物理学原理的应用

Ｖｏ１．３６　Ｎｏ．５　（２Ｏ１５）　物　理教　师　ＰＨＹＳＩＣＳ　ＴＥＡＣＨＥＲ　第３６卷第５期　２０１５正　＃物理・技术・社会＃　打水漂的物理学原理及其应用　杨宏兵　（江苏省南京市第十三中学，江苏南京２１０００８）　１　打水漂及其物理学原理　打水漂是人们常见的一种游戏，既简单，又有　趣，也许人人都玩过．只要选择一块大小适当的扁　状石头，斜着朝平静的水面抛去，石头就会在水面　上连续跳跃若干次后才沉入水中．如何能够让石　头漂得更远、在水面弹跳次数更多？美国人拉塞　尔・拜尔斯在２００７年７月打水漂时，石子竟然在　水面跳动５１次，小石片在水面大约行进７６　ｍ．　法国人德里克・博凯博士认真研究了打水漂　的物理学原理．认为下列的参数是必须要考虑的．例　如石块的质量、石块的形状、石块在抛出时相对于水　面的角度（这角度应愈小愈好）、石块在飞行时的自　旋转率（旋转率愈高，石块运动得愈稳定）、以及石块　飞行时的水平速度．利用能量消耗的原则，他写出了　石块的运动规律方程式发表于２００２年在《美国物理　学季刊》．根据他的方程式，石块弹跳，最关键的因素　是在于抛掷的石头应当在２０。的“黄金角度”撞击水　面，并且抛掷的初速要超过某个临界值时才会发生；　旋转的石块能使飞行稳定，并提高弹跳机率，弹跳次　数多寡取决于入射水面石块的速度有多快；但在实　际上，弹跳次数受角度不稳定因素限制，角度不稳定　因素与运动速度无关，因而弹跳次数取决于对继续　飞行至关重要的第一次弹跳．　这篇论文得到了法国克里斯托夫・格兰尼特　博士的注意．他从这篇论文中汲取了灵感制造了一　台自动投掷机，利用自动投掷机将直径５　ｃｍ、厚度　１　２．７５　ｍｍ的铝制圆盘投入÷ｍ长的水池，用以模　０　拟打水漂的过程，并用高速相机将整个实验纪录　下来——飞碟接触水面的时间通常不到０．０１　ｓ．　实验印证了博凯的发现是正确的．　实验证明：石头是否旋转、速度、石头面的触　水角度都会影响石头的弹跳次数，其中旋转的程　度是打水漂关键因素之一．研究者发现旋转可以　稳定石块在空中的飞行姿态，使其更容易反弹．而　角度则是关键中的关键．当石块沿着与水面呈２Ｏ。　夹角飞行的时候，石块总是能够跳跃很远．当石块　入水的角度小于２０。时，石块就会在穿越水的过程　中很快的消耗掉动能．当人水角度大于４５。时，石　块无论如何也不能再漂，而是直接掉到水里了．石　头面的触水角度若能保持２０。左右，不仅能以最小　的速率（２．５　ｍ／ｓ）打出水漂，还可以使石头与水面　碰触的时间降到最低，这代表因碰撞消耗的能量　较小，有更多的能量保留做后续的弹跳．　ａ一“　一ｋｔ．　（４）　结合（３）、（４）式得ａ　一１４．１５　ｍ／ｓ。，由此可以确　定，解法２的结果是正确的．　那么解法１的结果为什么是错误的呢？　事实上，Ｆｌ赛车从时速０开始加速到２００　ｋｍ／ｈ　的过程中，由式（１）、（２）可以得知，赛车需要时间ｔ一　６．１８　Ｓ，而并非由题目数据求得的５．９６　Ｓ．也就是说，　当题中交待了确定速度变化量所对应的时间及相应　瞬时加速度时，其他数据其实也已经同时被确定，而　不能仅仅因为追求计算简便而随意给出数据，否则就　会出现如该题中自相矛盾的现象．当然，如果把题中　相应语句改为：“……急停时的加速度大小恒为　９．５５　ｍ／ｓ＂’就与结果吻合了．因此，如果单纯从解题　角度来看，该题中的赋值过多，从而导致了数据问的　５４—　不自洽的错误．　我们还可以根据引入平均加速度的思路给出　另一种解法：由已知加速度ａ与时间ｔ成线性关系，　虽然加速度在不断变化，但从ｎ—ｔ图像关系判知，　我们可以用平均加速度来代替线性变化的加速度．　△　一　，　一　１（ａｍ＋ｌ０），　代入可得。　一１４．１５　ｍ／ｓ。．　教学中，我们对于这类不同解法导致不同答　案的习题，决不能随意取舍，轻易地去肯定或否定　某一种解题思路，而应该珍视这个教学时机，认识　到这类问题往往蕴含着深刻的物理思想，是非常　宝贵的教学资源．教师如能因势利导、合理利用，　对学生厘清概念，梳理规律，巩固知识，提高解题　能力是大有裨益的．　（收稿日期：２０１４—１２一１０）

