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實驗裝置影像

發布時間:2023-03-12 01:01:57

① 利用數碼單反相機和頻閃光源拍攝高中物理實驗的自由落體運動的過程方法

數碼相機在物理演示實驗中的巧用
葉文義(隆山高級中學 浙江瑞安 325200)
摘 要:本文以《平拋物體的運動》一課教學為例,介紹了數碼相機在物理演示實驗中兩種巧妙的運用:一、利用數碼相機並配合視頻投影系統對演示實驗進行現場攝像,實拍實放。二、利用數碼相機的「多段」的神奇拍攝功能來拍攝、分析、研究高速運動的物體。

關鍵詞:數碼相機 平拋 攝像

隨著我國教育體制改革不斷深化的步伐,物理教育改革也發展迅速,其中不僅涉及教學內容、教學形式、教學藝術等方面的革新,而且教學手段的現代化、多樣化也逐漸成為物理教育改革的重要方面。當前豐富多彩的社會生活中,數碼相機的普遍應用已經成為人們生活、工作中不可缺少的得力助手,如何將數碼相機的應用引入到物理課堂教學中來,成為一種新型的教學手段,也正是物理教育改革的重要課題之一。筆者根據自己這幾年的嘗試,發現在課堂教學中特別在演示實驗教學中,引入數碼相機(帶「多段」拍攝功能、攝像功能及視頻輸出)則會有意想不到的教學效果。下面以《平拋物體的運動》一課教學為例談談具體的應用。
在《平拋物體的運動》一課的教學中,平拋運動是怎樣分解為水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動的?這是教學的重點和難點,要克服這個重點和難點則必需做好相關的演示實驗,在教材中設置如圖1所示的演示實驗和提供如圖2所示的頻閃照片。

圖1 圖2
而圖1中的演示實驗中物體運動太快,學生無法清楚的觀察中間的運動過程,只能憑落地時的一個聲音來粗略的判斷豎直方向是自由落體,更加無法判斷水平方向是勻速直線運動。對於這樣圖2所示的頻閃照片,它的缺點在於在拍攝過程中對實驗儀器要求較高(需要高精度、高頻率的頻閃閃光燈),操作過程復雜(嚴格地說必須在暗室中拍攝,而且有一些具體的攝影專業問題),如果是傳統攝影,還需要有一個沖洗等待的過程,其製作過程復雜,不利做課堂演示。而且學生看到的只是一張事先准備好的照片,缺乏真實感和直接感。 在這樣的教學方法下,這節課大部分只能是的理論宣講,學生無法做到通過觀察實驗、分析實驗而自主得出結論,只能憑借自身的能力水平想像該實驗的過程和結果,導致學生對平拋運動的分解和規律也只能是機械接受,整節課的教學效果不會太理想。如能巧妙的在演示中引入數碼相機,則對突破這一教學難點,會有意想不到的效果。下面具體介紹數碼相機在演示平拋運動的兩種方法。
一、利用數碼相機並配合視頻投影系統對平拋運動實驗進行現場攝像,實拍實放。
筆者根據教材的內容,對演示實驗如圖3所示進行改進:把兩條一模一樣得較光滑得斜槽一高一低固定在豎直演示板左側,在右上角固定一電磁鐵。

圖3
演示時利用數碼相機(帶攝像功能、視頻輸出)對演示實驗進行現場攝像,實拍實放,引導學生觀察、分析「慢鏡頭」錄像片段,從中得出平拋運動的規律,再從而完成該課的課堂教學,則取得較好的效果。具體操作分為以下幾步:
1.准備實驗儀器和攝像系統器材的選擇和連接:演示實驗裝置如圖3所示平放在水平桌面上。准備兩個一模一樣得鐵球。選擇高、中檔(帶攝像功能及視頻輸出)的數碼照相機,自帶監視彩屏,裝有50萬—300萬像素、較大尺寸CCD感測器,能達到更高的清晰度。。高、中機裝有3X-30X光學變焦鏡頭,且自動、手動功能齊全。把數碼相機直接安裝在蛇形管或可調照明燈支架上。將數碼相機的信號輸出端用屏蔽導線連接到計算機或直接連接到視頻投影儀上。
2.演示、拍攝、播放「平拋運動豎直方向是自由落體運動」的實驗:取兩個一樣的的小球,一個放在裝置左上角斜槽(較光滑)的某一高度用磁鐵吸住,另一個放在裝置右角相同的高度用磁鐵吸住。用開關自動控制:當第一個小球離開斜槽末端瞬間,另一個小球同時下落,一個做平拋運動,一個做自由落體運動,從背景方格紙可以看出他們在下落的整個過程中幾乎都在同一水平線上,最後同時落地。整個實驗過程用數碼相機拍下,學生觀察實物演示後,再讓學生直接觀察錄像,然後對錄像片的「慢放」分析,啟發學生分析並讓學生自己總結出平拋運動在豎直方向是自由落體運動。以下(圖4——6)是錄像片慢放時的幾個鏡頭。

圖4 圖5 圖6
3.演示、拍攝、播放平拋運動豎直方向是水平勻速直線運動:取兩個一樣的的小球,一個放在裝置左上角斜槽的離水平末段端某一高度用磁鐵吸住,另一個放在裝置左下角相同斜槽離水平末段相同的高度用磁鐵吸住。用開關控制讓兩個小球同時下落,一個做平拋運動,一個做近視勻速直線運動,從背景方格紙可以看出他們在運動的整個過程中幾乎都在同一豎直線上,最後同時到達右邊小網袋。整個實驗過程用數碼相機拍下,學生觀察實物演示後,再讓學生直接觀察錄像,然後對錄像片的「慢放」分析,啟發學生分析並讓學生自己總結出平拋運動在水平方向是勻速直線運動。以下(圖7——10)是錄像片慢放時的幾個鏡頭。

