著名的比萨斜塔实验伽利略并没做过
昨天下午,超级爱好班物理爱好小组举行第二次活动,杭二中的物理高级教师赵初蓓讲物理学经典小故事。天气冷,交通不太方便,但小朋友来得并许多。从幼儿园大班到初二学生,年龄跨度专门大。赵老师讲得深入浅出,小孩和家长都听得津津有味。一到做实验,小孩就围上去,课堂专门喧闹。
赵老师问,你觉得自然界最大的东西是什么?有人说是宇宙。那最小的是什么?一个男孩说是原子。
“对,从宇宙空间到微观粒子,空间尺度上从最大到最小的,差不多上物理学的研究范畴。物理学的研究范畴专门广,甚至被称为‘万物之理’都不为过。”赵老师接着说,“或从时刻尺度看,早至宇宙的起源:宇宙大爆炸、宇宙如何来的、宇宙的中心是什么,晚至遥远的今后,这些差不多上物理学研究的内容。今天选了一些有代表性的物理学小故事,我给同学们讲一讲。”
什么因素决定下落物体的快慢
赵老师提问:什么因素决定一个下落物体的快慢?
小朋友回答专门多:质量、地心引力、重量、牛顿……稍作讨论后,意见集中在物体质量上,赵老师要做两个现场对比实验。
一:赵老师左手拿一截粉笔,右手拿一张纸,同时从同一高度放掉,粉笔先落地,小孩们都没有疑问;
二:赵老师拿起两张一样的纸,其中一张揉成团,再同时放掉,纸团先落地,许多小朋友疑问了,有个男生说:两张纸质量一样,但揉成团的受到的阻力小因此下落快。赵老师夸奖了他。
“古人(代表人物亚里士多德)一直认为重的东西落得快,轻的东西落得慢,那个错误认识一直连续了两千多年。一直到16世纪末,伽利略表示了怀疑。他说我现在拿两块石头,一块重,下落速度为8,一块轻,下落速度是4,两块石头绑在一起,按理说轻石头会拖慢重石头的速度,那两块石头的下降速度一定比8小,然而按照质量决定速度的理论,这两块石头不是会下降得更快吗?自相矛盾。”赵老师说,伽利略一个简单小推理,就破除了那个错误理论。
闻名的比萨斜塔落体实验
伽利略没有做过
伽利略认为重物与轻物应该下落得同样快。他要进一步通过实验研究落体的规律。他做了什么实验呢?
赵老师说到那个地点,小朋友都叫起来,说“比萨斜塔实验”。六年级男孩李子越,回答专业:这是一个专门闻名的实验,伽利略拿了一个空心球和一个实心球,站在比萨斜塔顶上同时抛下,两球落地时刻一样。
赵老师笑笑说:“说得不错,但这只是个漂亮的传闻。经后来人严谨考证,证明伽利略并没有在此做过落体实验。尽管如此,世界各地的人们还会去参观,他们把这座古塔看做伽利略的纪念碑。
伽利略做了闻名的斜面实验。落体下落得专门快,而当时只能靠滴水计时,如此的计时工具还不能测量竖直下落所用的时刻。伽利略采纳了一个巧妙的方法,他让铜球沿阻力专门小的斜面滚下,小球在斜面上所用的时刻长得多,因此容易测量。伽利略做了上百次实验,得出专门闻名的落体定律:物体下落的时刻和质量无关,平常看到较重的物体下落快,是因为空气阻力对不同物体有不同的阻碍,假如没有空气阻力,所有物体将下落得一样快。
爸妈打小孩 自己手也痛
这是牛顿第三定律
动力学奠基者是牛顿,小朋友都明白。他的功绩包括地心引力、牛顿第一、第二、第三定律,还有太阳的光谱,数学上发明微积分。这些理论大伙儿不用专门明白,生活中有实例。
比如一辆小车和一辆卡车,同时起步同时刹车,小车停得快,卡车停得慢,是因为惯性(牛顿第一定律),物体自身质量大惯性则大,物体自身质量小惯性则小。有小朋友不听话被爸妈打过,你的屁股疼,爸妈的手也疼,这确实是牛顿第三定律:作用力和反作用力。
说到牛顿,不能不说闻名的苹果落地故事。那天专门热,牛顿在母亲的农场里干活,中午他坐在一棵苹果树下摸索行星运动问题,一个熟透了的苹果在他眼前落下,使他想到促使苹果落地的重力,是不是也是促使月亮保持在它的轨道上而不掉下来的缘故。那个故事是牛顿的第一位传记作者写的,当时就传开了,真假无从考证。但重要的是,牛顿确实想到过重力既支配苹果的下落,也支配月亮的旋转。
海王星是通过运算发觉的
太阳系一共几大行星?本来是九大行星,现在是八大行星,因为制定的规范有变化。
