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第十五届广东省大学生物理实验设计大赛题目 新闻类型：竞赛新闻????发布时间：2014-3-13 16:34:50????作者：广东省物理学会 ????浏览次数：442 ?一、基础题：液体中的“气包”——一种模拟微重力环境的设计 作品要求： （1）基本要求：制作一个可控制并显示“气包”在液体中位置的装置，体现巧妙测量方法；（提示：可取一透明中空容器，其内注入足够量的透明无害液体（如：水），在液体中安置一气包。要求该气包在液体中的位置可控、可调、可视。用恰当的物理方法测量气包的位置。） （2）拓展一：能够跟踪“气包”运动轨迹； （3）拓展二：能测量“气包”的大小、形状等。 主要评判依据： （1）物理思想和实验原理； （2）创新点； （3）测量准确性、灵敏度和分辨率； （4）性价比高。 ?背景资料：从王亚平太空授课我们可清楚看到，在微重力条件下，由于密度差所造成的浮力的消失，液体表面张力起主导作用。悬浮在空间的水包呈球形或近似球形，并且在水球内的气泡也呈球形或近似球形。在太空实际应用中，往往需要知道、甚至控制气泡在密闭容器中的位置和气泡的大小。我们把这个气液界面测量的问题提取出来，并要求地面设计、近似实现并同时表征这一情境。 注意：气包可以使用气球充气方式实现，但其它材料、方式不限。不能直接采用拍摄的图像作为测量手段。 二、应用题：设计一个实现滴水放电的装置 作品要求： （1）基本要求：制作一个基于开尔文滴水器原理的装置，产生放电现象； （2）拓展：研究相关物理机制和影响因素、进行定量分析，或者做应用拓展。 主要评判依据： （1）物理原理及主要影响因素； （2）实验方案创新点，及应用的创新点； （3）佐证的实验数据和不确定度分析； （4）放电效果明显程度，装置性价比。 ?背景资料：开尔文滴水器(Kelvin Water Drop)，是英国科学家开尔文男爵于1867年所发明的一种静电产生装置。该装置中，储水罐有两个孔用来滴水，每个孔流出的水滴分别通过左右两个导体环中间圆孔滴入下方水桶里。左边的桶通过电线与右边的导电环相连导通，右边的桶与左边的导电环相连导通。每个桶必须是相互并与周围其它物体电气相互隔离。 水滴可能偶然地把极微量的电荷带给金属水桶，造成水桶带有微量电荷。任何一个桶获得少量的不平衡电荷，就足以开始充电过程。例如，假设左边桶获得一个小的正电荷，通过导线使右导电环也有一定的正电荷。由于静电感应作用，右导电环上的正电荷，会吸引负电荷到右边的水滴中。右边携带负电荷的水滴滴到右边的桶内，使右边的桶所带负电荷增加。因而通过连接的导线使左导电环带有负电荷，它将吸引正电荷到左边的水滴中，当水滴落到桶内，它们携带的正电荷会转移到金属桶上并积累。因此，由于左边导电环的吸引作用，部分正电荷被吸引到左边水流，使左边铁桶携带正电荷不断积累。负电荷被吸引到右侧水流，使右边铁桶携带负电荷不断积累。这个正反馈过程使每个桶和导电环获得更多的电荷，形成更强的静电感应，如此这般积少成多，效应倍增，电荷积累量随时间呈指数增长，会很快建立起一万五千伏以上的高电压，在两个桶或环之间会击穿空气，产生放电现象。水滴不断，此放电现象将持续，极具观赏性。 ? ? ?