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同學(xué)們,你們有聽(tīng)說(shuō)一杯滿滿的水里能放一百個(gè)回形針嗎?讓我和你們說(shuō)說(shuō)吧!
星期六,我在家里做了個(gè)小實(shí)驗(yàn),材料是:一百個(gè)回形針,一杯水。我想試試一杯水里能放幾個(gè)回形針?我拿起一個(gè)回形針,扔進(jìn)水里,兩個(gè),三個(gè),四個(gè)……一個(gè)一個(gè)往里扔。報(bào)紙上說(shuō)水里可以放一百個(gè)回形針,太不可思議了!我不相信,你們相信嗎?一百個(gè)回形針全部都扔進(jìn)水里了,可水一點(diǎn)動(dòng)靜也沒(méi)有。這是怎么一回事呢?原來(lái)是回形針很輕,浮在了水面上,水里動(dòng)力太小,即使放一千個(gè),也沒(méi)有問(wèn)題。
這個(gè)知識(shí)你明白了嗎?科學(xué)也是很有講究的,知識(shí)還有更多,等待你們一起去探索呢!
浦東新區(qū)蓮溪小學(xué)四年級(jí) 周欣怡
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華倫海特的老婆便是這樣的人。在華倫海特生活的時(shí)代,還沒(méi)有統(tǒng)一的溫標(biāo),也就是說(shuō),大家對(duì)溫度的描述是千奇百怪的,兩個(gè)人見(jiàn)面,一個(gè)說(shuō):“熱死了,都一百多度了?!绷硪粋€(gè)說(shuō):“是啊,真熱,都超過(guò)十度了?!比A倫海特也是一個(gè)熱衷于溫標(biāo)研究的人,他想,一定要找到一個(gè)最冷的溫度和一個(gè)最熱的溫度,然后把這個(gè)區(qū)間分成等份,每份一度,這樣表示溫度應(yīng)該是比較科學(xué)的。于是,華倫海特開(kāi)始尋找最冷的溫度。他來(lái)到自己所能到的最冷的地方北愛(ài)爾蘭,在某個(gè)最冷的冬日,記下了水銀溫度計(jì)的高度,于是,華倫海特的零度找到了。那么高溫又到哪里去找呢?華倫海特找了一圈以后。把目光落在了自己老婆身上,此時(shí),他的老婆正在為丈夫不者家地找溫度而生氣呢。華倫海特腦子里靈光一閃,還有什么會(huì)比老婆生氣更厲害的火氣呢?然后,華倫海特把他老婆的體溫定為100度,這就是最初的華氏溫標(biāo),竟然來(lái)自于一個(gè)女人的體溫。
很快,華倫海特的溫標(biāo)就出問(wèn)題了。因?yàn)樗睦掀鸥忻鞍l(fā)燒了,體溫超過(guò)了100度。后來(lái),華倫海特又重新回到實(shí)驗(yàn)室,改進(jìn)了他創(chuàng)立的溫標(biāo)。比起華倫海特,倫琴看起來(lái)要更加沖動(dòng)一些。他在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了一種穿透力很強(qiáng)的射線,然后,他就想辦法找來(lái)各種材料,看能不能阻擋這種射線。在試過(guò)很多材料以后,他發(fā)現(xiàn)金屬鋁能攔截住這種射線。為了深入研究,他拿了一個(gè)小鋁片,放在放電管和紙屏之間。這時(shí)他大吃一驚,熒光屏上不但出現(xiàn)了鋁片的黑影,還出現(xiàn)了他手部骨骼的陰影,并顯出手指模糊的輪廓。
為了驗(yàn)證這個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn),倫琴一把抓起老婆的手。把她拉進(jìn)實(shí)驗(yàn)室,然后把她的手對(duì)準(zhǔn)放電管,照射了15分鐘,結(jié)果顯形后的底片上,清楚地顯現(xiàn)出老婆的手指,手指上的兩枚戒指也清晰可見(jiàn)。這張底片就是人類歷史上第一張透視片子,來(lái)自倫琴老婆不可思議的神奇之手。
比起華倫海特和倫琴。麥克斯韋的老婆是幸運(yùn)的,因?yàn)檎煞蚝茏鹁此倳?huì)把自己的研究成果拿給她看,麥克斯韋的老婆也就很情愿地做起了丈夫的助手。幫他計(jì)算數(shù)據(jù)。麥克斯韋研究的是電磁學(xué),他通過(guò)周密計(jì)算,得出了電流的速度,而這個(gè)速度竟然和光速很接近,也就是說(shuō),光就是一種電磁波。麥克斯韋為自己的發(fā)現(xiàn)激動(dòng)得幾天幾夜睡不著覺(jué),老婆不忍心,就幫他對(duì)數(shù)據(jù)仔細(xì)進(jìn)行核對(duì),然后拍著麥克斯韋的肩膀說(shuō):“你的計(jì)算是正確的?!敝柠溈怂鬼f方程就這樣誕生了。
