有趣的硬幣實驗

蔡衛東

硬幣的結構規則，不同類型的硬幣材料各異，各具特色，并且硬幣隨手可得.利用硬幣可以做許多有趣的物理實驗.

一、起跳實驗

當一枚薄薄的硬幣放在光滑而又平整的桌面或玻璃板上時，要將它拿起來還真有些費勁，有什么好辦法呢？看看下面的實驗你就明白了.

將一枚硬幣（最好用分幣）放在光滑的水平桌面上，然后用嘴對準硬幣朝水平方向迅速的吹一股風，如圖1所示，這時你看到什么現象？硬幣并沒有因為風吹而沿著桌面向后滑動，而是突然向上起跳，同時向后飄去，這個現象怎么解釋呢？當同學們學過了氣體壓強與流速的關系的知識后，答案就一目了然了.

二、平衡實驗

用幾枚硬幣疊放在桌子邊緣，并使最上面的硬幣盡可能多地伸出桌面，比比看，誰疊得又快又好.要按照怎樣的規律去疊放才能達到“最上面的硬幣盡可能多地伸出桌面”的效果呢？一般的疊放方法是從下往上疊，可是這樣很難成功.能不能反過來思考，試一試從上往下疊，看看情況有什么改變？如果疊放的方法恰當，只需用四枚硬幣，便可以使上端的硬幣完全伸出桌面而奇跡般的保持平衡，如圖2所示，對這一奇特的平衡狀態，請從理論上加以論證.

三、慣性實驗

用幾枚硬幣整齊地疊成一堆，放在水平桌面上，如圖3所示，再用一把薄尺迅速地將最底端的硬幣依次擊出，上端的硬幣卻不會隨被擊出的硬幣移動.

四、碰撞實驗

在較光滑的水平桌面上放置一把直尺并固定不動，將一枚硬幣緊靠直尺邊緣平放，用另一枚沒硬幣順著直尺邊緣向原先靜止放置的硬幣沖去，如圖4所示（俯視圖），兩枚硬幣將發生彈性正碰.相碰的瞬間，原來運動的硬幣立即靜止不動，而原來靜止的硬幣立即運動起來.如果用一枚硬幣去碰撞兩枚靠在一起靜止放置的硬幣，如圖5所示，則會發現被碰的硬幣仍靜止于原處，而前面一枚硬幣立即運動起來.

五、堆幣與搭橋實驗

在水平桌面上，若要用幾枚硬幣豎直堆成如圖6所示的三角形，這似乎很難-成功.如果事先將最底層的某個硬幣吸上一塊小磁鐵，或在桌面下端放置一塊磁鐵，堆起來便輕而易舉了.

用兩根條形磁鐵做橋梁，使一根磁鐵的Ⅳ極朝上，另一根磁鐵的Ⅳ極朝下，我們就可以用硬幣搭建一座“積木”橋，如圖7所示.

六、排斥實驗

手持幾枚硬幣整齊地疊放在一起，將它們并列靠近磁鐵，如圖8所示.磁鐵將硬幣吸引過去后，再松開持幣的手，硬幣便會自動的互相分開.用手將硬幣重新擠壓在一起，松手后硬幣又自動分開.曾有一位同學根據這一現象發明了一種將工廠中疊放在一起的鐵板分開的裝置，克服了以往靠撬開鐵板導致鐵板受損的技術難題，獲得了國家發明獎.同樣的道理，如果把疊放在一起的硬幣橫放桌面上，將磁鐵豎直慢慢靠近這疊硬幣時，硬幣會一枚接一枚自動的向兩側倒下（圖9）.

七、磁屏蔽實驗

將磁鐵A用夾子固定在鐵架臺上，取一枚硬幣B和一根細線，用粘膠將細線一端固定在硬幣B的表面上，而將細線的另一端固定在鐵架臺的底座上，將B提起來豎直方向靠近磁鋼下端約為1cm左右，此時硬幣能懸浮在空中，如圖10所示.現取1塊2 mrri厚的薄軟鐵皮C插入磁鋏4和硬幣B之間，結果硬幣落到桌面上.這是由于軟鐵皮具有良好的導磁作用，所以從磁鐵發出的磁感線大部分集中到軟鐵皮C上，而只有少量磁感線穿過軟鐵皮C，因此在鐵皮C下面的磁感應強度減小，鐵皮C在此起了磁屏蔽作用.

八、旋轉實驗

將三枚五分硬幣漂浮于水面上，并使硬幣互相靠攏靜止于水面中央，將一根豎直放置的強磁鐵的一極靠近硬幣上表面.當磁鐵繞其豎直軸旋轉時，可觀察到非鐵磁性物質的硬幣竟然跟著磁鐵繞其豎直軸在水面上旋轉起來.一旦磁鐵停止旋轉，這幾枚硬幣也隨之停止轉動，如圖11所示.

浮于水面的硬幣怎么會自動旋轉起來呢？原因是由于磁鐵在旋轉時，在水面附近的空間形成一個旋轉磁場，根據法拉第電磁感應定律，硬幣在旋轉磁場中切割了磁感線，產生了感應電流，而通電導線在磁場中會受到磁場力的作用，因此硬幣才在水中旋轉起來.但硬幣旋轉的角速度始終小于磁鐵旋轉的角速度.

九、水上吸引實驗

取盛滿清水的盆，將一枚硬幣（伍分或貳分幣）水平地輕輕放入水面，使硬幣浮在水面上（硬幣應是干燥的，水是平靜的，動作要輕）.如有困難，可用以下方法：

a.在硬幣上抹些蠟或肥皂；

6.先將硬幣放在吸水紙上，再把硬幣連同紙平放到水面上，然后戳掉薄紙；

c.做小鐵圈，把硬幣托放在上面，然后放入水中，小心翼翼地移去鐵圈.

用同樣方法再放入2枚硬幣.然后用手指輕輕撥動，或者用嘴輕輕吹氣，使硬幣逐漸靠攏.隨著它們不斷地靠近，可以觀察到：當硬幣間距小于1cm時，不用施加任何外力，它們會自動相互靠攏，最后緊挨在一起，如圖12（a）所示.如果用手輕輕撥動其中1枚，另2枚也跟隨移動.似乎它們間存在某種相互吸引的力，用同樣方法還可使更多硬幣同時浮于水面并聚在一起，形成十分有趣的圖案.

若將1根外徑為5 mm的細玻璃棒的一端沾上水，然后將沾水的一端放到3枚硬幣中央的水面上.當玻璃棒上的水和3枚硬幣中央的水面一接觸，三枚硬幣就互相分離了，如圖12（b）所示.請你嘗試解釋發生以上現象的具體原因.

十、隱身實驗

取一枚硬幣放在桌上，硬幣上疊放一只空玻璃燒杯，可以明顯看到杯底的硬幣，如圖13所示.然后往燒杯內注入清水，當從燒杯側面尋找位于杯底的那枚硬幣，卻發現硬幣不見了.其實硬幣沒有消失，是由于光的全反射而使硬幣變得不可見了.

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