离我们最远的是海王星和冥王星,但在18世纪,才发觉第七大行星——天王星。有科学家发觉问题:观测到的天王星轨道和用万有引力定律运算的轨道不一致,是不是万有引力错了?当时就形成了两派科学家:相信牛顿的、怀疑牛顿的。
有位坚信万有引力定律正确的科学家想到,是不是天王星外还有星球对天王星有吸引,导致它的轨道和运算结果有偏差。后有两位科学家用万有引力定律运算后,认为天王星外应该还有一颗新行星。后来确实观测到这颗新行星,确实是海王星。因为先在纸上运算出海王星,后才观测到,因此海王星被称为“笔尖下发觉的行星”。
到今天,数千颗人造卫星按照万有引力定律为它们“设定”的轨道绕地球运转。1968年,8号从月球返航途中,当地面操纵中心问“是谁在驾驶”的时候,指令长如此幽默地回答:“我想现在是牛顿在驾驶。”
泊松亮斑
人类用科学思维认识世界,事实上只是一直想弄明白几个问题。牛赶忙代,人们想弄清动和
静的关系,运动到底需不需要力来坚持?中世纪以来,天和地的争辩专门多,宇宙的中心在哪里?天体如何运动的?而关于光,也有粒子和波的争辩。
赵老师提问:你认为光是什么?小朋友答案五花八门:波、物质、东西、速度专门快摸不着、是空气……
赵老师说,小朋友的方法都专门好,就像一摸索的科学家。光到底是什么?小朋友们能够在高中学到。在关于光是什么的争辩过程中,有一个专门不可思议的实验,也是一个有味的小故事,能够讲一讲。
现场实验:一台激光发射器,一个放大镜(用来扩大光束),一个金属小圆盘。小朋友都认为假如光照到小圆盘,会在墙壁上看到圆盘的黑影子,而圆盘中间会最黑,因为光照不到。
灯关掉,小朋友却在圆盘黑影中间看见一个亮点,现场一下子喧闹起来,小朋友都围上去,看个怎么说。
什么缘故如此?
赵老师揭秘:这确实是泊松亮斑!这是光学上专门出人意料的一个实验。
因此说,科学不能想因此,眼见不一定为实,一定要把严密的推理和实验挂钩。
1818年,法国巴黎科学院为鼓舞对衍射问题的研究,悬赏征集这方面的论文。一位年轻物理学家菲涅耳按照波动说深入研究光的衍射,在论文中提出了严密解决衍射问题的数学方法。另一位科学家泊松,是光的波动说的反对者,他按照菲涅耳的理论运罢了光在圆盘后的影的问题,发觉在适当的距离上,影的中心会显现一个亮斑!
泊松认为这是专门荒谬可笑的,并认为如此驳倒了光的波动说。然而,竞赛关键时刻,评委阿拉果(也是科学家)在实验中观看到了亮斑,如此泊松的运算反而支持了光的波动说。后人为了纪念那个有意义的事,把那个亮斑称为泊松亮斑。
■摸索题
如何样辨论白开水和浓盐水?
伽利略的故事上节课后,赵老师给小朋友布置了一道摸索题,具体内容如下:
父母预备三个矿泉水瓶,两瓶装上水,另一瓶装上浓盐水。外表看来,它们差不多上无透亮的,请依照以下规定把那瓶浓盐水出来,并说明理由。
步骤一:不能够碰到瓶子,也不能够摇动桌子,其他就随你了,所有材料、方法都能够用。
步骤二:能够拿瓶子,但不能够打开瓶盖,不能够破坏瓶子,前面用过的方法也不能够用,其他就随你了,所有材料、方法都能够用。
步骤三:能够打开盖子,但不能够用手去摸、鼻子去闻、舌头去尝,前面用过的方法也不能够再用,其他就随你了,所有材料、方法都能够用。
步骤四:现在差不多没有限制了,只要前面没用过的绝招,都尽管使出来。
小孩们的回答不多,比较集中的是:放在阳光下,把水蒸发出来,盐就出来了。
这次上课,赵老师揭晓了答案:
步骤一:拿一把尺子,横放在水后面,透过瓶子看,浓盐水的那一瓶尺上的格子比较大。
步骤二:用手试试,装浓盐水的瓶子会比装水的瓶子重一点,因为浓盐水的密度比水的密度大(区别比较小,但能感受出来。现场实验,小朋友都能成功辨论)。
步骤三:打开盖子,把鸡蛋放到水里,浮起来的是浓盐水。
步骤四:能够把一棵青菜放进水里,泡进浓盐水的青菜专门快会蔫掉,就和腌咸菜的道理一样。
其他还有专门多方法,不一一列举。
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