圖7 圖8

圖9 圖10
利用數碼相機進行拍攝時要注意以下幾點:
1. 拍攝時光源既為攝像配光也要有利於學生觀察實驗,可用日光色高頻電子鎮流高效節能燈或更大功率得白熾燈,特殊部位得照明有時需要小功率白熾射燈。所有光源均應配裝合適得燈罩,以防光線直射數碼相機鏡頭或學生得眼睛。
2. 用數碼相機拍攝小球得運動過程,要注意背景和小球之間的反差要大,拍攝時可直接安裝在蛇形管或可調照明燈支架上或用三角架,保證相機靜止不動。
二、利用數碼相機的「多段」的神奇拍攝功能來拍攝、分析平拋運動實驗。
所謂「多段」的神奇拍攝模式,具體地說,就是能夠在0.5秒內連續拍攝16幅照片,即每隔三十分之一秒拍攝一幅照片,這是極為難得的功能(中、高檔的數碼相機如型號為SONY-T1索尼相機就有)。只不過在這種拍攝模式下,圖片的質量要有所下降,500萬象素的照相機,此時每幅照片的象素僅為10萬左右(這也是專業數碼相機不設這一功能的原因),但對於我們中學物理實驗來說,這已經足夠了。如圖11就是用這一拍攝模式拍攝的平拋運動的照片。而圖12是利用Photoshop軟體將多個影像合成為同一幅照片後得到的結果,引導學生經數據分析證明,水平方向是勻速運動,豎直方向是勻變速運動,而且可以測出其加速度約為9.7m/s2。

在具體拍攝過程中要注意以下幾點。
1、拍攝時間間隔可以選擇,如筆者的SONY-T1就有每秒30幅、15幅和7.5幅三種選擇,但無論哪一種,每一次都只能連續拍攝16幅照片,因而每一種所能連續拍攝的時間是不一樣的,其中每秒30幅能持續拍攝0.5秒,每秒15幅能持續拍攝1秒,每秒7.5幅能持續拍攝2秒,由於能持續拍攝的時間都很短,所以都必須注意拍攝時機的把握,好在數碼相機不需要膠片,不行就重新拍。也有部分相機能持續拍攝很長時間,那就更好了。
3、由於拍攝對象是運動物體,所以如果快門速度太慢,拍攝得到的影像就會出現模糊現象,這時需要提高快門速度。當然很多數碼相機都是傻瓜照相機,不能進行光圈快門的控制,這時解決的主要方法有:提高拍攝環境的亮度和提高感光度(ISO)設定。如果還不能解決問題,可以使用曝光補償,以照片曝光不足為代價,來提高快門速度。
4.這種「多段」的神奇拍攝功能也可以配合視頻投影系統進行實拍實放,更加具有真實感。
從《平拋物體的運動》一課教學過程的實際效果來看,引入數碼相機的攝像功能和「多段」的神奇拍攝功能演示、分析實驗為該課的課堂教學創造了更加形象、直觀的教學效果,能夠吸引學生認知物理知識的濃厚興趣,對所學知識留有深刻的印象。
數碼相機的「多段」的神奇拍攝功能除了在研究平拋運動以外,還可以研究自由落體運動、簡諧運動、動量守恆等高速運動的物體. 其中研究動量守恆的實驗中,如果物體碰撞後出現反向運動,就很難用頻閃攝影來完成了,因為往復運動會使多個影像在同一底片上進行復雜的疊加從而難以辨認,而使用這種「多段」的神奇拍攝功能模式拍攝的照片就不存在這一問題,因為它是連續拍攝多幅照片的。
而數碼相機的視頻拍攝除了拍攝高速運動物體之外,也用它來拍攝暗環境下干涉、衍射條紋以及示波器波形攝像甚至進行顯微鏡視場攝像,如在 「布朗運動」演示實驗中,將帶有攝像功能的數碼照相機調試完後與光學通道對接插入立體顯微鏡攝影介面上,或拔除一個觀察目鏡插入目鏡筒內,將數碼相機的信號輸出端用屏蔽導線連接到一台大屏幕電視機上,或者連接到視頻投影儀上。這樣,在大屏幕電視或投影銀幕上就可以看到「布朗運動」的大幅畫面——大量的黃廣告色懸浮顆粒一直做無規律運動。課堂上,同學們在老師指導下,認真觀察、分析這些畫面,記錄某一顆粒在不同時刻的運動軌跡,進行熱烈的討論,加深對布朗運動實質的理解,所有這一切僅用幾分鍾就完成了,既節省了時間,亦取得了很好的教學效果。
數碼相機的攝像功能和「多段」的神奇拍攝功能除了實拍實放外,還可以將拍攝的內容通過視頻採集卡採集到計算機中,利用非線性編輯軟體Premeiere 6.0編輯成視頻文件,再用投影儀投放到銀幕上,適合做課堂演示,效果非常好。
總之,在課堂教學演示實驗中引入數碼相機,使課堂演示實驗更加豐富多彩,有效彌補了物理課堂教學中在某些實驗方面的缺陷,比用計算機直接模擬的方法更具有真實、直觀的特點。因此數碼相機的引入是物理課堂教學改革中教學手段的一項創新,將對教育改革和發展起到積極的推動作用。

