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1、I“探索与发现”展厅“运动之律”展区目 录1、运动的世界 .12、巨匠对话 .23、作用力与反作用力 .24、飞鹰 .35、物体上滚 .46、独轮车走钢丝 .57、空中自行车 .58、科里奥利力 .69、掉？不掉？ .710、转动惯量 .811、角动量守恒 .812、共振秋千 .913、龙形摆 .1014、弹簧摆 .1115、香蕉球 .1116、水中沉浮 .1217、伯努力定律 .1318、流体阻力 .1411、运动的世界太阳东升西落，车辆南来北往，河水潺潺，草长莺飞从宇宙中的天体，到我们的日常生活，运动无处不在。我们一直生活在一个运动的世界里，此展项为一个展项组，是运动之律展区的开篇展项。由
2、布朗运动、傅科摆和傅科摆小实验三部分构成，名字叫做“运动的世界” 。（1）傅科摆和傅科摆小实验大家都知道地球在围绕太阳公转的同时，地球本身也在不停地自转。那么您知道如何才能证明地球在不停地自转吗？1851 年，傅科在巴黎向世人展示了他的摆锤实验，这就是著名的傅科摆。通过这件展项，就能证明我们脚下的地球时刻不停地在自传。当年，傅科在大厅的穹顶上悬挂了一条 67 米长的绳索，绳索的下面是一个重达 28 千克的摆锤。摆锤的下方是巨大的沙盘。每当摆锤经过沙盘上方的时候，摆锤上的指针就会在沙盘上面留下运动的轨迹。在实验中，人们看到，摆动过程中摆动平面沿顺时针方向缓缓转动，摆动方向不断变化。分析这种现象，
3、摆在摆动平面方向上并没有受到外力作用，按照惯性定律，摆动的空间方向不会改变，因而可知，这种摆动方向的变化，是由于观察者所在的地球沿着逆时针方向转动的结果，地球上的观察者看到相对运动现象，从而有力地证明了地球是在自转。傅科摆放置的位置不同，摆动情况也不同。在北半球时，摆动平面顺时针转动；在南半球时，摆动平面逆时针转动，而且纬度越高，转动速度越快；在赤道上的摆几乎不转。而我们这里则再现了傅科的这个实验，向您展示宏观世界地球的运动规律。如果您还有兴趣的话可以看看旁边的傅科摆小实验，做进一步的认识。（2）布朗运动1827 年，布朗在用显微镜观察水中悬浮的花粉粒子时，意外发现粒子在无外力作用下，总不停地
4、运动。布朗对这一现象锲而不舍地耐心观察，进一步发现悬浮在液体或气体中的微粒做永不停地无规则运动，这种现象就是“布朗运动” 。 布朗运动间接地证实了分子的无规则热运动，温度越高，布朗运动越剧烈，粒子越少，分子热运动越剧烈。而这件展项则再现了布朗运动，展示微观世界中分子间的运动规律，展项2由带悬浮颗粒的液体、加热装置、体视显微镜及展台构成。带悬浮颗粒的液体为一种带有颜料的液体，从中我们可以观察颜料中的微粒。您可通过体视显微镜目镜观察悬浮颗粒在液体中的运动，了解和认识布朗运动。傅科通过傅科摆验证了地球的自转，证明了天体的运动。布朗通过布朗运动的发现、实验研究和理论分析间接地证实了分子的无规则热运动，
5、验证了微观世界同样也是运动的，为日后的科学家进一步解释这一现象提供了有力依据。所以我们只要善于观察生活，就会发现科学就在我们的身边。2、巨匠对话您有过与牛顿、爱因斯坦、海森堡等科学家对话的经历吗?也许您会说：这怎么可能?！展项 巨匠对话 就可以让您体验这样的经历。当您进入操作区域后，您可以按照显示屏的提示，通过按钮，选择感兴趣的讨论话题并与科学巨匠们进行对话。在讨论活动中，科学家们各抒己见，牛顿说明他对经典力学的看法；爱因斯坦阐述他的相对论观念；海森堡解释着他在微观世界中的量子力学。通过观看科学家之间的对话表演，您可以了解三位伟大科学家在探索运动规律中的重要理论、贡献，以及他们在科学探索与发现