NW羅塔-1是目前地球上唯一能夠在爆發(fā)時(shí)進(jìn)行近距離觀測(cè)的海底火山。2009年4月,一支國(guó)際科學(xué)考察隊(duì)攜帶遙控機(jī)器人“賈森”登上“托馬斯?湯普森號(hào)”海洋研究船,開(kāi)始了對(duì)這座海底火山活動(dòng)的考察與探險(xiǎn),他們?cè)诤5撰@得了令人矚目的NW羅塔-1噴發(fā)活動(dòng)的新信息。考察報(bào)告稱,在過(guò)去三年里,火山噴發(fā)活動(dòng)異常活躍,令人驚訝的是,火山活動(dòng)竟孕育著一個(gè)獨(dú)特的海底生物群落。
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個(gè)高40米、寬300米的新的火山錐,這個(gè)火山錐有12層樓那么高,寬如城市街道。而且隨著火山錐變得越來(lái)越大,生活在火山口上的海洋生物群落也越來(lái)越興盛。在這個(gè)不同尋常的生態(tài)系統(tǒng)中生活著蝦、蟹等海洋生物,其中一些是新發(fā)現(xiàn)的物種,這些生物對(duì)周圍的環(huán)境有著特殊的適應(yīng)能力。
海洋酸化現(xiàn)象早已令科學(xué)家憂心忡忡,因?yàn)檫@種狀況對(duì)某些魚(yú)卵和幼體來(lái)說(shuō)是致命的,會(huì)干擾貝殼的形成??瓶缄?duì)花費(fèi)大量的時(shí)間和精力研究這些海底生物如何適應(yīng)酸性環(huán)境的生活,他們?cè)贜W羅塔-1火山發(fā)現(xiàn)了兩種蝦,這表明它們已經(jīng)適應(yīng)了火山生存環(huán)境。他們把其中一種蝦稱為L(zhǎng)oihi蝦,Loihi蝦已習(xí)慣于以菌絲為食,菌絲有像園藝剪一樣的小爪子。第二種蝦是一個(gè)新品種,稱為火山蝦?;鹕轿r一開(kāi)始吃草,但長(zhǎng)到成年階段,前爪變大,開(kāi)始變成食肉動(dòng)物。它們很聰明,也會(huì)攻擊Loihi蝦,以過(guò)于靠近火山煙流而被毒死的海洋生物為食。
盡管生存條件極為惡劣,但包括蝦、蟹、帽貝和藤壺在內(nèi)的大批生物在海底火山茁壯生長(zhǎng)。通常來(lái)講,由火山噴發(fā)造成的惡劣的化學(xué)環(huán)境,對(duì)正常海洋生物是有害的,這些生命力頑強(qiáng)的蝦蟹竟適應(yīng)了環(huán)境,真是不可思議。
物理實(shí)驗(yàn)是指人們根據(jù)研究的目的,利用科學(xué)儀器設(shè)備人為的控制或模擬物理現(xiàn)象,排除干擾,突出主要因素,在最有利的條件下研究物理規(guī)律的一種活動(dòng)。物理實(shí)驗(yàn)可以簡(jiǎn)化和純化研究過(guò)程;可以強(qiáng)化研究條件;可以加速或延緩物理過(guò)程;可以重復(fù)再現(xiàn)物理過(guò)程;可以對(duì)物理現(xiàn)象或過(guò)程進(jìn)行定量研究。物理實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中有十分重要的作用。
一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)是激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究的重要手段
實(shí)驗(yàn)具有真實(shí)、直觀、形象和生動(dòng)的特點(diǎn),易于激起學(xué)生興趣。對(duì)于中學(xué)生,物理實(shí)驗(yàn)有很強(qiáng)的吸引力,極易喚起他們的直接興趣。學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn),自然也會(huì)產(chǎn)生自己動(dòng)手的欲望。設(shè)法讓學(xué)生多動(dòng)手做實(shí)驗(yàn),不僅可以滿足學(xué)生操作的愿望,更重要的是可以讓學(xué)生不斷體會(huì)和嘗到“發(fā)現(xiàn)”和“克服困難解決問(wèn)題獲得成功”后的喜悅。正因上述原因,所以教師不僅需要自己多做實(shí)驗(yàn),而且要設(shè)法讓學(xué)生多做實(shí)驗(yàn);不僅要注意選擇能說(shuō)明教學(xué)中需要說(shuō)明問(wèn)題的實(shí)驗(yàn),而且要盡可能使所選的實(shí)驗(yàn)?zāi)芗ぐl(fā)學(xué)生學(xué)生興趣。
二、課外實(shí)驗(yàn)可以挖掘潛能,提高學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力
在初中物理小實(shí)驗(yàn)中,有很多都是神奇而不可思議的,以“紙鍋燒水”的小實(shí)驗(yàn)為例。很多學(xué)生都不相信這是真的,于是,我便組織學(xué)生在課下自己求證。學(xué)生經(jīng)過(guò)動(dòng)手實(shí)踐之后,發(fā)現(xiàn)紙鍋果然能燒水,同是也對(duì)沸騰有了更好、更深的了解。期間,學(xué)生不免會(huì)遇到迷惑,這就需要教師及時(shí)地解惑,講明道理。
