有趣的硬幣實(shí)驗(yàn)

蔡衛(wèi)東

硬幣的結(jié)構(gòu)規(guī)則，不同類(lèi)型的硬幣材料各異，各具特色，并且硬幣隨手可得.利用硬幣可以做許多有趣的物理實(shí)驗(yàn).

一、起跳實(shí)驗(yàn)

當(dāng)一枚薄薄的硬幣放在光滑而又平整的桌面或玻璃板上時(shí)，要將它拿起來(lái)還真有些費(fèi)勁，有什么好辦法呢？看看下面的實(shí)驗(yàn)?zāi)憔兔靼琢?

將一枚硬幣（最好用分幣）放在光滑的水平桌面上，然后用嘴對(duì)準(zhǔn)硬幣朝水平方向迅速的吹一股風(fēng)，如圖1所示，這時(shí)你看到什么現(xiàn)象？硬幣并沒(méi)有因?yàn)轱L(fēng)吹而沿著桌面向后滑動(dòng)，而是突然向上起跳，同時(shí)向后飄去，這個(gè)現(xiàn)象怎么解釋呢？當(dāng)同學(xué)們學(xué)過(guò)了氣體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系的知識(shí)后，答案就一目了然了.

二、平衡實(shí)驗(yàn)

用幾枚硬幣疊放在桌子邊緣，并使最上面的硬幣盡可能多地伸出桌面，比比看，誰(shuí)疊得又快又好.要按照怎樣的規(guī)律去疊放才能達(dá)到“最上面的硬幣盡可能多地伸出桌面”的效果呢？一般的疊放方法是從下往上疊，可是這樣很難成功.能不能反過(guò)來(lái)思考，試一試從上往下疊，看看情況有什么改變？如果疊放的方法恰當(dāng)，只需用四枚硬幣，便可以使上端的硬幣完全伸出桌面而奇跡般的保持平衡，如圖2所示，對(duì)這一奇特的平衡狀態(tài)，請(qǐng)從理論上加以論證.

三、慣性實(shí)驗(yàn)

用幾枚硬幣整齊地疊成一堆，放在水平桌面上，如圖3所示，再用一把薄尺迅速地將最底端的硬幣依次擊出，上端的硬幣卻不會(huì)隨被擊出的硬幣移動(dòng).

四、碰撞實(shí)驗(yàn)

在較光滑的水平桌面上放置一把直尺并固定不動(dòng)，將一枚硬幣緊靠直尺邊緣平放，用另一枚沒(méi)硬幣順著直尺邊緣向原先靜止放置的硬幣沖去，如圖4所示（俯視圖），兩枚硬幣將發(fā)生彈性正碰.相碰的瞬間，原來(lái)運(yùn)動(dòng)的硬幣立即靜止不動(dòng)，而原來(lái)靜止的硬幣立即運(yùn)動(dòng)起來(lái).如果用一枚硬幣去碰撞兩枚靠在一起靜止放置的硬幣，如圖5所示，則會(huì)發(fā)現(xiàn)被碰的硬幣仍靜止于原處，而前面一枚硬幣立即運(yùn)動(dòng)起來(lái).

五、堆幣與搭橋?qū)嶒?yàn)

在水平桌面上，若要用幾枚硬幣豎直堆成如圖6所示的三角形，這似乎很難-成功.如果事先將最底層的某個(gè)硬幣吸上一塊小磁鐵，或在桌面下端放置一塊磁鐵，堆起來(lái)便輕而易舉了.

用兩根條形磁鐵做橋梁，使一根磁鐵的Ⅳ極朝上，另一根磁鐵的Ⅳ極朝下，我們就可以用硬幣搭建一座“積木”橋，如圖7所示.

六、排斥實(shí)驗(yàn)

手持幾枚硬幣整齊地疊放在一起，將它們并列靠近磁鐵，如圖8所示.磁鐵將硬幣吸引過(guò)去后，再松開(kāi)持幣的手，硬幣便會(huì)自動(dòng)的互相分開(kāi).用手將硬幣重新擠壓在一起，松手后硬幣又自動(dòng)分開(kāi).曾有一位同學(xué)根據(jù)這一現(xiàn)象發(fā)明了一種將工廠中疊放在一起的鐵板分開(kāi)的裝置，克服了以往靠撬開(kāi)鐵板導(dǎo)致鐵板受損的技術(shù)難題，獲得了國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng).同樣的道理，如果把疊放在一起的硬幣橫放桌面上，將磁鐵豎直慢慢靠近這疊硬幣時(shí)，硬幣會(huì)一枚接一枚自動(dòng)的向兩側(cè)倒下（圖9）.

