实验七 热丝电流计

　　【仪器原理】

　　在热丝电流计中，电流流过一根铂系合金丝，简称为热丝，图9.2.7中的AC.当电流通过时，由于电流的热效应，热丝发热而膨胀伸长。这个膨胀结果被弹性金属丝（图9.2.7中的F）接收。弹性金属丝就像机械表中的发条一样，总保持企图伸直的趋势，从而将一根丝线拉紧。丝线绕在一个带指针的小转轴（图9.2.7中的E）上，当丝线运动时，带动转轴转动，使指针发生偏转。而丝线的另一端系在一根磷青铜线上，磷青铜丝连接热丝（图9.2.7中的BD）。丝线不能直接系在热丝上，因为热丝产生的热会使其燃烧，而磷青铜丝起到隔热的作用。所以，热丝因通过电流而发热膨胀，使磷青铜丝有所松弛，通过丝线的传递作用使弹性金属丝伸直，从而带动丝线以及转轴和指针运动。从能量上看，电能先变成热能，热能又转化为指针的动能和弹性金属丝的势能。

实验八 压缩能的传播

　　【实验原理】

　　纵波在介质内产生压缩和拉伸形变，随着运动形式的传播，波动的能量也随之传播。在无色散的情况下，运动形式与其能量的传播速度是相同的，在固体中可以达到每秒数千米，远远超过一般物体运动的速度。

　　1、首尾硬币的运动

　　【实验步骤】

　　①将几枚同样的硬币放在桌面上排成一行，相互紧密地靠在一起（最好用胶带等将它们固定住）。

　　②将两枚同样的硬币分别放在行头与行尾，并且使最后一枚硬币与其前面的一枚硬币紧紧贴在一起，但不与之固联。

　　③给第一枚硬币一个迅速的冲击，使它快速撞击在第二枚硬币上，如图9.2.8（a）所示。

　　④观察所有硬币的运动情况。

　　⑤用一小段有弹性的固体棒（如木棒、金属棒、玻璃棒等）代替那一行固联在一起的硬币，重复上面实验的第二至第四步。

　　几乎在第一枚硬币撞击第二枚硬币的同时，最后的一枚硬币就迅速地冲了出去。也就是说，第一枚硬币冲击所产生的压缩能量，在硬币的行列（或者固体棒）中一波紧接一波，快速地向前传递，在极短的时间内就传到了最后一枚硬币，使它冲向前方。在这个过程中，观察不到中间所有硬币的运动，即它们好像都是静止的。那么，压缩能是如何传递的呢？

　　2、多米诺骨牌

　　【实验步骤】

　　①将尽可能多一些的多米诺骨牌（或者类似的小长方体块，如麻将牌、军棋子等）在桌面上面对面排成一行，如图9.2.8（b）所示。注意每两个骨牌之间的距离要小于其高度。

　　②给位于第一个的骨牌A一个轻微而迅速的冲力。

实验九 波传播能量

　　【实验原理】

　　波不但传播振源的振动状态，而且传播振源的能量。

　　【实验目的】

　　观察水波传递能量的现象。

　　【实验步骤】

　　（1）准备一个平底水槽，装上适量的水；并在水槽的一边放置一个软木塞。

　　（2）手握长木条的细杆，在水槽的另一端做上下方向的振动，如图9.2.9所示。

　　（3）观察水波的情况，并注意观察软木塞的运动。

　　（4）增大或者减小手抖动的幅度，观察水波以及软木塞的运动情况。

　　（5）加快或者减慢手抖动的频率，观察水波以及软木塞的运动情况。

　　【现象解释】

　　手带动长木条上下振动，使长木条成为振动的振源，它的运动状态和能量就被水传播出去，在水中形成水波，所以我们可以看到水波的波峰和波谷。水波携带的能量又传递给软木塞，使它随着水波上下振动。波峰到来时，软木塞上升；波谷到来时，软木塞下降。长木条振动的能量通过水波的中介作用，传递给了软木塞。所以，波不但传递振源的振动状态，而且传播振源的能量。如果我们增大手抖动的幅度，也就是增加了振源振动的能量，水波也随之产生变化，其波峰升高而波谷降低，软木塞的运动幅度也就随之增大。这些说明，振源的能量大，波传播的能量也就多；反之亦然。如果我们加快手抖动的频率，水波的波形也就随之改变，波峰与波峰或者波峰与波谷之间的距离就缩短，软木塞的振动频率也就变快（参见图9.2.9）。波是能量的传播者，它将振源的能量传递到它到达的所有地方。

　　③仔细观察所有骨牌的运动情况。

　　冲击骨牌A时，就向它传递了一份小小的脉冲能量，造成它的倾倒，使它撞击到第二个骨牌。如此一个撞击下一个，一直到最末一个骨牌B被撞倒为止。如果仔细地观察就可以发现，尽管每一个骨牌仅仅在原地倒下，其运动的距离是很短的，但是这种脉冲能量的传递是如此地迅速，以至于在A还没有完全倒下来之前，B就已经开始向下倒了。在传递压缩能的过程中，固体中微粒的行为就如同上述的多米诺骨牌一样。固体是由原子、离子、分子等微观粒子组成的，它们紧密地排列在一起。当固体的一端接受到外界撞击所带来的压缩能时，该处的微粒产生相应的压缩形变，这样就将压缩能传递给了相邻的微粒；而相邻的微粒又会产生压缩形变，又会传递能量……上述过程在固体内部的微粒之间依次进行，在非常短的时间内，就到达了固体的另一端，并由这里的微粒将压缩能传递给外界，造成实验（1）中的最后一枚硬币的前冲。在上述过程中，尽管每一个微粒的运动都很微弱，但是它们之间就像被小弹簧连接起来一样，以波动的方式携带着能量急速向前。上面的多米诺骨牌实验以及对于固体内部微粒运动的分析，都说明了这样一个事实：当能量在连接起来的一系列物体间传播时，其速度远远超过每一个物体的运动速度。

　　在日常生活中，有时也会发生类似于多米诺骨牌的现象。如果你参观过火车的调度车场，可能会注意到火车编组时的情况。当一节车厢与整列火车连接时，它与原来的最后一节车厢发生碰撞，随之而来的连锁反应使每一节车厢都依次发生很小的移动，而这股冲击波式的能量却极为迅速地传遍了整个列车，使人觉得整列火车几乎是同时动起来的。当公路上出现交通阻塞时，一辆辆汽车首尾相接地排列起来。这时，如果后面的汽车没有及时停住，而撞在它前面的一辆汽车的尾部，这个冲击能量就会非常快速地向前传递，从而发生一连串的撞车事故，而所有司机都来不及去踩刹车。