參考文獻:
1. 錢汝蘭 物理教學演示的視頻拍攝 物理教學探討 2004,第8期
2. 張 傑 牟其善 多媒體技術在頻閃照像法實驗中的應用 物理實驗 2004,第12期

② 某同學設計一個測定平拋運動初速度的實驗裝置,設計示意圖如圖所示,O點是小球拋出點,在O點有一個頻閃的


第一空:由於相機的曝光時間時一樣的,所以若兩個小球的投影的實際距離是相等專的,則可以知道小屬球的投影是勻速直線運動.
第二空:對球的第一個位置和其與水平位移x和豎直方向的位移y構成的三角形與投影三角形OBN是相似三角形ON=L,NB=Y,

1
30
) 2 v 0 ②
聯立兩式解得:v 0 =4m/s
故答案為:勻速直線運動,4m/s

③ 考研考央美實驗藝術系的話,考專業考些什麼內容是油畫么難道是裝置影像

造型專業
實驗藝術目前是油畫系下屬的但是招研是獨立的,你可以去看一下美院官網上的研究生招生目錄,考試內容還是比較基礎的那些

④ 誰推薦一兩個簡單又有點有趣的化學小實驗(適合高中小朋友做的)

高中書上都是呀,還有「高中小朋友」聽上去怪怪的
這些是除了書上另外的:
(一)鳴炮慶祝
用品:研缽、玻璃片、滴管、玻棒、紙。
氯酸鉀、紅磷、酒精、漿糊。
原理:氯酸鉀為強氧化劑,紅磷為易燃物,兩者之間很容易發生化學反應。用葯匙將它們相混時會發生燃燒。將混和物撞擊時會發生猛烈的爆炸。
5KClO3+6P=5KCl+3P2O5
操作:將2克氯酸鉀晶體放在研缽里研成粉末,倒在玻璃片上。取0.6克紅磷放在氯酸鉀粉末旁。用滴管吸取酒精滴到兩種葯品上,使葯品潮濕,然後用玻棒將它們混和均勻調成糊狀,分成三等分。等它們乾燥後分別用紙包緊粘牢。
慶祝開始時,把三個紙包先後用力朝水泥地或磚頭上摜,就會發出三聲炮響。
(二)玻棒點火
用品:玻棒、玻璃片、酒精燈。98%濃硫酸、高錳酸鉀。
原理:高錳酸鉀和濃硫酸反應產生氧化能力極強的棕色油狀液體七氧化二錳。它一碰到酒精立即發生強烈的氧化-還原反應,放出的熱量使酒精達到著火點而燃燒。
2KMnO4+H2SO4=K2SO4+Mn2O7+H2O
2Mn2O7=4MnO2+3O2↑
C2H5OH+3O2→2CO2+3H2O
操作:用葯匙的小端取少許研細的高錳酸鉀粉末,放在玻璃片上並堆成小堆。將玻棒先蘸一下濃硫酸,再粘一些高錳酸鉀粉末。跟著接觸一下酒精燈的燈芯,燈芯就立即燃燒起來,一次可點燃四、五盞酒精燈。
注意事項:七氧化二錳很不穩定,在0℃時就可分解為二氧化錳和氧氣。因此玻棒蘸濃硫酸和高錳酸鉀後,要立即點燃酒精燈。否則時間一長,七氧化二錳分解完,就點不著酒精燈了。
(三)鋼絲點火
用品:鋼絲、瓶蓋、蠟燭、硫粉。
原理:利用鐵絲上硫燃燒時火焰很淡,白天在遠處看不出來,好象真的是鋼絲把蠟燭點著的。
操作:事先把自行車鋼絲一端錘扁成凹槽,在槽里放一些硫粉,加熱熔化著火,備用。將一支蠟燭點燃後放在桌上。這時用瓶蓋將燭焰蓋滅,再用鋼絲接觸燭芯上升的白煙,燭火便復燃。可再蓋滅,再點燃。這樣一亮一滅,令人暗暗叫奇。
(四)手指點火
用品:研缽、小木板。
蠟燭、氯酸鉀、硫。
原理:蠟燭的余燼使硫燃燒。硫燃燒時放出的熱量使氯酸鉀分解產生氧氣,因而硫燃燒得更旺,余燼便著火了。
操作:取1克氯酸鉀和0.5克硫,分別放在研缽里研成很細的粉末,然後把它們混和均勻。或者用十根火柴,把頭葯刮下研細也行。
在小木板上固定好一支蠟燭,並將它點燃。事先用手指頭蘸些混和好的葯粉。表演時,將燭火吹滅,趁著尚有餘燼,把蘸有葯粉的手指頭,輕輕地向燭芯碰一下,蠟燭便可復燃。可以再吹滅,再點燃。
注意事項:蠟燭的燭芯長約1.5厘米。這樣在吹熄後才有餘燼。如果用研細的火柴頭葯,只能在手指頭上粘上薄薄的一層。多了,手指上的頭葯也會著火,可能灼傷手指。
(五)氯氣點火
用品:250毫升廣口瓶、分液漏斗、導管、玻璃水槽、集氣瓶、毛玻片、試管、滴管。
電石、水、濃鹽酸、高錳酸鉀。
原理:電石和水反應產生乙炔。高錳酸鉀和鹽酸反應產生氯氣。氯氣和乙炔反應放出的熱使乙炔著火,然後乙炔在空氣中繼續燃燒。

CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2↑
2KMnO4+16HCl=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
C2H2+Cl2→2C+2HCl
2C2H2+5O2→4CO2+2H2O
操作:實驗裝置如圖15-1所示。在廣口瓶里放入10克小塊電圖15-1製取乙炔石。輕輕旋開分液漏斗的活栓,使水慢慢地滴下。等廣口瓶內的空氣排凈後,用排水法收集一瓶乙炔。瓶口用毛玻片蓋住,直立放在桌上。另取一支試管放入0.5克高錳酸鉀晶體滴入2滴濃鹽酸就有氯氣產生並充滿試管。這時,左手拿開乙炔瓶上的毛玻片,右手把試管里的氯氣倒入乙炔瓶里。當乙炔和氯氣相遇,便立即著火發出光亮而帶濃煙的火焰。
(六)杯中大火
用品:600毫升燒杯、蒸發皿、坩堝、鑷子。
乙醚、鉀、細砂。
原理:鉀和乙醚在常溫時不發生反應。當把它們倒入水時,鉀和水相遇立即產生氫氣並著火,從而引起劇烈的燃燒現象。
2K+2H2O=2KOH+H2↑
2H2+O2 2H2O
C2H5OC2H5+6O2 4CO2+5H2O
操作:在燒杯底部放一厚層細砂,砂上放盛有5毫升水的蒸發皿。向坩堝里注入2毫升乙醚,再放入綠豆大的一塊鉀。將乙醚和鉀的混和物倒入蒸發皿時,杯內立即發生大火。
(七)滴水生火
用品:600毫升燒杯、蒸發皿、鑷子、滴管。
濾紙、細砂、過氧化鈉、白磷。
原理:過氧化鈉和水反應產生氧氣並放出大量的熱,使白磷著火生成大量的五氧化二磷白煙。
操作:在600毫升燒杯的底部鋪一層細砂,砂上放一個蒸發皿。取2克過氧化鈉放在蒸發皿內,再用鑷子夾取2塊黃豆大小的白磷,用濾紙吸去水分後放在過氧化鈉上。用滴管向過氧化鈉滴1~2滴水,白磷便立即燃燒起來,產生濃濃的白煙.
(八)液中星火
用品:大試管、鐵架台、鐵夾。
98%濃硫酸、酒精、高錳酸鉀。
原理:高錳酸鉀和濃硫酸接觸會產生氧化性很強的七氧化二錳,同時放出熱量。七氧化二錳分解出氧氣,使液中的酒精燃燒。但由於氧氣的量較少,只能發出點點火花,而不能使酒精連續燃燒。
操作:取一個大試管,向試管里注入5毫升酒精,再沿著試管壁慢慢地加入5毫升濃硫酸,不要振盪試管。把試管垂直固定在鐵架台上。這時,試管里的液體分為兩層,上層為酒精,下層為濃硫酸。用葯匙取一些高錳酸鉀晶體,慢慢撒入試管,晶體漸漸落到兩液交界處。不久,在交界處就會發出閃閃的火花。如果在黑暗的地方進行,火花就顯得格外明亮。

注意事項:高錳酸鉀的用量不可過多,否則,反應太劇烈,試管里的液體會沖出來。
(九)冰塊著火
用品:大瓷盤、滴管。
電石、鉀、冰塊。
原理:水和鉀反應劇烈,使生成的氫氣燃燒。氫氣的燃燒使電石和水反應生成的乙炔著火。燃燒所產生的熱進一步使冰熔化成水,水和電石作用不斷地產生乙炔,因此火焰就越燒越旺,直到電石消耗完,火焰才漸漸熄滅。
操作:取一大塊冰放在大瓷盤里,在冰上挖一個淺坑,放入一小塊電石和一小塊鉀。然後向淺坑裡滴幾滴水,立即冒出一團烈火和濃煙,好象冰塊著火似的。

