魔力科学小实验,铅笔粘上电池和磁铁,竟然飞快地转起来了!

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文| 魔力科学小实验,本文为原创,欢迎关注及转载分享。

磁铁与电池就像是物理实验界的黄金搭档与梦幻组合,由此能做出许多磁与电的奇妙实验。比如,奶爸就曾用一节电池和几枚磁铁做成了世界上最简易的电动机。今天,我又要对磁铁及电池下手了,不过这次的实验对象是一支普通的铅笔。铅笔粘上电池及磁铁,竟然飞快地转了起来!为了揭开其中的奥秘,咱们用一个小实验加以探究。

实验所需材料

砝码、磁铁、五号电池、玻璃瓶、铅笔、木片

实验操作步骤

1.将圆柱磁铁粘接在铅笔顶部。(铅笔的另一头削尖)

2.将3节五号电池负极粘在靠近笔尖一端,正极朝外,角度大致相等。

3.木片一端上下两面用磁铁对吸。

4.木片压在瓶口,磁铁下方放一面镜子,铅笔的笔尖立于镜面,保持垂直。

4.轻轻转动铅笔后松开手。

现象及原理分析

通过上面的实验我们发现:轻轻转动立于镜面的铅笔,铅笔与电池同时旋转,松开手后,铅笔依旧在镜面上以较快速度稳稳地旋转。只要不加干预,转动就能维持较长时间。

铅笔陀螺

为什么会出现这种神奇的现象呢?原来,磁铁吸引铅笔使之直立,笔尖立在光滑的镜面上,有效减小了摩擦,而粘在铅笔上的3节电池增加了铅笔的质量,起到了配重块的作用,且由于3节电池夹角大致相等,提升了系统的稳定性。转动铅笔后,由于惯性,铅笔在镜面上保持较长时间的旋转。

通过下图可以清楚的看到磁铁、铅笔、电池与镜面相互制约及相互作用的关系。

再唠5毛钱的科普

该实验的核心机制在于惯性与质量的关系。

在物理学上,惯性是物体抵抗其运动状态被改变的性质。物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质,称为惯性。换言之,惯性是物体保持运动状态不变的一种属性。无论是固体、液体或气体,无论物体是运动还是静止,都具有惯性。

简单一句话:一切物体都具有惯性,惯性是物体的固有属性。

既是如此,今天的实验为何偏要在铅笔上粘上几节电池呢?这涉及到惯性与质量的关系。

惯性的大小只与物体的质量有关,因此质量是对物体惯性的量度。质量大的物体运动状态相对来说难以改变,也就是惯性大;质量小的物体运动状态相对易于改变,也就是惯性小。(质量大惯性大,质量小惯性小

增加了电池的铅笔质量增大了,惯性也随之增大,在没有外力干预的情况下,旋转的时间会更久。

举个最简单的例子:下坡道路上,行驶着的重型货车比小轿车更难以刹停,就是这个道理。

图片源于pixabay

此外,紧急刹车时,人会往前倾;扔出手的纸飞机继续飞行;子弹出膛后继续前进;停电后,风扇不会立即停止转动;百米赛跑过线后不会立即停止奔跑……诸如此类现象,都是惯性的体现。

在地球表面,惯性时常会被摩擦力、空气阻力等效应所掩蔽,从而使物体的移动速度变得越来越慢,通常最后变成静止状态。在今天的实验里,假如忽略摩擦力和空气阻力,铅笔将一直保持运动。

但,这可能吗?

脑洞时间

利用今天实验所学,开动脑筋想一想:汽车行驶速度越快,惯性是否越大?欢迎留言区探讨,咱们下期见!

实验注意事项

本次实验用到干电池,使用完后请妥善处置。儿童请在成人监护下操作实验,并确保安全。

往期精彩实验回顾:

我是一名理工硕士奶爸,爱生活、爱科学,陪娃做了400多个科学小实验,全部收录在公众号【魔力科学小实验】(ID:kexuebb)。关注我,每天3分钟,陪孩子在家做个小实验,培养孩子的科学素养!

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