張彩平

吉林省科技館

科技館因物理而精彩

張彩平

吉林省科技館

物理學(xué)伴隨著生產(chǎn)實(shí)踐的發(fā)展而逐步壯大成熟起來(lái)，作為自然科學(xué)的領(lǐng)軍學(xué)科。物理學(xué)在人們認(rèn)識(shí)世界改造世界的過(guò)程中發(fā)揮了重要的作用，隨著時(shí)代的進(jìn)步人們?cè)絹?lái)越迫切的渴望了解身邊的世界，科技館應(yīng)運(yùn)而生?？萍拣^與物理的結(jié)合勢(shì)在必行。

科技館；物理；精彩

一、什么是物理學(xué)

物理學(xué)是伴隨著生產(chǎn)實(shí)踐、生活實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展而產(chǎn)生發(fā)展起來(lái)的。古希臘人對(duì)此做出了很多貢獻(xiàn)，他們把對(duì)所有自然現(xiàn)象的觀察和見(jiàn)解，籠統(tǒng)的匯聚成一門(mén)學(xué)問(wèn)，那就是自然哲學(xué)。古代人們對(duì)自然的認(rèn)識(shí)主要是依靠直覺(jué)和簡(jiǎn)單的分析，因此獲得的很多知識(shí)往往是片面的、膚淺的，有些甚至是錯(cuò)誤的?？茖W(xué)分為物理、數(shù)學(xué)、化學(xué)、地理、生物學(xué)等學(xué)科，只是最近幾百年的事。17世紀(jì)牛頓在伽利略、開(kāi)普勒的研究基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)學(xué)推理和深入思考，提出了牛頓三大定律和萬(wàn)有引力定律，建立了比較完整的力學(xué)體系，這才是近代物理學(xué)的開(kāi)端。

18世紀(jì)到19世紀(jì)，卡諾、焦耳、開(kāi)爾文、克勞修斯等建立了宏觀的熱力學(xué)理論，庫(kù)倫、奧斯特、安培、法拉第、麥克斯韋等建立了電磁學(xué)理論。以經(jīng)典力學(xué)、熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、經(jīng)典電磁場(chǎng)理論為支柱，經(jīng)典物理學(xué)的發(fā)展到了它的頂峰。正當(dāng)人們認(rèn)為物理世界的大廈即將建成之際，一系列與經(jīng)典理論不相容的實(shí)驗(yàn)事實(shí)相繼出現(xiàn)，例如以太漂移實(shí)驗(yàn)的否定結(jié)果、黑體輻射的紫外災(zāi)難、氣體比熱中能量均分定律的失敗、光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)、原子線(xiàn)光譜等。正是由于這些事實(shí)引來(lái)了物理領(lǐng)域的狂風(fēng)暴雨，在這暴風(fēng)雨中人們建立了現(xiàn)代物理學(xué)。什么是物理學(xué)？物理學(xué)是研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)最一般規(guī)律和物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的學(xué)科。作為自然科學(xué)的領(lǐng)頭羊，物理學(xué)研究領(lǐng)域大至宇宙天體，小至微粒粒子等一切物質(zhì)最基本的運(yùn)動(dòng)形式和規(guī)律。

二、科技館的前世今生

19世紀(jì)前半葉，工業(yè)革命正如火如荼地進(jìn)行，科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展。英國(guó)在當(dāng)時(shí)世界工業(yè)發(fā)展中一馬當(dāng)先。資本的快速集中和運(yùn)作，使英國(guó)成為當(dāng)時(shí)金融的中心。這些因素觸發(fā)了人類(lèi)歷史上第一次真正意義上的博覽會(huì)—1851年的世界博覽會(huì)，人們第一次通過(guò)展會(huì)這種形式了解當(dāng)時(shí)的世界。從此科技展覽的發(fā)展駛?cè)肓丝燔?chē)道。

科技場(chǎng)館的發(fā)展大體經(jīng)歷了從自然博物館到科技博物館，再到現(xiàn)代科技館發(fā)展歷程，開(kāi)始的自然博物館主要向人們展示一些動(dòng)物的標(biāo)本、骨骼等；到科技博物館時(shí)代主要向人們展示一些工業(yè)制成品；現(xiàn)在的科技館是以展覽科普為主要功能，通過(guò)公眾親身參與、體驗(yàn)展品為手段，以激發(fā)科學(xué)興趣、提升公眾的科技水平為目的科普教育機(jī)構(gòu)。

三、科技館與物理的完美結(jié)合

現(xiàn)代科技館的這些屬性使得物理學(xué)在科技館中所占的比重越來(lái)越大。國(guó)內(nèi)的很多科技館中都有大量的與物理相關(guān)的展品，下面僅對(duì)一些典型實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明。