(十)星光飛舞
用品:20毫升塑料瓶、針、酒精燈。
膽礬粉末、鎂粉、還原鐵粉。
原理:當膽礬粉末、鎂粉和還原鐵粉落在火焰上時,膽礬的銅離子使火焰呈現綠色,鎂粉和鐵粉因體積很小,與空氣的接觸面很大,容易被火焰灼熱,所以能和空氣中的氧氣化合生成氧化鎂和四氧化三鐵。
2Mg+O2 2MgO
3Fe+2O2 Fe3O4反應所產生的熱使四氧化三鐵發紅,使氧化鎂達到白熾狀態,於是便出現細小的紅光和耀眼的白光。因為金屬粉末不是同一時間落在火焰上燃燒的,加上在氧化時被熱氣流沖開,所以紅光和白光四射,一閃一閃好象星光在飛舞。
操作:取膽礬粉末、鎂粉和還原鐵粉各1克。把它們混和均勻後,放入小塑料瓶里。瓶底用針打一些小孔。然後在酒精燈火焰的上方,輕輕拍打塑料瓶。瓶里的粉末落在火焰上時,火焰呈綠色。在綠色火焰的上方,飛舞著紅色和白色的星光,景色十分美麗。
(十一)水中燃燒
用品:研缽、玻璃水槽、直徑約4厘米的塑料瓶,鐵棒,引火線。
硝酸鉀、硫粉、木炭粉、細砂。
原理:黑火葯在水中燃燒時,所噴出的大量煙塵和氣體足以把水沖開而不影響其反應的繼續進行。黑火葯燃燒的主要化學反應是:
S+2KNO3+3C 點燃K2S+N2↑+3CO2↑
操作:取硝酸鉀5份、硫粉1份、木炭粉1份、分別研細後放在紙上反復拌勻,配成黑火葯,備用。
取一直徑約4厘米的塑料瓶,把它截成高約6厘米、有底的圓筒。向筒內先裝入約2厘米厚的細砂,再填入黑火葯。每裝入少許,用鐵棒搗結實,填滿到筒口後,插入引火線(它是用棉繩浸透30%硝酸鉀溶液曬干而成的。)再把黑火葯壓緊。把裝好火葯的塑料筒,輕輕放入盛有水的玻璃水槽,筒口要高出水面約1厘米。
點燃引火線,不久有大量煙塵和火焰從塑料筒里噴出來。燃燒逐漸蔓延到水下,直到黑火葯燒完為止。由於有少量沒有燒完的炭粉分散在水中,使水變成棕黑色。
(十二)水中火光
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用品:200毫升燒杯、2毫升移液管、鑷子、葯匙。
水、98%濃硫酸、氯酸鉀、白磷。
原理:氯酸鉀和濃硫酸作用,生成易分解的氯酸,產生二氧化氯。二氧化氯很容易分解生成氯氣和氧氣,同時放熱使白磷達到著火點在氧氣中燃燒,生成五氧化二磷。五氧化二磷和水反應生成磷酸。
KClO3+H2SO4=HClO3+KHSO4
4HClO3=4ClO2↑+O2↑+2H2O
2ClO2=Cl2+2O2
4P+5O2=2P2O5
P2O5+3H2O=2H3PO4
操作:在燒杯中放入10克氯酸鉀晶體,慢慢注入100毫升水,再用鑷子夾取2~3塊綠豆大的白磷放在氯酸鉀晶體中間。然後用移液管吸取濃硫酸2毫升注到氯酸鉀和白磷的交界處。這時白磷燃燒,發出火光。
用品:400毫升燒杯、鑷子、鐵架台、鐵夾、試管、帶導管的橡皮塞。
氯酸鉀、二氧化錳、白磷、40℃的熱水。
原理:水的溫度達到了白磷的著火點又有氧氣存在,所以白磷在水中燃燒。

操作:把5小塊綠豆大的白磷投入一個盛有半杯40℃熱水的燒杯里。
把6克氯酸鉀和2克二氧化錳混和均勻後放在試管里。用帶有導管的塞子緊塞管口。給試管加熱。將放出氧氣的管口靠近白磷時,白磷便立即燃燒,發出閃爍的火光。
(十三)木炭化妝跳舞
用品:鐵架台、鐵夾、酒精燈、大試管、鑷子。
木炭、硝酸鉀。
原理:硝酸鉀受熱先熔化而後分解為亞硝酸鉀和氧氣。熔化的硝酸鉀和木炭接觸,反應所放出的熱將木炭灼紅,生成的二氧化碳把木炭推上去。木炭和硝酸鉀脫離接觸後,由於重力的作用而落下。木炭就是這樣上下跳躍不停,直到它作用完為止。
2KNO3 2KNO2+O2↑
C+O2=CO2
操作:取5克硝酸鉀放入大試管里。把試管垂直固定在鐵架台上。用酒精燈外焰加熱試管底部,使硝酸鉀熔化。等有氣體放出時,投入黃豆大的木炭並繼續加熱。一會兒,木炭由黑變紅在試管里不斷上下跳動,發出明亮的火光。移去酒精燈,木炭還可以跳躍片刻。
(十四)化學燈
用品:鐵架台、鐵夾、鑷子、硬質大試管、酒精燈。
硝酸鉀、硫塊。
原理:硫和熔化的硝酸鉀反應非常劇烈,放出大量的熱,使反應中生成的亞硝酸鉀被熾熱發出耀眼的白光。
2KNO3 2KNO2+O2↑
S+O2=SO2
操作:把裝有5克硝酸鉀的大試管垂直固定在鐵架台上加熱試管底部,使硝酸鉀熔化。這時拿開酒精燈,向試管里每隔半分鍾投入黃豆大的硫塊,試管便持續地發出耀眼的白光。
(十五)焰火
用品:研缽、紙筒、引火線(用棉繩浸透30%硝酸鉀溶液,曬干而成)。
氯酸鉀、硫、木炭粉、硝酸鉀、硝酸鈉、硝酸鋇、硝酸鍶、蔗糖、鎂粉、三硫化二銻。
原理:焰火呈現紅、綠、紫、藍、黃各種顏色是葯品中某些金屬元素的焰色反應。
焰色:K,K+(紫色),Na,Na+(黃色),Sr,Sr2+(深紅色),Ba,Ba2+(黃綠色)。
操作:按下面的配方(質量比)來配製各色焰火。
紅色:氯酸鉀4,硫粉11,木炭粉2,硝酸鍶33。
綠色:氯酸鉀9,硫粉10,硝酸鋇31。
白色:硫粉3,硝酸鉀12,鎂粉1,木炭粉2。
紫色:氯酸鉀7,硫粉5,硝酸鉀7,蔗糖2。
黃色:硫粉12,木炭粉2,硝酸鉀30,硝酸鈉5。
藍色:硝酸鉀9,硫粉2,三硫化二銻2。
將所需葯品按數量稱好,分別研細再混和均勻,裝入紙筒,邊裝邊壓緊,裝好後插入引火線。點燃引火線,火葯便燃燒(或用滴入濃H2SO4引燃),發出各色火焰,非常好看。
注意事項:配製火葯時,各個成分必須分別研細千萬不能混研,以防燃燒或爆炸。反應時將會有較多的煙生成,因此該實驗適合在室外進行。
(十六)蠟燭自明
用品:6×6平方厘米木板、30毫升試劑瓶、鑷子、滴管。
二硫化碳、白磷、蠟燭。
原理:將白磷的二硫化碳溶液滴在燭芯上,二硫化碳很快揮發掉,剩下細小的白磷顆粒。白磷與空氣接觸,激烈地氧化放熱,使白磷燃燒起來。白磷燃燒時就把燭芯點著了。
操作:取一支點燃過的蠟燭固定在木板上。燭芯要長而鬆散。在試劑瓶中注入5毫升二硫化碳,再用鑷子夾取一塊蠶豆大小的白磷放入二硫化碳中,塞上瓶蓋,輕輕搖晃,使白磷溶解成溶液。用滴管吸取少量白磷的二硫化碳溶液,滴到燭芯上。不久,燭芯就自燃起來。
(十七)火山爆發
用品:滴管。
燒石膏、高錳酸鉀、重鉻酸銨、甘油。
原理:高錳酸鉀和甘油發生激烈的氧化還原反應,放出的熱使甘油著火。重鉻酸銨受熱迅速分解產生氮氣,使三氧化二鉻粉末向上飛,迸發出火星。

