旋转的小蛇（走马灯）

引入背景：

蛇的行走都是沿曲线进行的，在一些商场里面我们也时不时地会看到“螺旋柱子”的转动，即将纸带在柱子上面绕成螺旋状，当柱子转动时，纸带的运动就是一种螺旋状的。如果给纸带装饰一下，将其画成蛇的图案，那还会给人一种害怕的感觉，因在人的视野里就觉得有一条无限长的蛇盘着柱子向上或向下运动。其实，我们也可以自己做一个类似的小蛇旋转的实验。

实验器材：

一块硬纸片（最好是稍微厚一点的塑料片），一把直尺，一枝铅笔，一个圆规，一把剪刀，一块泡沫，一小段蜡烛，一个瓶盖，一个打火机。

实验步骤：

（1）用直尺和铅笔在硬纸片的正中画一直线，再用圆规在纸片上画两组同心的半圆，每一组半圆都有同一个圆心，且这两组半圆是错开但又刚好相接的，如图95所示。（2）用剪刀沿着画线将硬纸片剪下，便成了一个跟盘香一样的螺旋带。（3）将铅笔（最好是两头都是削尖的）的一头竖直插入泡沫（当支架使用，当然支架也可以用一段铝丝或小一点的铁丝加工而成），然后将剪下的螺旋纸片的中心处顶在铅笔的上端，适当调整螺旋纸片的位置，使其能平衡地顶在铅笔尖上（可将这时笔尖处的纸片上戳一个小孔，让笔尖从小孔中穿出），但又能绕铅笔尖灵活转动为止。（4）将蜡烛点燃后放入小盘，并将盘移到螺旋纸片的下方，然后观察所发生的现象。

图95

图96

图97

实验现象：

当将蜡烛移到螺旋纸片的下方时，螺旋纸片就沿着图96中的箭头方向不停地转动起来，而且速度还不小。

原理剖析：

当点燃的蜡烛移到螺旋纸片的下方时，由于蜡烛上方的空气受热密度减小而上升，周围的冷空气又不断地填补过来，加热后又上升，这样就形成一股连续不断的上升气流。气流沿竖直方向作用于上方的纸片上，对纸片产生一个竖直向上的作用力F，将这个作用力F沿垂直于纸片的方向和沿纸片方向分解，则垂直于纸片方向的分力F1就是推动纸片转动的力，如图97所示。由于这个力是持续不断的，所以纸片也就持续不断地转动起来。

图98

说明：

（1）此实验中的螺旋纸片应该用长一点的铅笔或其他细杆顶高一点，使得纸片的最下端都要离火焰5cm以上，否则会将纸片烤焦。（2）实验中硬螺旋纸片受热时间稍长后螺旋可能会被拉长，最下端就会碰到蜡烛的火焰而燃烧起来，所以要特别注意。为了防止螺旋被拉长，最好使用厚一点的塑料片来代替纸片，或用其他更好一点的材料。（3）此实验可以在初、高中衔接的时候作为趣味实验来演示，演示时，最好将点燃的蜡烛放一个黑色的圆筒里面，使得外面看不到蜡烛及蜡烛的火焰，这样可以给学生更增加一点神秘感，如果将螺旋纸片修剪和化妆一下，就更像小蛇了，如图98所示。当然，也可以在其他场合作为趣味实验来演示。