神秘的普氏摆
1922年，德国物理学家Carl Pulfrich发现了人眼的一个奇异生理现象，即当一个用绳子悬吊的重摆在一个平面内作往复摆动时，如果用一块茶色镜遮住一个眼睛，我们同时睁眼看到的这个运动摆的轨迹就会从单摆轨迹变为椭圆形轨迹，这种现象被称为普尔弗里效应，而用于演示这种现象的摆被称为普氏摆。
实验目的：
演示深色镜片对光的延迟现象。
实验仪器：
实验操作：
1.拉开摆球，使其在两排金属杆之间的一个平面内摆动；
2.站在普氏摆正前方位置观察球摆动的轨迹；
3.戴上光衰减镜再观察摆球的轨迹，发现摆球按椭圆轨迹转动；
4.将光衰减镜反转180度，再观察，发现摆球改变了转动方向。
原理分析:
人之所以能够看到立体的景物，是因为双眼可以各自独立看景物。两眼有间距，造成左眼与右眼图像的差异称为视差，人类的大脑很巧妙地将两眼的图像合成，在大脑中产生有空间感的视觉效果。此实验中，摆球作往复的单摆运动(即摆球在一平面内做往复的摆动)。当观察者通过光衰减镜(左侧装深色镜片，右侧装浅色镜片)观看摆球时，由于深色镜片会延迟知觉(约0.01秒)，单摆自左向右摆动时看起来是向后（远离）摆动，自右向左摆动时似乎向前（靠近）摆动，同时近处物体移动的速度看起来比远处物体移动速度要快，视觉的延迟导致左右眼视点不能重合，因此较近的物体看起来好像跳出平面而成为立体图像。目前，人们利用普氏摆现象发明了一种眼镜，它可以在平面显示器上模拟出立体的效果。
注意事项：
1.摆球的摆动平面尽量在两排金属杆的中间，避免与金属杆相碰；
2.观察时双眼均要睁开。
小桶传球
力学主要研究能量和力以及它们与固体、液体及气体的平衡、变形或运动的关系。力学可分为静力学、运动学和动力学三部分，静力学研究力的平衡或物体的静止问题；运动学只考虑物体怎样运动，不讨论它与所受力的关系；动力学讨论物体运动和所受力的关系。力矩是力学中的一个重要概念，即作用力使物体绕着转动轴或支点转动的趋向，称为力矩，它能够使物体改变其旋转运动。小桶传球的趣味演示实验就涉及到了力矩的作用问题。
实验目的
（1）演示物体在重力作用下的运动及力矩的作用；
（2）了解影响物体平衡状态的因素。
实验器材：
带小桶的支座，小钢球等，如图所示。
图1小桶传球结构 图2小桶传球过程
实验过程：
1.将以小钢球放入顶部小桶中令其自动下落；
2.当有一小钢球落入右边的小桶时，重心由偏右变为偏左，因而小桶和钢球受的重力产生一个关于旋转轴的力矩使小桶沿逆时针旋转；
3.当旋转到某一角度时，小钢球抛出并落入左边的桶中时，小桶的重心由偏左变为偏右，同样顺时针旋转并将小球抛入右边的小桶中；
4.由左边的桶将小钢球抛入下面的盘中，整个过程均自动进行，如图2。
注意事项
（1）切勿让小钢球跌落到地板上；
（2）小钢球与第一个小桶接触时必须具有初速度。
原理分析：
对于刚体（总保持其形状和大小不变的物体称为刚体），总可以找到一点Ｃ，它的运动就代表整个刚体的平动，它的运动规律就等效于将刚体的质量集中在点Ｃ，刚体所受外力也全部作用在点Ｃ时，这个点叫质心。当外力作用线通过刚体质心时，刚体仅做平动；当外力作用线不通过质心时，物体由于受到力矩而发生转动。该实验就是考察当一悬挂物体的重心偏离了它的质心以后，其重力就会产生一个相对于悬挂点的力矩，从而使该物体旋转。
下面以小钢球落入右侧某个小桶的过程为例进行分析。当小钢球落入小桶中时，由于小钢球具有速度，与小桶内的斜面发生碰撞，而且斜面在其上端金属杆的作用下不能向右翻转，因此斜面将会给小钢球一个向左的冲量使其弹起，如图3（a）所示；此后，小钢球在冲量的作用下存在向左运动，导致小钢球的质心C移动到支点左侧，小钢球受重力的力矩作用，使其逆时针旋转，如图3（b）所示；小钢球与小桶内的左壁发生碰撞，使得小桶转动起来，小钢球就会落到下一个小桶中，小桶在自身重力矩的作用下恢复到竖直状态。