（一）自己拉自己

從物理學(xué)角度分析我們不可能不借助外力把自己拉起來(lái)，通過(guò)這件展品我們可以很容易的把自己拉起來(lái)了。這里主要通過(guò)一個(gè)特殊的裝置---滑輪組，滑輪組是由上方的定滑輪和下方的動(dòng)滑輪共同組成。所謂定滑輪，顧名思義，就是指固定不動(dòng)的滑輪，它的作用是能夠改變力的方向，卻不能省力，像在升國(guó)旗時(shí)使用的就是定滑輪，我們只需要向下輕輕的拉繩子，國(guó)旗就會(huì)向上運(yùn)動(dòng)。動(dòng)滑輪和定滑輪相反，他的作用是能夠省力，卻不能改變力的方向，動(dòng)滑輪是由兩根繩子來(lái)承擔(dān)物體的重量，所以一根繩子只需承載物體一半的重量。

（二）氣浮小球

該展品通過(guò)金屬管中吹出來(lái)的氣流使小球懸浮在半空中。金屬管移到哪，小球就會(huì)跟到哪，來(lái)演示伯努利原理。瑞士科學(xué)家伯努力發(fā)現(xiàn)在一定面積的水流或氣流中，流體的流速越小，壓強(qiáng)越大；流速越大，壓強(qiáng)反而越小。這就是伯努力原理。我們大家都有乘坐火車(chē)的經(jīng)歷，大家是否注意到，在火車(chē)的軌道旁總有一條和軌道平行的白線(xiàn)，它是一條警戒線(xiàn)，提醒人們不要跨越白線(xiàn)。列車(chē)在高速進(jìn)站的過(guò)程中，會(huì)帶動(dòng)車(chē)身兩側(cè)的氣流隨車(chē)高速運(yùn)動(dòng)，這個(gè)時(shí)候如果我們站在白線(xiàn)之內(nèi)，人和車(chē)的距離太過(guò)于接近，人車(chē)之間的氣流速度變快，壓強(qiáng)變小。而人身后，遠(yuǎn)離軌道一側(cè)的氣流速度比較慢，壓強(qiáng)就比較大，這樣一來(lái)，身后壓力就會(huì)將人推向火車(chē)。

（三）椎體上滾

地球上的物體由于受到重力的作用，都會(huì)不斷降低自己的重心，逐漸趨于穩(wěn)定。錐體上滾生動(dòng)形象的向人們展示了物體的滾動(dòng)與重心高度改變之間的關(guān)系，軌道的形狀非常特殊，是一端高一端低的兩根軌道，并不是一個(gè)斜面，其次，滾動(dòng)的物體是雙圓椎體，而不是圓柱體。軌道是呈八字形排列。當(dāng)椎體處于軌道低端時(shí)，整個(gè)椎體被雙桿支撐在軌道的上方，重心處在這一高度。而椎體處于軌道高端時(shí)，幾乎有一半的椎體體積陷在了兩軌道之間，重心處于這一高度，我們可以明顯看出此時(shí)的重心位置更低一些。

（四）手搖雅各布天梯

希臘神話(huà)中有這樣一個(gè)故事：雅各布做夢(mèng)沿著登天的梯子取得了“圣火”。后人便把這夢(mèng)想中的梯子，稱(chēng)之為雅各布天梯。雅各布天梯則展示了電弧產(chǎn)生和消失的過(guò)程。二根呈羊角形的電極，一極接高壓電，另一個(gè)接地。搖動(dòng)手柄，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。當(dāng)電壓達(dá)到一定值時(shí)，電極底部產(chǎn)生電弧，電弧逐級(jí)激蕩而起，如一簇簇圣火似地向上爬升，猶如傳說(shuō)中的雅各布天梯。電壓升高時(shí)，在兩電極距離最近的底部空氣被擊穿產(chǎn)生電離，同時(shí)空氣被加熱，溫度急劇上升產(chǎn)生電弧。熱空氣迅速向上移動(dòng)，于是電弧也隨著向上運(yùn)動(dòng)，隨著電極間的放電距離的增大，電弧也隨之拉長(zhǎng)，當(dāng)電弧爬升到頂部時(shí)，由于電極距離過(guò)大，不足以擊穿空氣，電弧自動(dòng)熄滅。

物理學(xué)對(duì)科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)力的發(fā)展起著直接地推動(dòng)作用，物理學(xué)深刻地揭示了自然規(guī)律，構(gòu)成了認(rèn)識(shí)自然、改造自然的巨大力量，為科技發(fā)展提供了方法和技能。物理學(xué)極大地促進(jìn)了人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，而現(xiàn)代科技場(chǎng)館的建立也為公眾認(rèn)識(shí)物理了解物理學(xué)習(xí)物理提供了寶貴的場(chǎng)所，二者相輔相成互相促進(jìn)，迎接未來(lái)社會(huì)科技發(fā)展的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，物理大有可為無(wú)可替代。