課外的一些小實(shí)驗(yàn),材料簡(jiǎn)單,隨手可得,制作步驟簡(jiǎn)單,學(xué)生能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)并完成。課外實(shí)驗(yàn),一方面能拉近物理與生活的距離,讓學(xué)生深切感受到科學(xué)的真實(shí)性,感受科學(xué)與生活的關(guān)系;另一方面實(shí)驗(yàn)物品本身并不是物理實(shí)驗(yàn)材料,不僅能培養(yǎng)學(xué)生節(jié)約資源和廢物利用、保護(hù)環(huán)境的好習(xí)慣,而且材料應(yīng)用本身也體現(xiàn)了學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。
三、豐富實(shí)驗(yàn)形式可以提升教學(xué)效果
要想進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)教學(xué)的,教師要有意識(shí)地豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)的形式。教師可以給學(xué)生提供更多一些實(shí)驗(yàn)器材,讓學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜻_(dá)到良好效果。同時(shí),教師可以透過(guò)一些教學(xué)輔助工具,如借助多媒體課件的使用,提升學(xué)生的認(rèn)知,讓學(xué)生對(duì)于具體的實(shí)驗(yàn)操作模式有更好的理解與認(rèn)識(shí)。類似的方法還有很多,教師只有不斷豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式,才能夠提升學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的參與積極性,進(jìn)而讓學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ玫教岣摺_@一組實(shí)驗(yàn)在操作上比較煩瑣,最后實(shí)驗(yàn)成功的小組并不多。為了深化對(duì)于學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng),學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,我給學(xué)生播放了一段實(shí)驗(yàn)視頻,讓學(xué)生仔細(xì)觀看標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)操作方法。這個(gè)過(guò)程豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式,學(xué)生認(rèn)識(shí)到自己實(shí)驗(yàn)操作中的一些誤區(qū),進(jìn)而會(huì)在下次實(shí)驗(yàn)時(shí)有針對(duì)性地進(jìn)行改善。
四、增加物理實(shí)驗(yàn)的趣味性,激發(fā)學(xué)生的積極性
無(wú)殼槍彈它是德國(guó)一公司生產(chǎn)的代號(hào)為G11的手槍彈,主要采用耐溫新型發(fā)射藥而壓模成一個(gè)堅(jiān)固柱體,把彈頭和底火分別嵌在火藥兩端,其重量?jī)H相當(dāng)于普通子彈的五分之一。這一槍彈的問(wèn)世,被稱為輕武器發(fā)展史的新革命。
染色彈彈殼內(nèi)裝有染色劑。被子彈擊中后,濺落在人的皮膚、服裝或物體上能形成顏色斑點(diǎn)。主要用于防暴以便于對(duì)兇手的追蹤、區(qū)分和取證。
變速槍彈美國(guó)田納西州橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研制的世界上獨(dú)一無(wú)二的變速槍彈。這種槍彈通過(guò)特制的電子擊發(fā)裝置和微光瞄準(zhǔn)具的手槍進(jìn)行發(fā)射,然后通過(guò)變更槍彈的速度達(dá)到“擊昏”、“致殘”、“消滅”的目的。變速子彈與普通子彈比較,區(qū)別在于它的助推力不是來(lái)自火藥的燃燒,而是源于鋁、水反應(yīng),通過(guò)控制鋁水反應(yīng)的強(qiáng)弱改變助推力的大小,從而改變子彈的速度。據(jù)介紹這種子彈將很快運(yùn)用于實(shí)戰(zhàn)。