七、磁屏蔽實(shí)驗(yàn)

將磁鐵A用夾子固定在鐵架臺(tái)上，取一枚硬幣B和一根細(xì)線(xiàn)，用粘膠將細(xì)線(xiàn)一端固定在硬幣B的表面上，而將細(xì)線(xiàn)的另一端固定在鐵架臺(tái)的底座上，將B提起來(lái)豎直方向靠近磁鋼下端約為1cm左右，此時(shí)硬幣能懸浮在空中，如圖10所示.現(xiàn)取1塊2 mrri厚的薄軟鐵皮C插入磁鋏4和硬幣B之間，結(jié)果硬幣落到桌面上.這是由于軟鐵皮具有良好的導(dǎo)磁作用，所以從磁鐵發(fā)出的磁感線(xiàn)大部分集中到軟鐵皮C上，而只有少量磁感線(xiàn)穿過(guò)軟鐵皮C，因此在鐵皮C下面的磁感應(yīng)強(qiáng)度減小，鐵皮C在此起了磁屏蔽作用.

八、旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)

將三枚五分硬幣漂浮于水面上，并使硬幣互相靠攏靜止于水面中央，將一根豎直放置的強(qiáng)磁鐵的一極靠近硬幣上表面.當(dāng)磁鐵繞其豎直軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，可觀察到非鐵磁性物質(zhì)的硬幣竟然跟著磁鐵繞其豎直軸在水面上旋轉(zhuǎn)起來(lái).一旦磁鐵停止旋轉(zhuǎn)，這幾枚硬幣也隨之停止轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖11所示.

浮于水面的硬幣怎么會(huì)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)起來(lái)呢？原因是由于磁鐵在旋轉(zhuǎn)時(shí)，在水面附近的空間形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，硬幣在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中切割了磁感線(xiàn)，產(chǎn)生了感應(yīng)電流，而通電導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)中會(huì)受到磁場(chǎng)力的作用，因此硬幣才在水中旋轉(zhuǎn)起來(lái).但硬幣旋轉(zhuǎn)的角速度始終小于磁鐵旋轉(zhuǎn)的角速度.

九、水上吸引實(shí)驗(yàn)

取盛滿(mǎn)清水的盆，將一枚硬幣（伍分或貳分幣）水平地輕輕放入水面，使硬幣浮在水面上（硬幣應(yīng)是干燥的，水是平靜的，動(dòng)作要輕）.如有困難，可用以下方法：

a.在硬幣上抹些蠟或肥皂；

6.先將硬幣放在吸水紙上，再把硬幣連同紙平放到水面上，然后戳掉薄紙；

c.做小鐵圈，把硬幣托放在上面，然后放入水中，小心翼翼地移去鐵圈.

用同樣方法再放入2枚硬幣.然后用手指輕輕撥動(dòng)，或者用嘴輕輕吹氣，使硬幣逐漸靠攏.隨著它們不斷地靠近，可以觀察到：當(dāng)硬幣間距小于1cm時(shí)，不用施加任何外力，它們會(huì)自動(dòng)相互靠攏，最后緊挨在一起，如圖12（a）所示.如果用手輕輕撥動(dòng)其中1枚，另2枚也跟隨移動(dòng).似乎它們間存在某種相互吸引的力，用同樣方法還可使更多硬幣同時(shí)浮于水面并聚在一起，形成十分有趣的圖案.

若將1根外徑為5 mm的細(xì)玻璃棒的一端沾上水，然后將沾水的一端放到3枚硬幣中央的水面上.當(dāng)玻璃棒上的水和3枚硬幣中央的水面一接觸，三枚硬幣就互相分離了，如圖12（b）所示.請(qǐng)你嘗試解釋發(fā)生以上現(xiàn)象的具體原因.

十、隱身實(shí)驗(yàn)

取一枚硬幣放在桌上，硬幣上疊放一只空玻璃燒杯，可以明顯看到杯底的硬幣，如圖13所示.然后往燒杯內(nèi)注入清水，當(dāng)從燒杯側(cè)面尋找位于杯底的那枚硬幣，卻發(fā)現(xiàn)硬幣不見(jiàn)了.其實(shí)硬幣沒(méi)有消失，是由于光的全反射而使硬幣變得不可見(jiàn)了.

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