操作:將燒石膏加水捏成小山,山頂留一坩堝大小的坑,晾乾備用。
在石膏山頂的坑中間,堆放高錳酸鉀粉末,頂上壓一小槽。在高錳酸鉀的周圍,堆放研細的重鉻酸銨粉末。用滴管吸取甘油,滴1~2滴於高錳酸鉀的小槽里。一會兒,就可看到有紫紅色火焰噴出,跟著又噴出許多綠色的「火山灰」,布滿在小山坡上,景象逼真,婉如火山爆發。
(十八)海底火山爆發
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用品:玻璃水槽、20毫升廣口葯瓶、塑料薄膜、牛皮筋、滴管。
燒石膏,蔗糖、氯酸鉀、98%濃硫酸。
原理:濃硫酸和氯酸鉀反應生成奇臭的二氧化氯。二氧化氯氧化力極強,能使蔗糖猛烈燃燒。
操作:用燒石膏加水捏成小山,山頂上嵌入廣口葯瓶,晾乾備用。
將10克氯酸鉀和10克蔗糖混和均勻,裝入石膏山頂的小瓶內。用塑料薄膜封瓶口,牛皮筋扎緊,然後將小山沒入水槽的水裡。用滴管吸取濃硫酸,刺破塑料薄膜,滴入幾滴濃硫酸。火山立即在水中爆發,十分壯觀。
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用品:玻璃水槽、墨水瓶。
沸水、紅墨水。
原理:沸水和冷水發生對流,沸水上升,冷水下降。
操作:在空墨水瓶里滴入10滴紅墨水,再注入沸水,扭緊瓶蓋,把它放入水槽里。向水槽里倒入冷水,浸過瓶口約5厘米。然後輕輕地旋開瓶蓋,瓶內的紅水慢慢上升噴向水面,好象海底火山爆發一樣。
(十九)節奏的爆炸
用品:研缽、60毫升錐形瓶、玻棒。
碘片、30%濃氨水。
原理:碘和濃氨水反應生成六氨合三碘化氮。它不溶於水,乾燥後,性質極不穩定,輕微的觸動,即引起爆炸。
3I2+7NH3=NI3•6NH3+3HI
2NI3•6NH3=N2↑+3I2+12NH3↑
分布均勻細小的六氨合三碘化氮爆炸時沒有危險。
操作:取1克碘片放在研缽里,加入5毫升濃氨水。小心研磨3分鍾,便得到黑色六氨合三碘化氮的細小固體。加水50毫升,經攪動後倒入錐形瓶中。振盪錐形瓶,使黑色粉末均勻地分布在水中,然後灑在舞台上,讓它乾燥。乾燥後,這時在上面跳舞,隨著舞步可發出有節奏的爆炸。
(二十)一觸就炸
用品:試管2個、帶導管的橡皮塞、漏斗、濾紙、葯匙、石棉網、三角鐵架、酒精燈。
棉花、2%硝酸銀溶液、2%稀氨水、電石。
原理:電石和水反應產生乙炔。乙炔和銀氨溶液作用生成乙炔銀。
CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2↑
C2H2+2Ag(NH3)2OH→C2Ag2↓+4NH3+2H2O乙炔銀受撞擊或受熱即發生爆炸分解出銀和碳。
C2Ag2→2Ag+2C
操作:
在圖15-4左面的試管里加入3毫升水,再放入2小塊電石,試管口放些棉花,再把連著導管的塞子塞好。讓生成的乙炔不斷通入銀氨溶液中,即有灰白色的乙炔銀沉澱產生。等反應停止後,用濾紙過濾,沖洗,取出沉澱物,放在干凈的石棉網上並分成若干綠豆大的小堆。俟其乾燥後,一觸即可爆炸。也可以把石棉網放在三腳鐵架上,下面放一盞燃著的酒精燈。片刻,水分蒸發後乙炔銀就發出猛烈的爆炸,同時有火光出現。