拐彎槍彈這是美軍科學(xué)家研制的一種神奇子彈,發(fā)射后子彈如同影子一樣緊隨目標(biāo),如果目標(biāo)拐彎,子彈也隨機(jī)拐彎。它與普通子彈的最大區(qū)別是子彈有一個(gè)制導(dǎo)系統(tǒng),其作用是及時(shí)跟蹤目標(biāo)和控制方向,可以狙擊命中數(shù)千米外的目標(biāo)。
救生槍彈它是美軍多種槍彈中的一種名為救生的子彈。這一子彈的特點(diǎn)是若戰(zhàn)場(chǎng)人員負(fù)傷而又無(wú)醫(yī)務(wù)人員的情況下,在50米距離內(nèi)向傷員進(jìn)行射擊,從而在人體內(nèi)注入鎮(zhèn)靜劑達(dá)到暫時(shí)救治的目的。
拋繩子彈這種彈能用彈丸將繩索拋到遠(yuǎn)處,拋射距離可達(dá)100米以上,主要是偵察兵和特種兵使用。
只見(jiàn)王老師拿起兩本書(shū),把它們夾在了一起。老師讓自告奮勇的徐藝珈上去拉書(shū),徐藝珈蹦蹦跳跳地上去了,她輕而易舉地把書(shū)給拉開(kāi)了。大家就交頭接耳,議論紛紛:“這么輕易就把書(shū)拉開(kāi)了,真是張飛吃豆芽——小菜一碟嘛!一定還有更神奇的。”
果然,只見(jiàn)王老師像洗撲克牌似的每隔三五頁(yè)夾一夾,再用力壓一壓,便向我們吹牛道:“現(xiàn)在我給這兩本書(shū)施了魔法,使用了‘神奇的膠水’,現(xiàn)在你們誰(shuí)來(lái)試試?”大家都躍躍欲試,老師叫上了最弱小的郭晗文來(lái)拉書(shū)。郭晗文好像看見(jiàn)徐藝珈不費(fèi)吹灰之力,輕輕一拉,書(shū)本沒(méi)有絲毫的變化,這下他可來(lái)勁了,他咬緊牙關(guān),臉漲得通紅,渾身使出了吃奶的勁,嘴里還發(fā)出“嘿呦!嘿呦!”的喊聲,但書(shū)還是紋絲不動(dòng)。
大家都嫌郭晗文力氣小,于是王老師又換上了我們班的“大力士”——高佳毅,他信心十足地走上了講臺(tái),只見(jiàn)高佳毅使出了九牛二虎之力,臉上的肉也在微微顫抖,但是書(shū)還是不聽(tīng)使喚地一動(dòng)不動(dòng)。他眼巴巴地望著王老師,好像意猶未盡,像一只斗敗的公雞一樣垂頭喪氣地回到了自己的座位上,大家都覺(jué)得不可思議。
接著,王老師又叫上了兩個(gè)強(qiáng)壯的男同學(xué)——章子奇和章子俊來(lái)拉書(shū),他們一個(gè)箭步?jīng)_了上去,渾身解數(shù),漲得面紅耳赤。他們左拉右扯,甚至把書(shū)面也給拽了下來(lái),但還是徒勞無(wú)功。大家想:為什么在這本書(shū)的面前,任何力氣都像不堪一擊的紙老虎一樣,都顯得蒼白無(wú)力呢?這本書(shū)真的被老師施了魔法嗎?
關(guān)鍵詞 淺談;物理小實(shí)驗(yàn);作用
平時(shí)做物理實(shí)驗(yàn),可以利用日常生活中的常用物品和工具,自制各種各樣簡(jiǎn)單的儀器。在親歷親為中,學(xué)生觀察操作都比較自由,容易觸發(fā)其創(chuàng)新潛能,帶來(lái)意想不到的效果。小實(shí)驗(yàn)雖然顯得不太正規(guī),但并不意味著可草率行事,這里仍然包括一個(gè)積極思考、認(rèn)真探索的科學(xué)思維過(guò)程。因此小實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣,鞏固學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的掌握,提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)新能力。
一、小實(shí)驗(yàn)可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣
物理是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué),如果離開(kāi)實(shí)驗(yàn),離開(kāi)生活,那么學(xué)生總會(huì)有“一學(xué)就會(huì),一聽(tīng)就懂,一做就錯(cuò)”的深刻體會(huì),使一些學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)物理產(chǎn)生畏學(xué)、厭學(xué)情緒。而小實(shí)驗(yàn),可以讓學(xué)生體會(huì)親自動(dòng)手親自實(shí)踐的樂(lè)趣,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣,認(rèn)識(shí)到物理知識(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用,增強(qiáng)他們學(xué)好物理的信心。
