框受到的安培力大小为（）A．0B．2F C．5F D．6F12．如图，一根足够长的均质粗糙杆水平固定，一个圆环套在杆上。
现给环一个向右的初速度0v，同时对环施加一个竖直方向的力，力的大小与环的速度大小成正比。
则环所受摩擦力的瞬时功率P与速度v的图像不可能为（）A．B．C．D．二、填空题13．发生光电效应的条件是入射光频率______（选填“大于”或“小于”）金属的极限频率；当发生光电效应时，从金属表面逸出的粒子，其本质与β粒子一样都是______。
14．利用图示装置中的激光照射细铜丝，在抽丝过程中对铜丝的粗细实施自动控制。
这一技术利用了光的______现象，如果发现光屏上的条纹变宽，表明此时抽出的铜丝变______（选填“粗”或“细”）。
15．图为采用动力学方法测量空间站质量的示意图，若已知飞船质量为33.010kg ⨯，其推进器的平均推力F 为900N ，在飞船与空间站对接后，推进器工作5s 内，测出飞船和空间站的速度变化量是0.05m/s ，则对接后，飞船的加速度大小=a ______2m/s ，空间站的质量为______kg 。
16．图示为控制中心大屏幕上显示的“神舟”十四号飞船在轨运行图，屏幕上的曲线表示它一段时间内先后两次在同一轨道绕地球做匀速圆周运动的“轨迹”。
大学物理学(第二版)课件：气体动理论
分子的自由度为i，则一个 分子平均能量为ikT/2， 1摩尔理想气体内能
E＝ i 2
kT
NA
i 2
RT
m/M摩尔理想气体内能
说明： •理想气体的内能与温度、分 子数和分子的自由度有关。 •理想气体内能仅是温度的函 数，即E=E(T)。 •理想气体从T1→T2,不论经 过什么过程，内能变化为
E＝ m i RT M2
3. 分子(或原子)之间存在相互作用力
如： 铅柱重新接合、流体很难压缩 吸引力——固、液体聚集在一起 排斥力——固、液体较难压缩
分子力f与分子间距离r的关系
分子力 f 与分子之间的距离r有关 存在一个r0——平衡位置
r= r0≈10-10m时，分子力为零 r < r0分子力表现在排斥力 r > r0分子力表现在吸引力
J z2
t = 3, r = 2, v = 0
i=t+r+v=5
（3）非刚性双原子分子气体，其分子运动比刚性双原子 分子多了一个沿x轴方向的振动
1 2
mvC2x
1 2
mvC2y
1 2
mvC2z
1 2
J
2 y
1 2
J
2 z
1 2
v
2 Rx
1 kx2 2
t = 3, r = 2, v = 2
i=t+r+v=7
t
1 2
mv
2 x
1 2
mv
2 y
1 2
mv
2 z
t = 3, r = 0, v = 0
i=t+r+v=3
（2）刚性双原子分子气体，即分子中两个原子之间的距离 固定不变，只有整体平动和转动，绕x轴的转动惯量近似为 零，没有振动
探究5 伽尔顿板显示的规律
探究5 伽尔顿板显示的规律探究平台实验目标验证大量偶然事件在整体上表现出来的统计规律。
实验原理1.对于一定种类的大量分子来说，一定温度时，处于一定速率范围内的分子数所占的百分比是确定的，呈现出一定的统计规律性，这种规律是一种统计规律。
2.在一定条件下,若某事件必然出现,这个事件叫做必然事件;若某事件不可能出现,这个事件叫做不可能事件.若在一定条件下某事件可能出现,也可能不出现,这个事件叫做随机事件。
3.由分子动理论可知,气体分子都在永不停息地做无规则运动,分子之间发生着频繁地碰撞,因此每一个分子的运动状态是不确定的,研究某一个分子的运动是没有意义的.虽然每一个分子运动速率是不确定的,但物质的分子数目是非常巨大的,因此大量气体分子的速率存在着一定的统计规律。
气体分子都在做永不停息的运动，对于单个分子某时刻的速率大小是偶然的,但大多数分子在常温下的速率都达到数百米每秒,温度升高,气体分子的热运动越剧烈,大多数分子的速率要增大。
4.气体分子速率的分布：温度较高时，速率较大的分子所占的比例增大，速率较小的分子所占的比例减小，至于哪个分子在什么时刻具有多大的速率，这完全是偶然的。
实验器材木板、小球、铁钉、隔板、漏斗。
实验过程实验步骤：1.自制伽耳顿板（1）在一块平板上部钉入一排排等距的铁钉。
（2）将木板竖直放置。
（3）木板的下部用隔板分割成许多等宽的竖直狭槽，然后用透明板封盖，在顶端中部装一漏斗形入口。
2.如图5-1，取一小球，从伽耳顿板顶部漏斗形入口投入，观察小球落入过程中的现象和落入的结果。
3.重复几次步骤2。
4. 从伽耳顿板顶部漏斗形入口投入大量的小球，观察这些小球下落后的分布。
5. 重复几次步骤4。
6.用数量不同的小球反复做该实验。
注意事项：1.不能根据一次实验现象就得出实验结论。
2.制作伽耳顿板时竖直狭槽要等宽。
实验结论1.伽尔顿板实验说明什么问题？2.小球落入狭槽内的分布有确定规律吗？是什么规律？实验拓展1.你觉得本演示成功的关键在什么地方？________________________________________________________________________________________________________________________________________________2.实验：模拟伽耳顿板实验有机玻璃制作的封闭式结构的伽耳顿板。