6、中的艰辛历程。通过与科学家之间的对话，您可以领悟到生活在不同时期的牛顿、爱因斯坦、海森堡等科学家在探索运动规律中体现的科学精神、科学思想和科学方法，感悟对于运动规律的探索永无止境。那么这种神奇的经历又是如何实现的呢？首先我来为您介绍一下几位巨匠的模型是如何制作的。爱因斯坦人物模型是按真人比例制作，可实现头、手及身体部位的动作，位于书房中间。您还可以看到有一个幻像装置安装于展项右边，采用三维动画及幻影成像技术分别呈现牛顿、海森堡两个科学家的半身动态人物影像，影像按真人比例制作。黑板造型的显示屏则放在爱因斯坦人物模型和幻影成像之间，用来呈现科学家们的理论及相关方程式。3、作用力与反作用力这件展项叫
7、做作用力和反作用力，您看它由展台、炮、钟摆、小球、轨道、炮弹回收装置构成。在操作过程中，您可以亲手将炮弹放入炮筒之中，通过按3钮选择炮对炮弹施加的力的大小（大、中、小三种） 。空气炮会在压缩空气的驱动下，将小球按照您所选择的力量，以平射形式射出。您会发现在炮弹发射的同时，炮身后退并撞击位于其后面的小球。由于您选择射击的力量不同，所以炮身后退撞击后面小球的力度也就不同。首先我们解释一下炮身为什么会后退撞击后面小球。这是因为在发射炮弹时，炮身对炮弹施加作用力。炮弹向前运动的同时，反作用力将使炮身向后运动，炮身后退时将撞击位于其后的小球，小球受力沿轨道运动并撞击设置于轨道末端的钟摆，钟摆摆幅大小可显
8、示炮身所受的反作用力大小。那为什么根据您选择射击的距离不同，炮身后退撞击后面小球的力度也就不同呢？这是因为炮身发出的作用力不同，所以它所受到的反作用力也不同，后退时撞击位于炮身后方的小球的力量也不相同。小球撞击位于轨道末端的钟摆的摆动幅度也不相同，所以钟摆摆幅大小可显示炮身所受的反作用力大小。 通过这件展项，我们相当于做了一个小实验，认识了经典的牛顿第三定律，即两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。在日常生活中，这样的例子也是随处可见的：我们走路的时候，脚将地往后蹬（作用力） ，地就把脚往前推（反作用力） ，使我们的身体前进。划船的时候，桨将水往后推（作用力
9、） ，水将桨往前反推，从而使船能前进。同样，往后喷射出去的高速燃烧的气体反推着火箭前进。所以科学就在我们的身边，科学是无处不在的。4、飞鹰这件展项叫做飞鹰。您可以将大小不同的模型鹰放在展台上任意处，之后用手指轻轻点动模型鹰，观察其运动姿态的变化和稳度。您会发现这些鹰可以非常稳固地放在展台上的任意处。那为什么飞鹰可以如此稳固地放置呢？这是因为它利用了稳定平衡规律以及重心与稳度关系等科学概念而设计的。说到这里就不得不提到重力了。由于地球的吸引使物体受到的力叫做重力。重力的方向是竖直向下的，物体各部分所受重力的合力作用点叫做物体的重心，重心与物体的平衡有着密不可分的联系。静止的物体依托在它的支持物上，物4体是否稳固，取决于物体重心的位置：如果通过重心的铅垂线重力作用线落在支面以内，稍有振动，物体仍会恢复到原来位置；如果重力作用线落在支面以外，物体就会翻倒下去。展项中的飞鹰利用重心与稳度的科学规律将重心进行了专门设计，因此飞鹰可以稳固地放置。在日常生活中我们也经常利用到这些原理。比如说赛车，为了降低赛车的重心高度，制造出了更加低矮的“低悬挂型”赛车。重心降低后的赛车就不容易翻车了。我们再来看看不倒翁：不倒翁的整个身体都很轻，只是在它的底部有一块较重的铅块或铁块，因此它的重心很低；另一方面，不倒翁的底面积大而圆滑，容易摆动。当不倒翁向一边倾斜时，由于支点（不倒翁和桌面的接触点）发生