在“科學(xué)之旅”這節(jié)課上,為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。我將礦泉水瓶從中部剪開(kāi),用上部的漏斗和乒乓球做了兩個(gè)小實(shí)驗(yàn)。先是將漏斗倒置,將乒乓球放在里面用手托住,分別向瓶口吸氣和吹氣,并將手指移開(kāi),發(fā)現(xiàn)乒乓球均不下落。學(xué)生們對(duì)吹氣時(shí)乒乓球不下落感到不可思議,從而大大的激發(fā)了學(xué)生的求知欲。另外,我又將漏斗(瓶口加蓋)正放過(guò)來(lái),將乒乓球放于漏斗中,向瓶中倒水,可以看到球浮在水面并隨水位上升,然后我將水倒掉,將球置于漏斗中(將瓶蓋取下),再往瓶?jī)?nèi)倒?jié)M水,會(huì)看到球沒(méi)有上浮,將瓶蓋擰上或用手輕輕堵住瓶口,乒乓球馬上上浮,學(xué)生們感到迷惑不解,學(xué)習(xí)的積極性也被調(diào)動(dòng)了起來(lái)。此時(shí)學(xué)生們已是躍躍欲試了,因?yàn)樗麄儠?huì)覺(jué)得這么簡(jiǎn)單的儀器,就可以做這么多的小實(shí)驗(yàn),認(rèn)識(shí)到物理應(yīng)該是來(lái)源于生活,學(xué)習(xí)物理也應(yīng)該是一件既有意義又非常有趣的事情了。在以后的學(xué)習(xí)中,學(xué)生也會(huì)自己親自做許多的小實(shí)驗(yàn)來(lái)探究物理的奧秘了。
二、小實(shí)驗(yàn)可以鞏固學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的掌握
每個(gè)小實(shí)驗(yàn)都包含著相關(guān)的物理知識(shí),小實(shí)驗(yàn)的實(shí)施過(guò)程就是對(duì)知識(shí)的再現(xiàn)和再學(xué)習(xí)過(guò)程。通過(guò)一些課上課下的小實(shí)驗(yàn),學(xué)生能夠更進(jìn)一步加深理解物理知識(shí)與物理規(guī)律,提高學(xué)習(xí)效率。
在學(xué)習(xí)光的直線傳播后,我讓學(xué)生課下用罐頭盒做小孔成像實(shí)驗(yàn),絕大多數(shù)同學(xué)課后都有制作,而且收獲還不小,學(xué)生不僅從實(shí)驗(yàn)中知道了小孔成像的原理,而且觀察到了成像的性質(zhì),更讓人驚喜的是,很多同學(xué)還通過(guò)自己的探究得出了像的大小與燭焰到孔的距離以及盒的大?。ㄆ恋娇椎木嚯x)關(guān)系的結(jié)論,為后面的凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)的教學(xué)打下了良好的基礎(chǔ);在變阻器的教學(xué)之后,要求學(xué)生做“自制滑動(dòng)變阻器來(lái)控制小燈泡的亮度”的小實(shí)驗(yàn),來(lái)加深滑動(dòng)變阻器原理的理解,有的學(xué)生還設(shè)計(jì)出了能將燈泡完全調(diào)滅的電路,更好的理解了部分短路的規(guī)律;“音調(diào)可變的哨子”的制作可以讓學(xué)生明白音調(diào)與振動(dòng)快慢(空氣柱長(zhǎng)度和粗細(xì))的關(guān)系;自制不倒翁來(lái)理解穩(wěn)度與重心高度以及底面積大小的關(guān)系,明白不倒翁不倒之謎;“筷子提米”實(shí)驗(yàn)學(xué)生在做的時(shí)候不太好把握,有的學(xué)生將實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn),用紙杯、細(xì)沙、粗糙木棒(一次性筷子)很好的完成了這個(gè)實(shí)驗(yàn),更進(jìn)一步的理解了摩擦力與壓力和粗糙程度的關(guān)系。
小實(shí)驗(yàn)和小制作不僅提高了學(xué)生的動(dòng)手動(dòng)腦能力,而且還可以有效地幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí),突破學(xué)習(xí)中的難點(diǎn),并消除學(xué)生對(duì)知識(shí)的模糊或錯(cuò)誤認(rèn)識(shí),加深對(duì)物理規(guī)律的理解。
三、小實(shí)驗(yàn)可以提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能
小實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法以及勇于探索的精神,從而提高學(xué)生的觀察能力、實(shí)際動(dòng)手能力,對(duì)實(shí)驗(yàn)操作技能的提高起到了重要作用。