(二十一)燒不壞的手帕
1
用品:手帕、100毫升燒杯、酒精燈、竹夾子。
酒精。
原理:酒精遇火燃燒,放出熱量,使酒精和水大量揮發,帶走部分熱量。左右搖晃手帕時可散去大量熱。這樣火焰的溫度被降低,不能達到手帕的著火點。
操作:在燒杯中倒入20毫升酒精和10毫升水,充分搖勻,將手帕放入溶液中浸透。用竹夾子夾出手帕,輕輕地把酒精擠掉,然後放在燃著的酒精燈上點燃。手帕著火後,火焰很大。這時要左右搖晃手帕,直到熄滅。火熄滅後,手帕完好無損。
用品:手帕、玻棒、酒精燈。
酒精、磷酸鈉飽和溶液、明礬飽和溶液。
原理:浸過磷酸鈉和明礬溶液的手帕在晾乾後,磷酸鈉和明礬所形成的氫氧化鋁會把布和空氣隔開。因此酒精燃燒產生的熱,不能使手帕達到燃點。
2KAl(SO4)2+3Na3PO4+6H2O=3NaH2PO4+3Na2SO4+K2SO4+2Al(OH)3↓
操作:把手帕放在磷酸鈉飽和溶液中浸透,取出晾乾。再把這塊手帕在明礬飽和溶液中浸幾分鍾,取出晾乾。
表演時,把酒精倒一些在手帕上,再用一根玻棒把手帕挑起,在燃著的酒精燈上點燃。手帕著火發出淡藍色的火焰。火焰熄滅後,手帕一點沒有燒壞。
(二十二)烈火中的花布
用品:花布、細鐵絲、鑷子、酒精燈。
樟腦丸
原理:樟腦丸的化學成分為萘,很容易燃燒。在燃燒時所產生的熱量一部分用於使萘升華,所以和樟腦丸緊貼的花布溫度被降低,不能達到布的著火點,布就不會燃燒。
操作:用一塊小花布緊緊地包住一顆樟腦丸,再用細鐵絲扎緊,然後用鑷子夾住,放在酒精燈火焰上點燃,轉眼功夫,小花布被熊熊烈火包圍,烈火中還散發出濃濃的黑煙。將火吹滅後,打開布包一看,樟腦丸變小了,但花布卻和原來一樣一點沒有燒壞。
(二十三)奇異的脫脂棉
用品:脫脂棉、100毫升燒杯、玻棒、鐵絲、鐵夾四個。
磷酸鈉飽和溶液、明礬飽和溶液、30%硝酸鉀溶液、濃硝酸(密度1.4克/毫升)、濃硫酸(密度1.84克/毫升)。
原理:用磷酸鈉和明礬溶液浸過的脫脂棉,由於在棉纖維上有一層不能燃燒的保護膜,所以不易燃燒。
用硝酸鉀溶液浸過的脫脂棉,由於硝酸鉀受熱分解出氧氣的助燃,所以很容易燃燒。
2KNO3 2KNO2+O2↑
用1體積濃硝酸和2體積濃硫酸的混和液浸泡15分鍾的脫脂棉,由於棉纖維和硝酸發生酯化反應生成了極易燃燒的纖維素三硝酸酯,取出,洗凈、晾乾後,火葯棉在外表上跟原脫脂棉相似,但遇火即迅速燃燒。
操作:將脫脂棉分為四等份:第一份是原來的脫脂棉;第二份是先放入磷酸鈉溶液中浸透,取出,干後再浸入明礬溶液,取出,晾乾後的脫脂棉;第三份是浸入硝酸鉀溶液,取出,乾燥後的脫脂棉;第四份是浸入10毫升濃硝酸和20毫升濃硫酸的冷混和液中,約10分鍾後取出,洗凈,晾乾後的脫脂棉。
將上面四份脫脂棉夾在鐵絲上,彼此留5厘米的距離,然後依次點燃。第一份可以燃燒,但速度不快;第二份不易燃燒;第三份容易燃燒;第四份極易燃燒。
(二十四)口吐「仙氣」
用品:尖嘴玻璃管、酒精燈、有色塑料管、葯棉。
汽油、肥皂液、甘油。
原理:汽油蒸氣可以點燃。當汽油和空氣混和後遇火會發生劇烈的燃燒並發出爆炸聲。
操作:在長20厘米尖嘴玻璃管外套一層有色的塑料管,管內放一段吸飽汽油的棉花球。把尖嘴管對著酒精燈火焰,向玻管的另一端吹氣。當氣從尖嘴管出來,遇火便燃燒起來。離開火焰繼續燃燒。如果向玻管吹氣力量稍大時,火焰可以離開尖嘴4~5厘米遠,並呈現明亮的藍色的火焰,十分好看。
這時把玻管尖端浸入滴有少量甘油的肥皂液。取出後,向玻管另一端吹氣。當肥皂泡連串出現在空中時,用燃著的酒精棉球去點一個個的肥皂泡,便發出一連串輕微的爆炸聲和火球,非常有趣。
(二十五)火滅畫現
用品:100毫升燒杯、毛筆、刷子、玻棒、玻璃板、彩色畫片。
硼砂濃溶液、明礬飽和溶液、火葯棉、丙酮、鋁粉。
原理:畫片經過硼砂和明礬溶液先後處理過後,在畫面上就有一層不易燃燒的保護層。火葯棉燃燒迅速,所以畫片不會燒壞。
操作:取一張彩色畫片,用毛筆在畫片上塗一層硼砂溶液,晾乾後塗一層明礬溶液,再晾乾後備用。
將火葯棉放在小燒杯里加入丙酮和鋁粉,調勻。然後把火葯棉的丙酮濃稠的液體,刷在玻璃板上,刷的面積比畫片略大一些。重復刷3~4遍,干後揭下貼在畫片上。這時用火柴點燃火葯棉。當火葯棉迅速燒完時,美麗的畫面就出現在眼前。
(二十六)燒不著紙的火
用品:蒸發皿、玻棒、鑷子、紙。
二硫化碳、四氯化碳。
原理:二硫化碳是容易燃燒的液體,但四氯化碳卻不能燃燒。二硫化碳燃燒生成二氧化碳和二氧化硫,同時放熱。