图3小钢球自动下落原理
（a）小钢球与小桶碰撞 （b）小钢球质心偏离发生转动
讨论与思考：
（1）在生活中哪些方面应用到力矩这一物理量？
（2）小桶的内底部为什么不做成一个平面？
（3）小桶上端的金属杆在演示实验中其什么样的作用，将其去除，实验现象还存在吗？
最速降曲线
实验目的：
（1）演示两个小钢球的直线和曲线运动；
（2）验证重力下的最快下降曲线。
实验器材：
最速降线演示仪（带有直线钢轨和曲线钢轨的支座一个，大小质量相等的小钢球两个），如图1所示.
图1最速降线演示仪
实验过程：
1.将支座放在水平面桌面上，把两个小球放在支座右侧顶端；
2.同时释放放在直线钢轨和曲线钢轨（始末位置相同）的两个小球（两小球的始末位置相同），观察两个小球的运动情况；
3.比较两个小球到达另外一段的时间，结果发现曲线轨道上的小球最先到达另一端。
注意事项：
（1）两小球应保证同时释放；
（2）桌面要保证水平。
原理分析：
根据自由落体公式
，小球的下降速度将随下落的高度H变化而变化。如图8.3-2所示，将A点和B点之间的高度差H分成n等分，记
，通过等距且相互平行的平面把整个空间分成多个薄层，每一层的厚度为
，由于n的取值很大，因此
很小，在每一层中将小球的速度近似看作等速运动，并以质点在重力作用下到达该层下边时的速度作为质点在该层薄层内的速度。于是从上往下进行计算：
图2切割原理示意
在第一薄层小球的速度为
，
在第二薄层小球的速度为
，
在第三薄层小球的速度为
，
……
在第n薄层小球的速度为
。
于是，小球在一条以A、B为端点的折线上运动。设每段折线与竖直方向所成夹角依次为
。根据费马定律（光在任意介质中从一点传播到另一点时，沿所需时间最短的路径传播），小球通过第一层和第二层的时间最小时，应满足
，即
，则
；
同理，通过第二层和第三层的时间最小时，应满足
；
……
通过第n-1层和第n层的时间最小时，应满足
；
进而可得到一系列等式：
也就是说，最节省时间的折线中的任一段与竖直线交角的正弦值，与该层离点A的竖直距离平方根的比为常数。当用同样方法来分割直轨道时，由于直轨道与竖直线交角的正弦为一定值，不满足上述等式，所以走直轨道的小球要后到达终点B。
讨论与思考：
1. 实验中球的滚动、滑动、摩擦力对实验结果有何影响？
2. 假设通过摆线上的一点的垂直线与摆线的夹角为a，试计算sina与通过该点切线速度V的比值。此关系与光在介质中折射角与速度的关系有何关联？为什么？
3. 我国古建筑中的“大屋顶”，从侧面看上去，“等腰三角形”的两腰不是线段，而是两段最速降线。按照这样的原理设计，在夏日暴雨时，可以使落在屋顶上的雨水，以最快的速度流走，从而对房屋起到保护的作用。
啄木鸟
动能、重力势能、弹性势能的相互转换
实验目的：
1、验证机械能中的动能、重力势能以及弹性势能之间的相互转换。
2、了解动能、重力势能以及弹性势能的意义。
实验仪器：:底座、金属杆、弹簧、啄木鸟、滑块。
操作步骤及现象：
把两个啄木鸟移到金属杆的顶端，然后松开手，观察啄木鸟的的运动状态。发现啄木鸟会沿竖直方向下落，同时在水平方向上进行振动。在下落过程中听到啄木鸟的敲击声，直到落到地面后停止。
原理分析：
下落的啄木鸟由于重力势能不断的减少，减少的重力势能不断转化为啄木鸟的运动动能和弹簧的弹性势能。这种能量之间的转化，使啄木鸟在水平方向不停的振动。
注意事项：
1、底座放在水平桌面上。
2、移动啄木鸟时动作要轻柔。
应用与拓展：
1、例如拍球，能量从人体（手）的化学能转移到球，使之成为球的动能，球的动能又转化成弹性势能，弹性势能又转化成动能和重力势能，只有靠这些能量的转移、转化才能够完成拍球这一过程.