觀察能力是實(shí)驗(yàn)操作中最基本的能力。讓學(xué)生觀察指甲剪上有哪些杠桿?觀察家里用具和交通工具在哪些地方應(yīng)用了摩擦?分別用到了哪類簡(jiǎn)單機(jī)械?觀察各種家用電器的銘牌來(lái)了解它們的額定功率;觀察家庭電路和組成;觀察燈絲粗細(xì)來(lái)比較它們電阻的大小等等。通過(guò)觀察性的實(shí)驗(yàn),不僅培養(yǎng)了學(xué)生的觀察能力,同時(shí)也加強(qiáng)了課本知識(shí)與實(shí)際生活的聯(lián)系,真正做到了物理與生活的很好結(jié)合。
一些測(cè)量類的小實(shí)驗(yàn),比如測(cè)量自己的功率、測(cè)量自己站立時(shí)對(duì)地面的壓強(qiáng)、測(cè)量大氣壓的大小、利用電能表測(cè)小燈泡的電功率(也可測(cè)實(shí)際電壓)等小實(shí)驗(yàn),既可以培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和測(cè)量?jī)x器以及操作過(guò)程的正確把握,同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。有許多學(xué)生在測(cè)出大氣壓后還分析了產(chǎn)生誤差的多個(gè)原因,測(cè)量電功率時(shí)還計(jì)算出了實(shí)際電壓。
小實(shí)驗(yàn)“自己會(huì)平衡的木棒”和“巧找薄板的重心”不僅復(fù)習(xí)了重心和重力方向等概念,還使學(xué)生學(xué)會(huì)了用懸掛法和支撐法(其實(shí)都是利用二力平衡)求不規(guī)則物體的重心,搞清楚“頂碗”、“走鋼絲”等雜技技巧的道理。通過(guò)這些小實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)了學(xué)生知識(shí)的遷移能力與實(shí)際應(yīng)用能力以及操作技能。
四、小實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)新能力
走進(jìn)醫(yī)院,身邊的任何東西對(duì)精靈豆來(lái)說(shuō)都顯得陌生又神秘,尤其是科室里正在進(jìn)行的這項(xiàng)檢查――心電圖。醫(yī)生先在病人身上貼了好多連有電線的小吸盤(pán),接著又在手腕、腳腕上夾了幾個(gè)連著電線的大夾子。精靈豆看著病人身上那些各式復(fù)雜裝置,似乎找到了人與機(jī)器之間交流的感覺(jué)。
“呵呵,在醫(yī)院里,這種儀器可算簡(jiǎn)易級(jí)別的。如果是做腦電圖,不僅要在頭皮及雙耳上安放21個(gè)不同的電極,對(duì)于病人自身的精神和身體狀況也有很嚴(yán)格的要求。”醫(yī)生解釋道。
精靈豆想到,在機(jī)器的世界里,互相聯(lián)絡(luò)都是通過(guò)電纜,甚至通過(guò)無(wú)線電就可以交流。如果要在機(jī)器與人體之間建立更廣泛的聯(lián)系,可能就需要更多的裝置和線路,那估計(jì)沒(méi)有人愿意。如果這個(gè)全新的人機(jī)交流能通過(guò)簡(jiǎn)單一些的玩意那再好不過(guò)了。比如一張神奇的小貼紙,隨便往人身上一貼就能測(cè)出各種數(shù)據(jù),也沒(méi)有那么多電線要連,更不用購(gòu)置那些復(fù)雜的大型儀器。想到這里,精靈豆覺(jué)得有必要向材料科學(xué)家羅杰斯教授請(qǐng)教,他曾經(jīng)邀請(qǐng)精靈豆去他的實(shí)驗(yàn)室參觀,說(shuō)不定在那里能找到想象中的神奇測(cè)試貼紙。于是,精靈豆調(diào)轉(zhuǎn)方向,向?qū)嶒?yàn)室飛去。
從007到病人都需要
在行進(jìn)路上,精靈豆跟教授發(fā)了郵件確認(rèn)好時(shí)間以后,很快,精靈豆就到了材料學(xué)實(shí)驗(yàn)室。和醫(yī)院的體檢室相比,這里不再有那么多儀器,取而代之的是一臺(tái)立的小電腦。教授走到精靈豆面前,遞過(guò)來(lái)一張小貼紙。這張貼紙只有指甲蓋大小,厚度大概是普通紙的二分之一,看起來(lái)非常光滑,貼在手上一點(diǎn)異樣的感覺(jué)都沒(méi)有。教授拿近了給精靈豆看,它長(zhǎng)得像是手風(fēng)琴的風(fēng)箱,一折一折,層層疊疊。精靈豆還用力拽了拽貼紙的兩側(cè),又戳了戳,沒(méi)想到貼紙一點(diǎn)都沒(méi)破,就如同真正的皮膚一樣,被任意拉伸、揉擠之后還能保持完好無(wú)損。
教授又把精靈豆帶到一臺(tái)電腦旁邊,拿過(guò)貝艦占在了自己的腦門(mén)上。哇,太神奇了!電腦屏幕上瞬間就顯示出了教授的腦電波。羅杰斯接著又把貼紙從腦門(mén)上取下來(lái)貼在他的手腕上,此時(shí),電腦屏幕上又顯示出了他的血流量和肌肉運(yùn)動(dòng)情況。
“太不可思議啦!不用一根電線,就能測(cè)出人體的數(shù)據(jù)!”精靈豆驚嘆道,“這貼紙到底是何方寶物啊?”
