上海交通大學(xué)“望科學(xué)”分營(yíng)：格物致知物理營(yíng)

2015年全國(guó)青少年高?？茖W(xué)營(yíng)——上海交通大學(xué)“瞭望科學(xué)”分營(yíng)，分為物理營(yíng)、生物營(yíng)、計(jì)算機(jī)營(yíng)、機(jī)器人營(yíng)和“揚(yáng)帆深?！贝皩ｎ}營(yíng)。內(nèi)容涵蓋了專題講座、動(dòng)手實(shí)踐與課題研究、校園與實(shí)驗(yàn)室參觀、素質(zhì)拓展訓(xùn)練、游泳館體驗(yàn)、高雅藝術(shù)欣賞、中華藝術(shù)宮與自然博物館參觀等，活動(dòng)形式多樣、內(nèi)容繽紛，用生動(dòng)活潑的方式激發(fā)興趣，使?fàn)I員們瞭望科學(xué)，勇攀高峰。其中，格物致知物理營(yíng)充分發(fā)揮自身學(xué)科特點(diǎn)，得到了營(yíng)員的積極參與和普遍好評(píng)。

活動(dòng)簡(jiǎn)介

格物致知物理營(yíng)開展了科普?qǐng)?bào)告、參觀專業(yè)實(shí)驗(yàn)室、實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)物理實(shí)驗(yàn)和自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等多個(gè)活動(dòng)，尤其是其中的實(shí)驗(yàn)部分，極大地激起了營(yíng)員們對(duì)科學(xué)研究的興趣和熱情。

整個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)分成兩部分：其一是由物理與天文系致遠(yuǎn)物理班的同學(xué)向營(yíng)員介紹他們自主設(shè)計(jì)的趣味實(shí)驗(yàn)，講述他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中遇到的問題和解決問題所經(jīng)歷的酸甜苦辣。之后同學(xué)們指導(dǎo)營(yíng)員對(duì)這些實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了親身實(shí)踐。

另一是在物理與天文系的基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行全息攝影、牛頓環(huán)觀測(cè)及自制天文望遠(yuǎn)鏡3個(gè)實(shí)驗(yàn)，其中自制天文望遠(yuǎn)鏡環(huán)節(jié)是由營(yíng)員自行設(shè)計(jì)制作方案，并完成望遠(yuǎn)鏡的制作。

活動(dòng)內(nèi)容

物理專題營(yíng)充分發(fā)揮自身學(xué)科特點(diǎn)，以神奇的物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象牢牢抓住了同學(xué)們的眼球。這些趣味實(shí)驗(yàn)或是從生活中常見的現(xiàn)象入手激發(fā)營(yíng)員們的思考，或是要求營(yíng)員們用簡(jiǎn)單的工具和材料親手設(shè)計(jì)和制作，極大的引發(fā)了營(yíng)員的興趣?；顒?dòng)中還適當(dāng)引入競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，增加活動(dòng)的趣味性。

馬格努斯滑翔機(jī)

將兩個(gè)紙杯粘在一起，繞上橡皮筋，彈射出去，紙杯就成為了一個(gè)滑翔機(jī)。這個(gè)“滑翔機(jī)”巧妙地利用了馬格努斯效應(yīng)——流體力學(xué)中因?yàn)樾D(zhuǎn)物體在不同方向上的相對(duì)流速差而導(dǎo)致壓力差的效應(yīng)。類似的現(xiàn)象就是足球場(chǎng)上的香蕉球及乒乓球臺(tái)上的旋轉(zhuǎn)球。道理看上去簡(jiǎn)單，但把效果做好并不容易。同學(xué)們不斷嘗試不同的發(fā)射方式，試圖找到飛得最遠(yuǎn)、留空時(shí)間最長(zhǎng)的發(fā)射方式，有的同學(xué)甚至嘗試將多個(gè)滑翔機(jī)連接到一起發(fā)射。

易灑的咖啡杯

當(dāng)人們端著咖啡杯的時(shí)候，經(jīng)?？鄲赖囊患虑榫褪潜M管很小心地端著咖啡杯，但在行走時(shí)還常常將咖啡灑出來，這里面有什么科學(xué)機(jī)制嗎？致遠(yuǎn)物理班的同學(xué)告訴大家這其實(shí)是由于受迫振動(dòng)造成的一種共振現(xiàn)象。雖然在端著咖啡杯行走的時(shí)候很小心，但手臂不免還是有微小的振動(dòng)，如果振動(dòng)頻率合適的話就會(huì)造成咖啡杯的共振，微小的影響很快累積起來從而導(dǎo)致咖啡灑出杯子。聽完理論講解后，在一臺(tái)跑步機(jī)上，營(yíng)員們端著不同大小的裝水杯子，以不同的速度運(yùn)動(dòng)，探索什么樣的情況下水才不容易潑灑出來。

連通的雙氣球

將兩個(gè)一樣的氣球吹成不同的大小，再將它們對(duì)接起來會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象呢？是大氣球里的氣體跑到小氣球里面，還是相反？在一般的理論中，氣球的彈力造成的壓強(qiáng)是跟氣體大小成反比的，也就是說氣球越大，氣球橡膠造成的附加壓強(qiáng)越小，從而導(dǎo)致大氣球的內(nèi)部壓強(qiáng)比小氣球的內(nèi)部壓強(qiáng)要小。于是對(duì)接后小氣球的氣體會(huì)跑到大氣球里去。但事情真是這樣嗎？