因有四氯化碳在裡面,四氯化碳大量揮發時帶走了不少熱量,因此火焰的溫度被降低而達不到紙的著火點。
操作:在蒸發皿中倒入6毫升二硫化碳和16毫升四氯化碳,攪拌均勻。用火點燃後,可以看到淡藍色的火焰。這時用鑷子夾一張普通的紙放在火焰上,紙卻燒不著。
(二十七)火能寫字作畫
用品:白紙兩張、毛筆、大頭針、香、酒精燈。
30%硝酸鉀溶液、3摩/升硫酸。
原理:硝酸鉀受熱時分解出氧氣,使紙燃燒。但由於燃燒時產生的熱量不大,所以沒有塗硝酸鉀的紙不會燒著。
3摩/升稀硫酸在烘烤時由於水分蒸發而變成濃硫酸。濃硫酸有脫水性,使紙碳化,現出畫來。
操作:
1.用毛筆蘸30%硝酸鉀溶液在白紙上寫字,字要大,筆畫要簡單些,筆跡要連結在一起,在起筆處用大頭針戳個小孔作記號,然後晾乾。
表演時,用香火在每個字的針孔處點燃,於是火就順著筆畫寫出空心字來。
2.用洗凈的毛筆蘸硫酸在白紙上作畫,陰干後看不出畫跡。表演時,把白紙小心地放在火上烘烤,於是逐漸現出墨筆畫來。
(二十八)滴水生煙
用品:研缽、坩堝、滴管。
碘片、鋁粉。
原理:碘和鋁在常溫下不發生反應。加水催化劑後,反應便立即發生。反應放出的熱使水變為水蒸氣,它和碘蒸氣和白色的碘化鋁在一起形成大量的橙色煙霧。煙霧中混雜著碘升華美麗的紫色蒸氣。

操作:取3克碘片放在乾燥的研缽內研細,再加入0.2克鋁粉。把它們混和均勻後,移入坩堝並堆成小丘,在丘頂上壓一小坑。用滴管往小坑內滴1~2滴水。碘和鋁立即發生劇烈反應,發光發熱,同時產生濃厚的棕色煙霧,煙霧中夾雜著美麗的紫色碘蒸氣。
(二十九)杯中烈煙
用品:600毫升燒杯、小量筒、滴管、蒸發皿。
砂、濃硫酸(密度1.84克/毫升)、濃硝酸(密度1.4克/毫升)、松節油。
原理:濃硝酸和濃硫酸的混和液具有強烈的氧化作用。松節油為易燃物,跟混和酸一接觸就被氧化放出大量的熱,使松節油燃燒,但燃燒不完全析出大量的碳形成黑煙。
操作:在600毫升燒杯底部放1厘米厚細砂。取一個蒸發皿,向蒸發皿內注入5毫升濃硝酸和5毫升濃硫酸,輕搖使混和均勻,然後把蒸發皿放在燒杯里的砂上。用滴管吸取少量松節油逐滴滴入混和酸中,一滴一蓬火,一股烈煙。

⑤ 科技小發明怎樣製作一個取暖的東西

如圖所示來:


電熱絲制熱源利用凹鏡面反源射型的取暖器。不管台式、立式都可以像電扇一樣搖頭;有些具有遠紅外功能,沒有噪音。制熱速度較快。缺點是電熱絲較為脆弱,開啟狀態下較大的震動可能會對電熱絲造成損壞。

電熱絲的直徑厚度是與最高使用溫度相關的參數,直徑越大的電熱絲,越容易克服高溫下的變形問題,延長自身的使用壽命。

電熱絲在最高使用溫度以下運行,應當保持直徑不低於3mm,扁帶厚度不小於2mm。電熱絲的使用壽命很大程度上也與電熱絲的直徑和厚度相關。

電熱絲在高溫環境中使用,表面會形成保護性氧化膜,氧化膜存在一段時間後又會發生老化,形成不斷生成和被破壞的循環過程,這個過程也就是電爐絲內部元素不斷消耗的過程,直徑和厚度較大的電爐絲元素含量更多,使用壽命也就較長。

(5)實驗裝置影像擴展閱讀:

蓄熱式取暖器的工作原理是:用耐高溫的電發熱元件通電發熱,加熱特製的蓄熱材料——高比熱容、高比重的磁性蓄熱磚,低導熱的保溫材料將貯存的熱量保存住,按照取暖人的意願調節釋放速度,慢慢地將貯存的熱量釋放出來。

貯存熱量的多少可根據室外溫度的高低人為加以調節。鋼制噴塑的外殼則對整個設備起到保護和美化作用。

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