“呵呵,它其實(shí)是一種新型的電子皮膚?!苯淌诮忉屨f(shuō),“我們應(yīng)用的是一種具有良好延展性的材質(zhì)――硅。貼紙里的硅線如同一個(gè)個(gè)微小又扭曲的蛇一般,以一種復(fù)雜的方式蜿蜒穿過(guò)材料基質(zhì)。這些纏繞的硅結(jié)構(gòu)組建了儀器的不同部分:傳感器、天線以及電源。同時(shí),這種結(jié)構(gòu)也保證了儀器本身可以被延展戳刺和碾壓。簡(jiǎn)單說(shuō),它就是一種可以與人體直接互動(dòng)的儀器,能夠記錄溫度、肌肉動(dòng)作或者人體皮膚的電活動(dòng)。它還可能配備光源和小型的電源,從而通過(guò)無(wú)線信號(hào)向附近的電腦傳遞數(shù)據(jù)。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō),如果把它貼在病人的皮膚上,這個(gè)小貼紙就能替代醫(yī)院里那些碩大的設(shè)備來(lái)檢測(cè)生命體征并尋找問(wèn)題;如果它緊靠著喉嚨,則可以如同一個(gè)秘密電話一般,通過(guò)喉部的肌肉運(yùn)動(dòng)來(lái)激活使用。這聽(tīng)起來(lái)是不是有點(diǎn)像在看電影《007》呢!”
“是啊,超炫呢!要是有了它,人們就再也不用花一天時(shí)間做各種復(fù)雜的檢查了,只要將貼紙往身上輕輕一貼,一切就都自動(dòng)完成了?!?/p>
未來(lái)的人機(jī)交流
“可不僅僅是這些簡(jiǎn)單的功能呢?!苯淌谘a(bǔ)充道,“這項(xiàng)技術(shù)不僅
可以作用在人體皮膚表面,還能應(yīng)用在人體內(nèi)。上周我們?cè)谝粓?chǎng)外科手術(shù)中,成功將一張電子薄膜黏附在了病人的心臟上。電子回路和器材記錄了病人的血流量和電流,這樣就可以提醒醫(yī)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)其體內(nèi),尤其是心臟中被隱藏的問(wèn)題和疾病。再比如上個(gè)月,我們把另一張電子皮膚制作的薄膜貼在病人的大腦表面,這樣可以捕捉到癲癇發(fā)作時(shí)的腦電信號(hào)。我們希望電子皮膚不只用來(lái)探測(cè)各種醫(yī)療數(shù)據(jù),更多的是幫助我們監(jiān)測(cè)人體的健康水平。我們的終極目標(biāo)則是讓儀器追蹤身體和大腦的活動(dòng),從而預(yù)防疾病的發(fā)生。當(dāng)然,這屬于生物集成技術(shù)的新興領(lǐng)域,我們也在積極尋找新的材料,使其不僅具有更好的延展性和堅(jiān)韌度,和人體有更高的親和力,還能變成透明的貼紙。這樣一來(lái),人們就不會(huì)覺(jué)得電子皮膚是一種異己的東西,對(duì)其產(chǎn)生強(qiáng)烈的排斥心理了。”
以貝爾實(shí)驗(yàn)室最新、同時(shí)也是最令人震驚的成果為例。該實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家已經(jīng)制造出只有分子大小的晶體管,其體積只有一粒砂子的一百萬(wàn)分之一,甚至還要小。
相信你很震驚,但讓我們拋棄對(duì)這種微型化所持的常規(guī)思維,認(rèn)真考慮另一個(gè)問(wèn)題,就是即使是貝爾實(shí)驗(yàn)室最好的科學(xué)家也不清楚他們所從事的工作會(huì)帶來(lái)什么樣的后果。是的,正如他們所預(yù)計(jì)的,這些微小的晶體管肯定會(huì)使電腦的性能得到幾何級(jí)數(shù)的提高。這個(gè)算式很簡(jiǎn)單:芯片上的晶體管越多,也就意味著微處理器的速度越快,存儲(chǔ)芯片的容量越大,但這只說(shuō)明了分子電腦可能對(duì)人類生活產(chǎn)生影響的很小一個(gè)方面。
一個(gè)肯定會(huì)產(chǎn)生的影響是,電腦將會(huì)無(wú)處不在。電腦不再是便攜式或掌上式,而會(huì)存在于絕大多數(shù)我們接觸或作用的事物中。想象一下,你家中或辦公室里幾乎所有的設(shè)施都能對(duì)你的聲音命令作出反應(yīng),并且與因特網(wǎng)相連。當(dāng)然,這已經(jīng)是正在發(fā)生的事實(shí)了。但如果你走進(jìn)的每一個(gè)房間都是一個(gè)更大的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的一部分,可以讓你收到電子郵件和圖像郵件,電腦的體積如此之小,以至于它可以被織入到我們的衣服中,從而影響我們生活的各個(gè)方面。
