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课堂上老师不讲的有趣物理知识,才是孩子最感兴趣的!

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“现在的孩子上学学的东西比我们那时候难多了,上小学时我和孩子爸辅导功课就已经很吃力了,孩子下半年就要上初(高)中了,尤其物理、化学更是难上加难,可怎么办啊……”

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这是好多家长的无奈与无助,暑期过后,又有一批孩子升入初中、高中。

面对增多的学科、难度增加的知识,很多家长自知已经无力辅导,只能寻求辅导班的帮助,然而往往钱没少花,效果却是收效甚微,家长只能一声叹息。

想学好理科,物理可是一座不得不翻越的大山,但是很多孩子往往还没攀登呢,就死在了山脚下。

课堂上的知识,让孩子感觉手捧天书,“太不接地气了!”。稍不留神,就会被彻底被甩下,最后完全失去兴趣,很容易吓退还对世界好奇状态的宝宝们。

“妈妈,我对物理没兴趣。”

如果家长只因为这句话就和孩子一样对物理判了死刑,那可真真的影响前途了。

想要学好物理有很多途径,结合生活场景的物理知识会更让孩子感兴趣。

下面这些生活中的物理知识不信孩子看完不会产生兴趣!

01

冰箱是如何制冷的?

冰箱是厨房中不可或缺的家用电器之一,它利用热循环佩尔捷效应来制冷。

家用冰箱使用异丁烷等制冷剂。常温下为气态的制冷剂,当外部压力足够大时可发生液化。

因此,气态的制冷剂经压缩机压缩后,在冷凝器中散热,稍加高压就将液化。

之后,液化后的制冷剂通过膨胀阀或者毛细管运往蒸发器,外部压力减小,沸点降低,液体开始剧烈蒸发。

液体蒸发(汽化)时会从周围吸收热量(汽化热),这样就降低了周围的温度。

汽化的制冷剂返回制冷压缩机。重复上述过程,汽化器周围便可保持低温状态。

该方法使用压缩机压缩制冷剂,会产生振动和噪音。为消除制冷时的振动和噪声,有时使用佩尔捷装置,它无须机械式工作就能使热量转移,达到冷却效果。

佩尔捷装置的工作原理是佩尔捷效应,指当两种不同的半导体或者半导体与金属相接触并接通电流时,接触面上产生热量的转移。

02

拱形石桥为何能屹立千年不倒?

那些看似毫无支撑的拱形中央的石块为何能屹立千年而不倒?

构成拱形桥的石块,承受着和其质量等比例且垂直向下的重力。举起在空中的石块,手一放就将坠落,而在坚硬平整的地面上的石块则稳定静止。

原因如图2所示,放手后的石块只受到向下的重力,与此相对,放置在地面的石块同时受到向下的重力和来自地面的支持力,石块处于平衡状态。

因此,为支撑拱形中央的石块,需要一股相当于来自地面的支持力的作用力。

拱形桥的秘密在于石块的形状。仔细看,我们会发现石块的正视图不是方形,而是梯形。

在图3中我们放大拱形桥中央附近。石块A的重力作用于两侧的石块B、石块C,结果受到石块B和石块C的反作用力。

这两股反作用力的共同作用形成了刚好等同于石块A所受重力的向上的支持力,使石块受力稳定平衡。

也就是说,构成拱桥的石块,通过挤压两边的石块获得了反作用力支撑自己的重量。

石块间以大于自身重力的作用力相互挤压,其要足够坚固以抵抗挤压带来的压缩,所以要选对石块的种类才不会出现问题。

但是,最终支撑桥体总重量的是拱的两端接触的地面,所以两端地基部分必须坚定稳固,否则桥将坍塌。

人们在建造拱桥时,首先在拱形上搭建木框,整齐地摆放石头,之后拆卸木框。一旦石头摆放不对,木框拆除后桥会立刻坍塌。

拱形构造性能优良,它跨越了时代,直至今日依然在人们的生活中得到应用,如被用在大坝墙面和隧道墙面等承受巨大压缩力的场所。

03

天空为什么会有各种颜色?

为何天空白天呈蓝色,而日出和日落时在太阳附近呈红色?

