向上滚动的小球

引入背景：

在实验20中，双锥体沿轨道向上滚动，似乎是不可能的事，但我们从侧面观察发现双锥体的重心实际上是降低了。因此，从能的转化观点来解释，双锥体沿轨道向上滚动是理所当然的事。然而下面这个实验现象更是让人不可思议。

实验器材：

四五个塑料小球（颜色可以不同），一根1m左右长的塑料导轨槽（槽要稍微宽一些的），一块边长60cm左右的方木板或泡沫塑料板，一些小块的泡沫塑料条，一把小刀，一瓶胶水。

实验步骤：

（1）将塑料导轨槽切成等长4段，再切取一小段将两边的槽壁去掉。（2）切取5段泡沫塑料条，并用胶水将其一端固定在大泡沫塑料板上。（3）用胶水将切下的5段塑料导轨槽粘接起来，最短那一段在中间，正好将长的那4段接通如图41所示。（4）待胶水稍干后，将塑料小球分别放在导轨的下端，并观察小球的运动情况。

图41

实验现象：

当将小球放置于各导轨的下端时，我们会惊奇地发现这些小球竟然会沿导轨向上运动，直到停在4段长导轨交接的地方，如图42所示。

图42

原理剖析：

其实这个实验最大的秘密就在于搭导轨的那5根柱子，轨道外端的那4根柱子的高度实际上比中间那一根稍高一些，但中间那一根柱子的长度却比外端的4根要长得多。如果我们换一个角度来看的话就能明显地看出破绽来，我们会看到它的一个侧面与底面不垂直，成45°左右的角度，如图43所示。为了让大家能更清楚地看明白，我将中间的那根柱子和两边的画成如图44所示的那样。但如果我们从图44中的右侧稍微倾斜一个角度往左看的话，我们就会觉得中间那一根比四周的那4根要高些，因此给我们的感觉就像上面图41和图42中看到的那样。于是，当将小球放在轨道的外端时，就给我们一种小球会自动从“低处”向“高处”运动的错觉。

图43

图44

图45

如果我们再换一个角度来看，就会看到如图45那样的感觉，这时候看到的是四周高，中间反而更低。其实，这才是这个实验装置的真实的情况。

说明：

（1）此实验是利用人们的视觉误差，让人产生错觉，从而出现小球从低处向高处滚动的神奇现象。一些魔术大师也常常采用这样的原理来表演一些看似不可能的魔术。（2）在演示此实验时，装置的位置要尽量放低一点，让学生或观众的视线斜向下来观看实验。另外，还要将角度调整好，尽量让观众从图41中的那个角度看到装置，千万不能让观众从图45中的角度看到装置。（3）这个装置的底板和柱子都可以用木头，轨道也可以用装修门窗用的铝合金。（4）此实验可用在学习机械能守恒那一部分作为趣味实验来演示，也可以在其他场合演示。