操作难度:★★
实验方法:
用一盏8瓦的日光灯,从正面照射一台已卸下了安全罩的三叶台扇,使叶片的影子投射在白色的墙上。接通电源,当电风扇的转速增大到一定值时,墙上便出现了六个静止不动的叶片影子。奇怪,明明是三个叶片在快速旋转,为什么墙上会有六个叶片的影子,而且是静止不动的呢?
知识延伸:
当人眼所观察的画面或物体消失时,画面上的情景还能在眼睛中保留0.04秒时间。这种现象叫眼睛的“视觉暂留”。电影放映就是利用人眼的视觉暂留现象,使得静止的胶片上的画面,在人眼看来是连续变化即运动着的。
日常所用的日光灯,每秒钟闪光100次,由于相邻两次闪光的时间间隔很短(0.01秒),所以我们平时感觉不到它在闪光。但是,当日光灯照到正在快速旋转的电风扇叶片上时,情况就不同了。如果每一片叶片在0.01秒时间内刚好转过600角,那么,当叶片l的第一个影子在人眼中消失的同时,其第四个影子已在墙上出现,而与此同时,与叶片1呈1200角的叶片2的影子又恰好落在叶片1的第一个影子的位置上。6次闪光后,叶片1回到了原来的位置。如此周而复始,就在墙上形成了六个看起来静止不动的叶片影子。
看来,奇妙的视觉暂留既能“变静为动”,又能“使动变静”。如果我们稍作计算,还能发现变动为静现象出现的规律:叶片每隔0.01秒转600角,其转速为1000转/分,而日光灯每秒闪光100次,1分钟就闪6000次,它正好是电扇转速的6倍。进一步的研究证明,只要每分钟闪光的次数和转速相同,或是转速的整数倍,就能观察到这种被称为“频闪效应”的变动为静的现象。
现在,让我们增大台扇的转速,此时,你可发现墙上的六个叶片影子也跟着叶片同方向慢慢地旋转起来。如果减小台扇的转速,那么影子缓慢转动的方向就和叶片转动的方向相反。利用这一现象,可以做一个有趣的小实验。
从稍硬的白纸板上剪一个直径为5厘米的圆盘。在圆盘上画内、外两个圆环,并在内环上画8个大小相等黑白相间的扇形,在外环上画10个大小相等黑白相间的扇形。用针尖在圆盘中心刺一个小孔,再插上一根火柴梗,就做成了一个纸陀螺。在日光灯照射下,用手指拨动火柴梗,使纸陀螺在桌面上快速转动。一开始你看到的圆纸盘是呈单一的灰色的,过一会儿,你就会发现圆纸盘上的内环和外环沿两个相反的方向在旋转。为什么会出现这种现象呢?
其实,这也是一种频闪现象。当圆盘转速为25转/秒时,内环看起来是不动的;转速高于25转/秒时,内环便正转,即与圆盘实际转向一致。转速低于25转/秒时,内环便反转。对外环来说,转速为20转/秒时,它看起来是不动的;转速高于20转/秒时,它便正转。显然,当圆盘的转速在20~25转/秒时,就会出现外环正转、内环反转的奇妙现象了。
还可利用电视机的屏幕来观察一些有趣的频闪现象。打开电视机,将频道转换开关置于空频道位置,适当增大亮度,减小对比度,使电视机屏幕呈现一片乳白色。这时电视机屏幕的光,就是每秒钟闪动一定次数的闪光。
在屏幕前5厘米左右,竖直放一张用一段细竹和一根橡皮筋做成的弓。左手持弓,用右手手指拨弄橡皮筋,你就能从屏幕上看到橡皮筋振动时的波形。改变橡皮筋的松紧程度,再拨弄它,你可看到橡皮筋弯曲得很厉害,而且似乎静止不动了。但事实上,它仍在振动,而且一秒钟内要振动很多次。
取一根废锯条,对折成两段,两段锯条的下端夹一根螺丝钉并用一根橡皮筋扎紧,做成一个简易音叉。用左手捏紧音叉下部,将音叉竖直放在离屏幕5厘米左右处。用右手拇指和食指捏紧两段锯条的上端,然后一放,锯条就振动起来,此时你看不清锯条的端部。稍微移动一下螺钉的位置,再使锯条振动起来。反复试验几次,你会发现,当螺钉在某一位置时,振动的锯条上端不仅清晰可见,而且还静止不动。平日里以宁折不弯而闻名的锯条竟变得弯弯曲曲了。
更有趣的是,让一个由一颗纽扣和一根棉纱线做成的单摆,在电视机屏幕前3厘米左右处来回摆动。此时,你会发现这根线在好几个位置上都显得很清晰,好像有几根线一样。如果把线的另一端打一个活结,套在钢笔套上,然后右手握笔,使摆在竖直面内转动。此时,你又可看到几十颗纽扣和几十根线分布在一个圆圈内。
显然,在闪光的照射下,快速运动的物体在人的眼睛中成了断续动作的物体。
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