太阳光是白色光。白色光是由蓝、绿、红、黄等各种颜色的光混合而成。光是电磁波的一种,蓝色光的波长约为450nm,红色光波长约为750nm。

通常光在传播过程中碰到物体时,会改变路径传播向各方向,这一现象称为光的散射。而粒子尺度远小于入射光波长(小于波长的十分之一)时的散射称为瑞利散射。

地球大气(空气)的主要成分氮气和氧气分子就属于这种粒子。

发生瑞利散射时,粒子各方向上的散射光强度是不一样的,该强度与入射光的波长四次方成反比,蓝色光的散射强度是红色光的8倍以上。

现在让我们来思考一下本节开始的天空颜色问题。

中午太阳光几乎直射而下,如图3(a)中原本应该传播至观测者B的太阳光中,部分蓝色系的光发生散射,斜向传播至观测者A,因此向A散射的该方向的天空呈蓝色。

大气离地表越近,密度越高,90%以上的大气在离地面20km以下。使天空呈现蓝色的散射发生在很低的高度。

另一方面,日出和日落时分,太阳光要经过很长一段距离,穿越高密度空气到达A。在此过程中,相比于中午,此时不仅有更多蓝色光发生散射,绿色光和黄色光也容易发生散射。

因此如图3(b)所示,从太阳直接传播至A的光(朝晖和夕阳)多数都是红色光。

04

为何直线电机列车能悬浮前进?

日本正在建设中的磁悬浮中央新干线完工通车后,跑完从品川到名古屋间的286km路程只需40分钟。

磁悬浮中央新干线的车体搭载超导磁铁,它是具有超强磁力的电磁铁,而且N和S的极性不易反转,因此可作为永磁铁使用。

列车推进的加减速利用的是不同电极间的吸引力和相同电极间的排斥力。在地上排列普通电磁铁(驱动线圈),配合直线电机列车通过的时机切换驱动线圈的极性。

该原理和一般的马达相同。

磁悬浮型直线电机列车的最大特点是不受地面摩擦力的影响。为使列车浮起沿壁行驶,驱动线圈上方铺设有悬浮导向线圈。

该线圈由上下两个环构成,形成一个回路,在8字形交叉点扭在一起。车体的超导磁铁的N极要从8字交叉点下方通过时,在该感应电流作用下,下方的环变成N极,上方的环变成S极。

因此,在感应电流流通时,超导磁铁受到向上的吸引力和向下的排斥力,这就是车体悬浮的原理。但是,超导磁铁若不是高速通过线圈,无法获得足够的悬浮力。

因此低速行驶时要使用轮胎。

该线圈连接相对侧壁线圈,也用于调节左右的错位。使用悬浮导向线圈,可以自动调节车体的位置。

05

旋转抛出的球为何呈曲线运动?

棒球投手投球时,通常会在直球中加入曲球和喷射球等变化球,来迷惑击球员。

职业棒球投手投球后球的瞬时速度也取决于投手,其中变化球约130km/h,直球约140km/h。球飞行时受到空气阻力,在击球员附近以约10km/h的速度降速。

该速度下,空气大体沿着球表面流动。

一般来说,投手即便投出直球,球也会旋转(自转)着飞行前进。空气有黏性,球附近的空气将随球表面的自转前进。

因此,如图2所示球旋转情况下,球上面的空气流动快于下面,根据伯努利定理,球上部的空气压力将低于球下部。

上下压力差产生向上作用的浮力(马格纳斯力),称为马格纳斯效应。马格纳斯力和球的旋转速度成正比。

纵向快速旋转下,球将来到超过击球手预想线路的高度,让人感觉要伸手抓球。而横向快速转动下,球将横向弯曲。

变化球的路线在靠近击球员处比刚被投出时发生更大弯曲。原因之一在于空气流动速度赶不上刚投出的球的旋转速度。

这种情况下,空中飞行过程中当空气流速追上球的旋转速度时,马格纳斯力开始发挥作用。此外,与阻力系数的速度依存性也有关系。

图3是相对棒球球速的阻力系数和马格纳斯力的关系图,它说明了刚投球后较小的马格纳斯力因空气阻力使球减速,在飞至击球员附近时增大的情况。

实际上,我们可以认为在两者的作用下,棒球在飞至击球员面前时会发生很大的变化。

生活处处有物理,家长们可以带着孩子一起发现物理的好玩之处,再次点燃兴趣之火。

编辑 ∑Gemini

来源:以上内容选自《知识图解系列.太喜欢物理了》

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