但即使這樣的想象也只能膚淺地描繪分子電腦對(duì)世界可能產(chǎn)生的影響。事實(shí)上,也許有一天,微型機(jī)器可以植入我們的皮膚里。
我們沉溺于縮小數(shù)字硬件的體積,因?yàn)檫@方面取得的每一個(gè)進(jìn)展都使我們向一個(gè)新的時(shí)代邁進(jìn)。到那個(gè)新的時(shí)代,置于我們體內(nèi)的電腦將會(huì)是非常地普遍平常。這是幻想嗎?不是。我們已經(jīng)在人體內(nèi)置入了一些電子儀器。但在未來(lái),今天所使用的起搏器、人工耳蝸等儀器就會(huì)顯得非常原始,更不用說(shuō)體積龐大了。而且,這種電子輔助儀器的使用范圍也將極大地?cái)U(kuò)展。
晶體管的體積縮小到只有分子般大小,那些極微小的數(shù)字儀器越來(lái)越多地使用有機(jī)原料為材料(比如貝爾實(shí)驗(yàn)室制造的分子晶體管,就是由一類稱作硫醇的碳基半導(dǎo)體材料制作的),這些都預(yù)示著體內(nèi)電腦時(shí)代的來(lái)臨。
尋找一種豐富的、能在芯片制造中替代硅的基礎(chǔ)材料的想法源于對(duì)一種功能不變但體積更小的半導(dǎo)體材料的需求。因?yàn)樵谖⑿突矫妫杩赡芎芸炀鸵_(dá)到其物理的極限,所以需要尋找其他的材料。至于這種材料植入人體內(nèi)是否安全則是以后再研究的問(wèn)題――如果有人思考過(guò)這個(gè)問(wèn)題的話。即便如此,我們也有理由相信,有生命的機(jī)體(比如人類)和微型人造電腦相結(jié)合的問(wèn)題是可以解決的。
另外,科學(xué)家還在研究如何利用我們周圍的自然界和我們自身來(lái)制造出電腦。比如,人們發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)可以儲(chǔ)存數(shù)據(jù),而化學(xué)反應(yīng)也顯示出基本的運(yùn)算能力。我們?nèi)祟惖腄NA也許可能是最終的計(jì)算機(jī),而所謂的DNA電腦也一直是人們研究的課題和設(shè)想。
無(wú)論如何,微型化不斷取得的進(jìn)展似乎不僅會(huì)讓我們擁有更加人性化的電腦,還會(huì)產(chǎn)生更加電腦化的人類。究竟怎么樣,我們只能猜測(cè)。
體內(nèi)電腦最廣泛和最激動(dòng)人心的應(yīng)用很可能是在監(jiān)控我們重要身體器官狀態(tài)(心律、血壓等)方面,以及將該器官與家庭健康保健站、醫(yī)生辦公室或者醫(yī)院進(jìn)行無(wú)線連接。這些隨身攜帶的監(jiān)控器可以對(duì)將要發(fā)生的心臟病發(fā)出警告,甚至探查出早期癌癥,從而挽救我們的生命。
更美妙的應(yīng)用是利用內(nèi)置電腦治療感覺(jué)器官的失靈??梢灶A(yù)見(jiàn),盲人可以通過(guò)電子探測(cè)儀恢復(fù)視覺(jué)――這項(xiàng)技術(shù)其實(shí)已經(jīng)在開(kāi)發(fā)中。同樣,耳聾的人也可以恢復(fù)聽(tīng)覺(jué)。也許有一天,電腦可以模仿我們的肌肉,向大腦發(fā)送信號(hào)并接受大腦發(fā)出的指令,使癱瘓病人重新行動(dòng)自如。甚至通過(guò)在我們自己的中央處理器――大腦附近或內(nèi)部置入電腦,我們就可以醫(yī)治老年癡呆癥、憂郁癥、精神分裂癥和智力低下等疾病。
但倫理方面的問(wèn)題也一定會(huì)隨之產(chǎn)生的。人們會(huì)問(wèn),利用內(nèi)置電腦會(huì)讓我們變得更加聰明嗎?會(huì)讓我們的孩子更加聰明嗎?能成為一個(gè)更加優(yōu)秀的工程師或者運(yùn)動(dòng)員嗎?會(huì)迅速計(jì)算出83美元賬單的17%的小費(fèi)是多少嗎?
不可思議、令人振奮和恐怖,高科技總是與這3個(gè)詞聯(lián)系在一起。通常,對(duì)于這樣的故事情節(jié)我們更愿意是旁觀者,但這次,它卻與我們息息相關(guān)。
級(jí)別:省級(jí)期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)
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