物理学原理应用之水火箭

设施102 武长飞 1040440231

水火箭概述

水火箭是一个利用质量比和气压作用而设计的玩具，同时是物理教学中著名的案例之一，其中蕴含的物理原理是了解物理中力学的重要的基础。

水火箭又称气压式喷水火箭、水推进火箭，是利用废弃的饮料瓶制作成动力舱、箭体、箭头、尾翼。灌入三分之一的水（水是水火箭的燃料），利用打气筒充入空气到达一定的压力后发射。是利用水和空气的质量之比（水的密度是空气的771倍），压力空气把水从火箭尾部的喷嘴向后高速喷出，在反作用下，水火箭以急快的速度快速上升，靠惯性在空中滑翔飞行，像导弹一样有一个飞行轨迹，最后达到一定高度,在空中打开降落伞徐徐降落的火箭模型。

水火箭起源于日本夷山的划艇俱乐部成员，他们乐于进行野外活动。于某日，他们看见用宝特瓶向翻覆的加拿大游挺发射救生索的场面，逐而诞生了用水喷射宝特瓶的构想。

原理

加水：水火箭加入水量的多少直接决定水火箭的射程。动量P=mv，在释放空气时，火箭中的水在气体放尽时也刚好放完是最佳情况。这时，火箭获得的的动量最大（速度也最大）。 发射：水火箭发射时利用牛顿第三定律，力的作用是相互的。火箭中的气体释放压力，作用在水上，水在瞬间喷出，火箭获得一个极大的反冲力，瞬间“飞出”。利用压强P=F\S，喷水口的面积S一定，要想使箭获得更大的反冲力（速度），就要使火箭中的压力足够大，即要充入更多的空气，这就利用了PV=nRT，n越大，p 越大。

飞行：火箭飞出后利用自身的惯性飞行（牛顿第一定律）；火箭飞出时的速度是斜向上的，在重力的作用下，火箭的飞行轨迹是抛物线（斜抛运动），这就是“弹道飞行”。（运动学原理）同时，由于摩擦，火箭还受到空气阻力的作用，使得火箭的速度不断减小。上升到一定高度后，火箭的竖直方向速度减小至0，火箭开始降落，依然呈“抛物线”型。

总之，水火箭利用的物理学原理有：动量P=mv及动量守恒定律，PV=nRT，牛顿运动定律（第一 第二 第三），运动学公式等，是经典力学非常典型的应用。

认识测谎仪的物理学原理

生活中，人们常常会说一些善意的谎言：你真漂亮！你的衣服真好看……诸如此类的善意的谎言当然无可厚非。但与此同时，一些恶意谎言也在滋生蔓延，他们往往打破诚信规则，掩盖事实真相，令人们无所适从。比如偷盗者会说自己根本没有伸手，贪污者声称自己一身清白……

为了对付这些恶意的说谎者，特别是应对不断攀升的犯罪，人们总是盼望有科学的方法，能够揭穿谎言、澄清事实。在古代印度，曾有过“干米测试法”。法官让被告嚼一把干米，干米嚼碎吐出来还是干的，就证明有罪。现代心理学研究证实，人在恐惧紧张的状态下，唾液分泌会减少或停止。“干米测试法”反映了当时人们已经认识到，人的心理活动和生理反应之间存在一定的联系。