2、机械能是动能与势能的总和，这里的势能分为重力势能和弹性势能。决定动能的是质量与速度；决定重力势能的是高度和质量；决定弹性势能的是劲度系数与形变量。动能与势能可相互转化。机械能只是动能与势能的和。机械能是表示物体运动状态与高度的物理量。
瑞林球
“瑞林球”的英文名是“rolling ball”——滚球。长长的木条上架着两条金属杆和一个小钢球，看似一个特殊外形的笔架，金属杆一端高一端低，控制金属杆可以使小球有低端向高端滚动并且依靠两根金属杆掌握小球的落点，是一个锻炼动作协调性和手眼配合能力的实验仪器。生活中，该装置还作为测量智力的测试仪，以小球的落点来衡量或者评判一个人的智力。
实验目的：
1.通过观察与思考钢球沿斜面轨道上滚的机械能守恒现象，使学生加深了解在重力场中物体总是以降低重心，趋于稳定的运动规律；
2.反映物体具有从势能高的位置向势能低的位置的运动趋势，说明物体势能和动能之间可以相互转换。
实验器材：
瑞林球演示仪（包括固定支架、钢球）。
实验过程：
1.将钢球放置于瑞林球演示仪金属杆的低端（即图中A端）；
2.双手分别握住B端两根金属杆的末端，将两金属杆末端缓慢地分开，钢球会慢慢的由A端向B端滚动，直至钢球落到板上；
3.多次重复以上实验步骤，观察钢球每次的落点距离。
原理分析：
物体运动的趋势是物体重力势能逐渐降低方向。钢球和金属杆轨道相互配合，巧妙的利用质心运动定理，给人一种“球往高处滚动”的错觉。实际上钢球的质心在落地前一直是逐渐升高的。实验中，将钢球置于金属杆低端，双手缓慢的将金属杆高端分开，钢球会缓慢的由低端向高端滚动。具体分析过程如下：
装置示意
（a）俯视图 （b）侧视图
如图所示，BB1端较高，但BB1处两金属杆向外测倾斜，较高的支撑有使钢球质心向上移的趋势。如果此时使BB1端稍变宽，会使钢球在BB1端比在AA1端时质心位置更低，它将总往BB1(高端)滚动。
AA1端固定，BB1端宽度可以通过金属杆手柄调节，将BB1端宽度增大，钢球质心降低，钢球将会出现由平衡状态上滚的现象。
讨论与思考：
（1）钢球在轨道中央上静止时，钢球的受力满足什么样的条件？
（2）钢球如何才能从轨道低端到达轨道高端，如何操作？
螺旋飞球
演示目的
演示向心力和离心力
实验装置
操作与现象
将小球至于圆形轨道顶端松手，小球会在圆形的螺旋轨道上旋转，旋转的速度会发生神奇的改变。在旋转半径小的地方速度最快，在旋转半径大的地方速度最慢，并能在没有轨道托住的情况下旋转。
原理分析：
当小球在轨道上半部分时，小球的速率比较小，轨道对小球向上的支持力和小球所受向下的重力形成合力为小球提供向心力，该力满足牛顿第二定律
。当小球运动到轨道下半部分时，小球的速率比较大，小球有向外运动的趋势，同时挤压轨道。轨道反作用于小球，与小球所受重力一起形成向心力，使得小球旋转而不落下。