在講解同學(xué)的實(shí)驗(yàn)中，不僅出現(xiàn)了小氣球中的氣體跑到大氣球中去的現(xiàn)象，也出現(xiàn)了大氣球中的氣體跑到小氣球中去的現(xiàn)象。為什么會(huì)這樣？原來橡膠是一種高分子材料，它的形變和受力之間的關(guān)系并不像前面說的那么簡(jiǎn)單，在比較小的時(shí)候，它所造成的附加壓強(qiáng)實(shí)際上是隨著體積變大而變大的。而當(dāng)形變到一定程度后，分子間的相互作用力形式又發(fā)生變化，附加壓強(qiáng)又開始隨著體積變大而變大。只有中間大小才像之前理論描述的那樣。同學(xué)們將各種大小的氣體連接到一起，觀察它們的變化，間或還能聽到不小心將氣球吹爆的聲音，引起一片笑聲。

如何做一座堅(jiān)固的長(zhǎng)橋

不使用其他任何工具，將一張A4紙加工成一座長(zhǎng)橋，目標(biāo)是使得橋盡量的長(zhǎng)而不倒塌。實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)在于橋的不同部分如何穩(wěn)固地交接在一起，分析哪里是導(dǎo)致橋倒塌的關(guān)鍵之處。同學(xué)們想出了各式各樣的方法進(jìn)行嘗試，有的將紙折成瓦楞型，有的將紙折成三角形，有的將紙搓成細(xì)棒，還有的專門制作了連接固件。最成功的作品長(zhǎng)達(dá)接近5張A4紙的長(zhǎng)度。

奇妙的環(huán)形光

將激光斜照在一根金屬細(xì)絲上會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？講解同學(xué)用視頻向同學(xué)展示出在地面上會(huì)神奇地出現(xiàn)一個(gè)圓環(huán)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)既包含了幾何光學(xué)的效應(yīng)又包含了物理光學(xué)的效應(yīng)。教師還向同學(xué)們展示了另外一種類似的現(xiàn)象，當(dāng)激光打到某些光滑的金屬板上時(shí)，反射到地面上的是一個(gè)光點(diǎn)，而打到另外一些金屬板上時(shí)居然也反射出了環(huán)形光。同學(xué)們好奇地做著各種嘗試，很快就發(fā)現(xiàn)了其中的奧秘：那些能反射出環(huán)形光的金屬板上其實(shí)有著極其細(xì)密的紋路。

自制天文望遠(yuǎn)鏡

教師先為同學(xué)們介紹了基本的光學(xué)知識(shí)，分析了常見望遠(yuǎn)鏡的基本原理，以及相關(guān)參數(shù)的計(jì)算方式。而對(duì)于要制作的望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)則完全由同學(xué)們自行完成。同學(xué)們用了各種方法測(cè)定鏡片的焦距，根據(jù)提供的材料設(shè)計(jì)鏡筒的長(zhǎng)度、鏡片的固定方式、不同鏡筒之間的連接等。經(jīng)過1個(gè)多小時(shí)的努力，所有小組都成功地完成了望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)。

同學(xué)們拿著望遠(yuǎn)鏡到處觀看，測(cè)試自己所制作的望遠(yuǎn)鏡的效果。有的同學(xué)還自豪地在望遠(yuǎn)鏡上簽上了自己的名字。原本實(shí)驗(yàn)中還要利用自制的望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)太陽黑子，可惜天公不作美，實(shí)驗(yàn)的當(dāng)天一直天陰，于是教師向同學(xué)介紹了幾種利用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)太陽黑子的方法，等待天氣好了同學(xué)們可以自己去觀測(cè)。

活動(dòng)總結(jié)

完成這些實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，自行用一些普通的材料自主使用儀器，再完成實(shí)驗(yàn)過程并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。所選擇的實(shí)驗(yàn)貼近生活，又有趣味性，一方面激發(fā)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性，一方面能夠讓學(xué)生體會(huì)物理實(shí)驗(yàn)中需要考慮的各個(gè)方面細(xì)節(jié)及其必要性。這樣能更好地讓學(xué)生體驗(yàn)如何做好物理實(shí)驗(yàn)，增加其成就感，增強(qiáng)對(duì)科學(xué)的興趣。

“這次夏令營(yíng)，為我開啟了瞭望的起點(diǎn)。在前人搭建的‘瞭望塔上，我看到了面前科學(xué)之海的廣闊與美麗，卻也明白我所見的都只是這海域的渺小一隅。感到幸運(yùn)，因?yàn)槲覀兩鷣肀隳軌虻巧蠚v代科學(xué)之人層層搭建的瞭望之塔；感到幸運(yùn)，因?yàn)槲夷茉谏虾＝淮筮@片處處流溢著知識(shí)芬芳的科學(xué)花園點(diǎn)亮我探索之旅的起點(diǎn)；感到幸運(yùn)，因?yàn)榧词顾鶎W(xué)尚淺，即使一己之力綿薄，我已決定不斷攀登更高的‘塔，做個(gè)瞭望科學(xué)大海的人。

我滿懷期待地開啟全新的旅程，正如牛頓的另一句名言所說的那樣——瞭望科學(xué)，你我都同站在巨人的肩膀上！”

——河南師范大學(xué)附屬中學(xué) 李慧