中國流動科技館展品科普原理講解與功能概述(5.數學展品)

2021-01-08 北京定致科技有限公司

前面第一篇講了光學展品,第二篇講了聲學展品,第三篇講了電磁類展覽,第四篇講了力學類展品,這些展品也都是適合於中學校園科技館和社區科普館適用,下面小編君就給大家講解一下中國流動科技館的數學類的科普原理、功能概述及操作方法,展品只是挑選了幾個常規的,大家可以瀏覽中國科技館官網查看全部展品信息。

雙曲線槽、雙曲夾縫

操作說明:撥動直杆,看看會發生什麼現象。

功能概述:展品由可轉動的直杆和帶有雙曲線狹縫的有機玻璃板組成。撥動直杆,會發現它可以神奇地穿過有機玻璃板上彎曲的狹縫。這其中的奧秘是什麼呢?當傾斜的直杆繞豎直軸旋轉時,會在空間劃出雙曲面。由於有機玻璃板是過豎直軸的平面,彎曲的狹縫正是有機玻璃板與雙曲面的交線,直杆旋轉時正好穿過彎曲的狹縫。火力發電廠的冷卻塔結構是雙曲面形狀,它可以用直的鋼梁建造。這樣會減少風的阻力.也可以用最少的材料來維持結構的完整。

2.橢圓焦點

操作說明:將圓環放到橢圓的一個焦點處,向任意方向彈出,經過展臺四周的圍板反彈後,總會碰到另一焦點位置上的目標。反覆實驗,總能命中。

功能概述:展品由橢圓形的臺面和圓環組成。將圓環放到橢圓的一個焦點處,向任意方向彈出,經過展臺四周的圍板反彈後,總會碰到另一焦點位置上的目標。反覆實驗,為什麼總能命中呢?從橢圓一個焦點發出的光,經過橢圓邊緣反射後,反射光線會會聚到橢圓的另一個焦點位置,這是橢圓的光學特性。因此無論圓環向哪個方向彈出,經過橢圓邊緣反彈後,都會擊中另一焦點位置上的目標。為了使電影放映機膠片通過的地方獲得最強光,正是利用了橢圓的光學特性,把聚光燈的燈絲放到橢圓型反射鏡的一個焦點處。

3.奇妙的運動軌跡(滾出直線)

操作說明:轉動手輪,觀察支點的運動路線。

功能概述:展品由大、中圓盤、小圓盤、操作手輪等組成。轉動手輪,會看到兩個小圓盤內切於大圓盤滾動,而兩個小圓盤邊緣上的支點居然沿直線和五邊形運動。

科學原理:這是為什麼呢?在平面上,一個動圓沿著一個固定圓的內側作滾動時,此圓上一點的軌跡叫做內擺線。如果動圓半徑正好是定圓半徑的一半,動圓圓周上任意一點的軌跡均為直線。展品中小圓盤的直徑恰好是大圓盤直徑的一半,而支點正好位於小圓盤的圓周上,所以它的運行軌跡是一條直線。在機械加工中,刨床上刀片的往復直線行走就是利用了內擺線這一特性。最小的圓盤的直徑是大圓盤的五分之一,所以它上面的支點的路徑是五角星。

4.圓柱與圓錐

操作說明:緩慢轉動轉盤,可以看到三組容器內的液體通過連接管道流入一組容器,通過對比可以發現三組不同形狀的容器的內體積是相同的。

功能概述:轉動轉盤,可以看到三組容器內的液體通過連接管道流入一組容器,通過對比可以發現三組不同形狀的容器的內體積是相同的。圓柱體與圓錐體的體積關係,圓柱體和圓錐體在相同高度、底面的直徑相同的情況下,圓柱體體積是圓錐體體積的三倍;大圓柱體和小圓柱體在等高、底面直徑相差一倍的情況下,大圓柱體體積是小圓錐體體積的4倍。

5.圓錐曲線

操作說明:旋轉圓錐體,圓錐體中的液面會隨著旋轉角度的不同而變化,從一端開始旋轉,圓錐體內液面形狀依次為圓形、橢圓形、拋物線、雙曲線、三角形。

功能概述:展品由箱體、圓錐體和刻度盤組成。圓錐曲線是到頂點的距離與到定直線的距離的比為常數的點的軌跡。圓錐曲線包括圓、橢圓、雙曲線和拋物線。通過一個平面截取圓錐面,截取角度不同,它們的交線會形成不同的圓錐曲線。在日常生活中,我們利用拋物線的性質設計太陽灶。宇宙中天體的運行軌跡則為橢圓形。

6.混沌擺

操作說明:轉動手柄、觀看三個小擺不規則的運動狀態。

功能概述:科學家們經過的多年的研究發現,混沌系統是一個非周期性的不可逆過程,它對初始值反應敏感,一個微小的擾動變化,就會產生意想不到的結果,而且長期行為不可預測。該展項由一組(3個)處於自由狀態的擺組成,利用擺的對稱性與擺的運動規律,向觀眾展示混沌原理。

7.最速降線

操作說明:把兩個小球分別放到起點位置,拉動操作杆,兩個小球同時滾落,無論嘗試多少次,曲線軌道上的小球總是最先到達終點。

功能概述:展品由兩條軌道、兩個半徑和質量相等的小球和操作杆組成。兩條軌道的起點和終點高度相同,其中一條為直線軌道,另一條為曲線軌道。把兩個小球分別放到起點位置,拉動操作杆,兩個小球同時滾落,無論嘗試多少次,曲線軌道上的小球總是最先到達終點。為什麼沿著較長軌道滾落的小球用的時間最短呢?小球到達終點的先後不僅取決於軌道的長度,還與小球的下滑速度有關。實際上,曲線軌道是一條最速降線,在小球下降的初始階段,通過較陡的軌道使小球儘快獲得較大的速度;再充分利用較大速度走完平坦的曲線。因此,與其它軌道相比,最速降線上滾落的小球總是可以最先到達終點。最速降線在工程中應用廣泛。我國古代建築中「大屋頂」房子上的曲線就是最速降線,降落在屋頂上的雨水能夠以最快的速度流走。

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