测谎仪的出现和使用，似乎让善良的人们看到了灵丹妙药。测谎仪是不是真的有助于司法公正呢？暗藏玄机的测谎仪，神秘之处究竟在哪里呢？现在，就让我们一起揭开它的神秘面纱。

测谎系统主要由传感器、测谎仪主机和微机组成。传感器与人的体表连接，采集人体生理参量的变化信息。传感器主要有三种：戴在人手指上的皮肤电传感器，这是一种不锈钢电极，用来测量皮肤电阻的变化；呼吸传感器是拉伸传感器，系在人的胸、腹部，测量人呼吸的变化；脉搏和血压传感器是一种压敏传感器或血压计，戴在人腕部或臂部，测量人脉搏和血压的变化。主机是电子部件，将传感器所采集的模拟信号经过处理转换成数字信号，输入计算机进行处理。微机将输入的数字信号进行存储、分析，得出测谎结果。

接着，根据事先掌握的信息以及准备阶段的了解，测谎员开始设计针对性的问题。

测谎专家按设计的一系列问题提问，被测者回答“是”或“不是”，也允许以沉默作为回答。仪器设备在问答过程中自动记录下了反映被测者的皮肤电阻、脉搏、血压、呼吸等方面的扫描图。

最后，由测谎专家分析测谎仪记录下的数据，判断被测者是否说谎。

作为检测人是否说谎的工具，测谎仪本身会不会说谎呢？

以上过程可以发现，测谎技术是一种心理测试技术，是生物电子学和心理学相结合，借助计算机手段完成的对人生理、心理的分析过程。人在经历了某个特殊事件后，会在心理上留下无法磨灭的印记。每当被别人提及现场的一些细节时，当事人的这种烙印就会因受到震撼而通过呼吸、脉搏和皮肤等各种生理反应暴露出来。这种细微的反应被测试仪器记录下来后，便汇集形成不知情、知情、或者参与的结论。所以“测谎仪”是一种记录多项生理反应的仪器。准确地说，测谎仪应叫“多参量生理心理测试仪”。

初中科学物理物理原理在日常生活中的应用

物理原理是科学中的一个重要分支，它解释了自然界中存在的各种现象和规律。而这些物理原理，实际上在我们的日常生活中也有着广泛的应用。本文将就初中科学物理物理原理在日常生活中的应用进行探讨。

一、力学原理的应用

1. 杠杆原理的应用

杠杆原理是力学中的一项基本原理，它解释了杠杆的作用原理。在日常生活中，我们可以利用杠杆原理来轻松地举起重物。比如，使用撬棍将重物抬起，运用杠杆原理，可以以较小的力气抬起较大的物体。

2. 摩擦力的应用

摩擦力是物体之间由于相互接触而产生的力。在生活中，我们可以利用摩擦力来进行各种活动。比如，通过磨擦发出火星，点燃篝火或者火柴；在地上行走时，摩擦力可以防止我们滑倒；通过摩擦力可以制动车辆等等。

3. 浮力的应用

浮力是物体在液体中受到的一个向上的力。在生活中，我们可以利用浮力来进行各种活动。比如，潜水时，浮力可以帮助我们浮起水面，减少身体所受的重力；将轻盘放在水面上，可以通过利用浮力将其浮起等等。 二、光学原理的应用

1. 反射的应用

反射是光线遇到不透明物体时产生的现象。在生活中，我们可以利用反射来进行各种活动。比如，使用反光镜观察后方交通情况；利用反射原理设计太阳能设备，将阳光转化为电能等等。

2. 折射的应用

折射是光线从一种介质进入另一种介质时发生的现象。在生活中，我们可以利用折射来进行各种活动。比如，将筷子或笔放入水中，看到的筷子或笔会发生折射；眼镜的透镜设计利用折射原理进行矫正等等。

三、热学原理的应用

1. 热膨胀的应用

热膨胀是物体受热时体积增大的现象。在生活中，我们可以利用热膨胀来进行各种活动。比如，使用热胀冷缩原理制作温度计和铁轨横渡大河等等。

2. 热传导的应用

热传导是热量从高温物体传递到低温物体的过程。在生活中，我们可以利用热传导来进行各种活动。比如，使用传热原理制作保温杯和外套；利用传热原理进行烹饪等等。